煤矿巷道围岩卸压技术及应用

煤矿巷道围岩控制方法主要分为支护加固法和卸压法,卸压法是高应力、强采动巷道围岩控制的有效手段。目前,我国煤矿已形成包括巷道布置法、巷道围岩近场卸压法及远场卸压法在内的巷道围岩卸压技术体系。介绍了巷道卸压法分类及卸压机理、影响因素和适用条件。巷道布置法的实质是将巷道布置在采空区下方、上方、边缘及采空区内等应力降低区,是首选的、有效的卸压法。巷道围岩近场卸压主要包括切缝、钻孔、爆破及掘卸压巷等方法,卸压机理是在浅部围岩形成一定的变形空间,减小围岩向巷道空间的位移,并将浅部围岩高应力转移到深部。巷道围岩远场卸压法主要有深孔爆破、水力压裂法,通过切断或弱化巷道上方的顶板,减小回采工作面采动对巷道稳定性的影响。近年来,水力压裂技术得到广泛应用,成为回采工作面坚硬顶板弱化、强采动巷道围岩卸压的有效措施。在实例分析中,介绍了区域水力压裂和局部水力压裂卸压技术的应用情况,包括地质与生产条件、压裂设计及卸压效果。最后,分析了巷道卸压法存在的问题,对今后的技术发展进行了展望。     

底板型冲击危险巷道深孔断底爆破防冲原理及实践研究

通过采用弹性薄板小挠度理论对巷道底板受力分析,弄清冲击危险巷道底板冲击的主要影响因素,采用理论分析、数值计算相结合的方式研究断底爆破的防冲机理和优化方案,并对深孔断底爆破的防冲效果进行现场验证。研究发现,采动水平应力是造成巷道底鼓的主要原因,而底板的分层厚度、力学性质以及巷道两侧围岩的支护强度是巷道底鼓的主要影响因素。当底板岩层为致密厚质岩层时,当其断裂过程中所释放的弹性变性能会造成底板型冲击动力显现。深孔断底爆破其防冲实质为钻孔卸压法与振动爆破法防冲技术的有机结合。采用底板中部断底爆破与煤层断底爆破相结合的方式,不但可以释放底板内积聚的高应力,破坏其连续传递应力和积聚高能量的能力,也可使巷帮煤体的应力得到释放,卸压效果更为明显。     

高应力岩层巷道钻孔爆破卸压技术

为了深入研究深部高应力岩层巷道围岩松动爆破卸压技术,针对高应力巷道围岩受采动影响的变形破坏特点,采用FLAC数值模拟软件对深部动压巷道围岩进行了松动爆破卸压模拟,结果表明在松动区域轴向平行于巷道顶板和帮部时,在距巷道顶板和帮部围岩5 m处进行爆破,可以在巷道周围形成一个松动区域,使巷道围岩浅部应力与深部集中高应力隔离开,达到巷道围岩集中应力向深部转移和改善巷道围岩受力状态的目的.通过工程实践,验证了模拟方案的合理性,并使爆破参数得到了优化.     

保护煤柱卸压爆破技术研究及应用

根据贺西煤矿实例,介绍煤矿卸压爆破技术研究及其应用。针对保护煤柱内高应力集中造成巷道支护后难以稳定的问题,应用卸压爆破控制巷道围岩变形机理,确定合理的爆破参数。通过卸压爆破,改变围岩应力分布,使围岩内高应力得到释放和转移,有效消除巷道围岩应力集中,保持巷道稳定。     

深部巷道围岩钻孔卸压与围岩控制技术研究

针对深部开采条件下巷道围岩地应力增加、破碎岩体增多等一系列问题,导致传统支护手段难以有效控制围岩变形的现象,采用有限差分软件FLAC3D建立深部巷道钻孔卸压模型,对钻孔卸压前后巷道围岩应力分布规律与变形破坏特征进行了分析,结果表明,钻孔卸压技术可有效释放巷道围岩应力增高区的变形破坏能量,促使浅部围岩高应力转移至深部煤岩体中,显著改善围岩应力环境。基于对卸压钻孔参数的模拟分析,合理确定出钻孔卸压与主动支护技术参数。工程实践表明,该技术围岩控制效果显著。     

定向水平钻孔水力压裂卸压护巷技术研究及应用

针对工作面回采过程中及收尾后大巷难以保持稳定的问题，为了改变传统卸压方式在卸压范围、卸压时间、卸压效果等方面存在的不足，提出利用定向水平钻孔水力压裂技术进行卸压，采用理论分析和数值计算相结合的方式分析了大巷高应力产生原因，揭示了定向水平钻孔水力压裂对于工作面高支承压力转移作用机理，结果表明：工作面末采期顶板的断裂、旋转、运移、垮落等剧烈活动是造成采区大巷围岩应力集聚的主要原因；在工作面终采线实施定向水平钻孔水力压裂能够消除工作面停采后顶板破断而产生的动压能量，同时能够使得垮落带岩层及时破断冒落充填采空区，改变悬臂结构，进而降低护巷煤柱应力，现场应用取得了良好的效果。     

