综采工作面垮落带注浆充填开采覆岩采动裂隙定量表征试验研究

为定量表征冒落区注浆充填对覆岩采动损伤程度的影响,以任家庄煤矿110903工作面为研究背景,开展垮落法开采和垮落带充填法开采物理相似模拟实验,运用分形理论研究两者覆岩裂隙演化特征,并对其覆岩运移规律进行对比分析。研究结果表明,垮落法开采后采动裂隙分形维数变化规律为迅速上升-缓慢下降-缓慢上升-急剧上升,注浆充填开采后变化规律呈迅速上升-迅速下降-缓慢下降-缓慢上升;将采动裂隙发育网络划分为离层裂隙区、离层压实区、垮落裂隙区、竖向破断裂隙区四个区域,对比垮落法开采和垮落带充填法开采,充填后采场覆岩裂隙不发育,离层压实区范围较小,发育高度仅为21.96 m;注浆充填开采后各关键层下沉量显著减小,关键层2最大下沉量出现在顶板初次破断处,垮落法开采后关键层2最大下沉量出现在采空区中部。垮落带注浆充填开采能有效改善覆岩裂隙损伤、控制覆岩裂隙发育、减缓覆岩下沉,该成果可以为任家庄煤矿充填开采控制地表沉降提供一定的理论依据。

规则垮落带大孔径走向长钻孔在综采面的应用

通过分析采煤工作面割煤后采空区围岩垮落岩块分布状态及规则垮落带瓦斯赋存特点,结合42200工作面瓦斯地质情况,对规则垮落带大孔径走向长钻孔治理上隅角瓦斯方案的应用进行了研究。确定大孔径钻孔高度为6 m,距皮带巷水平距离为20 m,孔径为193 mm,布置3个钻孔,能满足工作面抽采需要,通过精准抽采规则垮落带高体积分数瓦斯,有效治理了综采工作面上隅角瓦斯超限问题。

不同结构顶板垮落带及采空区孔隙率分布规律研究

【目的】垮落带直覆下采煤破碎顶板注浆改造工程与采空区垮落带密切相关,故准确掌握煤层开采垮落带形成特征以及其孔隙率分布规律对于合理确定注浆量及注浆范围具有重要意义。【方法】基于FLAC3D软件通过建立模型以及选取合适的边界条件与参数对单、双煤层垮落带和孔隙率分布规律进行研究。【结果】四种情况下的垮落带发育形状均呈“圆拱形”,四周低且向中部平缓过渡;采空区各类型岩层顶板下沉量分布呈“碗形”,四周下沉量较小,中部下沉量达到最大;四种情况下的采空区垮落带孔隙率分布均呈“平底锅形”,采空区四壁孔隙率值较大,中部孔隙率值较小,且从四壁向中变化较快;在四种顶板结构下,孔隙率最大值均在采空区四壁。【结论】研究成果为运用FLAC3D软件在模拟不同覆岩结构下的垮落带形成特征及孔隙率的分布规律提供了参考。

垮落带矸石浆体填充管道压力试验研究

以龙王沟煤矿为研究对象,针对该煤矿的绿色化排矸需求,采用垮落带矸石浆体充填技术,将地表一定浓度的矸石浆体输送至矿井垮落带,实现煤矸石资源再利用。为确保该技术可行性及充填参数的有据可依,在该矿地面铺设管道,研究不同类型浆体在管道中的压力与流速配置关系。研究结果表明,按照浆体浓度小→大→小的顺序输送浆体,受浆体浓度等的影响,泵头压力呈上升稳定再下降稳定的变化趋势,矸石浆体输送浓度大时,泵头压力大,管道监测压力也大;随着输送距离的增加,管道压力呈先增大后减小的趋势;管道监测点的压力与泵头压力变化基本一致,管道出口压力比较稳定,压力衰减较小;浆体浓度和粒度与输送速度配置良好,管网长距离输送稳定。

厚松散层薄基岩不同开采方式下垮落带高度探究

为了探讨厚松散层薄基岩下不同开采方式开采二叠系山西组特厚3煤层两带发育特征,以鲍店煤矿西部所在区域为地质背景,系统分析了研究区第四系松散层下组地层组成结构、厚度和视电阻率等量化指标,对下组地层进行了再划分,可按留设防砂安全煤岩柱进行开采。在此基础上,建立了厚松散层薄基岩下3种不同开采方式的工程地质模型,获得了不同开采方式下垮落带高度、垮采比和导水裂隙带高度量化取值参数,发现沿倾向开采顶板破坏程度和高度大于走向的,综放开采引起的垮落带高度比其他开采方式的结果明显变大,其增加幅度已是第1分层开采的2.5倍。研究结果对研究区开采方式选择具有重要的参考价值。

