大采高沿空留巷围岩分位控制对策与矿压特征分析

结合沙曲矿24207工作面的生产条件,运用理论分析和数值模拟方法探讨了采高因素影响下沿空留巷顶板应力的分布特性,得到了4.2 m大采高条件下留巷全断面变形分布特征。沿空留巷处于采空区侧向支承应力区的应力降低带;工作面采高越大,则其对岩层活动的影响幅度及范围就越广;大采高沿空留巷采动期间将发生剧烈变形,断面收缩率达到55.3%,需针对留巷各个边位的变形特征分别采取有效的支护控制对策;留巷断面选择最优跨高比并采用以高初撑力为核心的高强支护体系,能够合理控制围岩变形。工业性试验及观测数据表明,留巷受采动剧烈影响范围为工作面至后方200 m,与工作面倾斜长度相当,该范围内巷道变形持续增长,顶板压力不断增加,工作面后方250 m以外,矿压显现趋于稳定。     

煤矿巷道金属支架的发展及应用

分析总结我国煤矿巷道金属支架的发展及应用,包括支架的材料、种类、形式及各种支架的适应条件、优缺点等。重点介绍可缩性金属支架及其与锚注相结合的复合型支护方式的发展和应用,并对煤矿巷道金属支架的发展方向及作用提出自己的认识。     

深井复合顶板煤巷组合锚杆支护技术研究

针对深井复合顶板煤巷的典型围岩条件,通过相关的理论分析和数值模拟计算,提出了合理的组合锚杆支护方案,并进行了工业性试验及矿压观测分析,证明了组合锚杆支护技术能有效控制深部复合顶板回采巷道围岩变形,满足安全生产需求。为该类煤层巷道采用组合锚杆支护提供了参考和借鉴。     

无煤柱沿空留巷技术

沿空留巷是煤矿实现无煤柱连续开采的关键技术,并在煤层群卸压开采和煤与瓦斯共采技术中获得创新应用。本文分析了沿空留巷围岩结构的演变过程,提出了基于留巷大小结构稳定的区域应力优化与控制原理,制定了以煤巷"三高"锚杆支护配合采前顶板预裂爆破、采动加固、二次利用的留巷围岩动态过程控制技术,总结了留巷"三大"系统、四类常用留巷墙体留设方式和相应留巷装备及材料。介绍了3种典型开采条件下留巷在无煤柱连续开采、二次利用及煤与瓦斯共采中的应用实效。最后对沿空留巷在煤炭资源回收和煤与瓦斯共采方面的应用前景进行展望,提出我国东、西部矿区应用沿空留巷存在的技术问题。     

沿空留巷充填墙体与顶板运动的协调性研究

为解决沿空留巷充填墙体强度与顶板载荷之间的协调性问题,从采空区顶板结构与来压特点出发,分别阐述了沿空留巷直接顶与老顶的破断特征,认为老顶周期性"半OX"破断后在采场侧向形成的岩块及其结构平衡过程,是影响沿空留巷围岩稳定的关键。据此建立了沿空留巷围岩结构模型,得到了顶板运动初期和末期的墙体载荷。根据不同赋存条件下顶板的运动特征,将顶板运动中期的墙体载荷增长方式分为先快后缓型、均匀发展型和先缓后快型3种,顶板运动的任一时期墙体强度都应大于该时期顶板施加的载荷,从而保证墙体强度与顶板运动相协调。最后结合1个工程案例给出了验证。     

弹性拉拔中锚杆轴力和剪力分布力学计算

通过构建平面和三维力学模型,推导了弹性状态下沿杆长方向轴力和黏结剪应力的分布函数,提出了锚杆剪应力衰减系数的概念,并给出了力学算式;对比分析了围岩为砂岩和煤体时,水泥锚固和树脂锚固两种情况下,锚杆轴力和剪力的衰减特征.结果表明：软岩锚固中轴力和剪力为全长分布型,硬岩0.8-1.0m左右即衰减为拉拔力的5%,黏结剪应力的主要作用范围为0-0.5m,在0.4-0.5m处衰减为0.06MPa左右.     

深井厚复合顶采空区上方煤巷支护技术及应用

分析了深井厚复合顶板采空区上方煤层巷道的支护难点和特点,提出了围岩强化控制技术和此类巷道的锚杆支护方案,介绍了应用于淮南某矿深井厚复合顶板采空区上方煤巷锚杆支护的成功经验。实践证明,高预应力高强锚杆组合的围岩强化控制技术是控制深井厚复合顶板采空区上方煤巷围岩变形的有效方法。     

大采高沿空留巷顶板安全控制及跨高比优化分析

考虑采动应力场、岩体承载性能和支护结构强度等因素，分析沿空留巷跨高比对围岩变形的影响，采用数值计算方法对比分析9种不同的跨高比留巷方案，结果表明优化留巷断面形态可充分提高留巷围岩的稳定性和抗变形能力。当巷道高度确定时，随着跨度的降低留巷围岩塑性区分布范围及变形量都不断减小；当巷道高度超过3 m时，围岩变形对跨度降低的变化更为敏感，且跨高比低于1.3时效果明显。在此基础上提出了大采高留巷最优跨高比的确定方法和留巷围岩控制思想，在4.2 m大采高工作面，留巷高度3.8 m、跨高比取0.79，工程实践取得成功。     

沿空留巷“卸压-锚固”双重主动控制机理与应用

针对坚硬顶板下沿空留巷的维控难题,运用理论分析、数值模拟和工业性试验等方法,阐述了"卸压-锚固"双重主动控制机理。坚硬顶板长期悬顶缓慢下沉和突然断裂剧烈来压是沿空留巷的扰动根源,通过主动致裂改变其断裂位置、时机和结构,可实现顶板"大结构"的主动控制。将顶板断裂位置由实体煤侧转移至采空区侧,减弱旋转块体对沿空留巷顶板的连带作用,加速顶板破断、缩短扰动周期,降低悬臂长度、减小附加载荷。沿空留巷围岩具有分区特征,采用长短结合的支护方式分别构建浅部"基础承载圈"和深部"强化承载圈",可实现巷道"小结构"的主动控制。提出的"卸压-锚固"双重主动控制方法能够为沿空留巷营造良好的应力环境、提高锚固效能、降低支护密度。根据凤凰山矿154307工作面10 m厚坚硬石灰岩顶板下沿空留巷的工程实践,卸压后锚杆支护设计为1.5 m×1.5 m大间排距,沿空留巷达到了良好的效果。     

大采高沿空留巷巷旁复合承载结构的稳定性分析

针对大采高沿空留巷的顶板运动特征,提出了巷旁复合承载结构的概念,通过力学分析,揭示了巷旁结构的稳定机理。研究表明：顶板压力由顶板、墙体和底板共同承担,从而形成“顶—墙—底”复合承载结构;区分不同阶段墙体强度与顶板运动的作用关系,认为初期强度应大于顶板载荷,后期应能适应顶板变形,使墙体强度与顶板运动保持动态协调;大采高时顶板向墙体施加更大的水平力,要确保墙体水平滑移因子小于接触面摩擦系数以实现抗滑自稳;墙体内侧应力不能高于顶底板强度,以免顶底板被切断,外侧应力不能高于墙体强度,以免墙体被压裂,降低墙宽和巷宽可减小墙体载荷,据此得出了墙体和巷道宽度的确定方法。结合4.2 m大采高沿空留巷案例给出了工程验证,采用膏体混凝土充填时,满足巷旁结构稳定条件的巷道宽度为3 m,墙体宽度为4 m,实测结果表明了结论的合理性。