水力压裂基本顶沿空留巷顶板变形特征研究

摘 要：为探究水力压裂基本顶沿空留巷对巷道顶板及巷旁支护体顶部变形的影响,本文以榆家梁矿43308运输顺槽沿空留巷水力压裂基本顶工程为背景,采用FLAC3D数值模拟方法对水力压力前后沿空留巷顶板与巷旁支护体顶部的变形特征进行了分析,结果表明：沿空留巷顶板下沉量呈现由煤壁处向支护体处逐渐增大的趋势,巷旁支护体顶部变形量呈现由沿空留巷处向采空区处逐渐增大的趋势,均呈现“倾斜”特征。水力压裂基本顶前后,沿空留巷顶板平均下沉量由10.7 mm减小到7.23 mm,而巷旁支护体顶部平均变形量由16.82 mm减小到9.13 mm,沿空留巷顶板下沉量与巷旁支护体顶部变形量分别降低32.43%和45.72%。现场实测结果显示,水力压裂基本顶沿空留巷的巷道顶板下沉量与巷旁支护体顶部变形分别维持在20 mm~25 mm和60 mm~65 mm之间。水力压裂基本顶沿空留巷技术在榆家梁矿的成功应用,为其他类似矿井或工作面提供了一定的借鉴意义。     

“双软”顶底板薄煤层沿空留巷底鼓机理分析

综放沿空巷道底鼓不仅造成巷道的破坏,对窄煤柱、巷旁充填体乃至整个巷道的稳定性也有重要影响,强烈的底鼓带来大量的维护和翻修工作,严重影响矿井正常的生产,大大增加了巷道的支护和维修费用。采用Winker弹性地基理论模型,建立了沿空留巷底鼓力学模型,结合工程案例,对巷道底鼓力学模型进行了验证,研究结果表明：实体煤与巷旁支护体侧底板变形接近零,巷道区域底板变形呈现为“抛物线”特征,具有非正对称现象,底鼓最大变形处位于靠近巷旁支护体侧,最大值为628mm|实测变形监测100d后底鼓量最大值为645mm,理论模型最大值与实测最大值误差为2.6%。     

工作面胶带巷沿空留巷矿压观测结果及分析

以某煤矿工作面回采巷道沿空留巷为例,分析了沿空留巷后工作面前、后方巷道表面位移以及巷旁支护体的承载与变形规律,并对巷内锚杆的载荷进行了分析研究.结果表明,留巷前以及工作面回采影响期间巷道顶板、两帮及支护体是稳定的.研究结论对进一步推广沿空留巷技术具有借鉴作用.     

切顶卸压及支护优化技术在软岩底板沿空留巷中应用

高河能源W3305工作面由于厚硬关键层回转压力大、底板膨胀性泥岩等原因,工作面矿压显现剧烈,留巷断面收缩量明显,导致Y型通风系统回风流断面变小;部分柔模墙体发生倾斜,导致留巷支护系统失效,顶板管理存在重大安全隐患。针对此情况,在进风顺槽实施切顶卸压护巷、沿空留巷支护技术后,对比未切顶爆破前留巷巷道底鼓量从平均1 000 mm降低到82 mm,有效控制了软岩底板巷道围岩变形,极大减少了留巷底鼓量,保证了工作面的安全高效高产,为留巷复用创造了条件,同时对于其他软岩底板条件矿井实施沿空留巷技术具有一定的工程参考价值和借鉴意义。     

顶底双软型薄煤层快速沿空留巷技术研究

针对顶底板双软型薄煤层工作面特殊开采条件,分析了沿空留巷的技术难点与关键技术。采用理论分析与数值模拟方法研究了薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及变形规律,建立了薄煤层综采面沿空留巷结构模型,通过方案数值模拟对比分析,揭示了薄煤层综采面快速沿空留巷基本原理,提出"采空区预先垒砌矸石袋,巷道内及时构建胶结充填体和铰接顶梁与单体支柱巷内滞后补强支护"的沿空留巷方案,实现了顶底板双软型薄煤层综采面快速沿空留巷。赵官能源煤矿的工程实测表明:巷道顶板下沉量最大仅为197 mm,底鼓量为83 mm,巷道两帮移近量为327 mm,工作面留巷效率达到18 m/d。     

小煤柱沿空留巷围岩控制应用研究

为保证小煤柱沿空留巷的顺利进行,通过分析掘巷和工作面回采时顶板的应力分布特征,结合巷道实际地质条件,设计了小煤柱和沿空留巷支护方案。小煤柱的宽度为12 m时,留巷后巷道围岩稳定,顶底板最大变形量210 mm,两帮移近量270 mm。     

