无煤柱自成巷技术.docx
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无煤柱自成巷技术
切顶卸压无煤柱自成巷技术(110/N00工法)应用示范项目技术
贵州省科学技术厅
二○一八年十一月
一、项目摘要
煤炭是我国的主体能源,煤炭工业也是关系我国经济命脉和能源安全的重要基础产业。
中国今后三十年内能源结构以煤为主导的格局难以改变,至2050年,煤炭在能源中的比重仍要占到50%左右,煤炭在国民经济发展中起着举足轻重的作用。
我国煤炭资源大部分采用井工开采方式,长壁采煤法是使用最普遍的井工采煤方法。
近百年来,我国煤炭生产体系一直以“121工法”为主。
但是“121工法”存在回采率低、资源浪费;巷道掘进量大,成本居高不下;采掘失调问题突出;开采事故多发,安全形势严峻等重大问题。
为解决上述问题必须从根本上改变传统采煤方法与工艺,何满潮院士等早在2011年便正式提出“切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术工艺”,即110工法,并在此基础之上进一步提出N00工法,被写入《国务院关于煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》(国发﹝2016﹞7号)和《中国制造2025—能源装备实施方案》。
无煤柱自成巷技术体系已在全国60多个矿井成功应用,试验了30万多米巷道,取得经济效益近百亿,经济和社会效益显著。
贵州省为产煤大省,煤炭资源丰富、煤矿数量众多,仅进行了无煤柱自成巷开采技术(110/N00工法)初步尝试,尚未形成应用示范及推广。
本次拟在毕节市内开展无煤柱自成巷开采技术(110/N00工法)应用示范项目研究工作,即通过毕节市政府所属国有企业牵头承担项目研究并推广,实现研究成果大规模转化和普及,形成“公司研究推广项目、项目造就公司”的创新性项目研究推广模式。
本项目主要通过引进无煤柱自成巷开采技术(110/N00工法),结合区域内煤层开采技术条件,开展无煤柱自成巷开采技术(110/N00工法)应用的关键技术适用性研究及瓦斯治理技术研究,建成110/N00工法应用示范矿井,从而推广无煤柱自成巷开采技术(110/N00工法),达到推动毕节市乃至贵州省煤炭产业转型升级、提质增效的目的。
根据项目总体布局及课题设置,主要研究内容分解为4个课题,开展以下研究内容:
(1)切顶卸压无煤柱自成巷关键技术适用性研究
针对毕节市煤层赋存瓦斯高、顶底板条件复杂、岩溶水极其丰富、煤层分层多且层间距较近等条件,开展既有110/N00工法切顶卸压无煤柱自成巷关键技术的适用性研究。
(2)110/N00工法应用下的矿井瓦斯治理成套技术研究
在应用110/N00工法的基础上,结合矿井实际开展矿井瓦斯灾害防治技术研究,保障矿井的安全生产,最终形成一套基于110/N00工法应用的瓦斯治理成套技术。
(3)N00工法成套技术研究
开展实体煤侧弧形帮成巷的N00采煤机、N00刮板输送机和N00支架系统之间的“三机配套”技术研究;开展采空区侧碎石帮成巷的N00锚索钻机、N00切缝装备和N00支架系统之间的“四机配套”技术研究。
(4)110/N00工法应用示范及推广
在毕节市众一金彩黔、大西南、中城能源等煤矿集团公司选择有条件的矿井实现110/N00工法在毕节市井下煤矿成功应用,推广110工法实施,陆续建成一批110工法示范应用矿井,建成一个N00工法示范矿井,打造110/N00工法示范及创新研究基地。
通过本项目的实施,建成一批110/N00工法应用示范矿井,取得一批研究成果:
(1)2019年~2022年建成110工法应用示范矿井6个,N00工法应用示范矿井1个;搭建产、学、研研究机制,建成一所110/N00工法应用及创新研究院。
(2)降低煤矿回采巷道掘进量50%,提高矿井采掘比;提高采区采出率10%以上,回采工作面经济效益提高10%以上。
