石圪台煤矿切顶沿空留巷开采技术研究
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３０７
２０２３ 年增刊 ２ 中
压力的作用.
国 煤 炭
由图 ３ (
c)和图 ３ (
d)可知,无单体支护时,
煤体深部出现明显的剪切破坏,浅部发生拉剪混合
形式的破坏,破坏深度为 ８
４ m,切缝侧留巷顶板
第 ４９ 卷
体液压支柱加花边梁或是工字钢支护,每排 ４ 根单
体,间距 １
０ m,排距 １
２ m,花边梁或工字 钢 架
设在单体 液 压 支 柱 支 护 的 顶 板 处, 并 与 顶 板 岩 面
(
１)超前预 裂 切 缝 ３０~４０ m, 在 巷 道 顶 部 靠
近正帮侧施工恒阻大变形锚索,排距 ２ m,每 ３ 根
程和步骤如下:
３ 卷、２ 卷、不装药、１ 卷３００g 的药卷,爆破时一
次性起爆 １０ 个爆破孔.
(
３)工作面推过后在支架后巷采用 “工字钢 ＋
单体 液 压 支 柱 ” 支 护, 单 体 液 压 支 柱 间 距 ６００
mm,工字钢 间 距 ６００ mm, 均 匀 间 隔 布 置, 要 求
单体支柱和矿工字钢掺设成一条直线.巷内采用单
关键词 沿空留巷;单体支护;切顶卸压;数值模拟
中图分类号 TD３５３ 文献标志码 A
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力环境的改善有明显效果.
图 ３ 有无单体支柱对比模拟
３ 工程应用
３
１ 井下切顶卸压技术
对顶板 进 行 超 前 预 裂 爆 破, 使 炮 孔 斜 向 采 空
区,在顶板形成一预裂面,以实现回采后顶板的顺
利垮落,增大垮落顶板的碎胀性,减轻留巷内应力
集中程度,起到减小巷道变形的目的,进一步增大
了留巷成功的几率,切顶卸压自动成巷主要施工过
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中国煤炭
第 ４９ 卷 增 刊 ２
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２０２３ 年 １０ 月
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★ 开拓与开采 ★
引用格式: 张 兆 采 技 术 研 究 [
J] 中 国 煤 炭,２０２３,４９ (
S２):３０６－３０９
作者简介:张兆威 (１９８６－ ), 男, 河南杞县人, 工程师, 主要从事煤矿采掘技术工作. EＧma
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张兆威:石圪台煤矿切顶沿空留巷开采技术研究 ２０２３ 年增刊 ２
地表有 基 岩 出 露. 煤 层 直 接 顶 为 细 砂 岩, 平 均 厚
８
２m;直接底为粉砂岩,平均厚 １２m.顶底板岩
层柱状如图 １ 所示.工作面回采巷道断面形状设计
为矩形,尺寸为 ５
０m×４
０m (净宽 × 净高),采
用 “锚杆 ＋ 锚索 ＋ 钢筋网”联合支护方式.
笔者根据石圪台煤矿 ２２２０１ 工作面工程地质条
压成巷及围 岩 控 制 技 术 [
J] 煤 炭 学 报,２０２１,４６
(
９):２８５３－２８６４
[
２] 曹庆华,杨 月 飞, 陈 慧 明, 等 深 部 沿 空 留 巷 超 前
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２
２ 模拟结果分析
有无单体支 柱 对 比 模 拟 情 况 如 图 ３ 所 示.由
图３ (
a) 和 图 ３ (
b) 可 知 , 无 单 体 支 护 时 , 煤 体
内 部 的 垂 直 应 力 峰 值 为９
５６ MPa, 应 力 峰 值 位 置
于爆破孔底部,管口距孔口 ０
５ m,每个聚能管上
１
５ m.按设计参数 “
３＋２＋０＋１” 进 行 装 药, 即
３０８
测,研究在工作面推进、贯通以及设备回撤期间巷道
移近量曲线,取３个测站的平均监测值如图４所示.
