沿空留巷下位岩层断裂特征数值模拟及控制技术研究

为解决沿空留巷直接顶松软破碎,严重影响基本顶和沿空留巷稳定性的问题,以新元煤矿3414工作面为研究对象,建立UDEC Trigon模型,通过模拟不同支护条件下沿空留巷下位岩层断裂特征,分析其对围岩稳定性的影响。数值模拟发现,沿空留巷围岩以剪切裂隙为主;充填区顶板张拉裂隙较为发育,是沿空留巷围岩控制的薄弱环节;沿空留巷下位岩层沿充填体外侧断裂,抑制了剪切裂隙在实体煤帮发展,增加了巷旁充填体和实体煤帮的承载结构的稳定性。工程实践表明:采用高预应力、高刚度锚索及时支护充填区直接顶的围岩综合控制技术,沿空留巷下位岩层沿充填体外侧断裂,巷道围岩顶底板最大变形量为900 mm,两帮最大变形量为800 mm,能够满足通风和瓦斯排放的要求。     

高应力坚硬顶板切顶沿空留巷矿压规律研究

为了解决矿井采掘接替紧张、巷道围岩控制困难等问题，以某矿21100工作面运输巷为工程背景，提出采用切顶沿空留巷技术。理论分析了沿空留巷围岩结构运动特征，对切顶沿空留巷围岩变形情况进行数值模拟分析，提出沿空留巷围岩治理措施，并在现场进行了工程应用。研究结果表明:工作面基本顶“O-X”破断、采场周期来压引起留巷巷道上方基本顶岩层失去稳定性；提出以“切、补、护、支”为主的留巷围岩控制方法；留巷段两帮移近量最大为80 mm，顶板下沉量最大为138 mm，锚索最大应力237 kN，顶板全长累计离层量32 mm。研究可为类似地质条件下的切顶沿空留巷提供参考。     

综放工作面沿空留巷围岩控制技术研究

为了解决综放面沿空留巷应用的难题,以常村煤矿S5-11综放工作面沿空留巷为工程背景,分析了综放面沿空留巷覆岩破坏特征,得到了沿空留巷成功应用的关键因素,采用数值模拟的方法,对充填体的稳定性进行了研究,给出了沿空留巷围岩控制关键技术,并对S5-11工作面沿空留巷支护方案进行设计。现场应用表明:巷道两帮最大移近量为430mm,顶底板最大移近量为570mm,充填体变形量为50mm~70mm,巷道断面尺寸基本满足生产要求。该技术方案实现了沿空留巷的成功应用,避免了煤炭资源的浪费,保证了矿井的安全生产。     

沿空留巷巷旁充填体合理宽度研究

以新元矿沿空留巷作为工程背景,采用数值模拟和工业性试验相结合的方法进行试验研究,得出巷旁充填体的合理宽度。现场试验结果表明:当充填体宽度为2 m时,沿空留巷围岩变形稳定后巷道顶板下沉量为330 mm,两帮移进量为198 mm;围岩变形量均在可控范围内,说明所确定的充填体宽度合理。该研究成果的成功应用,对沿空留巷实践具有一定的指导意义。     

顶板减沉沿空留巷技术研究与应用

为解决新安矿沿空留巷变形严重、围岩稳定性无法保障等问题,结合8#煤层综三工作面地质条件,进行顶板减沉沿空留巷技术研究。该研究以自主研发的粉煤灰基胶结材料构筑巷旁充填体,超前工作面于巷旁支护采空区侧施工顶板深钻孔,弱化充填体及采空区上方顶板联系。数值模拟表明该技术的应用使巷旁充填体侧顶板下沉量及其帮变形量分别降低了44%和27%;现场应用效果表明该技术极大改善了新安矿沿空留巷围岩控制效果。     

顶底双软型薄煤层快速沿空留巷技术研究

针对顶底板双软型薄煤层工作面特殊开采条件,分析了沿空留巷的技术难点与关键技术。采用理论分析与数值模拟方法研究了薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及变形规律,建立了薄煤层综采面沿空留巷结构模型,通过方案数值模拟对比分析,揭示了薄煤层综采面快速沿空留巷基本原理,提出"采空区预先垒砌矸石袋,巷道内及时构建胶结充填体和铰接顶梁与单体支柱巷内滞后补强支护"的沿空留巷方案,实现了顶底板双软型薄煤层综采面快速沿空留巷。赵官能源煤矿的工程实测表明:巷道顶板下沉量最大仅为197 mm,底鼓量为83 mm,巷道两帮移近量为327 mm,工作面留巷效率达到18 m/d。     