提高应用示范矿井产量31.95万吨/年,增加经济收益1.92亿元,少掘进巷道(煤巷)约8000余米,节省巷道掘进费用0.32亿元。
(3)提交项目研究课题成果报告4份;发表论文12~19篇;形成企业技术标准4项。
通过整合政府、科研院所、企业资源,采用公司市场化运作的新模式,推动科技专项成果转化利用。
最终实现推进第三次矿业科学技术变革,推动毕节市乃至贵州煤炭产业转型升级、提质增效的总体目标。
二、项目的意义和必要性
2.1项目的意义
我国煤炭资源储量丰富,截至2016底,中国已探明的可采煤炭储量达到2440.1亿吨,占世界煤炭总储量的21.4%。
近年来,随着我国国民经济的快速持续发展,对煤炭需求量呈现稳中有增的发展趋势,煤炭产量一直保持着快速的增长,2017年我国煤炭产量为34.45亿吨,约占一次能源生产总量的61.9%,煤炭消费占一次能源消费的比重为60.4%,煤炭在国民经济发展中起着举足轻重的作用。
我国煤炭资源大部分采用井工开采方式,长壁采煤法是使用最普遍的井工采煤方法。
根据回采一个工作面是否需要留设煤柱以及留设煤柱的大小,长壁采煤法可分为长壁开采121(大煤柱)工法、长壁开采121(小煤柱)工法、长壁开采111工法以及长壁开采110/N00(无煤柱)工法等。
前两种工法回采一个工作面均需留设煤柱,同时需要在回采工作面两端分别掘进两条巷道,因此均属于长壁开采121工法,或简称121工法。
长壁开采111工法即充填留巷采煤法,随工作面回采推进,利用巷旁充填混凝土砌块、矸石带以及高水材料、膏体材料等手段,沿采空区边缘维护保留原回采巷道,从而取消护巷煤柱,作为下区段工作面沿空回采巷道使用,属于“无煤有柱”开采方式。
相比较于111工法,110工法实现了真正意义上的“无煤无柱”,而N00工法则是一种更为先进的采煤工法,工作面无需提前掘进巷道,巷道通过采煤机采出并通过切顶卸压自成巷技术保留下来,真正实现无煤柱留设、无巷道掘进。
近百年来,我国煤炭生产体系一直以基于“砌体梁”理论和“传递岩梁”理论提出并完善的“121工法”为主,即每回采一个工作面,需掘进两条顺槽,并留设1个煤柱维护巷道稳定。
但煤柱的留设导致了围岩应力场应力集中程度急剧增加,在巨大的矿山压力作用下应力分布不均匀,不利于巷道稳定维护及安全开采,同时也造成煤柱资源损失。
并且随着开采深度的增加,传统长壁开采121工法受到挑战,深部巷道围岩大变形问题引起的灾害事故愈加严重,尤其是顺槽巷道事故频发。
据不完全统计,深部顺槽巷道事故约占总事故的80%~90%,而其中80%~90%的事故又发生在沿空顺槽巷道。
因此121工法存在回采率低、大量资源浪费;巷道掘进量大,成本居高不下;采掘失调问题突出;开采事故多发,安全形势严峻等重大问题。
111工法即充填留巷采煤法取消了护巷煤柱,相比121工法在一定程度上提高了煤炭回收率、降低了巷道掘进量从而缓解采掘接替紧张并解决隅角瓦斯积聚等问题,但是充填留巷仍需要利用充填混凝土砌块、矸石带以及高水材料、膏体材料等手段构筑巷旁充填体,往往存在施工工艺复杂、劳动强度大,留巷施工时间长、效率低,充填体应力集中、强度低导致巷道维护效果差造成巷道变形失稳引发安全事故等问题。
为解决上述问题必须从根本上改变传统采煤方法,本项目拟在毕节市建设无煤柱自成巷技术(110/N00工法)应用示范矿井,创新其应用技术以及开展相应安全技术等研究工作。
本项目的实施,对于毕节市乃至贵州省的煤炭行业,具有以下几点重要意义:
(1)技术革新
切顶卸压无煤柱自成巷技术(110/N00工法)的引进消化吸收及创新应用,改变了当前区域内煤炭资源开采技术相对滞后的实情。
该技术主要工序为超前施工,且可以与回采平行作业,不影响生产及回采速度,能够实现高效回采;切断了采空区顶板的应力传递,巷道顶板成功转化为“切顶短臂梁”,有利于顶板岩层控制,顶板切落后,使得巷道处于应力场的卸压区,避免了采空区侧煤体及下一个回采面煤体受到回采动压的影响,从而保证了煤体完整性;工艺简单,可有效降低工人劳动强度,能够做到安全条件下施工;缩短接续时间,极大的缓解了矿井采掘接替矛盾问题,另外通过减少顺槽巷道的施工,可以有效降低矿井万吨掘进率及提高吨煤工效。
