坚硬顶板预裂爆破切顶卸压沿空留巷技术研究

为了保证采掘衔接提高煤炭资源回收率,在荣泰矿10207工作面运输巷推行单体配合铰接梁沿空留巷项目。根据沿空留巷技术经验,为确保密集单体切顶效果,减少沿空留巷以外悬臂岩梁荷载,确保沿空留巷成巷效果,在以往沿空留巷技术的基础上采用预裂爆破切顶卸压,保证了沿空留巷的成巷质量,为相同地质条件下坚硬顶板沿空留巷工作面回采切顶工艺提供了宝贵经验。     

厚层灰岩直接顶沿空成巷切顶断裂条件及围岩移动规律研究

基于沿空留巷原理,分析了厚层灰岩直接顶板下巷旁充填沿空留巷和超前切缝断顶卸压法沿空留巷巷道顶板断裂位态,分别建立了2种不同顶板断裂位态下的结构力学模型,推导了巷道顶板支护阻力计算方法。研究表明:当切顶阻力Q≤ql时,巷道顶板沿煤壁内一定深度内断裂,沿空巷道侧向顶板悬臂结构可向沿空巷道围岩传递采场岩梁和上覆岩层移动压力;而当切顶阻力Q≥ql,巷内加强支柱+巷旁切顶墩柱+巷旁切缝的联合切顶作用时,可使得侧向坚硬灰岩顶板沿切缝结构面断裂滑落,实现顶板断裂位态主动控制,降低了坚硬灰岩顶板传递上覆岩层压力的移动变形压力,优化了顶板承载结构和围岩应力,降低了巷旁支护体承受的附加载荷。相关设计方法及研究成果应用到南屯矿厚层灰岩直接顶切顶留巷试验,取得了良好的应用效果。     

宏景塔矿切顶留巷预裂切缝参数优化研究

为保证切顶留巷采空区侧顶板顺利冒落,结合宏景塔矿实际开采技术条件,通过理论分析、现场试验及以往工程经验,对浅埋深薄煤层坚硬顶板切顶留巷的双向聚能爆破预裂切缝参数进行了优化。结果表明:采用切缝角度15°、切缝高度5 m、切缝间距500 mm、装药量3+2的切缝参数,裂缝率达到92%,贯通率达到85%,且顶板沿切缝线及时并充分垮落,应用效果良好。     

坚硬顶板切顶沿空留巷围岩控制技术

针对目前煤矿存在采掘接替紧张、煤层顶板坚硬而导致回采巷道围岩较难控制等问题,基于平煤二矿高地应力顶板坚硬条件,提出了切顶卸压沿空留巷技术,并进行了工业性试验。研究结果表明:工作面周期来压主要是由工作面的不断对称和采空区上方顶板"O-X"的形成及破断引起的;提出了以"切、补、护、支"为基础的切顶卸压沿空留巷围岩控制机理;留巷巷道两帮平均移近量80 mm,顶板平均下沉量138 mm,留巷变形在合理范围内,成巷效果较好,可为类似地质条件下的切顶卸压沿空留巷提供技术参考。     

预裂切缝角度对沿空留巷围岩结构影响分析

当煤层上方为坚硬厚层老顶覆盖而无软弱直接顶赋存、或者直接顶较薄时,对顶板预裂爆破卸压,通过理论证明切缝角度的选择影响沿空留巷顶板的结构变化,选择合理的切缝角度,不但可以优化顶板结构,同时减轻了巷内巷旁支护的压力。以米山煤矿15103工作面为工程背景,通过理论与模拟相结合确定了15103工作面最佳切缝角度为20°,并在现场进行实施应用。通过对现场锚索与支架的受力监测,验证了爆破切顶卸压的效果,对于切顶卸压沿空留巷技术的推广应用具有重要的借鉴意义。     