张兆威:石圪台煤矿切顶沿空留巷开采技术研究 ２０２３ 年增刊 ２
单体支护后,留巷侧煤体仅浅部发生剪切破坏,破
坏范围仅为 ２
０ m 左右,且集中在巷道帮角部位,
顶板在切缝处出现明显的破坏,这是由于预裂后采
空区顶板垮落时的摩擦导致.说明单体支柱减小了
出现明显的破坏,直接顶帮全部出现塑性区.此时
煤壁破坏范围、缓解了留巷侧矿山压力,对巷道应
巷内支护方式不合理,巷道处于不稳定状态;进行
方进行填充、喷 浆,整 理 巷 道 形 状 满 足 使 用 要 求,
除单体液压支柱.
伸爆破孔施工.聚能管长度为 １
５ m,聚能管安设
３
２ 围岩变形量监测分析
在留巷巷道内布置３个测站进行围岩变形量的监
的聚能孔 要 与 巷 道 轴 向 方 向 一 致, 封 孔 长 度 达 到
围岩位移状况,得到距离回撤通道不同距离的顶底板
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１ 工程背景
石圪台煤矿 ２２２０１ 综 采 面 为 ２ ２ 号 煤 层 二 盘
区首采面,２２２０１ 综 采 面 长 １５０ m,开 切 眼 至 终 采
线长度 ７４７ m, 回 风 巷 沿 空 留 巷 长 ５８０ m, 煤 厚
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S２):３０６－３０９
DOI:１０
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石圪台煤矿切顶沿空留巷开采技术研究
张兆威
(国能神东煤炭集团有限责任公司石圪台煤矿,陕西省榆林市,７１９３１５)
摘 要 以石圪台煤矿 ２２２０１ 工作面回风巷沿空留巷为工程背景,采用数值模拟和工程
２０ m 的切缝钻眼参数.
为了反映切顶沿空留巷单体支护的矿压显现规
律及煤体承载特性,采用 An
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s建立单体支柱及地
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层模型,导入 FLAC３D 数值模拟软件中,岩石力学参
数见表１,数值模拟模型如图２ 所示[８].在建立模型
时工作面长度按 １５０ m 考虑,模型尺寸为 ３００ m×
２０m×５０m (长 × 宽 × 高),共划分 ７５３２０ 个单元,
件进行切顶卸压沿 空 留 巷 力 学 模 型 及 其 机 理 研 究,
并设计出实用的支护关键技术,从而更好地指导现
场生产.
２ 数值模拟
２
１ 模型建立
为了保证回风巷留巷切缝贯通效果,确保围岩
和切落顶板的完整性,在工程类比的基础上,确定
采用与铅 垂 方 向 夹 角 ２０
°、 孔 间 距 ８００ mm、 孔 深
模型的 ４ 个侧面为位移边界,约束水平位移,底部
图 １ ２ ２ 号煤层顶底板岩层柱状
为固定边界,约束水平位移和垂直位移.
表 １ 岩石力学参数
岩层名称
岩层厚度/m
细砂岩
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中粒砂岩
细砂岩
２ ２ 号煤层
粉砂岩
中粒砂岩
砂质泥岩
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密度
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弹性模量
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泊松比
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内聚力
/MPa
抗拉强度
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内摩擦角
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实践相结合的方法,对 ２２２０１ 工作面回风巷切顶卸压及采空侧单体支柱综合留巷效果进行研
究,对沿空留巷矿压显现规律和单体支护关键承载作用关键性进行分析.模拟结果表明,单
体支柱可以改善巷道应力环境,减小煤壁破坏范围,缓解留巷侧矿山压力显现;同时给出切
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２０２３ 年增刊 ２ 中
压力的作用.