(2)经济增效
相比传统留巷方法,极大地降低了留巷成本,且改善了沿空巷道的受力状态,大大降低返修率,实现低成本开采;多回收煤柱产生的经济效益显著。
(3)提高资源回收率
通过(110/N00工法)无煤柱自成巷技术应用,可以最大限度回收煤炭资源(保护煤柱),减少煤炭资源损失率。
4)提高生产安全性
减少巷道掘进量,从而直接降低了巷道掘进事故的发生,切顶卸压后,降低了工作面一定范围内的周期压力和巷道内的压力,从而提高了生产安全性。
2.2项目的必要性
(1)煤炭资源在我国能源中的战略地位短期内不会改变
煤炭是我国的主体能源,煤炭工业也是关系我国经济命脉和能源安全的重要基础产业。
煤炭消费量长期占化石能源消费量的95%以上,占一次能源消费总量的60%以上,如图2-1所示。
虽然国家近几年大力发展清洁能源,但受到技术、经济、安全等因素的制约,新能源短期内难以大规模代替传统化石能源。
因此,我国富煤、贫油、少气的能源资源禀赋特点及现有的生产力发展水平,决定了今后相当长的一段时间内,煤炭仍将是我国的主体能源。
图2-1煤炭在我国的战略地位
(2)煤炭行业是毕节市工业支柱产业
近十年来,煤炭行业一直是毕节市的支柱产业,是毕节市的财政支柱和经济支柱。
2010年以来毕节市规上煤炭产量相关信息见表2-1。
表2-12010年以来毕节市规上煤炭产量相关信息统计一览表
年度
产量(万吨)
产值(亿元)
占当年工业产值比重(%)
利税(亿元)
占当年税收比例(%)
2010
4627.44
123.38
37.45
26.23
55.54
2011
5015.28
192
41.38
44.71
70.11
2012
5382
251.72
36.96
60.22
75.82
2013
4270.3
294.4
50
55.64
61.55
2014
4612.8
332.34
40.75
47.58
57.49
2015
4800.9
409.95
42.02
37.52
47.74
2016
4829.3
355.75
30.85
37.36
37.40
2017
4856
446.43
34.66
53.8
52.79
毕节市是我国长江以南最大的优质无烟煤基地,是贵州“西电东送”的主要能源基地,其煤炭资源具有分布广、储量大、质量优、易开采等特点,已探明2000米以浅的煤炭储量达589亿吨,占贵州省煤炭储量的48%,其中优质煤资源量达333.65亿吨,素有“江南煤海”之称。
毕节煤炭以优质无烟煤为主,煤质具有高发热量、高固定碳,低硫、低灰、低有害元素的特点,正是这“二高三低”的优良品质,使毕节煤炭成为了发展电力、冶金、化工等工业生产的优质原料。
煤炭开采方式的转型升级,带动了煤机制造业的发展,中小型矿井煤机制造集群正在形成。
与此同时,毕节煤矿丰富的煤层气资源也正在变废为宝,煤矿企业采取自主利用、合作开发、委托运营等方式抽采利用瓦斯,建设瓦斯发电站,实现了趋利避害。
作为“西电东送”的重要电源点基地,毕节立足煤炭资源禀赋,着力推进以煤为原料的火电项目建设。
依托煤电资源优势和新工艺、新技术,毕节以资源换产业,加快打造中国南方重要的新型能源化工基地和资源深加工基地,按照“集聚发展、优化布局、抱团组合、优势互补”的原则,稳步发展煤的精深加工和关联产业。
目前贵州省仅进行了无煤柱自成巷开采技术(110/N00工法)初步尝试,尚未形成应用示范及推广。
贵州省为产煤大省,煤炭资源丰富、煤矿数量众多、煤质较好,但同时埋藏条件复杂多变,长期以来制约了贵州省煤炭资源的科学开采,迫切需要引进采用新技术、新方法、新工艺、新设备提高煤矿科学开采技术水平,因此,从贵州省煤炭资源在我国的能源战略地位、毕节市经济社会、区域内煤矿企业生产现状以及本项目实施的意义来看,有必要开展本项目的研究工作。