薄煤层石灰岩顶板巷旁充填沿空留巷关键参数研究与应用

以南屯煤矿3602工作面巷旁充填沿空留巷为工程背景,对薄煤层石灰岩顶板巷旁充填沿空留巷关键参数进行研究。通过室内试验测试石灰岩顶板的物理力学性质,并分析留巷过程中石灰岩顶板垮落形式,建立巷旁充填沿空留巷切顶力学模型,确定薄煤层石灰岩顶板巷旁充填沿空留巷的关键参数为巷旁充填体的切顶阻力和宽度,并给出相应的切顶阻力计算式。研究结果表明:当直接顶厚度远大于煤厚时,巷旁充填体应具有足够的切顶阻力和适当的宽度,满足直接顶在采空侧被整体切落的要求。研究成果在现场实践中成功应用,对于巷旁充填沿空留巷技术在薄煤层开采中的推广应用具有重要借鉴意义。     

切顶卸压沿空留巷切缝设计与研究

针对哈拉沟煤矿12201工作面切顶卸压沿空留巷工程所设计的预裂切缝,保证切断其顶板应力传递,并且顺利切落成巷,通过理论计算结合工程实际设计出合理的切缝高度范围和角度范围,并利用数值模拟进行验证从而确定出最合理的切缝高度和切缝角度,通过现场试验得出最为合理的钻孔间距,从而确定出针对哈拉沟煤矿12201工作面切顶卸压沿空留巷最优的切缝设计方案。     

切顶卸压沿空留巷切缝设计与研究北大核心

针对哈拉沟煤矿12201工作面切顶卸压沿空留巷工程所设计的预裂切缝,保证切断其顶板应力传递,并且顺利切落成巷,通过理论计算结合工程实际设计出合理的切缝高度范围和角度范围,并利用数值模拟进行验证从而确定出最合理的切缝高度和切缝角度,通过现场试验得出最为合理的钻孔间距,从而确定出针对哈拉沟煤矿12201工作面切顶卸压沿空留巷最优的切缝设计方案。     

坚硬复合顶板沿空留巷围岩控制技术研究

通过对坚硬复合顶板切顶卸压沿空留巷顶板运动特征 的研究,明确了留巷顶板运动及应力演化规律,得到了顶板 覆岩荷载的传递机制.基于围岩结构演化特征,建立了留巷 顶板下沉量计算模型,确定顶板下沉量由坚硬顶板关键块旋 转下沉和顶板离层共同控制,给出了顶板最终下沉量的计算 公式,并提出了非对称支护的控制对策和锚索支护强度计算 公式.以邱集煤矿１１０２工作面坚硬复合顶板沿空留巷为研 究背景,借助 UDEC数值模拟软件,对巷道顶板位移与应力 变化进行计算.结果表明:切顶后的顶板悬臂梁具有越靠近 切缝竖向位移越大的特征,且顶板应力向深部转移,巷道顶 板无应力集中现象.据此设计恒阻大变形锚索＋锚杆＋单 体支柱的非对称支护结构,现场应用效果良好.     

厚硬顶板爆破切顶沿空留巷工程实践

厚硬顶板条件对沿空留巷非常不利,大面积顶板突然冒落对充填墙体产生冲击破坏,悬顶还会使留巷墙体长期处于集中应力作用下,加大了留巷围岩变形和留巷难度。通过在工作面前方实施顶板预裂爆破,在工作面后方爆破切顶控制留巷侧向悬顶长度,保证了坚硬厚层顶板条件下沿空留巷的顺利实施。     

黔西高瓦斯工作面沿空留巷“卸-支-护”技术研究

为解决黔西高瓦斯工作面沿空留巷效果不理想的问题,以新田煤矿1404工作面为工程背景,提出了沿空留巷“卸-支-护”技术及其具体内容。针对沿空留巷的不同参数进行数值模拟,综合分析得到了适用于1404工作面沿空留巷的最优参数。基于模拟得到的结果在该工作面进行工业性试验,并进行持续监测验证了“卸-支-护”技术应用效果良好。研究结果表明：(1)沿空留巷“卸-支-护”技术在三者共同作用下,有效的控制了巷道的变形,留巷效果良好；(2)通过确定合适的切顶角度和柔模袋宽度,根据顶板情况确定切顶钻孔深度可以有效改善切顶和留巷的效果；(3)现场观测结果显示,留巷的顶底板最大移近量414mm,两帮最大移近量211.4mm,巷道变形量可控,能够满足留巷后期的使用需求。表明通过沿空留巷“卸-支-护”技术能够有效切顶卸压,承载顶板变形,从而有效的控制沿空留巷的巷道变形,保障了留巷的正常使用,降低了后期维护的费用。     

