浅埋煤层无墙体沿空留巷及切顶组合支架试验研究

针对浅埋煤层无墙体沿空留巷围岩稳定问题,重点分析了基本顶沿巷旁支护体断裂后顶板结构失稳特征,得出了留巷顶板沿巷旁支护体侧切断并垮落后,留巷所需的支护阻力迅速减少。基于此种基本顶断裂位态,提出了无墙体沿空留巷切顶组合支架巷旁支护技术,结合在给定载荷、给定变形、采空区矸石侧压和底板比压等条件,对切顶组合支架的切顶阻力、支架可缩量及抗侧压能力等分别给予计算并进行校核,并在老母坡煤矿3101试验工作面进行工程验证。结果表明:在留巷工作面后方90 m以外,稳定后巷道两帮移近量为243 mm,顶板下沉量225 mm,移近速度不超过1 mm/d,证明巷旁切顶组合支架配合单体支柱能够在顶板回转切顶过程中提供足够的工作阻力,在类似条件下实施无墙体沿空留巷技术是可行的。     

沿空留巷顶板下沉规律及其影响因素分析

针对沿空留巷顶板下沉量大、控制十分困难的问题,在分析沿空留巷顶板下沉规律的基础上,利用能量守恒原理,建立了沿空留巷顶板下沉力学模型,推导出顶板下沉量的计算公式,并对顶板下沉的影响因素进行了定量分析和灰色关联度敏感性分析。结果表明：某矿沿空留巷顶板下沉量计算值为371.45 mm,较好地吻合现场测量值,理论计算公式是准确的。顶板下沉随巷道宽度、采高的增加而增大,随直接顶厚度、巷内支护阻力、煤帮侧向支护阻力、巷旁充填体宽度和充填体弹性模量的增加而减小;对沿空留巷顶板下沉的敏感度大小的影响因素依次为采高、充填体弹性模量、充填体宽度、直接顶厚度、巷内支护阻力、巷道宽度、煤帮侧向支护阻力,其关联度分别为0.96、0.73、0.68、0.52、0.28、0.13、0.04。研究结果可为有效控制沿空留巷围岩变形提供依据。     

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。     

柠条塔煤矿大采高工作面切顶沿空留巷围岩变形机理研究

以柠条塔煤矿大采高工作面预裂切顶沿空留巷为工程背景,采用有限元数值模拟方法分析预裂切顶对沿空留巷围岩应力分布的影响。介绍了沿空留巷支护和爆破施工参数,根据围岩表面位移、顶板离层、恒阻锚索受力、液压支架工作阻力监测数据,分析了从开始留巷到变形稳定矿压显现规律。现场试验表明:切顶卸压自动成巷技术能够切断采动应力传递路径,明显降低了浅埋大采高工作面沿空留巷围岩受到的动压扰动,有效抑制了巷道围岩变形,成巷断面尺寸满足生产要求。     

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。     

深孔爆破切顶对沿空留巷围岩稳定性影响的研究

为了在山西省南阳煤矿３２０７工作面顺利实施沿空留巷无煤柱开采,在靠近巷旁支护墙 的采空区侧进行超前深孔爆破预裂顶板,通过数值模拟计算和现场工业试验,进行了深孔爆破切 顶对沿空留巷围岩稳定性影响的研究。 以南阳煤矿３２０７工作面运输巷沿空留巷为背景,构建了 数值模拟计算模型,计算了留巷的顶、底板位移和墙体、煤帮的位移,分析了留巷围岩的应力分布 与变化。 数值计算表明,切顶后沿空留巷围岩应力和位移的减小幅度较大,围岩稳定性显著提 高。 现场工业试验研究表明,深孔爆破切顶能有效地消除悬臂梁顶板对留巷围岩的旋转挤压破 坏,有助于沿空留巷结构保持稳定和完整。     

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。     

切顶高度对巷旁支护沿空留巷稳定性的影响

为了研究深孔爆破切顶高度对混凝土巷旁支护沿空留巷稳定性的影响,以南阳煤矿3207工作面皮带巷沿空留巷工程为背景,采用离散元UDEC软件数值模拟计算和分布式监测手段,监测测点变量随顶板垮落到稳定的连续变化值和测线变量在顶板测线长度范围内的数值,经分析得到3207工作面的合理切顶高度,结合实践经验的其他爆破参数,进行现场试验和应用。结果表明,切顶能有效消除基本顶悬臂梁对留巷结构的挤压破坏,合理的切顶高度使留巷围岩稳定性得到增强。最后提出在较薄直接顶、厚煤层综放开采条件下,采用超前深孔爆破切顶巷旁混凝土沿空留巷技术是可行的。     

