顶板水平井分段分簇压裂治理掘进巷道瓦斯模式研究

为了解决淮南矿区碎软低渗煤层掘进巷道瓦斯抽采效率低的问题,提出了煤层顶板水平井分段分簇压裂瓦斯治理模式。运用数值模拟方法和物理相似模拟方法研究了煤层顶板水平井水力压裂裂缝扩展过程;运用产能模拟的方法研究了分段分簇压裂的产气效果,对分簇压裂和不分簇压裂进行了剩余瓦斯含量对比分析。裂缝扩展数值模拟结果表明:煤层顶板水平井内的裂缝能够扩展至煤层,将煤层全部压开,且由于煤层的塑性大于顶板砂质泥岩,煤层形成比顶板更为宽泛的压裂缝。裂缝扩展物理相似模拟结果表明:在考虑了泥岩伪顶发育的条件下,水平钻孔布置在碎软煤层顶板的砂岩内,在合理的垂直距离和大排量压裂液施工的环境下,若煤层发育有较薄的泥岩伪顶,裂缝能沿着射孔孔眼穿过直接顶−伪顶界面(粉砂岩−泥岩界面)和伪顶−煤层界面(泥岩−煤层界面),扩展至下伏煤层内,裂缝延伸形成1条弯曲不规则的阶梯型裂缝,能实现对碎软煤层的压裂改造目标。但是,当煤层发育有较厚的泥岩伪顶时,泥岩对水力压裂产生了阻挡作用,导致裂缝难以压开下伏煤层。产能模拟结果表明:在相同的地层环境和施工条件下,经过3 a的抽采,单段不分簇压裂能够产生更大的瓦斯抽采影响范围,但不能均匀降低掘进巷道的瓦斯含量,压裂段之间出现了瓦斯抽采空白带,分簇压裂产生的瓦斯抽采影响范围小,却能够更均匀的降低掘进巷道的瓦斯含量。经过在淮南地区潘谢煤矿的工程验证,在10 m^(3)/min的施工排量下,裂缝长度最长可以达到193.8 m,最大缝高27.0 m,单井日产气量最高达到1490 m^(3)/d,2 a的瓦斯抽采量达到31×10^(4) m^(3),说明煤层顶板水平井分段分簇压裂技术是淮南地区碎软低渗煤层掘进巷道瓦斯高效抽采的有效模式。

煤矿掘进巷道断面尺寸变化对噪声传播的影响

为研究煤矿掘进巷道长空间内断面尺寸变化对噪声传播的影响,采用仿真模拟方法研究巷道内噪声传播,分析煤矿掘进巷道断面积大小、断面形状及断面面积突变率的变化对巷道内噪声传播影响。结果表明:煤矿掘进巷道内断面面积大小、断面形状及断面面积突变率均会影响巷道内噪声的传播,当噪声源功率、频率相同时,声压级衰减随巷道截面积增大而增大;对于给定的断面面积(18 m2),当断面形状不同时,声压级衰减也不同,且断面形状为拱形时会产生明显的声聚焦效应,不利于噪声衰减;当断面面积发生突变时,巷道内的声压级分布会有所变化,其中断面面积由大变小时不利于噪声的衰减,断面面积由小变大时仅影响突变后的声场,而对巷道内整体声压级影响并不明显;巷道内噪声衰减现场测试与数值模拟结果基本一致,验证了搭建的模型及模拟结果的可靠性。

“长掘长探”技术在TBM掘进巷道中的应用研究

针对韩城矿区所属煤矿普遍存在奥灰含水层积水、小窑积水等水害隐患对TBM掘进巷道安全构成严重威胁的情况,迫切需要一种适用于TBM掘进工程的新型水害超前探查技术。结合矿区实际情况,提出了一种适用于煤矿井下TBM掘进巷道的水害探查技术即“长掘长探”新技术。该技术将煤矿井下定向长钻孔钻进技术和井下孔内瞬变电磁技术进行有机地结合,分别对分支孔成孔技术和数据重构技术进行技术改良,通过优选工程技术方案,选取适配的设备及钻具,使用新型孔内瞬变电磁探测仪器,有效解决了韩城矿区TBM掘进巷道无法“随掘随探”的煤矿井下超前水害隐患探查技术难题,提高了巷道快速掘进地质超前的探测效率和成果精度。应用证明,该技术探测成功率高达95.11%,掩护成功率可达91.53%,同时节约了24%的工期,探得一处富水异常区误差最大仅有0.3 m,该技术适合在类似矿井巷道掘进中推广应用。

掘进巷道过小煤窑采空区巷道围岩支护方案研究

针对山西某煤矿二采区回风巷掘进过小煤窑采空区期间,呈现出的巷道围岩破碎、顶板下沉量大、难以支护与巷道漏风量大等问题,提出了超前注浆加固掘进巷道前方围岩体并封堵漏风裂隙,及架棚、局部注浆、顶板钢钎三结合支护冒落区等方案,上述方案有效控制了巷道围岩变形,更好地保障了巷道安全掘进,可为类似工况下掘进巷道安全快速过小煤窑采空区巷道提供有益参考。