综放采场上下位岩层结构相互作用对垮落带分布影响的研究

本文以综放采场上覆岩层的下位岩层形成散体拱结构为前提,通过对采场围岩分区及其力学模型的建立,深入分析了采场上位岩层结构与下位岩层结构相互作用对不规则垮落带和规则垮落带分布的影响,丰富了人们对综放采场上覆岩层活动规律的认识。

并行电法监测工作面“垮落带”岩层动态变化

在工作面高抽巷中布置电法监测系统,所有电极均布置在巷道底板位置,采用并行电法仪采集数据,进行高分辨地电阻法反演成像,根据工作面回采与电性参数变化关系,分析了"垮落带"岩层的动态变化特征:伴随回采工作面的推进,存在采动应力影响,观测范围局部岩层裂隙发育,导致周期性的电性变化,可能与工作面周期来压事件有关;工作面周期来压期间,覆岩破坏可能以大块破断与冒落为主,电性参数变化大;工作面周期来压间隔期内,覆岩破坏可能以小块破断与冒落为主,电性参数呈渐变形式;给出了工作面超前采动应力作用范围、周期来压步距及垮落带高度。

哈拉沟煤矿垮落带破碎岩体溃砂的离散元数值模拟研究

采用离散元模拟了垮落带波及到松散砂层时导致的突水溃砂灾害。以神东矿区哈拉沟煤矿22402工作面为原型,采用分形理论分析了垮落带破碎岩体的块度分布特征,并利用离散元方法(DEM)根据破碎岩体的块度分布生成不规则碎石,建立了垮落带破碎岩体溃砂数值模型。模拟结果表明:垮落带破碎岩体间空隙较大且连通性好的通道会形成溃砂优势通道,垮落带残余的空洞空隙可以储存溃落的松散砂;大小不均、堆积混杂的垮落带破碎岩体对溃砂速度具有一定的阻挡作用,松散砂在溃砂通道内流动的速度分布呈纺锤形,通道中间的速度大于壁面的速度。

急倾斜煤层开采垮落带破坏特征与法向高度研究

为研究急倾斜煤层开采覆岩垮落带破坏特征,以大台煤矿急倾斜煤层为研究对象,基于2台相似材料模型试验,分别研究了急倾斜煤层深部局部开采和浅部—深部全部开采垮落带的破坏特征和法向高度,并利用高分辨率地球物理勘探技术实测了大台煤矿深部开采垮落带的破坏形态和法向高度。结果表明,该矿急倾斜煤层深部局部开采垮落带易形成梯形拱形结构,法向高度约为煤厚的2.5倍,急倾斜煤层浅部—深部全部开采,垮落带呈带状分布,法向高度增大并趋于稳定,约为煤厚的5.0~6.0倍,物探成果表明煤层顶板垮落区与煤层近似平行,呈带状分布,顶板垮落带法向高度约为煤厚的5.6倍,与相似材料模型试验结果基本吻合。

采空区垮落带注浆加固实验

防治铁路下伏采空区在列车运行动载荷作用下,诱发原本处于相对平衡状态的垮落带岩体重新"活化",保证快速运行列车的安全,通过分析采空区垮落带的破坏形式和特征及水泥砂浆注浆作用机理,进行水泥砂浆配比实验和采空区垮落带注浆模拟实验.研究结果表明:砂浆的稠度、表观密度和7d强度与水玻璃的掺量密切相关;砂浆易于充填采空区垮落矸石间隙并形成强度很高的结石体,大幅度提高了垮落带的稳定性和承载能力,为铁路下伏采空区注浆治理设计提供了科学依据.

