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Innovative pillar recovery method integrating gob-side entry driving and directional roof-cutting for thick-hard roof coal seams
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作者 WU Yi-yi YE Qiu-cheng +2 位作者 GAO Yu-bing ZHANG Xing-xing HE Man-chao 《Journal of Central South University》 2025年第9期3493-3513,共21页
To enhance the recuperation rate of the mine and comply with the stipulations of green mining technology, it is vital to expeditiously recuperate the coal pillar resources in the final stage, thus preventing the consi... To enhance the recuperation rate of the mine and comply with the stipulations of green mining technology, it is vital to expeditiously recuperate the coal pillar resources in the final stage, thus preventing the considerable squandering of resources. The coal pillar resource of the main roadway and its branch roadway constitutes a significant recovery subject. Its coal pillar shape is regular and possesses a considerable strike distance, facilitating the arrangement of the coal pillar recovery working face (CPRWF) for mining operations. However, for the remaining coal pillars with a thick and hard roof (THF) and multiple tectonic zones, CPRWF encounters challenges in selecting an appropriate layout, managing excessive roof pressure, and predicting mining stress. Aiming at the roadway coal pillar group with THF and multi-structural areas in specific projects, a method of constructing multi-stage CPRWF by one side gob-side entry driving (GSED) and one side roadway reusing is proposed. Through theoretical calculation of roof fracture and numerical simulation verification, combined with field engineering experience and economic analysis, the width of the narrow coal pillar (NCP) in the GSED is determined to be 10 m and the length of the CPRWF is 65 m. Concurrently, the potential safety hazard that the roof will fall asymmetrically and THF is difficult to break during CPRWF mining after GSED is analyzed and verified. Then, a control method involving the pre-cutting of the roof in the reused roadway before mining is proposed. This method has been shown to facilitate the complete collapse of THF, reduce the degree of mine pressure, and facilitate the symmetrical breaking of the roof. Accordingly, a roof-cutting scheme based on a directional drilling rig, bidirectional shaped polyvinyl chloride (PVC) pipe, and emulsion explosive was devised, and the pre-splitting of 8.2 m THF was accomplished. Field observations indicate that directional cracks are evident in the roof, the coal wall is flat during CPRWF mining, and the overall level of mining pressure is within the control range. Therefore, the combined application of GSED and roof-cutting technology for coal pillar recovery has been successfully implemented, thereby providing new insights and engineering references for the construction and pressure relief mining of CPRWF. 展开更多