断层影响下掘进巷道稳定性分析

为了提高断层影响下掘进巷道的稳定性,基于巷道左帮、右帮、顶板位置的钻孔窥视结果,确定了2 m松动圈范围。随后对断层破坏带区域进行注浆加固,配合永久支护方案,将锚杆锚固力从30 kN提升至90 kN,顶板下沉量得到有效控制,解决了掘进面过断层存在的问题。

三维超前物探技术在掘进巷道探查富水构造中的应用

在矿井防治水中,需要利用物探技术超前探明掘进巷道前方富水构造以保证安全生产。在黄陵一号煤矿812回风顺槽掘进过程中,利用Voxler成像软件对超前探测数据进行处理,实现富水异常空间的三维可视化,并结合矿井直流电法超前探测技术,进一步提高了勘探精度。探测结果精细地圈定了顺煤层方向上富水断裂构造的发育范围,实现了对巷道掌子面前方含水异常体的精准探测。由此表明:该三维超前物探技术能够为煤矿防治水提供科学的指导意见,保障矿井的安全生产。

深部矿井TBM掘进巷道通风及降温耦合模拟分析

目的针对TBM(tunnel boring machine)掘进巷道所面临的深井巷道高温问题,方法基于k-ε湍流方程和流体传热方程构建非等温流动耦合理论,对巷道风速和温度演化过程进行模拟,研究不同风筒出口风速、不同风筒出口温度和不同风筒位置等因素对巷道内通风和降温过程的影响。结果结果表明:巷道平均风速与风筒出口风速基本呈线性关系,风筒布置在巷道顶部通风降温效果最佳;风筒出口风速与巷道温度呈负指数相关关系,增加风速可以降低巷道温度;风筒出口温度与巷道截面平均温度基本呈线性关系,巷道内温度随着风筒出口温度升高而升高;掘进工作面达到26℃及以下时风筒出口风速和风筒出口温度之间的多项式关系得到了确定。结论研究结果可为解决TBM掘进深井巷道的高温问题提供参考。

掘进巷道巷帮变形破坏特征分析及补强支护技术研究

针对11307运输巷巷帮不牢固易出现变形,存在难控制等问题,基于11307运输巷地质工程概况与支护情况,结合巷道围岩情况与进行钻孔窥视,发现引发巷帮围岩出现变形量大的原因为:巷帮软岩夹矸层发育,浅部裂隙发育与地应力的综合作用,提出了可采用注浆的方式来增强巷帮稳定性,应用锚索来控制浅部煤体变形,并进行补强加固,实际应用结果表明:通过综合应用这些措施后,11307运输巷在掘进期间的煤柱帮变形量为78mm,实体煤帮变形量为36mm,在回采期间的煤柱帮变形量为190mm,实体煤帮变形量为191mm,变形量都相对较小,综合应用这些巷帮加固方案后,很好地控制了巷道围岩变形,更好地保障了矿井安全生产。

矿井掘进巷道支护方案优化研究

针对潞安化工集团A矿2-209工作面存在掘进速度快而支护速度慢,严重制约矿井高效生产的问题,基于该矿2-209工作面掘进及支护现状,分析了其存在的不足,通过进行大量的现场调研与进行数值模拟分析,并结合工作实践,设计出了最优支护方案,应用该支护方案后,支护承载体厚度增加,支护能力增强,强度增加,掘进巷道围岩变形量大、顶板及巷道片帮离层严重问题得到了很好的解决,提高了巷道支护速度,改善了支护效果,实现了掘进与支护的协调,促进了矿井的高产、高效。

煤矿掘进巷道过断层破碎带顶板支护工艺研究

为了提升煤矿生产作业的安全性和效率,需要对煤矿掘进巷道过断层破碎带的顶板支护工艺进行全面研究和分析。通过探讨掘进巷道过断层破碎带顶板支护的实际情况,总结导致掘进巷道受损的因素,并以此为切入点,针对山西泽州天泰和瑞煤业南翼3条大巷过断层破碎带的顶板支护工作,探讨支护工艺的优化措施,进一步提升煤矿生产的安全性,使煤矿开采工作更顺利。

掘进巷道过断层破碎区联合支护技术

基于长春兴煤矿602运输顺槽掘进揭露F4断层时受应力叠加影响,巷道围岩变形严重,提出了“桁架锚索+让压锚索+梯形钢棚”联合支护技术,根据实际应用效果来看,采取联合支护技术后应力区巷道围岩变形、收敛现象得到了有效控制,加快了巷道掘进速度,提高了巷道成型率,取得了显著应用成效。

