动压、破碎围岩巷道稳定控制技术

作者:系统管理员发布时间:2013-06-05浏览次数:2376

     该成果从改善动压、破碎围岩巷道所处应力环境及合理确定巷道支护技术两个方面开展研究,依据采动应力演化规律、动压巷道围岩稳定控制理论以及破碎围岩注浆加固机理,开发了沿空掘巷围岩控制技术、迎采巷道围岩控制技术、破碎围岩巷道注浆加固技术。沿空掘巷是在上区段工作面采空区岩层活动基本终止、应力调整趋于稳定后掘进,采用合理的窄煤柱护巷技术使巷道位于应力降低区,结合窄煤柱稳定控制技术与合理的巷内支护技术保证巷道的稳定;为缓解接替紧张问题,在上工作面回采结束前,需提前掘出下工作面的回采巷道,在上工作面超前、侧向和本工作面超前应力的叠加作用下,造成迎采巷道围岩十分破碎、极难维护。通过采用自主研制的注浆材料加固围岩、改善围岩性质、提高围岩的整体性和自承载能力,并与锚杆支护相结合,能提高锚杆锚固力、增大支护阻力,充分发挥两种支护的优势,能够显著改善迎采巷道维护状况。因此,通过改善围岩应力环境,并结合围岩注浆加固与锚杆联合支护技术,是改善动压、破碎围岩巷道维护状况的一条有效技术途径。

   技术特点:

   上区段工作面回采引起采空区上覆岩层垮落,基本顶初次来压形成“O-X”破断,在工作面端头破断形成弧形三角块,弧形三角块断裂的运动状态及稳定性直接影响其下方的沿空掘巷、迎采巷道围岩应力状态和变形。通过建立弧形三角块力学模型,研究分析了三角块结构在掘巷前、后及工作面回采影响阶段的稳定性及其对巷道、窄煤柱稳定的影响规律,并在破裂煤岩体及其锚注体力学性能的研究基础上揭示了动压、破碎围岩巷道稳定控制机理,开发了相应控制技术。该技术不仅在沿空掘巷、破碎围岩条件下适用,在正常掘进巷道遇到地质构造带、围岩异常破碎时也能有效控制围岩的变形。尤其在高产高效矿井1个矿井1个采煤工作面,采用该技术可以保障在上区段工作面岩层稳定之前进行沿空掘巷,实现在动压、破碎围岩中有效维护巷道,为保障矿井高产高效提供了理论依据和技术途径。 

   知识产权及获奖情况:

   获得教育部科学技术进步奖一等奖,国家安全生产监督管理总局科技成果二等奖。

   授权发明专利:一种煤柱与采空区过渡段下方巷道顶板支护方法,ZL201110057953.8

   受理发明专利:一种煤柱下方巷道支护方法,201110057985.8

   受理发明专利:一种控制动压巷道底鼓的方法,201010217011.7

   应用前景:

   该成果不仅在沿空掘巷、破碎围岩条件下适用,在正常掘进巷道遇到地质构造带、围岩异常破碎时也能有效控制围岩的变形。尤其在高产高效矿井1个矿井1个采煤工作面,采用该技术可以保障在上区段工作面岩层稳定之前进行沿空掘巷,有效解决采掘接替紧张问题,实现在动压、破碎围岩中安全、有效维护巷道。不仅降低了巷道维护成本、减轻了工人劳动强度、提高了巷道的支护效果、保证了巷道的安全使用,而且巷道断面收敛率小,巷道通风阻力小、安全间隙大,显著改善了工人的劳动条件和作业环境,为保障矿井高产高效提供了理论依据和技术途径,具有较大的推广应用前景。 

   应用情况:

   1)综放沿空掘巷围岩控制技术

   研究技术成功指导了潞安、平顶山、徐州、神华等矿区的生产实践,目前该技术已在这些矿区广泛推广应用。具有代表性的:①潞安王庄煤矿6108孤岛工作面综放沿空掘巷②长治地区南烨集团华晟荣煤矿3104综放工作面沿空掘巷,通过该项目的实施,区段煤柱宽度减小20m,通过采用注浆加固与高强锚杆支护,显著提高窄煤柱破碎煤体的变形能力,改善了巷道维护状况,使用期间巷道不需维修。

   2)迎采巷道围岩控制技术

   为缓解接替紧张问题,在上工作面回采结束前,需提前掘出下工作面的回采巷道,在上工作面超前、侧向和本工作面超前应力的叠加作用下,造成迎采巷道围岩十分破碎、极难维护。目前该技术已成功指导了神华乌海能源利民煤矿09113工作面迎采巷道和铜川西川矿业公司西川煤矿1107工作面迎采巷道的工程实践,该技术的成功实施解决了上述两矿的接替问题,并且巷道维护情况良好,除部分地段需卧底外,巷道使用期间基本不需维修,目前该技术还在神华蒙西棋盘井煤矿和甘肃窑街煤电海石湾煤矿进行。

   3)破碎围岩巷道注浆加固技术

   ①平煤十矿中区戊组下山修复技术、平煤四矿己三总回风巷和戊九专用回风下山修复技术。采用高水速凝材料注浆加固并配合高强锚杆联合修复后,经过近一年的观测,十矿中区戊组下山两帮移近量为163mm,顶底板移近量为103mm后都趋于稳定,巷道使用期间不需再维护,节省维护费用1077万余元。四矿己三总回风巷和戊九专用回风下山采用该修复技术后,断面收缩率仅为5.6%和7.3%,巷道使用期间共减少三次翻修,共节约维护成本2409.54万元。②山西晋城兰花集团大阳煤矿3100工作面松软破碎巷道注浆加固技术,该工作面回风顺槽沿底掘进,巷道顶煤极其松软、破碎,受上工作面侧向支承应力作用后,巷道在掘进期间就发生了大变形,维护极为困难。通过采用松软破碎顶煤超前预注浆、两帮破碎煤体滞后注浆,并配合高强锚杆联合支护技术后,有效控制了松软破碎煤体的大变形,回采期间经过注浆加固的回风巷最大顶底板相对移近量为350mm,两帮相对移近量为500mm,满足断面使用要求,比原支护节省费用905.73元/m。

   合作方式:合作开发/技术服务