浅埋沿空留巷切缝顶板断裂条件及移动规律研究

根据浅埋煤层顶板断裂后岩块间水平挤压力较小难以形成砌体梁的特点,分析了切顶卸压沿空成巷下的巷道顶板断裂结构,建立了下位切缝上位弯曲裂缝的双边悬臂梁的断裂力学模型,推导了沿空巷道侧向基本顶沿切缝结构面裂缝扩展断裂时的切顶工作阻力;建立了侧向基本顶两种不同顶板断裂位态下围岩结构数值模型,得出了两种断裂位态下的结构移动变形规律。当切顶阻力Q?ql时,巷道顶板沿煤壁内一定深度内断裂,空区侧弧形三角板直接顶的倒台阶悬臂结构可向沿空巷道围岩传递较大破断动载和覆岩移动压力;而当切顶阻力Q≥ql并与切缝联合切顶同时作用时,则可使得垮落带内直接顶和低位基本顶沿切缝结构面断裂滑落失稳,实现顶板断裂位态主动控制,减小弧形三角板侧向悬臂传递覆岩荷载的结构长度,优化顶板承载结构和围岩应力,降低巷旁支护体承受的附加荷载。同时切落后碎胀的矸石及时充填空区将上覆岩触矸点前移,减缓了上覆岩下沉和旋转变形作用力。哈拉沟矿浅埋薄基岩大断面复合顶板切顶成巷试验结果表明:沿空巷道超前切缝可减小侧向顶板区域支架工作阻力和直接顶垮落步距,降低岩板破断引起的冲击动载,实际切顶阻力与理论计算分析结果较为吻合。     

薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数研究

针对薄直接顶大采高工作面顶板垮落后不能及时充满采空区,造成上覆厚硬顶板在工作面侧向形成悬臂梁结构,进而向留巷侧传递覆岩压力导致留巷围岩破坏失稳的现象,以某矿12408工作面薄直接顶、厚硬基本顶条件为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,研究了薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数。建立了留巷顶板的力学模型,量化了未贯穿面的拉应力与切顶高度和切顶角度的关系,确定了未贯穿面拉应力随切顶高度和切顶角度的变化规律,得出了切顶角度一定时,未贯穿面处的拉应力与切顶高度近似指数函数规律分布,拉应力随切顶高度的增大而增大,且增长速率逐渐加快;切顶高度一定时,未贯穿面处的拉应力随切顶角度的变化曲线呈抛物线形,随着切顶高度增大,未贯穿面处的拉应力超过极限所需的切顶角度的范围也增大。数值模拟方法分析了留巷中锚索轴力变化系数的变化规律、区段煤柱和相邻巷道竖直方向应力的分布特征,确定了11 m的切顶高度和大于0°的切顶角度即可切断顶板间的应力传递。现场考虑到实际岩层赋存条件的复杂多变、爆破后切缝面的不平整性和贯通程度的差异性以及保证厚硬顶板在矿山压力作用下顺利垮落,采用13.6 m的切顶高度和10°的切顶角度,结合顶板垮落后的碎涨系数,理论验证了顶板垮落后的高度大于工作面实际高度,即垮落顶板能够及早支撑上覆岩层,减轻覆岩运动对留巷和煤柱稳定性的影响。现场监测到巷道顶底板及两帮变形量较小,围岩较稳定,验证了数值模拟结果的可靠性以及切顶卸压技术的可行性,可为类似条件的切顶留巷提供借鉴和参考。     

链臂锯切顶卸压小煤柱留巷开采围岩稳定性分析

在大同矿区"三硬"煤层条件下,随着浅部煤炭资源的日益枯竭,采矿活动不断走向深地,地应力逐渐增大,塔山煤矿8311工作面和8312工作面间仅留设6m小煤柱,2312巷会遭受两工作面的重复采动,为保证两工作面重复采动影响下巷道的围岩稳定性,同时保证煤炭采出率,采用同煤集团自行研发的链臂锯进行机械切顶,以达到顶板弱化效果。为研究该技术使用条件下留巷在两工作面回采期间受重复应力扰动下围岩稳定性,运用数值模拟、力学分析等手段对切顶及未切顶后的巷道围岩应力及变形分布规律等进行研究。研究结果表明:链臂锯切顶卸压能有效切断基本顶间的应力传递,使留巷内顶底板应力峰值下降,应力分布均匀,小煤柱内应力集中峰值大幅降低,提高了留巷围岩稳定性;同时针对小煤柱留巷实体煤侧仍会受超前应力和侧向应力影响形成叠加应力集中区域及小煤柱产生的塑形变形等问题,本文相应提出了改进意见。     

