山脚树煤矿强采动巷道围岩加固关键技术研究

为解决强采动巷道围岩变形破坏、难以维护的问题,以山脚树煤矿1200运输平巷为研究对象,采用数值模拟、钻孔窥视和现场工业性试验等研究方法,分析了强采动巷道围岩内部裂隙发育特征、巷道围岩塑性区分布与演化特征、巷道表面位移的变化情况,并结合现场实际条件提出了“二次强力锚注”支护方案。研究结果表明,受工作面多次采动影响,巷道围岩裂隙扩展,形成了较大的塑性区,范围在3.00 m左右;当工作面回采至巷道正上方时,采动应力将加剧巷道围岩破坏,导致顶板、左帮及右帮的变形量急剧增大。现场试验表明,采用该巷道支护优化方案后,巷道平均宽度为5.07 m,与未优化段相比,收缩了2.5%;顶底板平均距离为3.40 m,与未优化段相比,收缩了3%。该支护方案能够有效控制巷道变形。

不同加载速率下煤的侧向变形特征研究

利用TAW-2000型电液伺服岩石力学试验系统开展了5种不同加载速率下的单轴压缩试验,分析了加载速率对煤体侧向变形特性的影响。研究结果表明:在裂纹闭合压密阶段、弹性变形至裂纹稳定扩展阶段,煤样变形以轴向压缩为主,侧向变形很小;在裂纹非稳定扩展阶段侧向应变开始加速增大,并在峰前应力调整阶段出现小幅陡增现象;在峰后扩容阶段煤样侧向应变急剧增大,呈现扩容与脆性破坏多次交替出现的特征,这一阶段大多数试件的侧向应变占总侧向应变的70%~90%。在加载初期煤样侧轴比处于较低水平,当轴向应力出现第一次跌落以后,煤样侧向应变快速增大,而轴向应变增加速度较小,导致试件侧轴比呈现快速增大直至试验结束。不同加载速率下煤样第一次出现轴向应力跌落时的侧向应变保持在3.0×10^-3左右,表明在不同加载速率下煤样出现第一次轴向应力跌落时的侧向应变基本相同,可将侧向应变作为预测煤体破坏的控制变量。

破碎煤岩巷道注浆加固材料实验及应用研究

为了解决破碎煤岩巷道支护难题,针对山脚树煤矿226轨道石门存在埋深大、高应力及穿过近距离煤层群特点,通过对226轨道石门进行现场调研及理论分析研究巷道变形破坏特征,拟采用超细水泥-普通水泥为注浆材料对破碎石门巷道进行注浆加固作业。通过对浆液浇筑试件进行单轴压缩、劈裂及压汞室内试验,研究了不同超细水泥成分占比及不同水灰比浆液力学参数特征及孔径分布规律,研究表明:随着超细水泥占比的增加,浆液浇筑试件抗压强度及弹性模量呈现先增大后减小,孔隙度降低,小孔及微孔孔容比上升;根据室内实验数据,确定了最优的注浆材料配比,结合现场围岩地质情况,提出"双层锚网+中空注浆锚索"支护方案。现场监测应用新的注浆支护方案顶底板变形量减少了85%,两帮变形量减小了86%,表明浆液对破碎围岩巷道具有良好的固化效果。

近距离煤层群三软煤层放顶煤工作面支架选型研究

为解决近距离煤层群三软煤层工作面煤壁片帮、支架压架、咬架及移架困难等难题,以火铺矿典型三软17#煤综放开采为工程背景,研究了13172工作面ZF3000/15/33综放支架工作阻力特征及架型力学特性。通过理论分析、正交实验结合UDEC数值模拟等方法,在02178综放工作面选用ZY3800/15/33综放支架。应用结果表明,所选支架具有更好的适应性,煤炭产量达7万t/月,效果良好。

芦岭煤矿Ⅲ4采区巷道布置方案比选

针对芦岭煤矿Ⅲ4采区8#、9#和10#煤层赋存情况、地质构造,结合现有矿井开拓系统及Ⅲ2、Ⅱ88采区巷道布置情况,按照采区巷道布置设计原则,提出3种采区巷道布置方案。方案一利用-590西皮大巷和-590轨道大巷新掘Ⅲ4采区上部车场,上山布置于F10断层东侧;方案二利用Ⅱ88采区下部车场及-590西皮大巷和-590轨道大巷布置Ⅲ4采区上部车场;方案三延长-900 m大巷至采区下部车场,从-590西皮大巷和-590轨道大巷中部新掘3条采区上山,并掘Ⅲ4采区石门总回风巷至Ⅱ88采区轨道巷,采区西翼布置区段平巷至井田西边界,东翼区段平巷布置至Ⅲ2采区边界。通过技术、经济比较,方案三具有初期投资小,运营费用低,经济效益最大,资源回收率高,巷道施工难度较低,开拓系统较为简单,投产工期最小的特点,最终决定采用方案三作为Ⅲ4采区巷道布置方案,保证工作面安全高效生产。

断层和陷落柱对矿井采掘生产的影响

为了保证矿井采掘工作面在过特殊地质构造期间的安全生产,通过对断层和陷落柱特点分析,并分析其对采掘安全生产造成的影响,通过对不同构造条件的断层、陷落柱分析,提出合理解决办法,保证生产安全。