关键词 coal pillar recovery thick and hard roof gob-side entry driving directional roof-cutting numerical analysis energy-gathering blasting
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Ground response and failure mechanism of gob-side entry by roof cutting with hard main roof 被引量:1
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作者 ZHU Heng-zhong XU Lei WEN Zhi-jie 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期2488-2512,共25页
This study is the result of long-term efforts of the authors’team to assess ground response of gob-side entry by roof cutting(GSERC)with hard main roof,aiming at scientific control for GSERC deformation.A comprehensi... This study is the result of long-term efforts of the authors’team to assess ground response of gob-side entry by roof cutting(GSERC)with hard main roof,aiming at scientific control for GSERC deformation.A comprehensive field measurement program was conducted to determine entry deformation,roof fracture zone,and anchor bolt(cable)loading.The results indicate that GSERC deformation presents asymmetric characteristics.The maximum convergence near roof cutting side is 458 mm during the primary use process and 1120 mm during the secondary reuse process.The entry deformation is closely associated with the primary development stage,primary use stage,and secondary reuse stage.The key block movement of roof cutting structure,a complex stress environment,and a mismatch in the supporting design scheme are the failure mechanism of GSERC.A controlling ideology for mining states,including regional and stage divisions,was proposed.Both dynamic and permanent support schemes have been implemented in the field.Engineering practice results indicate that the new support scheme can efficiently ensure long-term entry safety and could be a reliable approach for other engineering practices. 展开更多
关键词 gob-side entry by roof cutting ground response failure mechanism following mining states control hard main roof
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Deformation mechanism and roof pre-splitting control technology of gob-side entry in thick hard main roof full-mechanized longwall caving panel 被引量:1
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作者 WANG Hao-sen HE Man-chao +6 位作者 WANG Jiong YANG Gang MAZi-min MING Can WANG Rui FENG Zeng-chao ZHANG Wen-jie 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第9期3206-3224,共19页