国 煤 炭
由图 ３ (
c)和图 ３ (
d)可知,无单体支护时,
煤体深部出现明显的剪切破坏,浅部发生拉剪混合
形式的破坏,破坏深度为 ８
４ m,切缝侧留巷顶板
第 ４９ 卷
体液压支柱加花边梁或是工字钢支护,每排 ４ 根单
体,间距 １
０ m,排距 １
２ m,花边梁或工字 钢 架
设在单体 液 压 支 柱 支 护 的 顶 板 处, 并 与 顶 板 岩 面
(
１)超前预 裂 切 缝 ３０~４０ m, 在 巷 道 顶 部 靠
近正帮侧施工恒阻大变形锚索,排距 ２ m,每 ３ 根
程和步骤如下:
３ 卷、２ 卷、不装药、１ 卷３００g 的药卷,爆破时一
次性起爆 １０ 个爆破孔.
(
３)工作面推过后在支架后巷采用 “工字钢 ＋
单体 液 压 支 柱 ” 支 护, 单 体 液 压 支 柱 间 距 ６００
mm,工字钢 间 距 ６００ mm, 均 匀 间 隔 布 置, 要 求
单体支柱和矿工字钢掺设成一条直线.巷内采用单
关键词 沿空留巷;单体支护;切顶卸压;数值模拟
中图分类号 TD３５３ 文献标志码 A
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力环境的改善有明显效果.
图 ３ 有无单体支柱对比模拟
３ 工程应用
３
１ 井下切顶卸压技术
对顶板 进 行 超 前 预 裂 爆 破, 使 炮 孔 斜 向 采 空
区,在顶板形成一预裂面,以实现回采后顶板的顺
利垮落,增大垮落顶板的碎胀性,减轻留巷内应力
集中程度,起到减小巷道变形的目的,进一步增大
了留巷成功的几率,切顶卸压自动成巷主要施工过
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中国煤炭
第 ４９ 卷 增 刊 ２
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★ 开拓与开采 ★
引用格式: 张 兆 采 技 术 研 究 [
J] 中 国 煤 炭,２０２３,４９ (
S２):３０６－３０９
作者简介:张兆威 (１９８６－ ), 男, 河南杞县人, 工程师, 主要从事煤矿采掘技术工作. EＧma
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张兆威:石圪台煤矿切顶沿空留巷开采技术研究 ２０２３ 年增刊 ２
地表有 基 岩 出 露. 煤 层 直 接 顶 为 细 砂 岩, 平 均 厚
８
２m;直接底为粉砂岩,平均厚 １２m.顶底板岩
层柱状如图 １ 所示.工作面回采巷道断面形状设计
为矩形,尺寸为 ５
０m×４
０m (净宽 × 净高),采
用 “锚杆 ＋ 锚索 ＋ 钢筋网”联合支护方式.
笔者根据石圪台煤矿 ２２２０１ 工作面工程地质条
压成巷及围 岩 控 制 技 术 [
J] 煤 炭 学 报,２０２１,４６
(
９):２８５３－２８６４
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２] 曹庆华,杨 月 飞, 陈 慧 明, 等 深 部 沿 空 留 巷 超 前
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２
２ 模拟结果分析
有无单体支 柱 对 比 模 拟 情 况 如 图 ３ 所 示.由
图３ (
a) 和 图 ３ (
b) 可 知 , 无 单 体 支 护 时 , 煤 体
内 部 的 垂 直 应 力 峰 值 为９
５６ MPa, 应 力 峰 值 位 置
于爆破孔底部,管口距孔口 ０
５ m,每个聚能管上
１
５ m.按设计参数 “
３＋２＋０＋１” 进 行 装 药, 即
３０８
测,研究在工作面推进、贯通以及设备回撤期间巷道
移近量曲线,取３个测站的平均监测值如图４所示.
