超前预裂坚硬顶板巷旁无充填留巷技术研究与应用

摘要

沿空留巷是在上区段工作面采过后，将运输巷保留下来作为下区段工作面开采时的回风巷。这种方式又称为“巷道二次利用”、“一巷两用”、“单巷开采系统”等。沿空留巷技术是煤矿开采及回采巷道支护技术的一项重大改革，对提高煤炭资源采出率、降低巷道掘进率、缓解采掘紧张关系有重要意义。
　　 沿空留巷受二次采动影响，为了减小巷道的过量变形，通常除采用巷内加强支护外，还依赖充填巷旁来抵抗上覆岩层的主要载荷。传统的巷旁充填（如矸石垛充填、木垛充填、人工砌垛等）劳动强度大，安全性差，且施工速度慢，影响回采工作面推进速度；而目前推广的胶结充填（如粉煤灰充填、高水充填等），不仅增加了较复杂充填系统，还增大了吨煤成本。
　　 针对上述情况，孙庄矿在野青煤回采工作面，对坚硬顶板采用超前预裂技术，保证回采工作面推过后采空区顶板沿空留巷侧充分垮落，缩短了回采巷道上方坚硬顶板在采空区侧悬伸长度，改变巷道围岩受力状态，在取消巷旁充填的条件下，保证留巷的成功。该方法与传统充填留巷相比，劳动强度低、安全性好；与胶结充填相比，对回采工作面生产影响小，生产成本低，经济效益好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 沿空留巷技术发展及现状

1．3 本论文的研究内容及技术路线

第2章 巷旁无充填沿空留巷的理论分析及支护原则

2．1 巷旁无充填沿空留巷的力学分析

2．1．1 力学模型的对比

2．1．2 顶板下沉量的计算模型

2．2 确定冒落带高度及煤帮侧顶板断裂位置

2．2．1 冒落带高度计算

2．2．2 煤帮侧顶板断裂位置

2．3 巷旁无充填留巷支护载荷规律确定的原则

第3章 沿空巷道相似模拟试验

3．1 地质概况

3．2 煤岩力学性质测试

3．2．1 煤岩的常规力学参数

3．2．2 测试结果分析

3．3 沿空留巷相似模拟条件与参数

3．3．1 模拟条件

3．3．2 参数确定

3．4 试验模型设计

3．4．1 模型架

3．4．2 相似材料的选择

3．4．3 材料配比

3．4．4 测试仪器与测点布置

3．4．5 铺设要求

3．4．6 模型制作工艺

3．4．7 巷道支护技术

3．4．8 杠杆重锤加载系统

3．5 数据分析

3．5．1 DH3815N测试系统数据分析

3．5．2 位移数据分析

3．6 实验结果评价

第4章 沿空留巷围岩变形与应力场变化数值模拟分析

4．1 数值模拟方法概述及FLAC有限差分程序简介

4．2 数值模拟模型的建立

4．2．1 各种支护形式的数值模拟图

4．2．2 巷道开挖的顶底板及煤壁侧位移曲线

4．2．3 一次采动影响下的数值分析

4．2．4 留巷期间支护密度的数值分析对比

4．2．5 二次采动影响的数值分析

4．3 本章小结

第5章 沿空留巷支护现场工业性试验

5．1 试验巷道工程概况

5．2 双向聚能预裂爆破试验设计

5．2．1 爆破装置原理

5．2．2 爆破装置结构

5．2．3 双向聚能模型及力学过程分析

5．2．4 双向聚能爆破技术方案及参数

5．3 试验巷道支护设计

5．3．1 锚杆锚索支护设计

5．3．2 基本支护设计图

5．4 沿空留巷矿压监测

5．4．1 位移监测内容、标准及监测布置

5．4．2 巷道位移监测

5．4．3 巷道压力监测

5．5 沿空留巷技术经济效果分析

5．5．1 经济效益分析

5．5．2 社会效益分析

结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士期间发表的论文和科研成果