This paper explores the deformation mechanism and control technology of roof pre-splitting for gob-side entries in hard roof full-mechanized longwall caving panel(LTCC).The investigation utilizes a comprehensive appro... This paper explores the deformation mechanism and control technology of roof pre-splitting for gob-side entries in hard roof full-mechanized longwall caving panel(LTCC).The investigation utilizes a comprehensive approach that integrates field monitoring,theoretical analysis,and numerical simulation.Theoretical analysis has illuminated the influence of the length of the lateral cantilever beam of the main roof(LCBM)above the roadway on the stability of the gob-side entry behind the panel.Numerical simulations have further revealed that the longer LCBM results in heightened vertical stress within the coal pillar,developed cracks around the roadway,and more pronounced damage to the roadway.Moreover,numerical simulations also demonstrate the potential of roof pre-splitting technology in optimizing the fracture position of the hard roof.This technology significantly reduces the length of the LCBM,thereby alleviating stress concentration in the coal pillars and integrated coal rib while minimizing the destruction of the gob-side entry.Therefore,this manuscript first proposes the use of roof pre-splitting technology to control roadway deformation,and automatically retain the entry within a hard roof LTCC panel.Field implementation has demonstrated that the proposed automatically retained entry by roof pre-splitting technology effectively reduces gob-side entry deformation and achieves automatically retained entry. 展开更多
关键词 deformation mechanism hard roof gob-side entry cantilever beam roof pre-spliting
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Superposed disturbance mechanism of sequential overlying strata collapse for gob-side entry retaining and corresponding control strategies 被引量:13
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作者 HAN Chang-liang ZHANG Nong +2 位作者 RAN Zhi GAO Rui YANG Hou-qiang 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第9期2258-2271,共14页
Gob-area roof rupture movement is a key disturbance factor for gob-side entry retaining.The characteristics of gob-area sequential roof collapse of overlying strata and superposed disturbance mechanism for gob-side en... Gob-area roof rupture movement is a key disturbance factor for gob-side entry retaining.The characteristics of gob-area sequential roof collapse of overlying strata and superposed disturbance mechanism for gob-side entry retaining are obtained via physical simulation and theoretical analysis,in which the scope of disturbed strata is enlarged from main roof to fracture zone.The experiment reveals that as a working face advances,roof strata sequentially collapse from bottom to top and produce multiple disturbances to gob-side entry retaining.Key strata among the overlying strata control each collapse.Main roof subsidence is divided into three stages:flexure subsidence prior to rupture,rotational subsidence during rupture and compressive subsidence after rupture.The amounts of deformation evident in each of the three stages are 15%,55%and 