张兆威:石圪台煤矿切顶沿空留巷开采技术研究 ２０２３ 年增刊 ２
单体支护后,留巷侧煤体仅浅部发生剪切破坏,破
坏范围仅为 ２
０ m 左右,且集中在巷道帮角部位,
顶板在切缝处出现明显的破坏,这是由于预裂后采
空区顶板垮落时的摩擦导致.说明单体支柱减小了
出现明显的破坏,直接顶帮全部出现塑性区.此时
煤壁破坏范围、缓解了留巷侧矿山压力,对巷道应
巷内支护方式不合理,巷道处于不稳定状态;进行
方进行填充、喷 浆,整 理 巷 道 形 状 满 足 使 用 要 求,
除单体液压支柱.
伸爆破孔施工.聚能管长度为 １
５ m,聚能管安设
３
２ 围岩变形量监测分析
在留巷巷道内布置３个测站进行围岩变形量的监
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１ 工程背景
石圪台煤矿 ２２２０１ 综 采 面 为 ２ ２ 号 煤 层 二 盘
区首采面,２２２０１ 综 采 面 长 １５０ m,开 切 眼 至 终 采
线长度 ７４７ m, 回 风 巷 沿 空 留 巷 长 ５８０ m, 煤 厚
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l,２０２３,４９ (
S２):３０６－３０９
DOI:１０
１９８８０/
cnk
i
c
cm２０２３
S２
０４８
j
石圪台煤矿切顶沿空留巷开采技术研究
张兆威
(国能神东煤炭集团有限责任公司石圪台煤矿,陕西省榆林市,７１９３１５)
摘 要 以石圪台煤矿 ２２２０１ 工作面回风巷沿空留巷为工程背景,采用数值模拟和工程
２０ m 的切缝钻眼参数.
为了反映切顶沿空留巷单体支护的矿压显现规
律及煤体承载特性,采用 An
s
s建立单体支柱及地
y
层模型,导入 FLAC３D 数值模拟软件中,岩石力学参
数见表１,数值模拟模型如图２ 所示[８].在建立模型
时工作面长度按 １５０ m 考虑,模型尺寸为 ３００ m×
２０m×５０m (长 × 宽 × 高),共划分 ７５３２０ 个单元,
件进行切顶卸压沿 空 留 巷 力 学 模 型 及 其 机 理 研 究,
并设计出实用的支护关键技术,从而更好地指导现
场生产.
２ 数值模拟
２
１ 模型建立
为了保证回风巷留巷切缝贯通效果,确保围岩
和切落顶板的完整性,在工程类比的基础上,确定
采用与铅 垂 方 向 夹 角 ２０
°、 孔 间 距 ８００ mm、 孔 深
模型的 ４ 个侧面为位移边界,约束水平位移,底部
图 １ ２ ２ 号煤层顶底板岩层柱状
为固定边界,约束水平位移和垂直位移.
表 １ 岩石力学参数
岩层名称
岩层厚度/m
细砂岩
１２
７
中粒砂岩
细砂岩
２ ２ 号煤层
粉砂岩
中粒砂岩
砂质泥岩
６
１
８
２
４
１
１２
０
１６
０
８
０
密度
/(
kg m－３ )
弹性模量
/MPa
泊松比
２５００
４３００
０
３２
２５００
２５００
１３５０
２６００
２５００
２３００
４５００
０
３２
４３００
０
３５
１０００
４８００
４３００
２０００
０
３８
０
３２
０
３２
０
２５
内聚力
/MPa
抗拉强度
/MPa
内摩擦角
/(
°)
３
１０
０
０５０
３９
３
２０
３
２０
１
６２
５
００
３
１０
０
４０
０
实践相结合的方法,对 ２２２０１ 工作面回风巷切顶卸压及采空侧单体支柱综合留巷效果进行研
究,对沿空留巷矿压显现规律和单体支护关键承载作用关键性进行分析.模拟结果表明,单
体支柱可以改善巷道应力环境,减小煤壁破坏范围,缓解留巷侧矿山压力显现;同时给出切