郭庄煤矿3308工作面沿空留巷支护设计研究与应用

针对郭庄煤矿3308工作面皮带顺槽难支护的问题,根据矿井的实际地质条件,提出一种沿空留巷支护技术,从巷旁支护、待浇筑空间围护以及临时加强支护三方面进行设计,通过现场实际应用,结果表明:在使用沿空留巷支护后,巷道两帮的移近量在112 mm左右,顶底板的移近量在142 mm左右,保证了沿空留巷的稳定性,同时,减少回采巷道2 300 m,可产生经济效益约1 380万元。     

麦捷煤业综放工作面沿空留巷松软破碎围岩控制技术研究

麦捷煤业150311综放工作面为15号煤层首采工作面,为提高资源利用率设计应用沿空留巷技术,留巷巷道直接顶为松软破碎的煤层和砂质泥岩导致支护困难,设计采用锚固范围大、预紧力大的锚索进行加固,通过数值模拟分析确定合理的补强方案,现场应用后进行了围岩位移监测,结果表明,在150311工作面回采期间,沿空留巷实体煤侧顶底板最大移进量为776 mm,充填体侧顶底板最大移进量为589 mm,两帮移进量最大为546 mm,经过适当维护修复后可以很好的复用。     

特厚煤层小煤柱加固及双柔模墙留巷支护设计研究

为了解决特厚煤层分层开采底分层沿空留巷瓦斯超限问题,采用柔模混凝土沿空留巷技术,在白芨沟煤矿0102402工作面进行了特厚煤层分层开采沿空留巷应用,重点研究了巷道副帮小煤柱加固方案、特厚煤层分层开采双柔模墙沿空留巷设计方案。应用结果表明：在厚煤层底分层工作面实施双柔模墙开采技术后,现场留巷巷道顶底板形变量减小,巷道采空区侧顶板维护较好,顶板钢梁形变量小,整体留巷效果好,留巷巷道解决了下区段4个分层回采瓦斯超限问题,提高了煤炭采出率,对厚煤层及特厚煤层分层开采沿空留巷技术有良好的经济效益和应用前景。     

固体充填采煤沿空留巷顶板下沉力学机理研究

基于固体充填采煤上覆岩层移动特征,为分析巷旁支护体和实体煤帮的稳定性,以唐口煤矿9301充填采煤工作面沿空留巷为算例,采用Winkler弹性地基梁理论,建立了固体充填采煤沿空留巷直接顶力学模型,推导出巷旁支护体宽度和实体煤帮的弹塑性区长度计算式。研究结果表明:求算得出影响唐口矿巷道直接顶下沉的3个主要参数值,即当巷旁支护体的弹性地基系数为50 MN/m~3,其宽度为3 m,采空区充填体弹性地基系数为80 MN/m~3时,可较好的控制巷道直接顶下沉;同时结合唐口煤矿9301轨道巷顶底板移近量具体监测结果,顶底板最大移近量仅为213 mm,沿空巷道围岩控制效果良好。     

深部沿空切顶巷道底鼓破坏机制及强化控制技术研究

为解决深部沿空切顶巷道的底鼓大变形破坏及频繁翻修维护问题,分析了深部沿空切顶巷道围岩应力环境的转变特征,基于滑移线场理论建立了不同应力扰动阶段下沿空切顶巷道的底鼓破坏力学模型,研究了不同应力扰动阶段巷道底鼓破坏机制,并开展了底板强化控制试验.结果表明:深部沿空切顶巷道的围岩应力环境转变可分为掘进后切顶前、切顶后一次采动...     

三软煤层沿空留巷技术研究

通过对新郑煤电12209工作面运输巷三软煤层进行分析,提出了三软煤层巷旁浇筑支护沿空留巷技术方案,包括超前扩帮支护、巷道喷浆注浆加固、单体液压支柱抬棚支护、切顶卸压和沿空留巷混凝土墙体浇筑等工艺技术.经沿空留巷现场监测点监测发现,留巷出现变形、顶板向充填墙体一侧倾斜下沉、底鼓严重、煤帮局部挤出等问题.针对监测到的情况,...     