水力压裂切顶卸压技术在王坡煤矿的应用

为了解决王坡煤矿3314运输巷在相邻工作面采动影响下变形严重的问题,采用水力压裂技术在超前工作面进行定向水力压裂切顶卸压来削弱巷道附近的高集中应力,以此达到使巷道处于低压区的目的。依据3316工作面工程地质条件,对水力压裂钻孔相关施工参数进行确定并进行工业性试验,现场监测效果表明,压裂后巷道围岩变形量大大降低,巷道围岩变形处于可控范围,能实现巷道的重复利用。     

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。     

布尔台矿水力压裂对矿压显现影响分析

针对布尔台煤矿42106综放工作面回采期间发生多次动力灾害显现,为了分析水力压裂对强矿压显现的影响,采用了现场实测及理论分析方法,依据水力压裂卸压机理及矿压岩层控制理论,对该工作面回风巷上覆岩层实施水力压裂卸压。结合现场监测矿压显现变化情况对卸压机理及效果进行深入分析,其结果揭示了在强动压影响下的巷道顶板岩层中采取水力压裂可有效减弱顶板岩层中赋存的高应力,释放顶板储存的弹性能;弱化基本顶,避免采空区后方悬顶,降低超前支撑压力的影响;减小相邻采空区侧对工作面回采巷道的影响,有效缓解巷道围岩变形。     

水力压裂切顶卸压技术在干河煤矿的应用

为解决干河煤矿σHvh型构造应力场下2-2092巷在回采过程中超前影响段变形严重的问题,通过理论分析确定了水力压裂钻孔的最优布置参数为倾角50°、方位角90°、孔深40.5 m、孔距800 mm。在2-2092巷道内应用该钻孔布置参数进行水力压裂切顶卸压试验研究后发现:水力压裂段较非压裂段的底鼓量、顶板下沉量、两帮移近量的降幅高达59.4%、51.2%和38.9%,巷道在回采过程中超前影响段的围岩变形量控制在允许范围内,巷道不再需要起底和维护,水力压裂超前卸压效果非常显著。     

高应力软岩巷道全断面松动卸压技术研究

本文以某矿西大巷(高应力软岩巷道)为研究对象,从控制围岩应力的角度出发,提出了全断面松动放矸卸压技术,即通过人为方法主动在支架后方进行放矸,释放围岩的变形能,可将巷道开挖形成的集中应力向围岩深部转移,使巷道处于应力较低的区域中.通过数值计算研究分析了放矸卸压范围对应力转移效果和控制围岩变形的作用,确定了合理的放矸卸压参数.工程应用结果表明,应用该技术可使高应力软岩巷道附近的高应力显著地向深部转移,有效地控制了巷道剧烈变形,保持了巷道稳定.     

水力压裂卸压技术在双U工作面留巷围岩控制中的应用

针对双U布置工作面外侧留巷巷道受到多次扰动影响,以山西潞安漳村煤矿2502工作面为工程背景,设计并实施了单排压裂孔不同压裂间距的定向水力压裂技术现场试验,探究了钻孔密度对压裂效果的影响,每个钻孔设定4个合理的压裂段,从孔底向孔口后退式分段逐次进行压裂,有效解决了顶板坚硬岩层悬而难跨问题。试验得出:定向水力压裂能够在顶板岩层中形成裂隙,破坏局部顶板的完整性,有效弱化顶板局部围岩强度,降低了应力集中程度,并减小了端头支架的工作阻力;钻孔密度对巷道围岩浅部卸压效果的影响不明显,对巷道围岩深部卸压效果明显;压裂孔布置得越密,卸压效果越好,钻孔密度提高3倍后,巷道卸压效果提升53%。综合对比分析得出:一定条件下14 m压裂孔间距经济合理;实施定向水力压裂后巷道顶底板和两帮位移量分别降低了45%和26%,对控制巷道变形效果良好。     

高应力软岩巷道全断面松动卸压技术研究

本文以某矿西大巷（高应力软岩巷道）为研究对象,从控制围岩应力的角度出发,提出了全断面松动放矸卸压技术,即通过人为方法主动在支架后方进行放矸,释放围岩的变形能,可将巷道开挖形成的集中应力向围岩深部转移,使巷道处于应力较低的区域中.通过数值计算研究分析了放矸卸压范围对应力转移效果和控制围岩变形的作用,确定了合理的放矸卸压参数.工程应用结果表明,应用该技术可使高应力软岩巷道附近的高应力显著地向深部转移,有效地控制了巷道剧烈变形,保持了巷道稳定.     

