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動壓、破碎圍巖巷道穩定控制技術

2013-06-05 發布人:系統管理員 點擊數:

     該成果從改善動壓、破碎圍巖巷道所處應力環境及合理確定巷道支護技術兩個方面開展研究,依據采動應力演化規律、動壓巷道圍巖穩定控制理論以及破碎圍巖注漿加固機理,開發了沿空掘巷圍巖控制技術、迎采巷道圍巖控制技術、破碎圍巖巷道注漿加固技術。沿空掘巷是在上區段工作面采空區巖層活動基本終止、應力調整趨于穩定后掘進,采用合理的窄煤柱護巷技術使巷道位于應力降低區,結合窄煤柱穩定控制技術與合理的巷內支護技術保證巷道的穩定;為緩解接替緊張問題,在上工作面回采結束前,需提前掘出下工作面的回采巷道,在上工作面超前、側向和本工作面超前應力的疊加作用下,造成迎采巷道圍巖十分破碎、極難維護。通過采用自主研制的注漿材料加固圍巖、改善圍巖性質、提高圍巖的整體性和自承載能力,并與錨桿支護相結合,能提高錨桿錨固力、增大支護阻力,充分發揮兩種支護的優勢,能夠顯著改善迎采巷道維護狀況。因此,通過改善圍巖應力環境,并結合圍巖注漿加固與錨桿聯合支護技術,是改善動壓、破碎圍巖巷道維護狀況的一條有效技術途徑。

   技術特點:

   上區段工作面回采引起采空區上覆巖層垮落,基本頂初次來壓形成“O-X”破斷,在工作面端頭破斷形成弧形三角塊,弧形三角塊斷裂的運動狀態及穩定性直接影響其下方的沿空掘巷、迎采巷道圍巖應力狀態和變形。通過建立弧形三角塊力學模型,研究分析了三角塊結構在掘巷前、后及工作面回采影響階段的穩定性及其對巷道、窄煤柱穩定的影響規律,并在破裂煤巖體及其錨注體力學性能的研究基礎上揭示了動壓、破碎圍巖巷道穩定控制機理,開發了相應控制技術。該技術不僅在沿空掘巷、破碎圍巖條件下適用,在正常掘進巷道遇到地質構造帶、圍巖異常破碎時也能有效控制圍巖的變形。尤其在高產高效礦井1個礦井1個采煤工作面,采用該技術可以保障在上區段工作面巖層穩定之前進行沿空掘巷,實現在動壓、破碎圍巖中有效維護巷道,為保障礦井高產高效提供了理論依據和技術途徑。 

   知識產權及獲獎情況:

   獲得教育部科學技術進步獎一等獎,國家安全生產監督管理總局科技成果二等獎。

   授權發明專利:一種煤柱與采空區過渡段下方巷道頂板支護方法,ZL201110057953.8

   受理發明專利:一種煤柱下方巷道支護方法,201110057985.8

   受理發明專利:一種控制動壓巷道底鼓的方法,201010217011.7

   應用前景:

   該成果不僅在沿空掘巷、破碎圍巖條件下適用,在正常掘進巷道遇到地質構造帶、圍巖異常破碎時也能有效控制圍巖的變形。尤其在高產高效礦井1個礦井1個采煤工作面,采用該技術可以保障在上區段工作面巖層穩定之前進行沿空掘巷,有效解決采掘接替緊張問題,實現在動壓、破碎圍巖中安全、有效維護巷道。不僅降低了巷道維護成本、減輕了工人勞動強度、提高了巷道的支護效果、保證了巷道的安全使用,而且巷道斷面收斂率小,巷道通風阻力小、安全間隙大,顯著改善了工人的勞動條件和作業環境,為保障礦井高產高效提供了理論依據和技術途徑,具有較大的推廣應用前景。 

   應用情況:

   1)綜放沿空掘巷圍巖控制技術

   研究技術成功指導了潞安、平頂山、徐州、神華等礦區的生產實踐,目前該技術已在這些礦區廣泛推廣應用。具有代表性的:①潞安王莊煤礦6108孤島工作面綜放沿空掘巷②長治地區南燁集團華晟榮煤礦3104綜放工作面沿空掘巷,通過該項目的實施,區段煤柱寬度減小20m,通過采用注漿加固與高強錨桿支護,顯著提高窄煤柱破碎煤體的變形能力,改善了巷道維護狀況,使用期間巷道不需維修。

   2)迎采巷道圍巖控制技術

   為緩解接替緊張問題,在上工作面回采結束前,需提前掘出下工作面的回采巷道,在上工作面超前、側向和本工作面超前應力的疊加作用下,造成迎采巷道圍巖十分破碎、極難維護。目前該技術已成功指導了神華烏海能源利民煤礦09113工作面迎采巷道和銅川西川礦業公司西川煤礦1107工作面迎采巷道的工程實踐,該技術的成功實施解決了上述兩礦的接替問題,并且巷道維護情況良好,除部分地段需臥底外,巷道使用期間基本不需維修,目前該技術還在神華蒙西棋盤井煤礦和甘肅窯街煤電海石灣煤礦進行。

   3)破碎圍巖巷道注漿加固技術

   ①平煤十礦中區戊組下山修復技術、平煤四礦己三總回風巷和戊九專用回風下山修復技術。采用高水速凝材料注漿加固并配合高強錨桿聯合修復后,經過近一年的觀測,十礦中區戊組下山兩幫移近量為163mm,頂底板移近量為103mm后都趨于穩定,巷道使用期間不需再維護,節省維護費用1077萬余元。四礦己三總回風巷和戊九專用回風下山采用該修復技術后,斷面收縮率僅為5.6%和7.3%,巷道使用期間共減少三次翻修,共節約維護成本2409.54萬元。②山西晉城蘭花集團大陽煤礦3100工作面松軟破碎巷道注漿加固技術,該工作面回風順槽沿底掘進,巷道頂煤極其松軟、破碎,受上工作面側向支承應力作用后,巷道在掘進期間就發生了大變形,維護極為困難。通過采用松軟破碎頂煤超前預注漿、兩幫破碎煤體滯后注漿,并配合高強錨桿聯合支護技術后,有效控制了松軟破碎煤體的大變形,回采期間經過注漿加固的回風巷最大頂底板相對移近量為350mm,兩幫相對移近量為500mm,滿足斷面使用要求,比原支護節省費用905.73元/m。

   合作方式:合作開發/技術服務

  

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