祁东矿巨厚坚硬顶板切顶无煤柱开采技术应用研究

为解决当前煤矿开采过程中存在煤炭采出率低、留煤柱开采引起应力集中、巷道围岩控制难等问题,以祁东煤矿7135工作面为工程背景,提出切顶沿空留巷技术。通过对巷道围岩运动特征和留巷技术原理的研究分析,确定切顶留巷关键技术参数,并在现场进行了工程应用。结果表明,采用高强预应力锚索补强顶板、垛式支架支撑顶板及可伸缩U型钢挡矸防护等联合支护体系,实体煤帮平均变形量达到166 mm,采空区帮平均变形量达到237 mm,顶板平均下沉量达到163 mm,平均底鼓量208 mm,留巷变形满足安全生产要求。     

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。     

金谷矿沿空留巷预裂切顶技术及补强支护研究与应用

为了提高煤矿井下回采工作面沿空留巷的成功率,以及对沿空留巷围岩稳定性的控制。本文以金谷矿10901工作面为工程背景,采用沿空留巷技术将10901运输巷保留下来,作为10903工作面的回风巷道,通过理论分析,将基本顶简化为板结构,对其回转下沉力学进行分析,分析认为板在受纵向压应力时更容易破坏,对采空区顶板实施预裂切顶有利提高沿空留巷的成功率和完整性。在此基础上,结合工程地质资料,详细设计了沿空留巷预裂切顶方案和锚索补强支护方案,并运用于工程实践。通过对现场监测发现,采用预裂切顶和锚索补强支护后成巷比较完整,巷道顶底板位移和两帮位移较小,能够满足下区段工作面的生产要求。     

沿空留巷巷内支护技术研究与应用

针对沿空留巷围岩变形大、变形不匀均、维护效果差等状况,以沁新矿沿空留巷为工程背景,采用数值模拟分析了巷内支护与围岩变形、应力分布的关系,揭示了沿空留巷巷内支护机理：采用高阻让压支护,提高沿空留巷围岩承载能力和抗变形能力,适应沿空留巷阶段性围岩大变形与应力调整。开发了沿空留巷巷内支护技术：① 基本支护：采用高预紧力、高强度、大延伸率锚杆与锚索支护,提高围岩承载能力、适应围岩大变形;② 加强支护：回采工作面后方一定范围内的沿空留巷采用高阻让压的单体液压支柱加强顶、底板支护,即在采空区顶板破断和沿空留巷围岩应力调整的剧烈阶段,通过单体液压支柱有效支撑顶底板、减小顶板回转、下沉和巷道底臌,保持沿空留巷围岩稳定;③ 沿空留巷围岩变形稳定后撤除作为加强支护的单体液压支柱。     

深井三软煤层复合顶板下的沿空留巷

顾桥1115（1）工作面是典型的深井三软煤层,通过分析地质条件,采用锚杆锚索支护巷旁与顶板,使沿空留巷技术得以实现。结果显示,巷道前方顶板下沉量为257 mm,底鼓量为201 mm,两帮移近量在337 mm,后方顶板下沉量为238 mm,底鼓量为278 mm,两帮移近量为709 mm,移近量满足生产要求。     

沿空留巷围岩受力变形特征及支护对策

以贺西煤矿3311工作面沿空留巷为背景,采用FLAC~(3D)有限差分程序计算分析了不同工作面回采阶段沿空留巷围岩、充填墙体及煤柱中的应力、变形分布特征,提出了沿空留巷合理的支护对策。研究结果表明:沿空留巷直接顶内的垂直应力和水平应力变化剧烈程度明显大于基本顶;围岩及充填墙体受力变化受3311工作面回采滞后采动应力作用明显,且主要对垂直应力的变化产生影响;3313工作面二次采动阶段,巷道围岩的变形受采动影响的敏感性远大于受力,即在充填墙体和巷道围岩应力增加很小的情况下,巷道变形增幅却相对较大,且主要表现为底鼓和两帮移近。井下试验表明,采用锚杆锚索与充填墙体联合支护后,通过优化现场施工工艺,沿空留巷满足了回采工作面的通风需求,降低了巷道掘进成本,实现了回采工作面快速推进。     

金谷矿预裂切顶沿空留巷巷旁切顶阻力及支护方案确定

为了使煤炭资源得到充分回收,缓解煤炭资源短缺的问题,在山西金谷煤矿10901采煤工作面采用前预裂切顶卸压沿空留巷技术,在介绍预裂切顶沿空留巷技术原理、施工工艺流程的基础上,结合该工作面地质条件,以结构力学理论为基础,分析采煤工作面沿空留巷巷旁切顶阻力计算模型,并通过计算得到巷旁切顶阻力为460 kN,在此基础上,详细设计了沿空留巷旁单支护技术方案。将巷旁支护方案应用到井下工程实践,采用现场检测的手段对巷道围岩移动变形进行监测,发现巷道顶底板位移和两帮位移均在合理范围内,满足下区段的工作面生产要求。