煤矿覆岩离层注浆减沉技术研究及应用

针对门克庆煤矿11-3101工作面铁路下压煤问题,为提高煤炭资源回收率,应用离层注浆减沉技术减小地表下沉,通过室内试验测试了不同配比充填料浆的流变特性,确定了合适的料浆配比,同时构建采动覆岩离层演变力学模型,提出了离层动态发育位置及离层开度预测方法。研究结果表明:11-3101工作面从下往上将会产生四个离层,分别位于工作面顶板上方45.42、228.38、337.19、363.99 m处;离层开度从下到上依次为2.62、1.49、1.39和1.33 m,开度随着层高的增长而递减;注浆压力为6.5 MPa,注采比大于45%时,地表倾斜变形值小于3 mm/m,现场监测结果显示铁路路基最大沉降量仅58.72 mm,注浆减沉效果显著。

覆岩离层注浆钻孔的改进与优化

覆岩离层注浆钻孔的孔型及目标关键层的选择、孔身结构、预防采后覆岩运移导致钻孔变形破坏等是覆岩离层注浆工程的核心技术之一。对以往的注浆钻孔进行了梳理、分析、比较和总结,对工程中显示出的不足并在后续施工中得到了持续的改进与优化。实践验证直孔与定向孔相结合的孔型布置及单孔单离层、邻(排)孔异离层的多目标关键层位复合注浆是项目成功的关键。孔身结构宜采用三开设计;孔身直径应与日最大注浆量及注浆系统相匹配;一开套管超深下入基岩和采用“一种防止离层注浆首排钻孔破坏的设计方法”设计的首、末排定向孔是预防停采线侧与切眼侧注浆钻孔破坏的有效措施;检查孔可与注浆孔同孔布置,一孔双用,实现资源利用的最大化。

覆岩离层注浆采空区自燃“三带”分布规律

覆岩离层注浆技术通过压实采空区内的破碎岩体,改变了采空区的流场特性和自燃“三带”的分布情况。为了探讨屯兰矿22301综采工作面离层注浆件下采空区遗煤自燃风险范围,基于实测和数值模拟相结合的方法,对该工作面采空区内存在的自燃“三带”进行准确划分;并提出了注浆钻孔的空隙率三维数学模型,评估不同注浆钻孔位置对采空区流场的影响。结果表明:修正后的空隙率三维数学模型能更好地反映注浆后采空区的气体流场,其模拟结果与现场实测结果的残差精度提高22%;相比于未注浆情况,离层注浆后采空区受到压实作用,有效抑制采空区自然发火的危险性,并导致工作面漏风风流向上汇聚,使采空区垮落带较高位置的氧气体积分数增加;注浆钻孔的布置参数对采空区流场将产生影响,其影响关联度依次为钻孔间距、钻孔排数、钻孔影响半径。

构筑物下覆岩离层注浆控制地表变形模拟试验研究

为掌握离层注浆开采控制地表变形的规律,以数值模拟与相似模拟相结合研究了采空区形变及应力变化和覆岩运移演化规律,并进行现场工程试验。研究结果表明:(1)在离层注浆作用下,顶板压力增加,采空区被压实,采空区应力无明显变化;(2)离层上方关键层应力受到向上的注浆压力作用,内部应力在短距离范围内出现下降,随着向上远离离层,注浆压力作用影响下降,在巨大覆岩压力作用下,岩层向下的压力有所增加;(3)塑性区发育高度在离层注浆后基本不再向上扩展,转而变为横向扩展,关键层上方由于注浆充填作用未出现明显大面积破坏。由此可见,关键层下方离层空间注浆充填,对于关键层上方的岩层起到了很好的保护作用;(4)注浆区域的关键层及其上覆岩层下沉量较小,而注浆层位下方岩层和未注浆区域的岩层下沉量普遍明显较大,表明离层注浆对控制关键层及其上覆岩层的运移发挥了良好的作用。