30%,respectively.After the master stratum collapses,main roof subsidence approaches its maximum value.The final span of the key stratum determines the moment and cycling of gob-side entry retaining disturbances.Main roof subsidence influences the load on the filling wall.The sequential roof collapse of overlying strata results in fluctuations in the gob-side entry retaining deformation.Calculation formulae for the final span of the key stratum and the filling wall load are obtained via theoretical analysis.A control method for the stability of the gob-side entry retaining’s surrounding rock is proposed,which includes 3 measures:a“dual-layer”proactive anchorage support,roadside filling with dynamic strength matching and auxiliary support during disturbance.Finally,the gob-side entry retaining of the Xiaoqing mine E1403 working face is presented as an engineering case capable of verifying the validity of the research conclusions. 展开更多
关键词 sequential roof collapse gob-side entry retaining superposed disturbance key stratum stability control
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沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践 被引量:2
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作者 谭云亮 张修峰 +4 位作者 范德源 刘学生 朱斯陶 牟宗龙 陈洋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期209-223,共15页
无煤柱(或小煤柱)开采已得到广泛应用,随着开采深度增加,当侧空覆岩存在坚硬岩层时,大能量动力事件频发,冲击地压显现日趋严重,已成为制约深部煤炭资源开采的主要瓶颈之一。围绕沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践开展研究,主要包括:... 无煤柱(或小煤柱)开采已得到广泛应用,随着开采深度增加,当侧空覆岩存在坚硬岩层时,大能量动力事件频发,冲击地压显现日趋严重,已成为制约深部煤炭资源开采的主要瓶颈之一。围绕沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践开展研究,主要包括:构建了沿空工作面覆岩结构力学模型,提出了上位覆岩等效载荷估算方法,揭示了下位覆岩结构特征及演化规律;获得了沿空工作面下位覆岩运动对煤体内应力的定量表征方法,提出了以煤体的静载支承应力及关键层断裂产生的扰动应力之和与煤体强度比值大小为致灾指数的覆岩致灾关键层判识方法;定义了覆岩关键结构失稳致灾力学判据,综合分析应力状态和冲击倾向性指数对“发生冲击地压”的隶属度实现了侧空覆岩致灾风险评级;给出了侧空覆岩结构改性方法及防冲流程,并在新巨龙6305工作面开展了工程实践。结果表明,6305工作面实施侧空覆岩结构主动改性后,微震事件频次增幅33.3%,平均每个事件能量降幅23.5%;煤体应力集中程度显著降低,最大降幅约27.2%;沿空巷道围岩变形量明显减小,最大减小约104.7%;侧空覆岩致灾关键层得到消除,冲击地压的可能性等级为由“很可能”降为“不可能”。 展开更多
关键词 深部 冲击地压 沿空巷道 覆岩结构 致灾 主动改性
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深井切顶留巷底鼓机制及其防控 被引量:1
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作者 华心祝 李琛 +3 位作者 刘啸 杨朋 陈登红 祁亚宝 《岩土力学》 北大核心 2025年第3期955-968,共14页
沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建... 沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建一次采动至留巷稳定阶段两端固支二次超静定底板梁力学模型,并引入等效载荷概念求解得到了各分布力作用下底板挠度数学表达式,运用叠加原理推导出切顶留巷底板变形表达式。结合留巷条件,求得该巷道平均底鼓量为0.74 m,最大底鼓量为0.77 m,最大鼓起位置偏向采空区侧,距巷中1.15 m,计算结果与现场实测和数值计算结果较为吻合。依据所求得的底板变形表达式,分析了留巷底鼓影响因素,底鼓量与底板刚度的增加呈负指数减小,底板刚度在5~13 MN·m^(2)之间内变化时,巷道底鼓对其变化较为敏感;与底板载荷、支架载荷、煤帮载荷及应力集中系数λ均呈线性正相关,增长率分别为0.0826、0.0349、0.0272 m/MPa和0.007 m。基于对留巷底板受力变形及其影响因素的分析,提出了“顶底互控、帮角加固、底板强化”的防控对策。工程实践表明,相较于留巷初期底板变形得以有效控制,底鼓降幅明显,所留巷道能够满足复用要求。 展开更多
关键词 底鼓机制 沿空留巷 切顶卸压 底鼓防控
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极软厚煤层切顶卸压沿空留巷主动超前支护技术研究 被引量:3