混凝土浇筑巷旁充填技术在沿空留巷中的应用

该文以徐矿集团三河尖煤矿72202工作面轨道巷沿空留巷为工程实例,研究了顶板运动规律对巷旁充填体的性能要求,同时对现场混凝土浇筑巷旁充填技术的施工工艺进行了设计,提出了混凝土充填机加预留变形量的沿空留巷方案。经过现场工程实践应用,最终沿空留巷段最大帮部累计最大变形量为500mm,顶底板累计最大移近量为400mm,留巷效果较好。     

深井孤岛煤柱工作面沿空留巷支护技术研究

以车集煤矿深井孤岛煤柱工作面为工程背景，探究深井高应力孤岛煤柱工作面沿空留巷充填体—围岩变形机理；构建沿空留巷围岩力学结构模型，计算出沿空留巷支护所需充填体的宽度及强度，并通过FLAC^3D软件模拟、现场监测验证了充填体宽度和强度的合理性。研究结果表明：孤岛煤柱工作面沿空留巷采用高水充填材料巷旁充填技术，以充填袋成形方式进行充填，可使充填体有效接顶；采用“锚杆锚索联合支护+巷旁充填体”方式进行煤柱中巷支护时，合理的充填体宽度为4.0 m,应力达到8.0 MPa时巷道变形趋于稳定。现场监测结果表明：23下工作面开采30 d内，煤柱中巷最大顶板下沉量不超过50 mm,充填体帮部变形不超过40 mm;回采结束后30 d内，顶板下沉量不超过20 mm,充填体帮部变形量最大为348 mm,煤帮变形量较小，最大处为150 mm,沿空留巷效果良好。     

挖金湾矿8102工作面沿空掘巷煤柱尺寸优化及支护研究

挖金湾煤矿正在进行8#煤层的采掘活动,为提高资源利用率设计应用留小煤柱沿空留巷技术,以8102工作面回采巷道的布置及支护为工程背景,通过理论分析、数值模拟及现场监测研究确定合理的煤柱宽度为14m,设计8102运输顺槽采用"锚网索"支护的具体参数,应用后进行围岩位移情况的监测,8102运输顺槽掘进期间顶板下沉量最大为32mm,底板底鼓量最大为60mm,实体煤侧最大变形量为65mm,煤柱侧最大变形量为85mm,围岩变形得到了有效的控制,所确定的煤柱宽度和支护方式取得了良好的应用效果。     

充填材料对沿空留巷围岩形变特征的影响研究

在巷旁充填体几何尺寸和巷道高度确定的情况下,充填体的力学性能的合理性直接决定着沿空留巷技术。为了探讨巷旁充填体材料对沿空留巷围岩形变的影响,以神宁乌兰矿5768回采面为例,采用Midas/GTS数值模拟与现场实测相结合的方法,分析研究不同充填材料对沿空留巷围岩形变特性的影响规律。结果表明Midas/GTS数值模拟方法确定的巷旁充填体材料在围岩逐渐稳定后,顶板形变量小,充填体稳定,与该工作面实际所用充填材料相符。     

高瓦斯矿井大断面煤巷沿空留巷技术研究与应用

以高瓦斯矿井屯兰煤矿大断面煤巷沿空留巷为研究对象,建立了沿空留巷围岩结构模型,分析了沿空留巷巷旁充填体的作用机制,提出了巷内基本支护采用锚杆索配合钢梁、金属网联合支护,巷旁采用混泥土膏体材料充填,以及充填体锚带网外加固、钢筋网内加固和注浆密封的沿空留巷围岩控制技术。井下实践结果表明:沿空留巷顶板离层最大值为40mm,顶底板移近量最大为17cm,两帮移近量最大值为25cm,工作面上隅角瓦斯浓度为0.45%~0.75%,实现了高瓦斯矿井大断面煤巷沿空留巷技术的成功应用。     

综采工作面沿充留巷围岩稳定性研究

采用理论分析方法对沿充留巷与沿空留巷二者巷道顶板压力进行计算对比分析。结果表明:沿充留巷与沿空留巷相比,在具有沿空留巷优势的同时,对采空区顶板有减压降沉的特点。计算沿空留巷顶板压力为P=212.94~358.54 MPa,沿充留巷顶板压力为P=161.98~256.62 MPa。可以看出充填体对采空区覆岩产生支撑力,有效减缓顶板下沉量,降低顶板压力。以金谷煤矿为工程背景,基于沿充留巷顶板压力理论计算值以及矸石充填开采技术特点,对巷道进行组合支架留巷、辅助支护以及巷旁注浆加固综合设计有效控制11101工作面矸石充填过程中巷道围岩变形量,确保巷道围岩稳定性。     

缓倾斜综放工作面沿空留巷围岩控制技术研究

正帮煤业11#煤层为缓倾斜中厚煤层,为提高煤层采出率,设计在11101工作面应用沿空留巷技术,为了解决倾斜顶板条件下留巷支护的难题,通过理论分析、数值计算及数值模拟等方法,设计泵送混凝土充填体宽度为1.2m,锚栓间排距为800mm,数值模拟验证其支护的合理性和可行性,现场应用期间通过围岩位移监测得知,顶板相对移近量最大达283mm,两帮移近量最大达305mm,均在安全使用允许的范围内,取得了良好的支护效果。     

