切顶卸压沿空留巷围岩控制效果数值模拟研究

为研究切顶卸压对沿空留巷围岩控制效果的影响规律,基于UDEC软件,对沿空留巷侧向顶板悬顶与垮落2种情况下的围岩受力变形特征进行深入分析。研究表明:相对于直接顶悬顶状态,直接顶垮落时煤帮侧煤层和巷旁支护墙体上的垂直应力集中系数分别降低0.19和0.49;直接顶垮落状态下沿空巷道顶板下沉、底板鼓起、煤帮内移和墙体内移量相对于直接顶未垮落状态下,分别降低73%、60%、27%、75%;巷道侧向悬顶是造成沿空巷道围岩大变形的重要原因,切顶会促使采空区上方直接顶有效垮落,采空区上覆岩层的重力无法有效向巷道周围的煤岩体中传递,且垮落的岩层会对顶板起到一定的支撑作用,有助于降低巷道围岩所承受的压力。     

切顶卸压爆破技术在沿空留巷中的应用研究

针对某煤矿采空区直接顶及上覆顶板悬露面积大,采空区侧悬臂梁结构载荷加载到混凝土墙体及巷内,使巷内顶板下沉量大,巷旁混凝土墙体过早承载破坏等问题。采用超前工作面预裂爆破切顶卸压法,研究了切顶卸压机理以及工作面端头支架架间预裂爆破切顶设计,并分析了放炮工艺及安全技术措施,研究得出:通过采用切顶卸压爆破技术,可使垮落矸石充满采空区,减小了沿空巷道顶板悬臂梁上覆荷载以及旋转变形对巷旁混凝土墙体的压力以及巷旁顶板下沉量,实现了留巷围岩稳定。     

应用水力压裂技术解决工作面进风隅角悬顶问题

肖家洼煤矿工作面回采过程中进风隅角易出现悬顶问题,悬顶加剧邻近顺槽底鼓、片帮、顶板下沉等矿压显现。针对211303工作面进风隅角悬顶问题,采用水力压裂弱化控制技术提前对顺槽400～600m处巷道顶板进行预裂。工程实践表明,应用该技术后,进风隅角顶板能够及时分层垮落,隅角顶板垮落减弱高应力向临近巷道的转移,降低煤柱支撑压力,从而减缓临近巷道的变形,对矿井安全生产具有重要指导意义。     

大断面切眼支护解除对围巷稳定性影响分析

 大断面切眼锚网支护在综放工作面开切眼的应用效果良好,但由于锚杆锚索的悬吊作用造成老顶不能及时垮落,对邻近巷道稳定造成了一定的影响,本文针对这个问题运用理论分析和数值模拟的方法并结合现场观测,研究了综放开切眼锚网索联合支护解除对围岩支承压力和巷道变形的影响,结果表明：切眼锚网支护解除能使切眼顶板随工作面推进而垮落,缩短采场老顶初垮步距,使得分配到排水巷与切眼间煤柱上的支承压力明显下降,切眼后排水巷围岩变形明显减小,有利于切眼后排水巷围岩稳定。本文研究结论对指导采空区周围巷道围岩变形控制有重要的参考意义。     

复合灰岩顶板闭合爆破切顶技术研究

邱集煤矿1102工作面顶板为致密坚硬的复合灰岩顶板,基于四周固支岩梁模型,理论计算未切顶前顶板初次垮落和周期垮落步距,发现工作面推采后出现采空区大跨度悬顶等问题。为解决这一难题,分析计算合理悬顶长度,提出工作面深孔爆破闭合切顶技术;拟采用聚能爆破定向断裂顶板形成闭合贯穿裂缝,帮助采空区顶板随推采及时垮落,减小采空区悬顶长度;根据工程地质条件,针对性设计聚能预裂爆破切顶高度、切顶角度和炮孔间距,并推导出合理封堵长度计算公式,形成了一套完整的爆破切顶参数选取方案。经现场试验证明,爆破切顶后,相邻炮孔间裂缝贯通形成闭合切缝面,采空区悬顶沿闭合切缝面及时垮落,复合顶板初次垮落步距从45m降低为24m,周期垮落步距从19m降低为11m,分别降低了46.6%和42.1%,垮落效果良好,可为类似地质条件下解决大跨度悬顶问题提供参考。     