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作者 张盛 徐瑞泽 +5 位作者 刘佳伟 朱让河 马强 王高尚 张帆 赵龙刚 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期83-93,共11页
目的切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛,但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时,存在帮部煤体松软、巷道高度大,传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题,需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法以梁北矿3... 目的切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛,但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时,存在帮部煤体松软、巷道高度大,传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题,需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法以梁北矿32021机巷为工程背景,建立预裂切顶前后的巷道超前段围岩稳定性力学模型,分析切顶卸压前后留巷超前段顶板受力特征和变形规律,揭示受预裂切顶影响的超前段巷道围岩变形机理;采用FALC3D数值软件模拟分析定向爆破切顶条件下回采巷道的应力分布特征;提出主动式锚索梁协同锚固方案,设计超前主动支护参数,并进行现场应用。结果结果表明,预裂切顶能有效切断顶板之间的应力传递,使留巷超前段顶板围岩处于应力降低区,切顶后工作面与留巷交界处悬顶面积减小;经数值模拟验证,所给出的锚网索梁锚固方案在主动支护后能够有效控制巷道超前阶段围岩变形,并有利于保持留巷的长期稳定;主动超前支护现场应用后,巷道顶底板移近量最大不超过80 mm,顶板变形量减小了35%,且能够最大程度保持巷道顶板的完整性。结论提出的主动式超前支护技术能够解决空间狭小、劳动强度大和顶板被反复支撑破坏等问题,对于类似矿井条件下沿空留巷的超前支护有重要的参考价值。 展开更多
关键词 极软厚煤层 超前支承压力 主动超前支护技术 切顶卸压沿空留巷
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大柳塔煤矿沿空留巷柔模砼墙支护阻力核定及失稳判据研究 被引量:2
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作者 李刚 刘航 +2 位作者 迟国铭 石占山 范永君 《工矿自动化》 北大核心 2025年第1期145-155,共11页
柔模砼墙沿空留巷工作面覆岩垮落结构与砼墙的稳定性是留巷成功与否的关键。以大柳塔煤矿52606工作面为研究对象,通过相似材料模拟实验发现在52605工作面和52606工作面回采结束后,砼墙上方覆岩垮落呈短悬臂梁结构,且砼墙侧垮落角均大于... 柔模砼墙沿空留巷工作面覆岩垮落结构与砼墙的稳定性是留巷成功与否的关键。以大柳塔煤矿52606工作面为研究对象,通过相似材料模拟实验发现在52605工作面和52606工作面回采结束后,砼墙上方覆岩垮落呈短悬臂梁结构,且砼墙侧垮落角均大于煤壁侧垮落角,二次采动后2个工作面裂隙贯通向地表发育,砼墙上方地面出现略微沉降。针对上述情况,通过分析覆岩垮落结构特征,确定了沿空巷道顶板第1次断裂位置位于采空区上方充填体一侧,第2次断裂位置位于采空区形成悬臂梁结构的岩层中靠近煤壁侧,并结合理论分析得到柔模砼墙沿空留巷应力分布特征。根据沿空巷道不同使用阶段门式支架是否撤出,提出留巷阶段砼墙的支护阻力采用分离岩块法计算,巷道复用阶段砼墙的支护阻力采用倾斜岩梁法计算;柔模砼墙的稳定性与安全系数有关,工作面回采过程中保证安全系数大于1,则砼墙不会发生失稳破坏。实例验证结果表明:该留巷工作面使用门式支架做临时支护时,为保证砼墙的安全系数大于2,需保证砼墙强度达到5.4 MPa以上;撤出门式支架后,断裂岩块及其覆岩载荷由砼墙承担,且采动引起的动载不断对砼墙产生影响,但砼墙的安全系数为3.9,砼墙仍相对稳定;砼墙应力虽然是不断变化的,但变化幅度都不大,均未出现应力急剧增大或减小的现象,这说明砼墙可有效支撑顶板,且砼墙一直处于稳定状态。 展开更多
关键词 沿空留巷 柔模砼墙 砼墙安全系数 门式支架 采动阶段 覆岩运移规律 支护阻力
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深部强动压软弱煤层沿空煤巷煤柱宽度及非对称控制研究 被引量:1
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作者 吕风 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期120-128,共9页
针对深部强动压软弱煤层沿空掘巷留设煤柱及其围岩支护系统极易发生大范围失稳破坏难题,以东庞矿深部水平沿空煤巷作为研究对象,采用理论分析方法获得了上覆基本顶岩层断裂线位置,明晰了煤柱尺寸与内、外应力场及极限平衡区宽度之间的... 针对深部强动压软弱煤层沿空掘巷留设煤柱及其围岩支护系统极易发生大范围失稳破坏难题,以东庞矿深部水平沿空煤巷作为研究对象,采用理论分析方法获得了上覆基本顶岩层断裂线位置,明晰了煤柱尺寸与内、外应力场及极限平衡区宽度之间的数值关系;引入偏应力分析指标,模拟研究了不同煤柱宽度下的沿空掘巷围岩偏应力与塑性破坏场响应特征,确定了深部强动压软弱煤层沿空掘巷窄煤柱合理宽度为7 m。基于7 m煤柱宽度情况下,模拟研究了回采期间超前工作面不同位置处的巷道围岩偏应力及塑性区分布状态,确定了超前工作面单体支柱加强范围;得出了掘巷稳定后其顶板、实体煤及煤柱帮塑化程度与偏应力峰值带边界线位置;明确了沿空巷道煤柱侧是围岩控制的关键区,阐述了掘巷支护设计时需将锚索穿过围岩偏应力峰值带边界线于围岩深部较完整区内的围岩控制对策,提出了“巷帮非对称槽钢桁架锚索网+顶板槽钢桁架锚索联合点锚索+局部破碎区注浆改性+单体液压支柱超前支护”的围岩综合治理技术。工程实践表明,研究所确定的7 m宽煤柱及围岩综合治理技术可有效控制围岩变形,保障深部强动压软弱煤层工作面的安全回采。 展开更多
关键词 软弱煤层 强动压 沿空掘巷 窄煤柱 非对称控制
