Stability control of narrow coal pillars in the fully-mechanized gob-side entry during sequenced top coal caving mining
ZHANG Hongwei,WAN Zhijun,ZHANG Yuan,TENG Teng,CHEN Yulong,WEI Zejie
为解决窄煤柱沿空侧因支护失效导致的侧向约束弱化问题,提出了基于上区段端头垮落煤岩体注浆充填/加固的窄煤柱稳定性控制方法。通过施工穿透煤柱的钻孔,窥视了鲍店煤矿6302综放工作面窄煤柱沿空侧煤岩体垮落堆积状态,直接摄像观测了工作面端头区煤岩体垮落堆积过程,分析了巷旁注浆加固的可行性。根据注浆加固前后煤柱的受力环境,建立了窄煤柱双面侧限(注浆前)及三面侧限(注浆后)的力学模型,并开展了窄煤柱承载力恢复实验,揭示了其承载力恢复机制。研究结果表明:① 由于工作面端头不放煤或少放煤,窄煤柱沿空侧基本被上区段端头垮落的煤岩体及巷道坠落的破碎顶煤充填严实,以垮落煤岩体为骨料进行注浆充填具备可行性。② 可以通过双面侧限转三面侧限的方式模拟巷旁注浆充填条件下的窄煤柱承载力恢复效果。在煤柱压缩过程中,注浆加固体与煤柱表面需要一定的着力时间才能紧密接触;紧密接触后,在充填体的侧向约束下,煤柱整体承载力稳步提高。③ 在双面侧限轴向压缩条件下,窄煤柱表现出“人”字形剪切破坏;注浆加固后,煤柱由原来对称的“人”字形剪切破坏转变为向自由面扩容的破坏形式,煤柱趋于稳定。④ 对垮落煤岩体注浆后,理想条件下可使煤柱残余承载能力提高30%左右。现场工程显示,侧向注浆加固后的窄煤柱整体比较完整,得到了有效的控制,虽然窄煤柱裂隙比较发育,但是由于巷旁充填体同时具备堵漏风的作用,在开采过程中并未发现采空区发火等现象。
longwall top coal caving;narrow coal pillar;working face ends;caving features;grouting reinforcement
1 工作面端头区域放煤情况
2 端头区煤岩体垮落形态
3 端头区垮落煤岩体形态现场观测
3.1 钻孔观测
3.2 直接观测
4 端头区垮落煤岩体注浆加固对窄煤柱承载能力的影响
4.1 力学模型的建立
4.2 巷旁注浆承载力恢复实验
4.3 煤柱承载力恢复效果讨论
4.4 工程实践
5 结论
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会