2.3项目需求及推广性分析
目前无煤柱自成巷110工法由薄煤层到厚煤层,由浅埋深到大埋深,由近水平到急倾斜,由复合顶板到坚硬顶板均进行了广泛的研究,主要适用于煤层厚度小于4m、倾角小于25°、埋深小于1000m、不受强含水层威胁的煤层。
毕节市是贵州省无烟煤的主要产区,资源储量丰富,已查明资源储量总数为419.67亿吨,以优质无烟煤为主。
据调查,毕节市各县(区)煤层赋存条件为:
百里杜鹃管理区主要可采煤层为9、15煤层,平均倾角约7°,煤层平均厚度1.5~1.99m,煤层间距约61.59m;金沙县新化片区主要可采煤层C5、C9、C15煤层,平均倾角约6°,平均厚度1.27~2.19m,C5、C9煤层间距约18.45m、C9、C15煤层间距约47.99m;金沙东部片区主要可采煤层C7、C9、C15煤层,平均倾角约9°,煤层平均厚度1.08~1.47m,C7、C9煤层间距约36m、C9、C15煤层间距约59m;黔西县主要可采煤层16、18煤层,平均倾角约9~16°,煤层平均厚度2.88~3.18m,煤层间距约24.38m;织金县主要可采煤层M16、M27、M30、M32煤层,倾角一般4°~15°,煤层平均厚度1.4~1.96m,煤层间距约7~61m(其中M27、M30煤层间距10m,M30、M32煤层间距7m);纳雍县主要可采煤层2、5、19、23、28、32煤层,倾角一般8°~18°,煤层平均厚度0.95~2.05m,煤层间距约24.16~67.27m;七星关区主要可采煤层为M18、M29煤层,倾角一般20~30°,平均22°,煤层间距约15m;赫章县主要可采煤层为6、13、16号煤层,倾角一般6~15°,厚度0.84~1.21m,煤层间距51.26~59.14m。
根据以上资料可知,毕节市煤层赋存以薄及中厚煤层、近水平~缓倾斜煤层为主,且煤层埋深较浅,在金沙县片区的9、15煤层、百里杜鹃的9、15煤层,黔西的16、18煤层等煤层的倾角缓、煤层属于薄及中厚煤层,按照从上往下开采的顺序进行开采,煤层间间相互相互干扰不大,煤层赋存条件较适合110工法应用及推广。
2018年8月,毕节市现有煤矿390个,规模10884万吨/年。
目前,全市建设煤矿共有140个,设计规模4155万吨/年。
其中符合政策建设的矿井共60个,设计规模3195万吨/年(含正在进行联合试运转煤矿有5个,设计规模270万吨/年;在建煤矿有30个,设计规模1710万吨/年;停建煤矿25个,设计规模1215万吨/年);因政策性因素不能建设80个,设计规模960万吨/年。
截至2018年8月底,毕节市共发生煤矿生产安全事故6起、死亡7人,事故起数同比事故起数同比持平、死亡人数同比减少6人,百万吨死亡率0.205。
从毕节市煤炭资源开采的当前形势来看,结合无煤柱自成巷开采技术(110/N00工法)的技术特点,每推广应用于1个矿井,将提高矿井产量的10%;按区域内符合政策建设的矿井数量、规模来计算,将提高319.5万吨/年,增加经济收益19.17亿元,少掘进巷道(煤巷)约80000余米,节省经费约3.2亿元;按远景规划来计算,将提高415.5万吨/年,增加经济收益24.93亿元,少掘进巷道(煤巷)约115416余米,节省经费约4.6亿元。
因此,无论是110/N00工法技术适用性,还是从煤矿企业自身发展与经济收益、生产安全以及当地财政收入来看,无煤柱自成巷开采技术(110/N00工法)都具备良好的推广应用前景。
三、国内现有工作基础
3.1国内现状和技术发展趋势
3.1.1无煤柱开采技术研究综述
随着国内采煤方法、技术和装备的进步,无煤柱开采技术在国内得到快速发展,其整体应用趋势是由简单地质条件向复杂地质条件过渡,支护结构由单一型向高强度、高可靠性方向发展。
根据无煤柱开采技术地质应用条件、支护发展程度等可将无煤柱开采技术归纳为以下几个阶段:
第一阶段:
20世纪50~60年代,该阶段的无煤柱开采技术处于起步阶段。
由于此时的机械化程度低,支护材料不先进,沿空留巷技术主要在薄煤层中进行了试验和应用。