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深井沿空巷道围岩支护技术研究
10
作者 付宝杰 曹计文 涂敏 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期145-152,共8页
为了解决顾桥煤矿1126(1)深井沿空巷道变形大、围岩破碎的问题,采用理论分析、数值模拟和现场测试的方法,考虑基本顶对直接顶倾斜挤压的影响,建立了窄煤柱沿空巷道力学模型,通过分析窄煤柱沿空巷道直接顶的变形特征,得出巷道顶板弯矩和... 为了解决顾桥煤矿1126(1)深井沿空巷道变形大、围岩破碎的问题,采用理论分析、数值模拟和现场测试的方法,考虑基本顶对直接顶倾斜挤压的影响,建立了窄煤柱沿空巷道力学模型,通过分析窄煤柱沿空巷道直接顶的变形特征,得出巷道顶板弯矩和挠度最大值不在巷道中间位置,而是向煤柱侧偏移了1.25m,其中,8.5~10.5m是变形最大的区域。根据上述分析,采用高预紧力锚杆+锚索+钢带+金属网的非对称锚网索密集支护方案,并提出三种不同的方案,采用数值模拟方法对支护方案进行比较和分析。研究结果显示,方案二和方案三相比方案一,巷道塑性区顶板破坏深度从10m减小到2m,减小了80%,实体煤侧破坏深度从5m减小到3m,减小了40%,顶板垂直应力分别提高了90.4%和142.9%,顶板卸荷量明显降低,煤柱内部应力分别提高了21.4%和21.9%,顶板位移分别减小了26.9%和34.5%。综合考虑现场及生产实际各种因素确定方案二为现场支护方案,工程实践表明,方案二有效控制巷道围岩变形,提高了巷道围岩稳定性,符合安全生产实际要求。 展开更多
关键词 窄煤柱 沿空巷道 非对称支护 塑性区 卸荷量
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厚煤层沿空掘巷区段煤柱宽度留设及支护数值模拟分析
11
作者 王普 于秀慧 +3 位作者 张美 郭际鹏 张传洋 马富武 《中国矿业》 北大核心 2025年第10期162-173,共12页
合理留设煤柱宽度是保障工作面巷道稳定性与高效安全回采的重要条件。基于某工作面厚煤层工作面沿空掘巷开采工况与地质条件,通过极限平衡理论计算得到区段留设煤柱宽度合理数值为参考,结合FLAC3D数值模拟软件对沿空掘巷工作面开采不同... 合理留设煤柱宽度是保障工作面巷道稳定性与高效安全回采的重要条件。基于某工作面厚煤层工作面沿空掘巷开采工况与地质条件,通过极限平衡理论计算得到区段留设煤柱宽度合理数值为参考,结合FLAC3D数值模拟软件对沿空掘巷工作面开采不同区段煤柱宽度(5 m、7 m、9 m、11 m)的煤柱内应力、塑性区破坏情况与巷道围岩变形情况进行分析,进而确定沿空掘巷区段留设煤柱合理宽度,并基于合理煤柱宽度留设时仍然存在煤柱内应力水平较高与巷道变形量较大的情况,提出了科学有效的长锚杆/短锚索+喷浆的支护方案。研究结果表明:沿空掘巷区段煤柱留设宽度为7 m时,煤柱内应力集中程度相对煤柱留设宽度为9 m、11 m时较低,塑性破坏发育较弱,煤柱具有良好的承载能力,且巷道围岩变形相对较小;而相对煤柱留设宽度为5 m时,区段煤柱应力集中水平虽然降低,但其塑性破坏程度明显加剧,巷道变形显著增大,严重影响了煤柱承载力与巷道安全服役,因此,认为区段煤柱留设宽度为7 m较为合理,且与极限平衡理论计算结果7.8 m基本一致。基于此,开展长锚杆/短锚索+喷浆的联合支护,发现新支护方案较无支护可使巷道顶板变形量降低70%,煤柱帮变形量和实体煤帮变形量分别减小58%、51%,新支护方案效果良好且科学合理,可有效控制巷道围岩变形。研究结果可为相似地质条件下沿空掘巷下留设合理煤柱宽度提供理论指导,同时为巷道围岩变形控制提供科学合理的支护方案。 展开更多
关键词 厚煤层 窄煤柱 沿空掘巷 围岩控制 数值模拟
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淮南矿区切顶沿空留巷及无煤柱开采工程实践
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作者 程详 罗勇 +1 位作者 赵光明 肖殿才 《中国煤炭》 北大核心 2025年第8期57-65,共9页
针对淮南矿区接替紧张、掘巷成本高、掘巷难度大等问题,以淮南矿区煤层赋存情况为背景,分析煤巷围岩分类,明确了适宜实施切顶留巷煤巷顶板围岩条件为Ⅰ完整型、Ⅱ较完整型;提出顶板“深浅孔交替”爆破切顶卸压技术,优化了浅孔切缝爆破... 针对淮南矿区接替紧张、掘巷成本高、掘巷难度大等问题,以淮南矿区煤层赋存情况为背景,分析煤巷围岩分类,明确了适宜实施切顶留巷煤巷顶板围岩条件为Ⅰ完整型、Ⅱ较完整型;提出顶板“深浅孔交替”爆破切顶卸压技术,优化了浅孔切缝爆破、深孔预裂爆破关键技术参数;形成可缩柱网挡矸护帮体系,采用可伸缩U型钢+金属网+钢筋网+垛式支架,配合风筒布、喷浆作业联合挡矸支护;提出加固锚索+浅深孔分步多级注浆实现煤帮强化支护;采用喷涂薄喷材料解决留巷漏风问题,形成了“深浅孔交替切顶爆破巷旁支护巷内补强煤帮协同支护”的无煤柱留巷技术体系,在丁集矿1452(1)工作面进行现场应用。现场应用结果表明,“深浅孔交替”爆破技术能够缩短基本顶周期来压步距,优化留巷围岩应力环境,留巷稳定后顶板下沉量和帮部移近量为300 mm和180 mm,满足留巷复用需求。 展开更多
关键词 切顶卸压 沿空留巷 “深浅孔”爆破 无煤柱开采 淮南矿区
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基于定向钻孔分段压裂的切顶护巷及瓦斯抽采综合技术研究
13
作者 陈亮 于宏阳 +3 位作者 白亚军 王栋炜 秦瑞晨 王东攀 《煤炭工程》 北大核心 2025年第9期109-116,共8页
针对突出煤层复合关键层顶板沿空留巷墙体变形严重、采空区瓦斯漏出量大等问题,以山西沁城煤矿20107工作面为例,通过理论建模、力学分析研究了压裂断裂线位置对应力传播及墙体变形的影响机制,给出了分段压裂切顶水平关键位置的解析解,... 针对突出煤层复合关键层顶板沿空留巷墙体变形严重、采空区瓦斯漏出量大等问题,以山西沁城煤矿20107工作面为例,通过理论建模、力学分析研究了压裂断裂线位置对应力传播及墙体变形的影响机制,给出了分段压裂切顶水平关键位置的解析解,结合关键层理论分析判识覆岩中、低位承载关键层层位,综合确定定向钻孔分段压裂的水平位置及垂向区间,并指出断裂线与覆岩自然垮落线之间的类三角形区为采空区卸压瓦斯富集区,进而优化裂隙带瓦斯抽采钻孔的合理层位。采用非渗流性压裂理论及地应力现场测试确立分段压裂起裂、扩展压力以及压裂时长、流量等关键参数,并通过工程试验验证。研究结果表明:优化后留巷墙体顶底板移近量比原有的下降65%,定向钻场单孔瓦斯抽采量增加72%、每组总量提升至7.46 m^(3)/min,实现了留巷墙体变形裂隙与采空区瓦斯协同共治。 展开更多