综采工作面切顶卸压沿空留巷端头及超前支护技术优化

为解决综采工作面运输巷端头及超前支护自移式液压支架破坏沿空留巷顶板锚杆、锚索问题,结合运输巷沿空留巷设计实施方案以及端头、超前液压支架相关技术参数进行论证、计算,从而得出沿空留巷顶板补强预紧力锚索支护强度远大于端头及超前液压支架支护强度,综采工作面切顶卸压沿空留巷端头及超前范围内取消液压支架支护是科学合理的。     

坚硬顶板沿空留巷巷旁支护技术及工程应用

针对沿空留巷坚硬顶板条件,在传统巷旁密集单体支柱切顶支护的基础上,提出了"锚索+单体液压支柱"巷旁主动强力切顶支护技术。巷旁先采用密集单体支柱支护,然后打锚索支护,构成强力切顶结构,待采空区顶板垮落后,将密集支柱回出,支设新的一排柱距较大的单体支柱。通过力学分析得到了巷旁单体支柱和实体煤的支护阻力大小,并对木城涧煤矿六槽东四壁运输巷进行沿空留巷试验。围岩监测数据表明:一次采动后沿空留巷顶底板移近量达125mm,两帮移近量达到52mm;二次采动对顶底板及两帮的移近量影响较小,仅分别增加了40mm、5mm。可见,采用"锚索+单体液压支柱"巷旁支护对坚硬顶板沿空留巷的围岩稳定性具有良好的控制作用。     

巷旁充填体控顶机理的相似材料模拟试验

应用相似材料模拟方法对巷旁充填体的作用与顶板下沉量、顶板破断关系进行了试验,以此分析了巷旁充填体的控顶机理。得出沿空留巷要保持良好的维护状态,在直接顶厚度小,采高较大的条件下,巷旁充填体需要切落3～4倍采高的下位顶板。     

沿空留巷顶板断裂位置分析及支护技术

为得到沿空留巷基本顶断裂的形式和条件,采用理论分析和现场观测的方法,以葛泉矿1528工作面沿空留巷为研究对象,建立了反映岩层基本特征的力学模型.结果表明:当沿空留巷巷旁支护阻力不同时,基本顶的断裂位置不同,在巷旁位置切断直接顶或者直接切断基本顶,可以减少项板活动对巷道的影响.由工程监测和数据分析可知,沿空留巷受到采动影响时,采用合理的锚网支护措施可形成稳定结构,提供足够的切顶阻力,能有效控制顶板合理的悬露长度.     

切顶沿空留巷卸压机理及支护技术研究

云驾岭矿9号煤上覆厚硬岩层,采场矿压显现强烈,采用传统的沿空留巷方法围岩控制难度大。以云驾岭矿19103工作面运巷为背景,分析了切顶沿空留巷厚硬直接顶力学平衡条件,得出巷旁需提供不小于1046 kN的支护阻力。采用数值模拟的方法对比了沿空留巷在厚硬直接顶条件下切顶与不切顶时围岩变形及应力、塑性区的分布规律,结果表明：切顶后采空区顶板更容易垮落,留巷顶板稳定时下沉量仅为同期不切顶时的28.2%,切顶后留巷侧顶板垂直应力变小、水平应力增大且围岩塑性区向顶底板深部转移,揭示了预裂切顶卸压的机理为阻断工作面动压的传递以及诱导采空区顶板提前冒落接顶承压,水平应力增大的原因为切缝两侧形成的长、短“悬臂梁”变形的结果。提出了针对厚硬直接顶切顶留巷的顶板控制理念为集中支护切缝端、适当让压和形成“组合悬臂梁”,采用了“长、短锚索+单体液压支柱+可缩性U钢梁”的综合支护技术及挂网喷浆的密闭措施。现场工业性试验效果良好,切顶后留巷顶板锚索受力峰值在350 kN左右,围岩稳定后巷道规格满足二次复用的条件。     

直覆厚硬顶板沿空留巷巷旁支护方式研究

巷旁支护体成功切顶是直覆厚硬顶板沿空留巷成功的关键。通过建立沿空留巷上覆岩层结构力学模型,分析了不同巷旁支护方式下顶板破断结构,得到了强力切顶支柱能够减小顶板悬露长度;在上述研究的基础上,以某矿10106工作面沿空留巷为背景,采用数值模拟方法分析了2.4 m和3.0 m充填体、强力切顶支柱巷旁支护时支护体的应力状态及巷道围岩变形特征,得到了强力切顶支柱是具有高初撑力、高阻让压和恒定支护阻力的支护体,能够及时切顶,保证留巷稳定。现场监测表明,强力切顶支柱能够保证较好的留巷效果,满足安全生产的需要。     

