【能源人都在看|张百胜副教授：大采高小煤柱沿空掘巷切顶卸压围岩控制技术【能源人都在看

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创新点
（1）揭示了切顶卸压留小煤柱护巷机理，实现了对巷道围岩压力的主动调控。
（2）给出了顶板精准切顶卸压的关键技术参数。
（3）形成一套完整切顶卸压留小煤柱护巷技术，实现了迎采动条件下大采高留小煤柱沿空掘巷围岩控制，有效缓解了采掘接替紧张。
作者
张百胜1,王朋飞1,崔守清2,樊梦战2,丘玉铭2
单位
1.太原理工大学矿业工程学院;2.山西潞安集团左权阜生煤业有限公司
研究背景
宽煤柱护巷是我国过去常用的护巷方法,煤柱宽度一般20~30m,随着煤厚和采深的增加,有些矿区煤柱宽度达40~60m,造成大量资源损失。调查表明,宽煤柱护巷造成的煤炭损失率10%~30%,在我国矿井煤炭资源各项浪费源头中居于首位。如何在减少煤柱损失的同时保障安全和高产高效是我国煤矿绿色开采的重要任务。
切顶卸压可人为决定基本顶的断顶位置,实现主动调控矿山压力。尤其近年来,随着矿井开采强度提高,采掘接替关系普遍紧张,经常出现迎采动工作面掘巷,即下一区段巷道在上区段工作面回采结束之前掘进。刘立民等指出迎采时,小煤柱侧向支承压力与上区段工作面超前支承压力叠加是造成沿空巷道围岩大变形的主要原因。
大采高条件下采用切顶卸压自留巷技术顶板破碎,且存在采空区漏风问题。留小煤柱切顶卸压沿空掘巷技术是解决这些问题的思路。而大采高条件下矿压显现剧烈,对留小煤柱提出了更高的要求,因此,笔者综合留小煤柱沿空掘巷和切顶卸压技术,对6m大采高小煤柱切顶卸压沿空掘巷技术与围岩控制进行研究。
摘要
针对留大煤柱采出率低和留小煤柱护巷矿压显现剧烈存在的矛盾,采用矿压理论分析、FLAC3D数值模拟和巷道变形现场实测,对潞安集团阜生煤矿6m大采高留小煤柱切顶卸压沿空掘巷机理与围岩控制进行了研究,得到:
①切顶卸压可人为控制基本顶的断顶位置,实现压力主动调控,切顶后,改变了基本顶原有应力传递路径,压力有效转移至采空区,减轻了采空区侧向实体围岩应力,沿空掘巷围岩应力更加均匀缓和。
②切顶后顶板断裂结构发生变化,由初次来压前基本顶四边固支变为三边固支,由初次来压后基本顶三边固支变为两边固支,垮落步距相应降低,顶板更易于垮落,切顶工作面的矿压显现也相应得到缓和。
③切顶角度、切顶深度、切顶孔间距、切顶孔布置方式是实现精准切顶卸压的关键,16m切缝深度恰能切断石灰岩基本顶,可有效缩短基本顶侧向悬臂长度,同时充分发挥采空区垮落矸石的碎胀支撑作用。
④3种情况下的数值模拟显示,传统留25m煤柱尺寸过大,造成大量资源浪费,且峰值压力较大,为18.2MPa;仅留8m小煤柱但不切顶时小煤柱所承受支承压力最大,峰值可达19.3MPa,可能导致掘巷失败;切顶8m小煤柱条件下的煤柱及其附近围岩塑性区范围最小,且小煤柱支承压力最小,峰值为12.7MPa,采空区力提高到0.11MPa;结合切顶卸压,实现了对围岩压力的主动调控。
⑤实践表明,采用切顶卸压和配套合理支护技术可实现小煤柱沿空掘巷在迎采阶段和本工作面回采阶段围岩稳定,为类似条件矿井安全高效开采提供借鉴和参考。
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钻孔柱状

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