关键词 沿空留巷 墙体变形 定向钻孔 分段压裂 瓦斯抽采
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薄煤层深浅孔协同爆破切顶卸压沿空留巷技术与应用
14
作者 支光辉 刘江 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期92-100,共9页
目的为解决薄煤层开采沿空留巷围岩稳定性问题,开展薄煤层深浅孔协同爆破切顶卸压沿空留巷技术研究。方法以孟津煤矿11031工作面薄煤层开采沿空留巷为工程背景,通过理论分析阐述了薄煤层沿空留巷顶板垮落特征,提出了深浅孔协同爆破切顶... 目的为解决薄煤层开采沿空留巷围岩稳定性问题,开展薄煤层深浅孔协同爆破切顶卸压沿空留巷技术研究。方法以孟津煤矿11031工作面薄煤层开采沿空留巷为工程背景,通过理论分析阐述了薄煤层沿空留巷顶板垮落特征,提出了深浅孔协同爆破切顶卸压技术。利用数值模拟方法分析了浅孔预裂成缝、深浅孔协同爆破切缝、深孔预裂成缝3种切顶方式下巷道的应力和位移分布特征,确定了深浅孔协同爆破切缝的合理性;同时,优化设计二2煤层工作面沿空留巷顶板超前与滞后支护参数,并在孟津煤矿11031工作面胶带运输巷进行工业性试验。结果模拟结果显示,深浅孔协同爆破切顶卸压技术可以使采空区顶板上覆岩层充分垮落,有效阻断覆岩之间的应力传递,改善巷道顶板应力环境;工程应用监测结果表明,深浅孔协同爆破切顶卸压配合超前与滞后支护可以有效减少留巷过程中巷道围岩变形量,保证留设巷道的稳定性。结论深浅孔协同爆破切顶卸压技术可以较为有效解决薄煤层开采沿空留巷围岩稳定性的问题。 展开更多
关键词 薄煤层 沿空留巷 深浅孔 协同爆破 切顶卸压
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迎采工作面沿空掘巷围岩能量−应力全周期演化规律 被引量:10
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作者 陈定超 王襄禹 +6 位作者 柏建彪 李梦龙 卢建飞 张飞腾 孙世奇 赵祥岍 于洋 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期162-175,共14页
迎采动工作面沿空掘巷经历上工作面侧向基本顶断裂、回转、下沉全过程的全周期动压影响,巷道变形量大、维护困难。本文以温庄煤矿15105工作面为工程背景,提出在原有25 m煤柱迎采动面掘巷的基础上,沿上工作面非稳定采空区后方改变巷道掘... 迎采动工作面沿空掘巷经历上工作面侧向基本顶断裂、回转、下沉全过程的全周期动压影响,巷道变形量大、维护困难。本文以温庄煤矿15105工作面为工程背景,提出在原有25 m煤柱迎采动面掘巷的基础上,沿上工作面非稳定采空区后方改变巷道掘进轨迹,将区段煤柱宽度减小至6 m,进行沿空掘巷。为了证明方案的可行性,采用FLAC^(3D)建立数值模型,模拟了原方案与优化方案2种情况下的巷道围岩能量−应力全周期(迎15103采动工作面掘进、非稳定采空区侧巷道掘进、15105工作面回采)演化规律。模拟结果显示:①迎15103采动工作面掘进期间,应力和能量主要集中在区段煤柱的采空区侧。②非稳定采空区侧巷道掘进期间,与原方案相比,优化方案使6 m煤柱内部能量和应力转移至工作面煤体侧。③15105工作面回采期间,采取原方案时,能量和应力均向25 m煤柱回采侧集中,应力峰值达到31.2 MPa,最大能量为192.4 kJ/m^(3);采取优化方案时,能量和应力均向工作面实体煤侧转移,6 m煤柱具备一定承载能力,并且整个过程中应力集中程度低、能量无明显聚集,回采期间6 m煤柱内部应力峰值仅8.1 MPa,最大能量为126.7 kJ/m^(3)。在此基础上,确定了优化方案的可靠性,并结合数值模拟结果和现场地质条件,提出将巷道分成4个区段:迎采对掘段、临空掘巷段、渐变煤柱段和沿空掘巷段,建立了巷道围岩分区控制体系,设计了锚杆、索支护参数。最终成功开展了工业性试验,现场监测结果显示各区段巷道整体控制效果良好。 展开更多
关键词 迎采掘进 沿空掘巷 煤柱 双屈服模型 应变软化模型
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坚硬顶板小煤柱沿空掘巷切顶卸压关键参数研究 被引量:5
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作者 谭雅五 赵光明 +3 位作者 程详 孟祥瑞 王艳芬 朱世奎 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第2期99-107,共9页
为了解决小煤柱沿空掘巷过程中区段煤柱矿压显现剧烈的问题。采用理论分析、数值模拟和灰色关联度相结合的方法,探讨小煤柱沿空掘巷切顶卸压应力调控机理,分析不同参数条件下小煤柱围岩应力场的分布特征。研究结果表明:在选取的切顶角... 为了解决小煤柱沿空掘巷过程中区段煤柱矿压显现剧烈的问题。采用理论分析、数值模拟和灰色关联度相结合的方法,探讨小煤柱沿空掘巷切顶卸压应力调控机理,分析不同参数条件下小煤柱围岩应力场的分布特征。研究结果表明:在选取的切顶角度范围内,巷道围岩支承压力随着切顶角度增加先减小后增大。选取不同切顶位置,通过不同切顶角度得出的支承压力对比可知,采空区侧切顶比巷道侧切顶效果好。切顶高度越高,切顶效果越好,在切顶超过27 m且随着切顶高度的增加,围岩所受支承压力会继续降低,但其降低程度将逐渐减小。通过切顶与不切顶条件下煤柱的支承压力对比,切顶后的支承压力降低,巷道变形量减小,围岩变形得到有效的控制,切顶效果明显。通过灰色关联度分析得出影响小煤柱沿空掘巷切顶卸压效果的主要因素是煤柱宽度。研究结果可为沿空掘巷围岩应力调控技术提供参考。 展开更多
关键词 沿空掘巷 切顶卸压 小煤柱 坚硬顶板 灰色关联度分析
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梯形非对称沿空掘巷小煤柱合理留设宽度及支护设计 被引量:1
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作者 芮少阁 姚韦靖 +3 位作者 黄鑫 程斌 孟祥飞 赵宏志 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第8期63-70,共8页