智能掘进巷道除尘系统研究

为更好地满足智能掘进巷道粉尘治理需要,在分析现有湿式除尘方式的基础上,提出将泡沫除尘系统应用于巷道粉尘治理中。从满足智能掘进巷道降尘需要出发,对传统的泡沫除尘装置进行了改进,同时通过增加远程控制单元、压风及压水电磁阀等,提高了泡沫除尘系统的智能化程度。在山西省A煤矿10201运输巷现场的应用表明,该泡沫除尘系统能够改善迎头环境质量、提高可见度,全尘除尘效率超过83.0%。

煤矿工作面掘进巷道断层支护方案设计及优化

主要针对煤矿工作面掘进巷道断层支护方案优化进行研究。首先,概述了巷道断层形成的原因及方法的确定,其次,以一煤矿13102工作面为例,详细描述了巷道断层原支护设计的应用情况,并对支护不足进行了分析,提出了针对临时支护和永久支护的优化方案,并探讨了支护优化后的应用效果。结果显示断层区围岩应力显现现象得到明显改善,保障了巷道掘进安全。

掘进巷道应力冒漏区支护技术

基于马脊梁矿2117巷掘进期间受地质构造影响,巷道掘进至315~370 m段多处出现局部冒漏现象,采用传统锚杆(索)、工字钢棚联合支护效果差的问题,通过技术研究,决定对局部冒漏区采取“锚索梯形棚+挡矸支架+人工假顶”联合支护措施。通过实际效果来看,支护优化后大大提高了冒漏区围岩整体稳定性,控制了顶板蠕动变形现象,取得了显著应用成效。

掘进巷道顶板破碎机理及控制技术

前和煤矿3110回风顺槽掘进期间,受地质构造以及邻近采空区影响,巷道掘进至475 m处时,顶板及采空区侧巷帮破碎严重,采用传统注浆加固的效果相对较差,导致巷道成型效果差、掘进效率低、永久支护失效率高等。因此,文章在分析巷道围岩的破碎机理后,根据支护现状,对巷道破碎区采用双向增压加固装置进行了围岩支护。通过现场实际应用效果来看,支护优化后巷道围岩破碎现象得到了明显控制,顶板下沉量控制在0.17 m以下,巷道掘进速度提高至6.5 m/d,取得了显著应用成效。

掘进巷道构造破坏区支护技术应用

针对15102运输顺槽掘进期间受X4陷落柱影响,进入陷落柱区后围岩破碎严重,集中表现在顶板破碎冒漏、两帮收敛等,导致巷道成型效果差,掘进效率低以及安全系数低等问题,中岳煤矿通过技术研究,对巷道原支护工艺及存在问题进行分析,并对陷落柱区巷道支护进行合理优化,提出了“自锁式锚杆+桁架锚索+π型钢棚”联合支护技术,通过实际应用效果来看,采取联合支护措施后,有效控制围岩变形破碎现象,取得了显著应用成效。

掘进巷道长距离通风技术研究

煤矿巷道常用的长距离掘进技术虽然具有多种优点,但是长距离供风也会造成沿途漏风量变大,工作面有效风量降低,使得通风安全存在较大的问题。结合庞庞塔煤矿掘进3500 m的长巷道,探讨了长距离通风技术的优缺点,以确保长距离通风可以提高通风机的风量和减少巷道的漏风量,并经过一系列验算,最终决定在庞庞塔煤矿采用2×55 kW的局部通风机和节长为10 m、直径为1 m以上的风筒。

多级伸缩递进式掘进巷道超前临时支护设备研究

为了解决掘进巷道超前临时支护工作强度大、空顶时间长、掘进效率较低等问题,研发了多级伸缩递进式掘进巷道临时超前支护设备,通过临时支护架完成巷道前方超前临时支护,通过固定架将设备固定在巷道顶板,通过油缸及液压系统配合实现临时支护架与固定架的移动。该设备能够实现临时超前支护作业,可以在一定程度上减少空顶时间,提高掘进效率,保障工人安全。

矿井掘进巷道过陷落柱构造带围岩综合控制技术研究

针对掘进巷道过陷落柱构造带时存在围岩较难控制的问题,为有效控制15026进风巷过陷落柱构造带时的围岩,基于15026进风巷过陷落柱构造带的工程概况,结合施工经验,提出了“超前预注浆+锚索网支护”的巷道过陷落柱围岩支护方案,借助数值模拟软件FLAC3D模拟分析了联合支护方案的围岩控制效果;结果表明:应用该联合支护方案后,巷道过陷落柱时的巷道顶底板的最大变形量及巷道两帮的最大变形量分别为164mm与78mm,巷道整体变形控制效果较好,为巷道安全快速过陷落柱提供了保障,取得了较好的经济效益与安全效益。

煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用与分析

煤矿掘进巷道是沿煤层构造掘进的通道,主要用于煤炭开采、通风、供电、运输以及排水,是煤炭生产的基础设施,对于保障安全生产和经济效益具有重要作用。巷道掘进中,做好巷道支护十分必要,不仅可以避免塌方,还能保障巷道的稳定。锚杆支护是目前常用的支护方式,本文结合案例,重点分析锚杆支护方式应用情况,并从多个角度提出目前锚杆支护存在的问题及解决措施。