垮落带破碎煤岩样循环加卸载渗流特征实验研究

在煤层群开采过程中,前期开采煤层形成的采空区垮落带将会受到后期开采煤层的重复扰动,垮落带内的破碎煤岩体将会进一步破碎,进而影响瓦斯在采空区中的运移情况。本文简要总结了国内外针对采空区垮落带内应力、孔隙率、渗透率等参数随着工作面推进的变化关系的研究成果,给出了采空区压实过程中应力及渗透率的预测方法,并在此基础上进行了不同煤岩比例的破碎煤岩样重复加卸载的渗流实验。实验结果表明:颗粒的再次破碎及结构调整,是破碎煤岩样孔隙空间大幅度减小、渗透率损失的主要原因;破碎样(煤岩样)的强度决定渗透率的应力敏感性,组合煤岩样中煤的比例越大,渗透率的应力敏感性越高,渗透率越小;随着加卸载次数的增加,应力敏感性逐渐减弱。最后,根据实验结果给出了不同加卸载阶段破碎煤岩样的应力-渗透率计算模型。

弱胶结地层条件下垮落带岩层破碎冒落特征与压实变形规律试验研究

采空区顶板岩层的破碎、冒落、压实、类固结等性能是影响垮落带高度变化的重要因素。通过破碎岩石压缩实验和岩石崩解实验,研究了不同类型岩石的破碎、崩解性能,分析了岩石膨胀变形—破碎冒落—充填压实—蠕变固结的变形过程及特征,揭示了我国东部和西部矿区岩石变形破坏的差异性。研究结果表明:弱胶结岩石具有强碎胀、易崩解的特性,西部弱胶结岩石较中东部岩石更易破碎,耐崩解指数较中东部岩石偏小,岩石耐崩解指数随崩解循环次数增加呈线性递减关系;相同采高条件下,西部弱胶结地层工作面初始垮落带高度较中东部岩层工作面小,弱胶结地层工作面垮落带趋于稳定后垮落带高度的变化量大,弱胶结岩石的胶结性越差这种特性越强。相似模拟试验结果证明了理论分析的可靠性。

垮落带直覆下采煤地面注浆加固顶板钻探技术研究

为解决垮落带直覆下采煤面临的破碎顶板问题,提出了地面注浆加固思路,重点对钻探技术进行了系统研究。根据实际地层分布以及钻孔穿过垮落带特点,为确保浆液顺利到达目标层位,设计出了二开结构钻孔并选用了优质低固相膨润土的冲洗液解决孔壁坍塌等事故,同时建立了孔内事故预防措施技术体系。在此基础上,以淮北矿业许疃煤矿7228工作面为工程实例对钻探效果进行了分析。研究结果表明设计的二开结构钻孔有效的保证了钻探的顺利施工,揭露的基岩位置与原有资料基本吻合;基本查明了71煤采空区影响地层范围及裂隙发育特征,同时通过简易水文观测也验证了采空区裂隙加固效果较好。研究成果为地面注浆改造破碎顶板的钻探工程提供了技术保障。

垮落带直覆下采煤地面注浆加固顶板技术

为解决垮落带直覆下煤层破碎顶板加固问题,以许疃煤矿7228工作面为工程背景,提出地面注浆加固方案,从浆液选择、地面钻探技术、注浆工艺和注浆效果评价4个方面研究其施工工艺。通过设计浆液静置试验、浆液析水试验和浆液配比试验确定了水灰比1∶1、固相比2∶8的水泥-粉煤灰浆液配比方案;在钻探技术上设计了二开结构钻孔和二次掘进方案保证了成孔质量,使浆液顺利到达目的层;通过地面钻探、井下物探和井下回采实揭72煤层顶板验证了注浆效果。经过地面注浆加固,72煤层顶板强度和完整性得到了显著加强,解决了7228工作面里段回采所面临的工程地质问题,实现了7228工作面煤层的高效回采。

综放工作面垮落带高度测定方法研究

为解决高瓦斯矿井综放工作面垮落带高度难以精确测定,造成工作面两端头难维护、预抽钻孔终孔位置难以确定等问题,依据工作面采动后顶板岩层破断垮落、弯曲下沉对采空区煤层底板施加压力的情况,结合采空区上覆各岩层的厚度和密度,提出了垮落带发育高度的测定方法。以大平矿N1S2综放工作面为例,现场测试结果表明:利用该测定方法测得的垮落带高度为88.65 m,钻孔冲洗液法测得的垮落带高度为88.20 m,二者绝对误差仅为0.45 m。