三河尖矿深部沿空留巷围岩控制技术研究

为了有效控制深部沿空留巷围岩变形问题,分析了深部沿空留巷的围岩变形规律,提出了深部沿空留巷围岩控制技术,即采用高强高预应力锚杆支护技术、充填区域顶板控制技术、充填体预应力承载结构和动压作用期间单体液压支柱加强顶底板支护等控制技术。实践表明:该技术有效地维护了巷道围岩稳定,最终两帮变形量小于550 mm,顶板底变形量小于1 200 mm,主要以底鼓为主,经卧底后可满足下一工作面回采要求,取得了很好的沿空留巷预期效果。     

柔模混凝土沿空留巷技术在常村矿的应用

以常村矿S5-9综采工作面沿空留巷为背景,分析了沿空留巷支护原理,得出了充填体必须具备的两种特性;通过在S5-9工作面胶带巷进行柔模混凝土沿空留巷,并现场对柔模体及巷道围岩变形量进行监测,结果表明:充填的柔模墙体起到了让压和抗压的双重作用,巷道顶板最大移近量为240 mm,两帮移近量为201 mm,巷道整体稳定,能够满足工作面安全回采要求。     

深部矿井沿空留巷围岩控制技术研究

针对深部矿井沿空留巷围岩变形严重的问题,以海石湾煤矿6113工作面运输巷沿空留巷为工程背景,采用数值模拟和理论分析的方法,研究了深部沿空留巷围岩位移、塑性区等演化规律,得到:充填体宽度2.5m,配合巷内基本支护、巷内超前支架、工作面后方单体液压支柱加强支护,充填区域顶板采用锚杆、锚索加强支护,巷道变形得到了有效控制,深部沿空留巷取得成功,为类似条件沿空留巷提供参考。     

综放工作面柔模沿空留巷围岩控制技术

针对综放开采沿空留巷巷帮煤柱破碎,巷道围岩变形量大,巷道稳定性差的问题,以高河矿W4301工作面为背景,分析了沿空留巷围岩结构特征,提出端头铺设金属网、架后及时打设木点柱和单体柱的切顶和挡杆技术,以及巷道超前顶板锚索补强、密集钻孔切顶、施工柔模混凝土墙充填支护体、架棚支护和煤柱侧巷帮注浆加固综合围岩控制技术。试验表明:充填支护体和锚索受力较为稳定,充填支护体和锚索能够有效承载,沿空留巷巷道两帮最大移近量为207 mm,顶底最大移近量为231 mm,围岩变形不大,控制效果较好。     

古汉山矿综放面切顶沿空留巷采空区帮控制技术

基于煤矿采掘接替紧张、巷道围岩控制困难等难题，以古汉山矿1604工作面为研究背景，提出切顶卸压沿空留巷技术。对沿空留巷采空区帮控制原理及围岩运动特征进行了理论分析，形成了切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术采空区帮稳定性控制体系，并在现场进行了工业性试验。研究结果表明，采用高强预应力锚索补强顶板、单体柱π梁支撑顶板及可伸缩工字钢挡矸防护等联合支护体系可行；实体煤帮最大移近量为276 mm，采空区帮最大移近量为216 mm，顶板最大移近量为225 mm，底板最大鼓起量为164 mm，采空区帮挡矸防护体系变形不明显，留巷变形在合理范围内，留巷效果良好，可为类似条件下的切顶沿空留巷工程提供借鉴。     

新景煤矿3105工作面沿空留巷围岩控制技术

新景煤矿属于高瓦斯矿井,回采工作面一般布置4条回采巷道,并且巷道均为一次性使用巷道,导致该矿存在采掘接替困难,煤炭采出率较低的问题。为此,设计在3105工作面采用巷旁充填沿空留巷技术,通过数值模拟分析,确定巷旁充填体宽度为1. 5 m,采用斜拉锚索对留巷顶板和充填区域顶板进行支护。应用期间对留巷围岩位移进行监测,监测结果表明沿空巷道围岩位移较小,效果良好。     

充填体宽度对沿空留巷顶板形变特征的影响

为了探讨充填体宽度对沿空留巷顶板形变特征的影响,以神宁乌兰矿5768回采工作面巷帮充填沿空留巷为背景,采用Midas/GTS数值模拟和现场实测相结合的方法,研究不同宽度充填体对沿空留巷顶板形变特性影响规律。结果表明:该数值模拟方法确定的巷旁充填体宽度在围岩逐渐稳定后,顶板形变量小、充填体稳定,说明用该模拟确定的充填体宽度科学合理。