巷内支护多采用木棚或木点柱支护,巷旁采用砌筑矸石墙进行防护。
由于木点柱和巷旁矸石墙承载能力较弱,工作面回采一段距离后,在顶板来压作用下巷内及巷旁支护结构极易失效,导致留巷变形量大、安全隐患严重等问题。
为满足下一工作面的使用要求,多数留巷不得不进行人工返修,维修工程量大。
此外,由于机械化程度低下,矸石墙通常需要人工砌筑,劳动强度大且效率低下,限制了无煤柱开采技术的发展和推广。
第二阶段:
20世纪60~70年代,该阶段无煤柱充填沿空留巷技术处于快速发展阶段。
由于支护材料和技术的进步,巷内支护出现了工字钢、梯形棚等大强度支护结构。
巷旁采用了密集支柱、金属支柱、矸石砌块等支护材料。
该阶段沿空留巷技术开始向更复杂地质条件(比如中厚煤层、大倾角条件)过渡,沿空留巷无煤柱开采技术取得了一定的成效。
第三阶段,20世纪80~90年代,随着机械化开采设备和技术的引进,我国充填沿空留巷技术逐渐趋于成熟。
该阶段我国煤炭工作者将国外的留巷技术和装备引入国内,同时结合国内的煤层开采条件,提出了适合于我国的充填沿空留巷体系。
这一时期,巷内支护采用了可缩性支架、锚杆/索等高强支护材料,巷旁开始采用混凝土、高水材料等充填材料。
此阶段,充填系统的引入一定程度上减小了工人劳动强度,但充填材料的凝固与开采速度需要准确协调,难以及时发挥沿空巷道围岩自身承载能力。
第四阶段,21世纪以来,随着开采条件逐渐劣化,巷道围岩大变形引发的灾害事故愈加严重,常规充填沿空留巷受到一定的挑战。
我国学者从留巷方式和支护材料上进一步探索,其中有代表性的为切顶卸压无煤柱自成巷技术。
该技术利用矿山压力,在采空区侧定向切顶,切断部分顶板的矿山压力传递,进而利用顶板岩体的碎胀特性,实现自动成巷和无煤柱开采。
此阶段,一系列新型支护材料和装备(NPR锚杆/索,成巷配套支架等)逐渐用于无煤柱开采技术,从而使无煤柱开采技术的适用性进一步提高。
3.1.2沿空巷道围岩结构运动规律研究现状
沿空巷道处于采空区侧向位置,与推采方向垂直,受到覆岩运动的全过程影响,因此理论上需要更严格的控制技术方可保证其稳定性。
沿空巷道围岩结构分析是研究的重点,只有充分掌握其围岩活动规律方可从根本上探索出有效的控制对策。
国内外学者从顶板结构特征、围岩运移规律和围岩承载特性等方面开展了深入的研究。
韩昌良、张农等针对沿空巷道围岩结构运动特征,提出巷旁复合承载结构的概念,认为巷道围岩上位岩层的压力由充填体和巷道顶、底板共同承担,从而形成“顶—墙—底”承载结构,保持巷道稳定的关键是保证该复合承载结构处于平衡状态。
工作面后方,采空区侧向顶板的旋转下沉是复合承载结构的主要荷载来源。
不同留巷阶段,承载结构强度应与顶板运动相协调,尤其大采高留巷条件下,不但要保证复合承载结构竖向承受合理的荷载,且应保证水平抗滑。
孙恒虎等对沿空巷道顶板结构模型进行简化研究。
认为顶板岩层间的黏结力近似为零,从而运用弹塑性力学理论,将顶板结构简化为“矩形叠加层板”模型,巷旁矸石及充填体认为是“叠加层板”的支承边界。
基于理论分析,将围岩结构运移过程划分为三个阶段(前期、中期和后期)和两种运动形式(旋转折断和平移下沉),最终提出留巷过程中顶板荷载运移的“集硬效应”和“硬支多载”规律,用以指导支护设计。
柏建彪等根据沿空留巷围岩结构和应力环境特点将顶板上位岩层荷载视为由巷旁墙体和实体煤共同承担。
由于两者刚性不同,从而形成沿空巷道围岩不均衡承载结构。
根据围岩不均衡承载规律,以实体煤帮荷载与巷旁支护体荷载比值定义为不均衡承载系数。
研究发现,随着实煤体弹性模量和直接顶损伤变量增加,不均衡承载系数亦增加,但支护体弹性模量、巷道宽度、实体煤帮支护强度等与不均衡承载系数呈负相关关系,柳家庄煤矿4211回风巷现场试验验证了以上围岩承载规律。
