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深井工作面卸压沿空切顶成巷无煤柱开采技术 沿空留巷是我国深部煤炭开采的主要发展方向。它可以实现无煤立柱的开采，提高资源回收率，降低开采比例，避免因留下煤层、突出顶板和突出屋顶而造成的影响和地压。此外，y通风等也是解决深层采矿区及工作区角角砖瓦聚集问题的有效手段。国内外学者和工程技术人员对薄煤层、厚煤层和总放置煤层进行了大量的研究工作，并在薄煤层、厚煤层和总放置煤层等方面取得了一定的应用。在技术上，不同类型的道路维护采用木框架、工字钢框架、缩框架、锚网等。巷外防护包括木格、细柱、石拱、混凝土砌块、石膏、石膏、高水材料等。中国科学家孙恒虎、华新竹、李华敏等分析了《空改巷顶板活动规律》，并介绍了计算和确定道路支撑结构的支撑负荷的方法。张东生、马立强等分析了《空改巷基本单元的形状和各种组成方法》对顶板活动和道路相关部件的影响。柏树建立了具有修复壳的肋巷力学模型，并介绍了相关条巷支撑参数的确定方法。上述结果在技术和理论上取得了良好的发展和应用，但围绕着多孔斜槽的活动规律、围岩与分支的相互作用、胡同和周边立柱的保护等研究了上述工作。 进入深部开采后,沿空巷道地压大,围岩变形量大,支护物损坏严重,巷道返修量剧增,维护成本升高,严重影响沿空巷道的安全经济性.针对深部沿空巷道的维护,若一味增加巷内和巷旁支护材料的强度和可缩性,只会增加支护成本和施工工序的复杂性,既不经济也不现实. 本文以四川芙蓉矿区白皎煤矿深部工作面无煤柱开采为工程背景,从改善沿空巷道力学环境这一根本问题入手,利用采场矿压化害为利的思想,系统开展了基于卸压为主、支护为辅原则下的沿空切顶成巷深井无煤柱开采关键技术研究. 1 切割屋顶压沿空轴开采技术 1.1 减少临工作面应力集中开采 该技术采用爆破超前预裂顶板,在采场周期来压下沿空切顶,形成对上覆基本顶岩梁的支撑结构,控制基本顶的回转和下沉变形,实现卸压;切落的顶板形成巷帮,隔断采空区,从而保留工作面下平巷,实现单面单巷采掘模式.该方法具有消除临近工作面煤体上方应力集中;减小采掘比,提高生产效率,操作简单,造价低廉;避免留设煤柱引发的冲击地压、瓦斯突出、自燃灾害等优势. 开采工艺方法:1) 首采面上下平巷施工.2) 下平巷采空侧超前加固锚索及顶板预裂爆破施工.3) 动压临时加强支护及远程实时监测系统布设.4) 工作面回采.5) 沿空挡矸高强支护,采场顶板周期来压,沿爆破切缝断裂成巷帮.6) 工作面后方矿压稳定区对沿空巷道继续实施刷帮卧底及补强等二次维护措施.7) 工作面后方成巷区进行采空区侧防漏防火等密闭措施处理. 该技术的关键步骤是防冲增阻锚索加固顶板、双向聚能张拉爆破预裂顶板、沿空挡矸高强密集支柱支护顶板,实现3项关键步骤需要研发配套的关键技术及装置材料. 1.2 采场顶板导向,巷道围岩不断扩大,支护能力得到了改善 坚硬顶板垮落后,会导致沿空巷道巷旁支护一侧外采空区内形成较长的不易垮落的悬顶,悬顶的出现,将会对沿空留巷产生以下两方面的影响:1) 沿空巷道上方由于悬顶的存在,导致坚硬直接顶与基本顶之间层面接触应力明显降低,接触层面很容易因为变形的不协调而在层间产生滑移,使得接触层面发生剪切破坏.2) 悬顶给巷内支护产生较大的附加作用力,巷旁靠近采空区侧顶板下沉增大,促使直接顶与基本顶之间离层.由于悬顶梁的旋转变形以及悬伸岩层上覆压力的作用将导致巷旁支护荷载大大增加,若巷旁支护阻力较低将会被压垮,例如支护阻力较低的料石、矸石墙,为增加护巷效果不得不增加巷旁砌墙的宽度,或者采用高强充填材料. 切顶卸压沿空成巷通过顶板岩梁的超前预裂,在周期来压作用下将悬臂梁切落,充填了冒落空间,消除了悬顶现象,以减小悬臂梁上覆荷载以及旋转变形力,从而大大减小岩梁传递到巷旁和巷内支护的荷载,从根本上改善巷道的力学环境.数值模拟研究发现(如图1所示),聚能爆破后的预裂弱面改变了沿空巷道上覆悬伸顶板岩体的结构,引起岩层移动规律发生相应改变;在采场顶板周期来压作用下,悬伸岩层在上覆压力挤压下沿预裂面切落,极大消散了沿空巷道围岩的应力集中程度,应力集中向巷道围岩深部转移,大大改善了沿空巷道的围岩应力环境,减小了巷内支护的受力及巷旁支护的阻力,提高沿空巷道的稳定性;沿空巷道围岩应力集中和覆岩破坏程度随预裂长度不同而异,卸压效应随着预裂长度呈现先增后减的趋势,预裂长度存在一个临界值,白皎煤矿试验巷道地质条件显示,预裂临界值在4～6 m范围内. 1.3 巷道围岩变形控制技术研究在切顶卸压沿空成巷 切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术的成功应用需要几个配套的关键技术,以实现该技术原理. 1) 双向张拉聚能爆破预裂切顶技术.利用专利技术—点线结合双向聚能爆破技术及研发的相应的聚能爆破装置,可以很好实现岩石沿一个方向张拉发生断裂,在垂直方向则可以很好保护岩体强度和完整性,该项