以覆岩离层注浆为主的保水采煤技术研究

榆神矿区地域辽阔、煤炭资源丰富,是国家重点建设的陕北煤炭基地的重要组成部分。持续高强度的煤炭开采对下水资源造成了破坏,损害了当地脆弱的生态环境。针对榆神矿区干旱半干旱地区水资源贫乏、生态环境脆弱等特点,以区内郭家滩煤矿为重点研究对象,通过研究煤矿开采条件、地质及水文地质特征,提出了在分层开采、限制导水裂隙带发育高度的基础上,以覆岩离层注浆充填控制上部含(隔)水层稳定为主,结合顶板隔水层再造(加固)、冒落带和导水裂隙带注浆封堵、保水采煤效果动态监测等技术的保水采煤一体化技术体系,并对试验示范区保水采煤效果进行了预计。

葫芦素煤矿离层注浆矸石充填浆液制备工艺技术特点

阐述了现有矸石离层注浆充填存在的问题,介绍了葫芦素煤矿离层注浆中采取的改进措施和特点,对矸石浆液的制备工艺、出料矸石粒度的确定、破碎机的选型、球磨机型式和驱动方式的选择、球磨机的检修、设计中应注意的问题进行了有益的探讨,分析了葫芦素煤矿离层注浆矸石充填项目运行后的经济效益和社会效益。

粉煤灰/煤矸石离层注浆充填材料性能研究

针对离层注浆充填材料中粉煤灰需求量大、成本高的问题,提出将粉煤灰/煤矸石作为离层注浆充填材料,研究了煤矸石的物化性质和不同水固比、粉煤灰(80~109μm)与煤矸石(80~109μm)之比(“粉矸比”)、煤矸石(80~109μm)与细粒煤矸石(小于80μm)之比(“大矸比”)对离层注浆充填材料的黏度、流动度、密度及析水率的影响规律。结果表明:经球磨破碎后的煤矸石物化性质与粉煤灰相近;水固比为1.2、粉矸比为8∶2时,充填材料黏度、流动度、析水率及密度分别为22.25 s、250 mm、3.4%、1.325 g/cm3,与现用粉煤灰充填材料各性能指标相近,可作为离层注浆充填材料使用。

煤矸石覆岩离层注浆充填绿色开采技术研究

为了解决葫芦素煤矿煤矸石量过大以及地表沉陷问题,采用煤矸石覆岩离层注浆充填绿色开采技术对关键层进行充填。基于关键层判别理论,确定了21404综采工作面上覆亚关键层1为注浆目标区域,通过14个间距为160 m的注浆钻孔,有效控制地表最大下沉量至85.89 mm。地表下沉稳定的同时,实现了对煤矸石的大量消耗,是平衡煤矸石产出消耗的重要手段。

东部高潜水位矿区离层注浆减沉可行性分析

潘谢矿区受多煤层重复采动影响,地面沉降等环境地质问题严重,开展离层注浆减沉技术研究,有利于释放煤炭资源,减轻地面沉降的危害,对高潜水位矿区的绿色低碳发展意义重大。以潘谢矿区8对生产矿井作为研究对象,结合煤矿水文地质、开采技术条件、采掘工程现状等情况,建立了特殊条件下的注浆工作面甄选原则。采用3DEC软件对某矿1616(3)工作面13-1煤回采结束后未注浆和不同注采比情况下的注浆效果进行预测,最终作出特殊条件下淮南矿区离层注浆减沉的可行性分析。结果表明:①研究区内110个工作面甄选结果显示有6个工作面符合注浆条件,离层注浆技术在潘谢矿区可行;②模型预测结果显示:沉降曲线于中心对称,地表下沉量最大值位于采空区中部;随着工作面推进,地表下沉量增大,且沉降曲线极大值的位置向工作面推进方向移动;③当注采比大于60%时,地表最大沉降量从2000 mm减小到400 mm以下,减小了80%以上,表明注浆可有效缓解地表沉降。