无煤柱自成巷预裂切顶机理及其对矿压显现的影响

预裂切顶是无煤柱自成巷技术的核心,预裂切顶的效果直接关系到成巷的稳定性。以柠条塔煤矿无煤柱自成巷工程项目为背景,首先运用理论分析方法研究了预裂切顶的机理,进而运用离散元数值模拟方法和现场试验方法,对不同切顶条件下巷道围岩的响应规律进行了研究。研究发现,非聚能爆破模式下裂隙向四周扩展,导致巷道顶板形成裂隙分支,破坏巷道顶板的完整性。聚能张拉爆破模式下,应力波在侵彻裂隙的导向作用下可实现定向成缝。为达到理想的切顶效果,装药量及孔间距需协调设计,以保证孔间裂隙贯通。切顶参数变化对巷道围岩的整体变形及矿压分布有重要影响。在一定范围内,增大切顶高度可增大矸石碎胀体积,减小巷道顶板变形和作用在实体煤帮上的应力峰值,但切顶高度不宜过大,否则会增大施工难度,且会增大留巷变形。切顶角度对矿压显现亦有一定影响。当垂直巷道顶板切缝时,巷道围岩变形最大,但当切缝向采空区偏斜10°~20°,留巷围岩变形明显减小。柠条塔煤矿4.1 m采高、砂岩为主顶板的条件下,爆破孔间距为600 mm,单孔装药量为3 200 g时,切顶高度设计为9.0 m,切顶角度为10°时,矸石垮落充分,成巷效果较好。总结认为,切顶高度影响的是采空区矸石的碎胀体积及其对切顶短臂结构的作用力,切顶角度主要影响采空区顶板在垮落中对切顶短臂结构的动态下坠力及稳定后对切顶短臂结构的稳态支撑力,无煤柱自成巷预裂切顶的关键是保证采空区顶板和巷道顶板切得开,在切顶参数设计时应综合考虑预裂效果和切顶后碎胀矸石与切顶短臂结构的作用关系。     

中近距离下伏工作面采动条件下巷道加固技术研究

受下伏中近距离工作面回采影响,其上部已有的系统巷道处于工作面采空区覆岩垮落、离层影响范围内,巷道支护对象发生了显著改变,围岩变形控制极为困难。以淮北矿区朱庄煤矿二水平南大巷为工程背景,采用相似模拟方法,研究下伏工作面采空区顶板覆岩运移垮落特征,以及其与上部巷道变形破坏之间的时空规律,在此基础上提出了巷道采前U型棚预加固+采后注浆围岩重构技术。工程应用结果表明,试验巷道成功经受住了下伏工作面的采动影响,满足了采动条件下系统巷道的正常使用要求。     

沿空留巷切顶爆破卸压技术研究与应用

针对长壁式采煤法基本顶破断,以及预留煤柱造成的资源浪费、巷道变形等问题,文章采用深孔预裂爆破切顶卸压技术,分析了工作面推进时顶板出现周期性垮落以及顶板应力分布特征,用预裂爆破技术在巷道上方和煤柱帮上方基本顶之间形成切缝,阻断基本顶之间的联系,消除采空区侧基本顶回转、断裂、垮落对煤柱侧的影响,使侧向支承压力峰值降低并向深部转移。研究表明,采用深孔预裂爆破切顶卸压技术后,顶底位移和两帮位移分别为190 mm和50 mm,切顶后的顶底位移与两帮位移比之前分别降低了71.2%和64.3%,由此可以看出,预裂爆破效果显著。该爆破方案的合理选择,不仅解决了采空区顶板压力与巷道变形较大的难题,还能有效地节省煤炭资源。     

18104材料巷水力压裂切顶卸压技术实践

为了使得坚硬顶板能及时垮落,不造成大面积悬顶,以18104材料巷为研究对象,采用水力压裂技术对顶煤进行弱化,产生大量的水压裂缝,促使顶煤在悬露状态下及时破断、垮落,从而达到弱化顶板,通过现场实践,与实施水力前进行对比,采掘交锋前后,巷道变形明显减小,工作面推过后,巷道无后续大变形。保证安全开采的效果,且可以很好提高顶煤的回收率。     