沿空留巷顶板下沉量计算及分析

基于支架-围岩整体力学模型,利用位移变分原理研究了沿空留巷时基本顶在给定变形下直接顶的受力、变形情况,探讨了顶板下沉量与巷内、巷旁支护阻力、直接顶厚度、巷道宽度及充填体宽度之间的相互关系.结果表明:巷内支护阻力对顶板下沉量几乎没有影响;顶板下沉量随巷旁支护阻力的增大而减小;直接顶厚度在2.5 m以内时,顶板下沉量变化不大;而直接顶厚度大于2.5 m时,顶板下沉量随直接顶厚度的增加而显著减少;巷道顶板下沉量随巷道宽度的增加而加大;巷道顶板下沉量随充填体宽度的增大而增大.     

切顶卸压自成巷巷内支护及其稳定性控制

针对恒源煤矿2632工作面大埋深、复合、破碎顶板的工程地质条件,为保证2632机巷顺利切顶进而沿空留巷,首先建立了上覆顶板"悬臂梁+铰接岩梁"的结构模型,通过力学分析、理论计算,确定了切顶卸压下巷内支护强度,相较于小煤柱护巷,切顶能够大幅降低巷内支护强度,覆岩压力向采空区和实体煤深部转移,留巷巷道位于相对低应力区;通过数值模拟,验证了切顶对巷道围岩的卸压效果,确定了切顶的高度和角度。恒源煤矿2632工作面机巷应用切顶卸压自成巷技术后,实现了大埋深破碎顶板的沿空留巷,同时回收了500 m巷道的煤柱,下一工作面可以少掘500 m巷道。     

综放工作面钻孔断顶沿空留巷技术应用研究

为解决煤与瓦斯突出矿井巷道掘进工程量大、采掘接替困难的问题,对工作面煤岩力学参数进行实验室测试。工作面煤层直接顶强度小、厚度大,采用钻孔断顶沿空留巷技术对切顶留巷支护技术参数进行设计,留巷在原支护的基础上将顶板锚索布置改为3排矩形布置,并在巷道上帮搭设柱腿防止窜矸。经数值模拟及现场观测可知,巷道的顶板平均下沉量为90 mm,锚网索+巷旁支护的措施可以控制留巷的围岩变形,满足留巷需要。     

大采高坚硬顶板条件下的窄煤垛留巷技术

通过不同条件下沿空留巷实例，分析了岩层运动及围岩条件对沿空留巷的影响，开采高度，直接顶厚度与留巷压力的关系，阐述了大采高坚硬质顶板条件下的窄煤沿留巷方法，并对支护效果进行了评价。     

龙滩矿沿空留巷顶板突变式变形规律与复合支护切顶技术

针对沿空留巷顶板卸压效果难以保障、围岩控制效果差等问题,以龙滩矿沿空留巷为工程背景,通过对沿空留巷顶板变形规律进行全过程监测,揭示了沿空留巷采动影响期间的顶板突变式变形规律,获取了顶板发生突变式变形的关键时机。结果表明:在切顶爆破卸压条件下,测站处沿空留巷顶板最大下沉量虽然在工程允许范围内,但都出现了2次明显的突变现象,主要是超前支承压力的影响和留巷区域顶板悬顶结构失稳分别导致。据此,形成了分阶段复合支护切顶技术,以对抗2次顶板变形突变,第1阶段采用增效锚固切顶长锚索,第2阶段采用切顶支柱与半封闭式小型框式切顶支架。工程监测结果表明,复合支护切顶卸压效果良好,留巷围岩可较好的保持稳定。     

龙滩矿沿空留巷顶板突变式变形规律与复合支护切顶技术

针对沿空留巷顶板卸压效果难以保障、围岩控制效果差等问题，以龙滩矿沿空留巷为工程背景，通过对沿空留巷顶板变形规律进行全过程监测，揭示了沿空留巷采动影响期间的顶板突变式变形规律，获取了顶板发生突变式变形的关键时机。结果表明：在切顶爆破卸压条件下，测站处沿空留巷顶板最大下沉量虽然在工程允许范围内，但都出现了2次明显的突变现象，主要是超前支承压力的影响和留巷区域顶板悬顶结构失稳分别导致。据此，形成了分阶段复合支护切顶技术，以对抗2次顶板变形突变，第1阶段采用增效锚固切顶长锚索，第2阶段采用切顶支柱与半封闭式小型框式切顶支架。工程监测结果表明，复合支护切顶卸压效果良好，留巷围岩可较好的保持稳定。