特殊地质条件下覆岩离层注浆钻孔疏通及工作面跑浆防治技术研究

为了有效解决建筑物下压煤与矿井开采之间的矛盾,近些年采动覆岩离层注浆技术得到广泛的推广及应用,并产生了良好的经济效益。但在覆岩离层注浆工程中经常会出现各类跑浆事故,影响矿井生产和安全。分析了采动覆岩离层注浆工程钻孔压水p-t曲线,针对性的采用了高压气-液联动通孔技术成功疏通已下入注浆管的ZK-2钻孔,并结合采矿情况合理确定了钻孔注浆时机。在此基础上,以工作面跑浆事件为案例,从地质构造、采动影响裂隙发育、支承压力等方面对跑浆原因进行了详细分析,从封堵浆液压入量计算经验公式、堵漏时机、浆液材料及配比、具体实施方法四个层面制定了跑浆综合处置方案,经检验封堵效果良好、处置方案科学有效,后续注浆过程中未出现类似事故。

断层影响下覆岩离层注浆技术研究及应用

“双碳”目标下煤炭仍然发挥着战略资源的重要作用,但当前诸多矿区村庄下压煤量大,限制部分矿井采煤工作。以大社矿921103工作面为对象,分析了工作面开展覆岩离层注浆技术的可行性,计算出921103工作面导水裂隙带高度,并结合矿井实际情况确定了工作面离层注浆层位。研究并确定了工作面钻孔间距、钻孔结构以及注浆压力。根据921103工作面地质情况,在断层影响下对钻孔进行了优化设计,最终注浆量达19.87万t,注采比45.8%。地表变形监测结果表明,最大下沉值811 mm,平均下沉值331 mm,减沉效果显著,经济效益明显。

采动覆岩离层注浆工程数值模拟及试验研究

采动覆岩离层注浆技术能够有效降低煤矿开采过程中所产生的地面位移。为研究该技术注浆参数对地面沉降的影响,以赵庄二号井的307工作面为例,采用室内模型试验和数值分析两种方法,分别研究采动过程中覆岩离层的动态变化过程以及不同的注浆参数对地面位移的影响。结果表明:覆岩离层的发展可分为离层产生、离层延伸、离层稳定、离层衰减、离层闭合5个过程;随着注采比的增加,地面沉降和倾斜变形逐渐减小;随着注浆位置的上升与开采面宽度的增加,地面沉降和倾斜变形逐渐变大。

刘家梁煤矿采动覆岩垮落运移规律和离层注浆控制研究

刘家梁煤矿面临建筑物下采煤难题,提出采动覆岩离层区注入粉煤灰浆液充填工艺,实现无损开采和固废减排目标。以22101工作面为对象,采用理论分析、物理模拟和现场实测方法,研究厚煤层采动覆岩垮落运移规律、离层注浆控制机理和关键参数。结论如下:采动覆岩破坏持续向上传递,运动不同步使得在关键层和软弱层之间形成离层空间;及时在离层空间充填,关键层保持稳定不破断下沉,其上岩层直至地表就能保持小变形甚至微变形;提出覆岩离层注浆控制技术和参数,现场成功应用,取得了显著经济和社会效益。

村庄下覆岩离层注浆充填开采技术的应用

我国地域辽阔,各地区分布着大量的矿产资源,部分村庄地区矿产资源开采中,必须采用先进开采技术保证地质稳定性,避免对村庄地区造成严重的环境破坏。村庄下覆岩离层注浆充填开采技术的应用,可在注入特定的浆液材料,使浆液在岩层空隙中渗透、扩散并固化,形成具有支撑作用的充填体,能够有效增加岩层的整体稳定性、控制地表沉降,有助于保护村庄和地表建筑的安全。在这种情况下,积极探讨村庄下覆岩离层注浆充填开采技术的应用路径具有重要意义。

常村煤矿离层注浆充填开采地表沉降概率积分预测与数值模拟研究

以常村煤矿2311工作面为研究对象,通过概率积分法预测和离散元数值模拟,对比分析采取离层注浆充填开采与非注浆条件下开采引起的地表沉陷程度。结果表明:注浆开采后,地表沉降幅度可以得到有效控制,从而有效控制地表沉陷,提高煤矿资源回收率。