松软煤层托顶煤巷道煤柱宽度优化及控制技术

以芦沟煤矿32081工作面为工程背景,采用数值模拟和现场实测等方法,研究了松软煤层沿空掘巷托顶煤巷道的变形特征及控制技术。结果表明:不同煤柱宽度下,巷道变形量的变化幅度由大到小的顺序是煤柱帮(498 mm)、顶板(260 mm)、实体煤帮(135 mm)、底板(105 mm)。以6 m煤柱宽度围岩变形最为理想,在沿空掘巷中顶底板变形和两帮变形都是巷道变形的主要方面,而在两帮变形中,小煤柱帮变形量占76%左右,在顶底板变形中,顶板变形占80%左右,得出巷道顶煤和煤柱帮是支护的关键部位。据此,提出了高强度锚网保证围岩完整,长锚索控制顶板稳定、在帮角布置加强锚杆的帮顶协同控制综合技术。通过现场实测表明,该支护方案对于此类巷道的围岩变形量有较好的控制效果,对于类似巷道的支护技术也提供了参考和借鉴。

浅析小煤窑对矿井安全生产影响

上世纪80年代由于历史发展原因,我国许多煤矿都存在小煤窑问题。小煤窑开采造成大量优质资源浪费,同时也给周边矿井生产带来严重影响。本文通过对小煤窑对矿井生产影响和小煤窑复采工作面老空区对生产影响进行分析研究,并提出合理解决办法。

高应力红页岩巷道失稳机理与控制技术研究

为解决高应力红页岩巷道维护的难题,本文以平安磷矿二矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟、室内测试及工业性试验等方法,研究了红页岩的微观结构特征及巷道失稳机理。研究结果表明:红页岩内部孔隙孔径主要集中在0~50 nm和10~200μm之间;自然状态下孔径在10~200μm之间的微孔隙占总孔隙体积的37.45%,吸水后占比增加至45.82%,吸水后引发的岩石强度弱化是造成红页岩巷道失稳破坏的重要原因。本文提出了高强锚注+格栅拱架+小孔径锚索的高应力红页岩巷道支护对策,该支护结构能够适应红页岩巷道初期的变形要求,有效限制巷道出现过大的变形,并充分调动深部围岩的承载能力。现场监测结果表明,红页岩巷道两帮最大变形量在100 mm以内,顶板下沉量控制在40 mm以内,锚索受力在100~120 kN之间趋于稳定,说明新方案控制效果良好。

缓倾斜煤层开采下伏煤岩裂隙动态演化规律

保护层开采可以有效地预防煤与瓦斯突出,研究保护层开采过程中的应力演化、围岩变形特征和裂隙演化可为开采被保护层提供理论保障。选取青东煤矿7煤作为上保护层,8煤作为下伏煤层。通过FLAC^(3D)、UDEC建立伏岩应力模型,采用盒分形维数的方法对工作面开挖后煤体裂隙发育程度进行定量分析,并结合现场试验研究上保护层开采对被保护层影响。结果表明:工作面回采后,采空区应力得到充分释放,围岩出现膨胀位移,在充分卸压区域最大垂直位移15.26 mm;对比盒分形维数数据,随着巷道开挖,裂隙发育复杂程度逐渐增加,各阶段煤层开挖顶板裂隙发育优于底板。顶底板分形维数由1.99增加到2.37,增长率达到19%,底板分形维数从1.92变化到2.24,增长16.6%;通过试验,上保护层开采有助于瓦斯卸压通道的形成,使得卸压区内瓦斯压力降低了65.4%,煤层透气性系数增大76倍。

柳塔矿综采工作面过空巷技术研究与应用

为安全高效回收煤炭资源,对柳塔矿12113-2综采面采用过空巷工艺,启封空巷后,采取了顶板锚索、巷帮锚杆、木点柱、垛木和网片等补强支护方式,顶底煤探测、顶板预注高分子材料等措施,有效维护了顶板的安全,确保了过空巷期间的安全生产,并提出过空巷时的安全保障技术;做好过空巷前的准备工作,合理确定过空巷期间的割煤工艺,创造了巨大的经济效益,为类似条件工作面安全、快速通过空巷提供了技术支持和经验参考.

金佳矿预应力锚杆锚固参数优化

针对金佳矿锚杆索存在预紧力不足,主动控制效果差的现象,以金佳矿1137运输巷为研究对象,分析了巷道围岩的变形破坏特征,发现煤巷变形较大、围岩存在一定程度的网兜和底鼓现象。其次,利用数值模拟和理论分析研究了巷道围岩变形破坏机理。在此基础上,提出了新型锚网梁+锚索联合支护方案。现场应用表明该支护方法能有效控制巷道稳定,巷道开挖后总体收缩率不足1.5%,产生的直接效益可达31.6万元,为类似条件下的巷道维护提供参考和借鉴。

基于分形维数的三轴压缩下泥质粉砂岩力学特性研究

为研究不同应力环境下泥质巷道围岩的变形破坏特征,选取典型泥质粉砂岩岩样,开展了三轴剪切试验,获得了不同主应力加载速率和围压下泥质粉砂岩的应力应变曲线。并采用FLAC3D数值模拟软件对三轴剪切试验结果进行验证,发现增大试验机主应力加载速率以及围压均能提高岩石试件抗压强度。同时,通过收集岩样碎屑,采用“粒度数量”分形维数研究方法,分析了岩样的破坏规律。发现主应力加载速率、围压越大,试件破坏程度越低,碎屑分形维数值就越小。以上结果表明,主应力加载速率和围压能够有效减缓岩石试件的裂纹扩展速度,减缓岩石试件损伤的发展,增强其抗压强度,同时降低试件破坏后所表现出的破碎性。