基于TRIZ理论的厚硬顶板巷道围岩卸压技术及应用

针对厚硬顶板极难破碎垮落，形成的长悬臂梁挤压巷道造成围岩变形破坏的难题，以曹家滩煤矿典型工作面为工程背景开展研究。利用TRIZ理论进行了系统分析，通过因果关系法确定了造成巷道围岩变形的原因，并采用空间分离原理分离采空区顶板与巷道顶板，结合预先作用法“软”化采空区顶板，以达到厚硬顶板及时垮落充填的目的。基于TRIZ理论的思想，提出了一种“定向聚能爆破+非定向加强爆破”组合爆破技术。通过理论分析确定了组合爆破关键参数，并采用数值模拟进行了分析验证。在此基础上，进行了组合爆破方案设计。最后，开展了现场工程试验。现场应用效果表明：采用组合爆破技术后，巷道围岩变形破坏问题得到有效解决。     

切顶卸压技术在浅埋大采高工作面沿空留巷中的实践

以S1201工作面为对象,进行了浅埋大采高工作面预裂切顶沿空留巷技术的实践应用研究,对切顶卸压沿空留巷工艺方案进行设计,并根据围岩位移、恒阻锚索受力监测数据分析从开始留巷到变形稳定的矿压显现规律。试验结果表明,切顶卸压沿空留巷工艺方案合理有效,能有效控制工作面巷道围岩的变形量。     

高强度开采条件下巷道切顶护巷技术研究

针对厚煤层、高强度开采条件下的沿空巷道围岩变形严重、维护困难的问题,以布尔台矿42203工作面为研究背景,采用理论分析和数值模拟的方法研究沿空巷道围岩变形特征,提出采用定向预裂爆破技术进行切顶卸压,以保护临近采空区的巷道。基于不同切顶高度条件下的巷道状况模拟结果发现,切顶后明显改善了巷道围岩应力环境,并确定合理切顶高度为21 m,定向预裂爆破钻孔间距为16 m,装药密度12 kg/m,钻孔角度向采空区方向偏15°、向回采帮偏5°;最终在现场进行试验。结果表明,切顶后巷道两帮移近量86 mm,顶板下沉量55 mm;采用切顶护巷技术对沿空巷道起到了较好的保护作用,能够满足安全生产需要,同时也为类似矿井切顶卸压工程试验的实施提供借鉴。     

动压影响巷道水力压裂切顶卸压技术研究

针对沿空留巷煤柱靠采空区侧悬顶造成保留巷道变量大、控制困难问题，提出水力压裂切顶卸压技术。以长平煤矿Ⅲ4321工作面为研究背景，模拟了动压影响巷道水力压裂切顶卸压全过程，获得了水力压裂和工作面回采中煤岩层的弹性模量、损伤场和应力场分布规律，揭示了水力压裂的切顶卸压规律。并进行了动压巷道水力压裂切顶卸压现场应用，结果表明：采取水力压裂切顶卸压措施后，受动压影响的Ⅲ43212巷两帮最大移近量和顶底板移近量分别降低了60.01%、63.32%，有效控制了动压影响巷道围岩变形，为类似条件下动压影响巷道围岩变形控制提供了借鉴。     

近距离煤层群切顶留巷覆岩应力及变形响应研究

为了深入了解近距离煤层群切顶留巷上覆岩层应力及变形演化规律,以白皎煤矿B4煤层、B3煤层、B2煤层切顶成巷巷道2442、2443及2444运输平巷为研究对象,开展了3层煤回采巷道开挖物理试验研究,结果表明:①上煤层巷道切顶后,顶板卸压;煤层开挖后,采空区顶板垮落并支撑巷道顶板,顶板增压;煤层继续开挖,覆岩断裂,顶板卸压...     

迎采动面沿空掘巷围岩变形规律及控制技术

迎采动面沿空掘巷经历邻近工作面侧向基本顶断裂、转动及稳定的全过程动压影响后,巷道围岩将产生大变形、维护困难.采用理论分析、数值计算和现场试验研究迎采动面沿空掘巷围岩变形规律和控制技术,得到该类巷道受邻近工作面采动影响后围岩呈现非对称变形,窄煤柱和顶板变形剧烈,提出提高窄煤柱和顶板支护强度使围岩形成有效承载体是保持迎采动面沿空掘巷整体稳定的关键,据此提出了合理的围岩控制技术:1)合理确定窄煤柱宽度,使邻近工作面采动影响稳定后巷道处于应力降低区;2)高强度大延伸率锚杆控制围岩变形;3)加强窄煤柱、顶板支护,提高关键部位承载能力.棋盘井煤矿工程实践表明,该技术有效控制了该类巷道围岩变形量,取得了良好效果.     