坚硬顶板切顶卸压围岩变形规律研究

为了进一步揭示坚硬顶板超前切顶卸压轨道下山的变形规律和保安煤柱的应力分布特征,以潞宁煤矿22115工作面开采为工程背景,利用相似材料模拟和现场实验,分析了坚硬顶板切顶轨道下山变形规律。结果表明:切顶可使采空区坚硬顶板在剪应力作用下沿着预制裂隙垮落,缩短悬顶长度,切断应力传递途径,有效缓解了保安煤柱承担的载荷。现场实践效果较好,巷道顶底板移近量约为320 mm,两帮移近量约为245 mm;切顶卸压技术是高应力坚硬顶板大变形巷道围岩控制有效途径之一。     

厚煤层无煤柱沿空留巷围岩“卸压-支护”机理

为确定色连二矿厚煤层无煤柱开采沿空留巷时，巷道围岩切顶卸压及支护机理参数，采用理论分析、数值模拟、工程类比及工业试验的研究方法对留巷相关参数进行研究，研究表明：理论分析确定沿空巷顶板悬臂梁越短，顶板压力越小，留巷段稳定性随围岩切顶高度增加而增加，切缝孔窥视确定装药结构为3-2-2-2-2-1-0时，顶板围岩能够形成切缝面，切缝效果较好；数值模拟及现场工业试验研究表明，留巷段采用深浅部围岩”分层支护参数支护时，顶板锚索锚固围岩稳定，工作面动压影响留巷段距离为270.4m，巷道顶底板最大变形量为628.92mm，满足安全高效生产需要，研究为同类型地质条件矿井提供参考。     

厚硬基本顶岩层切顶留巷参数优化设计方法研究

针对薄直接顶工作面开采时垮落顶板不能有效充填采空区,进而引起厚硬基本顶形成较长悬臂结构并挤压巷道的现象。以黑龙煤业1103工作面薄直接顶、厚基本顶条件为背景,建立了下位切缝基本顶悬臂梁断裂力学模型,推导出基本顶沿切缝面扩展断裂时所需的巷旁切顶阻力计算方法,利用数值模拟确定出合理的切顶参数。研究结果表明：当顶板侧向悬臂长度及岩层载荷等参数一定时,巷旁切顶阻力随着切顶高度的增大先增加后减小|为使得上覆厚基本顶沿切缝面断裂并失稳滑落,合理的切顶参数应为切顶高度4m、切缝角度10°,此时巷旁提供的切顶阻力至少为3350kN。研究成果在现场实际工程中成功实施,可为类似条件的切顶留巷工程提供借鉴和参考。     

祥升煤矿3301工作面切顶卸压无煤柱开采技术

为了减轻工作面回采过程中巷道支护的压力,祥升煤矿3301工作面采用了顺槽切顶卸压无煤柱沿空留巷技术。通过经验法确定巷道切顶参数,采用钻孔爆破法施工。考虑到爆破会对巷道的稳定性有影响,对巷道分段进行了加强支护。现场实践结果表明,在切顶卸压后巷道的支护更加容易,可节约支护成本约为542元/m。     

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。     

沿空掘巷围岩稳定性控制方案

为了提高煤炭回采率,甘肃靖远矿区红会一矿1715运输巷道采用沿空掘巷与1713采空区留设窄小煤柱的方式护巷掘进,但是,巷道掘进过程中围岩稳定性控制问题凸显。针对1715运输巷道沿空掘巷留设窄小煤柱围岩稳定性难以控制的问题,根据自然平衡拱理论,计算了巷道两帮及顶板的破坏深度,并以此为基础,结合悬吊理论,设计出了巷道锚杆锚索支护参数,提出了切顶卸压和巷道锚杆锚索联合加固的围岩稳定性控制技术方案,为沿空掘巷窄小煤柱围岩稳定性控制提供了参考。