煤矿覆岩离层注浆技术的原理与应用

在煤矿开采过程中,覆岩稳定是一个关键的技术问题。煤矿覆岩是指煤层上覆的岩石层,它承担着支撑煤层和地表荷载的重要作用,由于煤矿开采导致的地质应力变化、矿岩工程断面变形以及岩层结构等因素的影响,覆岩往往会出现不稳定甚至坍塌的现象,给矿山生产和人员安全带来严重的威胁。文章通过深入探索注浆材料的选择、施工参数的优化、施工管理的改进等优化措施,进一步提高煤矿覆岩离层注浆技术的应用效果,保障煤矿生产的安全和稳定,在此基础上对注浆技术在不同地质条件下的适用性和优劣进行全面评估,为煤矿覆岩稳定性问题的解决提供更加科学的依据。

离层注浆控制冲击矿压危险机理探讨

煤层上覆坚硬厚层岩层组成的主关键层对冲击矿压的发生具有强烈的影响.主关键层岩层的剧烈活动是冲击矿压发生的集中区域,而且震级也高;冲击矿压的发生需要煤层及其周围岩层中聚集大量的弹性能外,还需要主关键层破裂等释放的外部能量;该外部能量与岩层厚度的平方、抗拉强度的2.5次方成正比;破断中心距巷道工作面越近、释放的能量越大,传播到巷道工作面处的能量越大,越容易引发冲击矿压.因此,可采用覆岩离层注浆等技术手段保证覆岩主关键层的长期稳定,消除主关键层岩层破断引发的冲击矿压危险.

煤矿覆岩离层注浆减缓地表沉降机理与应用探讨

对采动覆岩离层发展的时空规律、离层带注浆减沉效果评价方法和离层带注浆减缓地表下沉在建（构）筑物下采煤中的应用等问题进行了探讨．认为：在相同地质采矿条件下，离层带高度随采空区尺寸变化而变化，当采空区尺寸达到充分采动尺寸后，离层带高度达到该条件下的最大值；

离层注浆条件下覆岩变形破坏特征的连续探测

覆岩破坏的发育高度及其分布形态是合理确定开采边界及留设防水煤岩柱的基础。为了探讨覆岩离层注浆条件对导水裂隙带形态的影响,采用前端泄露式多回路注(放)水系统,应用井下仰孔分段注水法对东滩煤矿14308工作面覆岩离层带实施注浆充填条件下综采放顶煤导水裂隙带的破坏特征进行了连续探测。探测结果表明:厚煤层综采放顶煤条件下覆岩离层带注浆时的覆岩采动导水裂隙带高度略高于正常条件下的覆岩采动导水裂隙带高度,走向方向的采动导水裂隙带高度低于倾向方向的采动导水裂隙带高度;离层带注浆时的覆岩破坏形态和范围向工作面外侧突出较大。

离层注浆开采关键层变形特征及地表沉陷控制效应

为研究覆岩离层注浆开采条件下关键层变形特征及地表沉陷控制效应,准确预计地表移动变形值,对离层注浆开采关键层变形进行了力学分析,将关键层下方离层注浆充填体和煤岩体的组合视为弹性地基,并将之划分为压实区、欠压实区和实体煤区3种不同的区段,基于弹性地基梁理论,给出了关键层挠度方程和弹性地基系数计算方法;采用“两步法”,通过分层模拟的方式开展了离层注浆开采关键层变形与地表沉陷数值模拟,研究了不同工作面宽度条件下离层发育和关键层破断特征,以及不同注采比条件下地表移动变形特征;借鉴等价采高理论,将离层注浆开采条件下关键层弯曲下沉空间等效视为开采空间,结合概率积分法,建立了适用于离层注浆开采的地表沉陷预计模型。以淮北矿区袁店二矿7221离层注浆开采工作面为例进行了验证,结果表明:该地质条件下,离层注浆开采工作面宽度宜设计在90~120 m;采用提出的预计模型和方法能够对离层注浆开采条件下的地表沉陷进行有效预计,预计值与实测值平均误差9 mm,在允许误差范围内;离层注浆开采地表沉陷控制效果显著,减沉率约83%。