巷旁充填留巷顶板结构分析与围岩控制技术

为研究沿空留巷顶板结构特征及其支护技术,基于弹性力学薄板理论,建立了沿空留巷顶板悬板结构模型,推演了两种边界条件下悬板主应力表达式,构建了应力比例系数作为薄板破坏判据,研发了沿空留巷巷内顶板斜拉锚索加强支护、巷旁超高水材料复合支护技术。研究结果表明:锚网索支护沿空留巷过程中实施超前预裂切顶,顶板可形成悬板结构,该结构随上覆顶板运动可形成一对边简支一对边自由和一对边固支简支一对边自由两种悬板形式;在矿山压力作用下两种悬板破坏部位不同,可以此作为布置顶板斜拉锚索的依据;顶板斜拉锚索对悬板起悬吊和水平挤压作用。现场试验结果证明了理论分析的可靠性。

超高水材料限高开采局部充填技术研究与应用

为保证地面高压线塔基的稳定并最大限度的回收煤炭资源,对山西潞安集团司马矿放顶煤工作面进行了超高水材料局部充填开采的试验。按照地面塔基的控制要求,并考虑塔基自身尺寸,确定充填范围为54m×89m(倾向长×走向长),在该区域内,采高降为2.9m,不放顶煤。在无专用充填液压支架的条件下,为保证充填区域的安全,设计了移架—割煤—充填一个完整循环的支护方案。现场应用表明,采用限高开采局部充填地面塔基稳定,经济效益显著,可为类似条件下的煤炭资源回收提供参考。

超高水材料空巷充填技术的研究与应用

综采工作面过空巷是煤炭行业一大技术难题。通过对超高水材料反应机理、材料特性及力学性能等方面的分析,结合空巷充填的技术特点和指标要求,进行了超高水材料空巷充填技术研究。现场应用结果表明,超高水材料凝结时间短、泵送性能好、强度可调、工艺简单、用料量少,在应用过程中周期短、见效快、成本低,可以满足空巷充填的技术需要。

厚煤层超高水充填工作面原位留巷技术研究与应用

为提高资源回收率,缓解采掘接替紧张的局面,在亨健矿2515超高水充填工作面进行巷旁充填原位沿空留巷技术研究。在理论分析充填工作面留巷顶板覆岩稳定性的基础上,建立巷旁充填体与直接顶的相互作用关系模型,确定了充填体的支护阻力。结合2515工作面的实际情况,确定了原位留巷支护方案。矿压观测表明,2515副巷留巷矿压显现不明显,巷道变形小,能够满足生产需求,取得了较好的经济和社会效益。

超高水材料充填密闭墙构筑技术研究与应用

针对煤矿开采中采空区密闭效果不理想的问题,探讨了密闭墙的性能要求,并详细分析了当前井下常用的密闭材料和密闭形式的优缺点。在此基础上,提出了适应顶板变形的柔性密闭原理,并研发了以超高水材料为主的充填密闭墙构筑技术。在邢东矿1127工作面的现场应用表明,该技术工艺简单,施工结束3个月后,密闭墙完好,表面无开裂,密闭墙以里的CO浓度为零,取得了理想的密闭效果,可为自燃、高瓦斯矿井的采空区密闭提供借鉴,推广应用前景广阔。

煤矿井下膏体快速充填材料及关键技术研究

膏体充填采煤技术经过多年的发展,逐步得到社会的认可与应用,随之也暴露出了许多不足,设备投入大、材料成本高、操作人员技术水平要求高、易堵管等问题,严重制约了膏体充填采煤技术发展。本文从膏体充填材料性能及充填工艺技术等方面,对井下膏体快速充填材料加工、浆液制备、管路输送、快速充填、采空区注浆等关键技术进行研究,探索投资少、速度快、要求低的工艺系统及少量化、集成化、自动化的井下膏体快速充填技术。

超高水材料老巷注浆加固技术的研究和应用

超高水材料是近年来发展起来的一种无机注浆充填材料,具有凝固时间短、早期强度高、流动性好等特点,超高水材料注浆充填可以将老巷内的空间全部充实,防止有害气体集聚及煤层自燃,同时充填体可与围岩共同承受工作面回采时的超前应力。为了保证回采期间过老巷的安全问题,防止有毒有害气体溢出,东庞矿西庞井提出超高水材料老巷注浆加固技术的研究和应用,通过对东庞矿西庞井在回采期间对老巷的注浆加固,确保了工作面在过老巷期间的正常回采,保证了矿井产量,并取得了良好的应用效果。