华心祝等在现有无煤柱开采的基础上,提出二次沿空留巷技术,基于顶板结构运动规律,建立端头位顶板关键块力学传递模型,研究了关键块与围岩的作用机理,以关键块稳定性系数表征了留巷围岩发生变形失稳和滑落失稳的判据条件,并进行了稳定性影响因素敏感性分析,指出大采高工作面中进行二次沿空留巷的困难性。
王磊等采用数值模拟和理论分析方法对沿空巷道围岩结构和应力分布规律进行研究。
研究发现,开采工作面上覆围岩存在由应力束组成的应力壳和基本顶承载结构,两者共同承载和传递上位岩层分布荷载,使工作面处于低应力保护区。
沿空留巷由于多采用刚性充填体,导致自身及覆岩形成应力集中现象,同时由于留巷顶板完整性,一定程度降低了本工作面与相邻工作面破坏区的贯通,不利于瓦斯释放,合理调整充填岩柱的刚度和强度是保证留巷成功的关键。
张东升等在综放巷内原位充填沿空留巷技术基础上,基于关键层理论,建立了该条件下的围岩结构力学模型,探究了充填体与围岩之间的相互作用机制。
研究发现,沿空巷的稳定性与巷内和巷旁支护体的支护阻力密切相关,支护结构的选择以形成良好的充填体-围岩共同承载体系为目标,充分利用围岩自承载特性,辅以锚网索巷内支护,可以达到较好的留巷效果。
袁亮等以淮南矿区顾桥煤矿典型地质条件为工程背景,运用物理相似模拟方法探究了充填体承载对沿空巷应力演化规律的影响。
充填体加固后,实体煤侧最大应力提高了1.5倍,而充填体受力减少了约三分之二。
当充填体固化后,刚性增加,使得采场侧向顶板在充填体外破断。
因此,充填区顶板承载性能的提高降低了充填体受力,有利于充填体和留巷的稳定。
韩昌良等综合考虑采动应力场、围岩结构特征,研究了跨高比(巷宽与巷高之比)对留巷围岩应力分布和结构稳定性的影响。
研究发现,留巷顶板弯曲挠度和底臌量直接受跨高比影响,增大跨高比后,围岩应力向实体煤帮和支护体内转移,从而造成两帮和底臌变形加大。
薄及中厚煤层中,垮采比较小,开采对围岩扰动程度较小,因此留巷围岩变形相对更小。
但厚煤层条件下,工作面开采造成顶板结构剧烈活动,围岩裂隙大量发育,仅采用普通的锚网索支护减跨效果并不明显,留巷效果差,只有选择合理的跨高比并降低顶板的弱化程度方可有效缓解顶板变形。
Y.L.Tan等针对坚硬顶板条件下沿空留巷进行了研究。
由于坚硬顶板条件下,采空区顶板传递至充填体的应力更大,通过建立坚硬顶板沿空巷道支护结构力学模型,对不同运动阶段支护体内应力分布和围岩变形进行了系统研究。
提出采用不等强充填体(上软下硬的组合材料)进行充填沿空留巷。
留巷前期,通过给定变形方式允许顶板产生一定下沉,以减少作用在充填体上的承载力,留巷后期发挥其高强支护特性,抵抗顶板荷载传递。
室内试验及现场实践验证了该方法应用于坚硬顶板沿空留巷的有效性。
H.Y.Yang等基于地质条件和沿空巷道围岩结构特性,采用APH层次分析法和模糊综合评判法建立了不同影响因素下(采高、埋深、煤层倾角、直接顶岩性、顶板结构完整性等)沿空留巷适用性评判体系。
研究发现,煤层倾角对沿空巷道稳定性影响最大,埋深对其影响最小,研究可为不同条件沿空巷道设计提供参考。
N.Zhang等对影响沿空巷围岩结构稳定性和变形的因素(采高、支护强度、悬顶等)进行统计,并对不同顶板条件下(厚直接顶、薄直接顶及无直接顶)顶板岩梁断裂情况进行相似模拟试验,得出沿空巷道顶板结构断裂特征,发现悬臂岩梁的长度是影响巷道变形最重要的因素。
在埋深小于500m条件下,埋深对留巷变形影响最小。
以上研究对理解沿空巷道围岩结构特征及运动规律起到重要的指导作用,所建模型也在实践中不断得到验证、优化和完善。
但不难发现,国内外针对无煤柱开采的多数研究集中在薄及中厚煤层中,对厚煤层条件下沿空巷道围岩结构特征研究较少。
此外,无煤柱自成巷中由于巷道顶板进行了预裂切顶,围岩结构特征和运动规律与常规的充填沿空留巷差别较大,因而对无煤柱自成巷顶板岩层运动规律研究需在继承已有充填沿空巷道研究成果的基础上,再结合无煤柱自成巷的切顶特殊性开展研究。
3.1.3巷道围岩结构预裂卸压与应力优化研究现状
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