垮落带矸石浆体充填模拟试验研究

针对大海则千万吨矿井的绿色化低干扰排矸需求,提出了垮落带矸石浆体充填技术,以期在不影响矿井正常生产的前提下,实现煤矸石的安全、高效、绿色化处置。为确保该技术的可行及充填参数的有据可依,遂在大海则煤矿地面矸石山建立垮落带矸石堆积模型,研究2种质量分数矸石浆体在采空区垮落岩块间空隙内的流动扩散规律。研究结果表明:(1)矸石浆体在采空区垮落岩块空隙内的流动共分为3个时期,分别为淌流期、涌流期和渗流期,且3个时期相互关联,密不可分。(2)随着矸石浆体充填量的增加,动流坡度呈先减小而后增大的趋势,最终呈阶梯型分布,当浆体充填量达到176 m时,71.8%的矸石浆体第1阶梯动流坡度为7.5%,第2阶梯动流坡度为1.8%,75.3%的矸石浆体第1阶梯动流坡度为7.8%,第2阶梯动流坡度为2.1%。(3)矸石浆体在垮落带内流动具有阶段选择性,涌出点涌出的浆体先以淌流方式沿动流坡度在第1阶梯内流动,而后第1阶梯内的浆体再以渗流方式沿倾向方向向第2阶梯内流动,当浆体质量分数为75.3%时,浆体进入岩块间空隙的最小宽度约为10 mm,当浆体质量分数为71.8%时,浆体进入岩块间空隙的最小宽度约为7 mm,在第2阶梯内浆体如树枝分叉状依次充填岩块间的空腔及空隙,并在倾向边界和走向边界处形成浆体堆积点,其第1阶梯向第2阶梯渗流的浆体可达浆体总量的37.8%以上。(4)模型1和模型2内的浆体垂高分布特征基本一致,浆体垂高随着远离低位灌浆管出口整体上呈下降的趋势,浆体最大垂高2.11 m(1.77 m),位于倾向断面6.5 m(6.3 m)的第1阶梯内,与低位灌浆管出口的水平距离为0.5 m(0.3 m);浆体最小垂高0.797 m(0.669 m),位于倾向断面29.2 m(29.0 m)的第2阶梯中部,与低位灌浆管出口的水平距离为25.595 m(25.364 m)。(5)沿着矸石浆体的流动方向,矸石浆体中粗颗粒的占比呈降低的趋势,细颗粒的占比呈上升的趋势,矸石浆体的质量分数呈下降的趋势。模拟试验表明,采用矸石浆体低位灌浆充填,可以实现煤矸石的采空区排放,其充填规模与垮落岩块块度、矸石浆体浓度和矸石粒度组成有关。

覆岩垮落带高度对高位钻孔瓦斯抽放效果影响的研究

随着焦坪矿区开采水平的延伸和开采强度的增大,矿井的瓦斯涌出量也将随之增大,综放工作面高位钻孔瓦斯抽放效果对瓦斯治理变得极为重要,而瓦斯抽放效果如何主要取决于覆岩垮落带高度的确定。因此,针对下石节煤矿4-2煤层综放开采引起的垮落带高度及瓦斯抽放效果开展相关研究,以该矿15综放工作面开采为工程背景,采用现场实测、理论分析和现场瓦斯抽放对比试验相结合的方法,给出了4-2煤层垮落带高度的预测公式,得到15综放工作面垮落带高度为60.9 m,为高位钻孔参数设计提供了可靠的技术数据。

采用喷射混凝土再造顶板技术过顶板垮落带

为有效阻止周边小煤矿对矿井周边保护煤柱再次侵入,平煤集团高庄矿决定对己一下山工业广场煤柱实施巷道过顶板垮落带采用喷射混凝土再造顶板技术的"保边工程"。该项目的实施,有力保证了己一下山区域生产系统的安全运行,确保了地面生产设施及韩梁矿区铁路运输线的安全。

新型垮落带高度计算方法研究

影响垮落带高度有多种因素,"三下"规程中计算垮落带高度公式只考虑了采厚的影响,存在局限性,而且精度不高。在收集大量实测数据的基础上,应用多元统计分析方法得出垮落带高度与采厚、硬岩岩性比例系数和采深的函数关系。应用敏感度评价模型和检测模型确定各影响因素的敏感度。进而建立DM-M预计模型,通过实例验证该模型提高了垮落带高度的预计精度。

垮落带和裂隙带高度预测及高位钻孔瓦斯抽采技术应用

针对中国煤矿生产中面临的瓦斯事故频发的现状,结合工程背景,从经验公式和数值模拟两方面得出采场上覆岩层垮落带和裂隙带高度。在此基础上,设计并施工了高位钻孔,以抽采裂隙带瓦斯。结果表明,抽采效果稳定,解决了邻近层瓦斯涌出量大的问题。