针对小煤柱沿空掘巷围岩变形控制难题,以许疃煤矿32310工作面为背景,通过理论计算初步确定小煤柱合理留设宽度范围为5.59~6.45 m,再运用FLAC^(3D)软件对6种不同留设宽度下煤柱开展数值计算,基于位移与塑性区变化规律确定合理留设宽度,... 针对小煤柱沿空掘巷围岩变形控制难题,以许疃煤矿32310工作面为背景,通过理论计算初步确定小煤柱合理留设宽度范围为5.59~6.45 m,再运用FLAC^(3D)软件对6种不同留设宽度下煤柱开展数值计算,基于位移与塑性区变化规律确定合理留设宽度,并通过比选支护参数得到最佳方案。研究结果表明:该巷道小煤柱合理留设宽度为6.0 m,采用“锚杆索联合+锚网+注浆”的非对称顶帮协同支护方案后,现场监测显示,顶板最大下沉量控制在90 mm以内,两帮移进量小于75 mm,可以有效控制围岩变形,并取得良好的支护效果。研究结果可为类似巷道的支护设计提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 小煤柱宽度 沿空掘巷 数值计算 塑性区 非对称支护 效果评价
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特厚煤层下分层沿空留巷综放工作面漏风规律研究
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作者 宋治红 李学军 +4 位作者 郭军 王磊 杜文涛 吉新玉 张科峰 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期93-100,共8页
随着开采深度及成本不断增加,沿空留巷技术被广泛应用于煤矿厚煤层开采,降低开采成本的同时提高了煤炭资源回采率。但由于顶板来压作用,使得沿空留巷侧煤柱易产生裂隙,造成采空区漏风隐患严重。为此,以陈家沟煤矿8521工作面为研究对象,... 随着开采深度及成本不断增加,沿空留巷技术被广泛应用于煤矿厚煤层开采,降低开采成本的同时提高了煤炭资源回采率。但由于顶板来压作用,使得沿空留巷侧煤柱易产生裂隙,造成采空区漏风隐患严重。为此,以陈家沟煤矿8521工作面为研究对象,采用理论分析、现场漏风测试与数值模拟相结合的方法,分析了W型通风方式下沿空留巷采空区漏风通道的分布特征,掌握了关键漏风区域的演化规律。结果表明:沿空留巷综放工作面推进至54 m时主要漏风通道为1^(#)—3^(#)柔模墙,漏风流场范围在5.57~71.46 m/min;工作面推进至126 m时主要漏风通道为3^(#)—18^(#)柔模墙,漏风流场范围在4.11~52.90 m/min。采空区深处沿走向方向0~80 m范围内漏风速率逐渐减小;在采空区浅部20 m范围内,整体漏风速率与距工作面的距离呈指数相关。 展开更多
关键词 煤自燃 特厚煤层 沿空留巷 漏风测定 漏风规律
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中厚煤层沿空巷道预应力锚注喷联合控制技术及应用
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作者 孙方 朱乐章 +1 位作者 赵宏志 焦建康 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期37-44,共8页
针对中厚煤层小煤柱沿空巷道围岩变形大、维护困难等难题,以许疃煤矿8226回风巷为研究对象,采用理论分析和现场实测相结合的方法,对现有支护方案下沿空巷道围岩大变形机制进行分析,指出巷道围岩发生大变形是由煤体的强度-应力失衡、煤... 针对中厚煤层小煤柱沿空巷道围岩变形大、维护困难等难题,以许疃煤矿8226回风巷为研究对象,采用理论分析和现场实测相结合的方法,对现有支护方案下沿空巷道围岩大变形机制进行分析,指出巷道围岩发生大变形是由煤体的强度-应力失衡、煤体结构破碎、回采动压双重扰动和支护系统的设计不足等原因综合引起的。基于此,提出了一种“高预应力锚网索强力一次支护+预应力锚索喷注+回采动压影响期间的巷帮加固”相结合的预应力锚注喷联合控制技术,并进行了工业性试验。应用结果表明:沿空巷道两帮移近量为150~200 mm,顶板下沉为50~100 mm,有效控制了沿空巷道的围岩变形。 展开更多
关键词 中厚煤层 沿空巷道 锚注喷联合控制 围岩控制
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深井沿空巷道立体式卸压防控技术及应用
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作者 杨尚 宁建国 +4 位作者 李学慧 李长青 王俊 史新帅 张朝辉 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期169-186,共18页
针对深井沿空巷道围岩变形量大、维护困难等难题。以某矿7312轨道巷道为研究背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟、工程实践等研究手段,分析了深井沿空巷道围岩变形破坏特征及其原因,基于莫尔应力圆分析模型,剖析了沿空巷道服役期间... 针对深井沿空巷道围岩变形量大、维护困难等难题。以某矿7312轨道巷道为研究背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟、工程实践等研究手段,分析了深井沿空巷道围岩变形破坏特征及其原因,基于莫尔应力圆分析模型,剖析了沿空巷道服役期间围岩应力分布及演化过程,明确了深井沿空巷道围岩变形破坏的主要影响因素,阐述了深井沿空巷道立体式卸压防控原理,验证了深井沿空巷道立体式卸压防控原理的有效性,提出了以“应力主动干预”为核心思想的深井沿空巷道立体式卸压防控技术。研究表明:①沿空巷道服役期间围岩变形破坏的主要因素包括高静载、采动应力、岩块B回转、巷道支护强度、围岩力学性质、围岩卸压效果等。②沿空巷道立体式卸压防控体系最佳实施时机应在沿空巷道支护后或未受采动影响阶段,实施对象为岩块B、实体煤上方坚硬顶板、实体煤应力集中区。③现场工程实践表明深井沿空巷道立体式卸压防控技术体系能够降低岩块B与沿空巷道之间的应力传导,阻隔和弱化采动应力影响,转移巷道围岩集中应力,改善沿空巷道应力环境。 展开更多
关键词 深井 沿空巷道 围岩 卸压 防控
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