综采面切眼坚硬直接顶板静态致裂放顶技术研究OA

针对综采工作面初采悬顶问题,传统水力压裂与火工品爆破等技术存在效果不稳定、安全风险高、施工复杂等问题。因此,提出一种基于静态致裂剂(C-SCA)的绿色、高效放顶技术。通过实验研究发现,C-SCA与浆液式致裂剂同样具有高膨胀特性,其膨胀率达170%~200%,膨胀力达57.9 MPa。从工程实际出发,构建了C-SCA自由膨胀比率的概念,得到了CSCA自由膨胀比率越大、最终作用于孔壁的膨胀力越小的演化规律。利用混凝土加围压的方式,模拟了大型岩体致裂工况,得到了孔间距为300 mm时,其所需应力和裂隙贯通时间较为适宜工程应用。利用CDEM数值模拟方法,针对切顶弱化措施条件下的坚硬岩层控顶效果开展模拟仿真评估,分析了弱化模式与未弱化模式两种条件下的顶板垮落规律。进行弱化的15221工作面在回采10 m内,基本顶出现破坏垮落,未进行弱化的15220工作面则在50 m时才出现垮落。通过分析工作面端头支架监测数据可以发现,采用静态致裂后,端头支架工作阻力稳定在25~35 MPa范围内,且架间阻力同步性好,整体波动幅度低。同时,对比了15221与15220工作面支架最大阻值、支架工作状态、单架超限时长等数据,使用C-SCA静态致裂的工作面优于不使用静态致裂的工作面。为进一步验证C-SCA的静态致裂效果,对两工作面现场监测数据也进行了对比分析,采用静态致裂技术的15221工作面初采期间漏风量显著低于15220工作面。15221工作面生产时粉尘浓度对比未致裂的15220工作面也有明显下降。研究结果表明,C-SCA对初采悬顶治理具有明显效果,C-SCA静态致裂技术为初采工作面坚硬悬顶治理提供了一种新的解决方案。