底板深孔爆破卸压机理及底臌控制技术研究

高河矿E2305工作面胶带巷由于底板岩层强度低,在高应力作用下导致巷道底臌严重。利用FLAC3D分析了底臌发生的主要机理,经过理论计算和数值模拟计算,提出了底板深钻孔松动爆破方案。通过相似模拟,研究工作面回采过程中矿压显现、回采巷道附近围岩的应力分布、位移、巷道的破坏方式及程度的规律。对回采巷道底板岩层进行深孔爆破卸压处理后与原支护不爆破卸压的巷道底臌现象和规律做出对比,结果显示底板深孔爆破卸压能够解决底臌问题。工程实践表明:巷道最大底鼓量为55mm,最大底鼓速率为26mm/d,变形速率及底鼓量在巷道正常使用允许范围之内,底板卸压爆破后巷道变形尤其是底臌得到了有效控制,可以为相似条件下巷道底臌治理提供借鉴。     

底板深孔爆破卸压机理及底鼓控制技术研究

高河矿E2305工作面胶带巷由于底板岩层强度低,在高应力作用下导致巷道底鼓严重。利用FLAC~(3D)软件分析了底鼓发生的主要机理,通过理论计算和数值模拟计算,提出了底板深钻孔松动爆破方案。通过相似模拟,研究工作面回采过程中矿压显现、回采巷道附近围岩的应力分布、位移、巷道的破坏方式及程度的规律。对回采巷道底板岩层进行深孔爆破卸压处理后与原支护不爆破卸压的巷道底鼓现象和规律做出对比,结果显示底板深孔爆破卸压能够解决底鼓问题。工程实践表明:巷道最大底鼓量为55mm,最大底鼓速率为26mm/d,变形速率及底鼓量在巷道正常使用允许范围之内,底板卸压爆破后巷道变形尤其是底鼓得到了有效控制,可以为相似条件下巷道底鼓治理提供借鉴。     

钻孔卸压开采的数值模拟

应用在巷道两帮打钻孔的方法,对程潮铁矿东西区结合部高应力区进行卸压开采分析,根据卸压机理结合工程实例对其进行数值模拟,分析在打卸压孔前后东西区结合部的应力分布特征。模拟结果表明,钻孔卸压开采有效地利用了卸压孔对巷道周围岩体的切割,使巷道围岩的集中应力向卸压工程转移,同时利用卸压孔的空间收缩来释放周围岩体的压力,最后达到减少巷道围岩受力和变形的卸压效果。     

大采高工作面二次动压巷道水力压裂切顶卸压技术研究

为了解决大采高工作面二次动压巷道围岩变形破坏严重问题,以小保当一号煤矿112202工作面回风顺槽为工程背景,从应力角度分析得出巷道围岩破坏的原因,主要为上区段工作面侧向应力和本区段工作面超前支承应力叠加造成;分析了水力压裂切顶卸压作用机理,即通过压裂使顶板岩层产生裂缝,降低其整体强度和完整性,阻断采空区应力传递路径,减小回采时巷道悬顶距;提出了二次动压巷道超前水力压裂方案,水力压裂切顶卸压现场试验结果表明,压裂段顶底板移近量相对未压裂段降低约54.3%,两帮移近量降低约51.1%,压裂段煤体应力相比未压裂段降低了50%以上。研究成果在现场工程的成功应用表明水力压裂切顶卸压技术能够明显改善大采高工作面二次动压巷道应力环境,增强围岩稳定程度。     

深部开采高地应力区钻孔卸压数值模拟及应用

为防治三山岛金矿深部开采高应力作用下诱发的岩爆灾害,设计卸压钻孔方案减小水平地应力对围岩的影响。运用FLAC3D建立深部高应力巷道钻孔卸压的数值模型,分析了巷道钻孔卸压过程中采场周围岩体的应力和弹性应变能的变化。结果显示:钻孔卸压后,巷道水平和垂直方向最大应力有效转移,使巷道顶板和两帮应力均有显著下降,巷道围岩整体变形量减小,对缓解岩爆等地压灾害具有明显效果。现场布设的围岩应力监测系统显示,随着卸压钻孔的推进,围岩应力明显减小,证实钻孔卸压方案达到了卸压效果,提高了围岩稳定性。     

近距离煤层预掘巷道应力转移技术

针对受近距离煤层重复采动影响,常规支护体系无法控制巷道围岩变形的问题,为控制巷道变形,提出在工作面停采线附近预掘巷道并进行深孔爆破的方案。通过对预掘巷道施行"锚-让"一体支护体系,保证了卸压巷道围岩稳定,利用深孔爆破对预掘巷道顶板进行强制切顶,使卸压巷能够充分卸压,实现应力转移。采动应力在线系统监测结果表明:采动附加应力场向前传播的距离小于15 m,利用预掘卸压巷及深孔爆破对卸压巷道顶板进行强制切顶实现应力转移保护下山群巷道是可行的。     

卸压封底技术控制底鼓的研究与应用

分析了兖矿集团济宁二号煤矿沿空巷道的地质条件,提出一种新的控制底鼓技术—卸压封底技术。卸压封底技术是利用巷道围岩在弹塑性变形剧烈期间,提前在巷道底板上开挖一道梯形的卸压槽,当巷道围岩应力重新分布释放时,通过卸压槽松动底板,使巷道围岩弹性能得到释放。在巷道变形进入相对稳定阶段后,为阻止底板岩层流变的继续发生,导致使底板两角逐渐向巷道中间移动,又及时采用底脚支护的方式控制底鼓。解决了沿空掘进巷道底鼓的难题,为今后沿空巷道与软岩巷道的施工探索出一条新的途径。