控制理论与应用

康红普院士:无煤柱开采围岩控制技术及应用

 

本文转自:全国能源信息平台

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煤柱是井工煤矿开采过程中,为保证煤炭生产与安全而保留的、暂时或永久不开采的煤体。煤柱类型包括地面建筑物保护煤柱,隔离煤柱,护巷煤柱等。

无煤柱开采是通过合理的开拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘顺序,取消护巷煤柱的采煤方法。其具有消除应力集中、降低动力灾害、减少巷道掘进量、减少煤炭损失、改善采煤工作面通风等诸多优点。经过60多年的研究与试验,我国无煤柱开采方法及围岩控制技术取得长足发展。

煤柱是井工煤矿开采过程中,为了保证煤炭生产与安全而保留的、暂时或永久不开采的煤体。煤柱有多种类型,包括地面建(构) 筑物保护煤柱,隔离煤柱,护巷煤柱等。其中护巷煤柱包括大巷、集中巷、上下山及回采巷道保护煤柱。煤柱很重要的参数是宽度、高度及宽高比。随着煤矿开采深度不断增加,要求的煤柱宽度越来越大,显著影响煤炭资源回收率;另外,不合理的煤柱会引起应力集中,导致巷道大变形,出现冲击地压等灾害,威胁煤矿安全生产。

不同开采系统的沿空留巷类型

无煤柱开采是通过合理的开拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘顺序,取消护巷煤柱的采煤方法。其主要优越性表现为:消除煤柱引起的应力集中,使巷道处于应力降低区,有利于巷道维护;可降低由煤柱集中应力引起的煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害;显著减少巷道掘进量,降低矿井掘进率,有利于缓解采掘接续紧张;减少煤炭损失,提高煤炭资源回收率;改善采煤工作面通风系统,有利于解决瓦斯问题。


前进式开采巷道布置方式

无煤柱开采有多种形式,按照巷道与煤层开采的时空关系,可分为跨巷无煤柱开采、回采巷道无煤柱开采及采空区形成或掘进巷道无煤柱开采。跨巷开采有跨大巷、集中巷、上下山等开采;回采巷道无煤柱开采主要有沿空留巷与沿空掘巷2种方式;采空区形成或掘进巷道是在采空区维护巷道或在稳定、压实的采空区内新掘进巷道;留掘复合是沿空留巷与沿空掘巷混合使用。

沿空留巷支护星网

在沿空留巷方面的主要内容为:不同开采系统的沿空留巷类型、围岩变形与破坏特征;沿空留巷结构力学模型及围岩与支护作用关系;沿空留巷巷内基本支护、巷内加强支护、巷旁支护形式及支护性能;爆破与水力压裂围岩卸压机理及技术;沿空留巷断面优化及维护时间控制;沿空留巷支护设计原则及沿空留巷安全技术。

在沿空掘巷方面,论述了沿空掘巷的类型及小煤柱尺寸设计方法,分析沿空掘巷围岩结构特征、围岩变形的主要影响因素及沿空掘巷围岩控制技术。

研究介绍了跨巷无煤柱开采的类型,分析巷道与采煤工作面底板的垂直距离、工作面边界至巷道的水平距离等参数对跨采巷道围岩变形的影响。

论述了在采空区布置巷道的方式:在采空区形成巷道和掘进巷道,分析采空区巷道的应力环境及施工存在的难点。

沿空留巷巷旁支护形式

研究介绍了陕西何家塔煤矿支卸组合泵充混凝土支柱沿空留巷、山西野川煤矿泵充钢筋混凝土墙与水平长钻孔水力压裂卸压沿空留巷围岩控制两个应用实例,分析沿空留巷围岩变形控制效果。

沿空掘巷与留巷复合布置方式

陕西何家塔煤矿沿空留巷布置

何家塔煤矿沿空留巷支护方案

为了进一步做好无煤柱开采围岩控制技术研究、试验工作,继续扩大无煤柱开采的应用范围,研究人员最后提出以下建议与发展方向:

(1) 加强无煤柱开采巷道布置、开采顺序优化研究,结合不同的开采系统与工艺,确定合理的巷道掘进、留巷时空方案。在条件适宜、不违反煤矿安全规程的条件下,作为后退式开采的补充,可局部应用前进式开采沿空留巷技术,以发挥前进式开采系统的优势。

(2) 加强大采高、综放开采等高强度开采条件下无煤柱开采的适应性研究;加强复杂困难条件沿空留巷、沿空掘巷围岩变形与破坏机理研究,提出更合理的围岩结构力学模型;深化对围岩与支护相互作用关系的研究,提出更可靠的支护阻力估算方法。