巷旁充填留巷矸石胶结材料配比试验研究

为降低留巷充填材料成本,河北煤炭科学研究院开展了以矸石固体为骨料、高铝水泥熟料为胶结剂的矸石胶结材料研究。通过控制变量法,分别研究了矸石粒径级配、搅拌程度、材料配比、水泥含量、推实程度等变量对材料力学性能的影响。试验结果表明,矸石胶结体强度受矸石水泥用量影响较大,受粒径级配影响较小,同时对胶结材料进行充分搅拌、推压密实,可以显著提高强度。胶结体中矸石和砂浆的最佳配比为65∶35,同时辅以单体柱等临时支护措施,可取得较好的留巷效果。

坚硬顶板水力压裂切顶卸压技术实践

为促进邢东矿2号煤采空区顶板的及时垮落,在2129工作面开展了切顶卸压技术研究。在对比不同卸压方式的基础上,确定采用水力压裂切顶卸压。分析了水力压裂切顶的机理,通过理论计算,确定了注水压力、切顶高度、钻孔布置等水力压裂的主要参数。现场应用表明,2129工作面采用水力压裂切顶后,减少了周期来压步距和来压强度,巷道变形明显减小,煤壁片帮好转,取得了理想的卸压效果,可为类似条件下的坚硬顶板控制提供参考。

定向预裂爆破切顶卸压沿空留巷技术实践

为提高煤炭资源的回收率,在陶二矿1223皮带巷开展了爆破切顶卸压沿空留巷技术的研究。研究表明:(1)通过在采场前方巷道中施工爆破钻孔,使巷道顶板与工作面顶板产生裂缝,待工作面回采过后,采空区顶板沿裂缝回转垮落,减少了对巷内支护体的载荷,保持巷道的稳定;(2)沿空留巷的巷道变形具有明显的阶段性,不同区域应采取不同的支护方式;(3)根据1223工作面的地质条件,计算可得,切顶高度为7.8 m,切顶角度为12°~17°;(4)1223工作面定向预裂爆破切顶卸压技术成功实现了沿空留巷,巷道稳定,变形量小,取得了显著的经济和社会效益。

煤矿不等长工作面微震事件空间分布特征及其影响因素

【目的】煤矿工作面倾斜长度变化或者调采是增大工作面突水风险的重要因素之一,探究不等长布置方式给工作面回采带来的危险及影响因素,是深化煤矿水害防治研究、保障工作面安全回采的关键问题之一。【方法】以冀中能源峰峰集团九龙煤矿15240工作面为工程背景,依据大量微震监测数据,基于STA/LTA模型识别微震事件并进行可视化输出,依据频次变化、平面分布范围、垂向分布特征等多维信息,深入分析了不同阶段的微震活动性和空间分布特点。【结果和结论】结果表明:不等长工作面回采过程中,微震事件呈现显著的时空分布阶段性特征。窄面阶段,处于采动初期,微震主要集中于宽面端附近前阶段窄面区域边缘;宽面阶段,处于采动中期,微震活动向后方宽面区域内部蔓延;进入斜面阶段后,微震则集中分布于巷道转弯处及物探异常区附近。由窄变宽区域、调采区域,呈现底板事件活动性增强、扰动深度增大的特点,是加强水文地质观测的重点区域。回采扰动与上覆煤层抬升引起的应力重新分布、巷道围岩卸压失稳,以及两者的耦合作用是导致不同阶段微震事件产生和分布差异的根本原因。研究揭示了不等长工作面回采引发微震活动的基本规律,为类似工作面矿压监测、底板破坏深度、微震监测水害动态预警等提供了新的理论指导和数据支持,为增强煤矿安全生产能力提供重要的技术支撑。

超高水材料封堵瓦斯抽采钻孔技术研究

针对传统瓦斯抽采钻孔封堵中存在的问题,分析造成抽采钻孔漏气的主要原因,指出提高钻孔的封堵质量是提高抽采效果的关键。在广泛调研当前封孔材料及工艺优缺点的基础上,研究将超高水充填材料应用于煤矿井下封孔,并在土城煤矿13171底抽巷成功进行了超高水材料封堵瓦斯钻孔的实验,拓展了超高水材料的应用范围,可为井下其他钻孔的封堵提供借鉴。