新峪矿采空区下近距离巷道矿压特征研究

为研究采空区下近距离巷道的矿压特征,通过现场围岩变形监测分析了回采期间巷道的围岩变形规律,采用数值模拟的方法研究了巷道围岩应力的变化规律。 结果表明:巷道的竖向收敛量是两帮收敛量的2.02~3.09倍;距工作面10m的范围内,是采动影响的剧烈区,两帮在此区域受到的影响更为显著;巷道靠煤柱一侧围岩,竖向应力均呈现出一直增长的趋势,采空区的出现破坏了其下方围岩应力变化曲线的指数函数分布形式;上层采空导致了下层工作面的顶板不完整,支承压力作用明显减弱,影响范围仅为5~10m,相比常规类型巷道,影响范围大大缩小;由于上层煤柱侧向支承压力的存在,帮部岩体易因受压膨胀而破坏,引起顶板整体下沉,采空区渗水会加剧铝质泥岩的底板隆起。     

沿空巷道切顶围岩变形控制机理及工程应用

为减少薄-中厚煤层开采工作面区段煤柱损失,提出了切顶法沿空成巷无煤柱开采技术,即在上区段回采工作面运输巷内,采用张拉聚能爆破在运输巷顶板与采场侧向顶板间形成一条切缝结构面,该结构面可阻滞采场侧向顶板移动压力向沿空巷道围岩的传递,并促使侧向顶板沿切缝切落,切落矸石则隔断采空区而形成运输平巷采空区侧巷帮,矸石碎涨后充填冒落空间支撑上位岩层继续移动,从而实现沿空巷道稳定。沿空巷道切顶力学模型的理论与数值分析结果显示,巷旁爆破切缝将可传递采场岩层移动变形压力的岩梁结构改变为沿切缝切落的短臂岩梁结构,大大降低了沿空巷道受采场侧向岩层移动变形压力的作用,减小了沿空巷道围岩压力及变形量。基于该原理提出的巷内加强支护、巷旁密集支护、巷道顶板切缝等主被动联合切顶技术,在各种不同条件下薄煤层、中厚煤层切顶成巷工程实践中均取得了良好效果,实践表明,该方法可有效降低采场岩层移动对沿空巷道产生的压力,减小沿空巷道围岩变形。     

三软煤层巷道布置优化与联合支护技术研究

为解决三软煤层回采巷道围岩大变形难支护和区段间留设大煤柱资源浪费的问题,对巷道布置和支护方式进行了优化,采用了厚煤层错层位外错式沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法.首先采用极限平衡区法确定沿空巷道煤柱留设5m,建立了关键块B力学模型,计算分析了关键块B不会发生滑落失稳与回转失稳;其次介绍了相邻巷道联合支护技术;最后采用FL...     

深部高强锚注切顶自成巷方法与验证

针对深部高应力回采巷道围岩控制难题,以我国最大采深矿井——山东泰安孙村煤矿为工程背景,对传统沿空掘巷、锚杆(索)支护巷道进行监测分析,结果表明:巷道围岩变形量大,破坏范围广,锚杆大部分处于强度劣化区内,难以发挥支护作用,锚索受力大,接近极限破断力。为解决上述问题,系统开展了不同煤柱宽度、地应力大小、顶板围岩强度、切顶高度等影响因素下的数值试验研究,建立了顶板应力释放率、侧向支承压力提升率与围岩变形控制率等定量评价指标,对比分析了多种因素下切顶自成巷与沿空掘巷矿压变化规律与围岩控制机制。基于此,提出了深部高强锚注切顶自成巷方法,利用高强锚注提高巷道顶板完整性,利用顶板预裂切缝切断采空区与巷道顶板之间的应力传递,使巷道处于应力降低区。为进一步验证该方法的合理性,利用自主研发的地质力学模型试验系统,开展了模型试验对比研究,高强锚注切顶自成巷围岩应力比沿空掘巷平均降低20.8%,围岩变形量为后者的45.1%,应力释放与围岩控制效果明显。结合上述研究,提出了相应的工程建议,并在孙村煤矿2215工作面进行了现场应用,监测表明该方法有效控制了巷道围岩变形,实现了无煤柱开采。     

综采面切顶沿空留巷采空区帮控制技术研究

以塔山煤矿8305综采工作面为例,提出了切顸卸压沿空留巷技术.从超前预裂切缝、巷道补强支护、采空帮挡矸支护和滞后临时支护四个方面制定了采空区帮控制技术方案,并进行了工业性试验.巷道观测结果表明,切顶卸压沿空留巷采空帮变形量控制在265 mm以内,有效控制巷道围岩变形量,满足安全生产要求.