坚硬顶板定向水力压裂切顶机理及应用

为促进顶板及时垮落,保证安全生产,在恒晋煤业E9105工作面开展了坚硬顶板定向水力压裂切顶技术的研究。根据断裂力学理论,建立了地应力和水压力共同作用下的裂纹扩展力学模型,推导得出了Ⅰ型、Ⅱ型复合裂纹扩展的强度因子计算公式。基于最大周向拉应变准则,分析了裂纹的起裂条件和起裂规律。结果表明,当原始裂纹方向平行或垂直于σ_(1)的方向时,裂纹为自相似扩展。随着水压的增大,开裂角逐渐减小,裂纹主要为Ⅰ型扩展。结合E9105工作面的地质情况,计算了水压的大小,并与实际相差较小。该技术的应用明显减小了来压步距,降低了支架工作阻力,可为类似条件下的顶板控制提供参考。

矿粉基防治水注浆材料的实验研究

为提高煤矿防治水注浆加固效果,改善注浆材料性能,降低注浆材料成本,同时为工业固体废弃物的高值化综合利用寻找新的途径,本文通过大量的实验室实验,最终确定了以粒化高炉矿渣为主要原材料,以脱硫石膏、水泥熟料及外加剂为辅料,研制了一种矿粉基注浆材料,通过与注浆用矿渣水泥进行交叉对比,分析矿粉基注浆材料在可流动性、相对粘度、浆液沉降速度、凝固状态及力学性质等物理性能,为矿粉基注浆材料在防治水工程中应用提供理论依据。

矸石粉煤灰膏体材料特性试验研究

膏体材料常用的原材料包括煤矸石、粉煤灰和水泥胶结材料等,膏体的物理、力学特性与原材料的基本性质密切相关。本文以邢台煤矿矸石和马头电厂粉煤灰为样品,分析了其基本性质。煤矸石中矿物量相对较大的有高岭石、石英、云母、钠长石,粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。以坍落度为标准,确定了2个配比,测定了其凝结时间、强度、泌水率等参数。结果表明,配比A、B的坍落度值分别为215 mm和202 mm,泌水率分别为3.5%和3.2%。凝结时间分别在4~5 h和5~6 h,均满足膏体泵送和凝固的要求,可根据现场需要选择使用。

超高水材料在注浆封孔技术中的应用

在对土城煤矿13171底抽巷封堵瓦斯抽采钻孔时,通过对比水泥浆液和超高水材料两种封孔材料,在11组钻孔中进行不同水固比超高水材料封堵的实验。在水中添加超高水材料,将水固比定为9∶1,作为最佳的材料配比,同时根据综合钻屑法,将封孔长度定为14m。结果表明,超高水材料用于封堵瓦斯抽采钻孔使流入施工区域的混合浆体在可控时间内胶结、凝聚,达到设计强度,并且注浆时间仅为水泥注浆的50%,注浆成本可降低63%,具有广阔的推广前景。

超高水材料地表钻注加固技术研究与应用

为保证聚隆矿新工业广场地基的稳定,在比较多种治理方法后,确定采用超高水材料进行采空区注浆加固。研发了采空区地表超高水材料注浆加固技术及工艺,将超高水材料在地表制成浆液后通过钻孔直接注入到采空区内。注浆完成后的多种监测结果表明,注浆效果良好,扩展了超高水材料的应用范围,取得了显著的经济和社会效益,具有广阔的推广应用前景。

预制混凝土沿空留巷技术向超高水沿空留巷技术转变

山西介休左则沟煤矿2202工作面在施工中采用超高水沿空留巷技术,并从留巷支护设计、超前支护、充填工艺3个方面阐述了预制混凝土沿空留巷技术向超高水沿空留巷技术转变。结果表明,该技术能够有效缓解采掘接替紧张的局面,提高矿井资源回收率。

工业固废在超高水材料中综合利用的实验研究

针对超高水材料时常出现压缩泌水,影响使用效果等问题,研究了粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、选铁尾矿砂等工业固废的性能,结合超高水材料的特点,开展大量实验,通过在超高水充填材料中掺入适量工业固废,改善超高水材料性能,实现工业固废综合利用的目的。

改性超高水材料在俯斜综采工作面防灭火中的应用

超高水材料是一种纯无机材料,具有含水率高、凝固时间短、早期强度高、密封性好、成本低等特点,在井下巷道密闭及老空区治理等项目中已得到广泛的应用,而在俯采工作面防灭火技术中,超高水材料由于流动性好,扩散半径较大,因此很难堆积到一定的高度形成密闭墙隔绝空气。本文针对核桃屿煤矿俯斜综采工作面实际情况,通过改进超高水材料配比与注浆工艺,降低材料凝固时间,提高材料堆积高度,结合工程技术方案,使改性超高水材料在工作面采空区内形成一道有效的隔离密闭墙,达到工作面降温与密闭的防灭火效果。