厚硬石灰岩顶板工作面顺槽支护优化研究

为解决厚硬石灰岩顶板回采巷道原支护方案存在支护不当、成本过高且受采动影响时两帮围岩变形量大的问题,以山西灵石华苑煤业9103轨道顺槽为研究对象,通过现场监测并结合回采巷道煤与岩石的物理力学参数,采用工程类比法对原支护方案进行优化。运用FLAC3D数值模拟软件对优化前后巷道在掘巷期间及在受相邻工作面和本工作面采动影响后的支护效果进行对比分析,证明其优化方案的可行性。研究结果表明:优化方案在巷道掘巷完成后的顶板变形量较原方案增大2.6%,两帮变形量减小13.1%;优化支护方案在相邻工作面和本工作面采动应力作用下,顶板变形量较原方案均无明显增大,两帮移近量较原支护方案分别减小26.2%和32.8%。

高低温循环冲击作用下砂岩孔裂隙结构的演化特征

我国煤系气储量丰富,但煤系气藏复杂的地质条件使得对单一含气系统的开采成本高、效率低,对多种含气系统难以合层共采。如何提高煤系储层的渗透性与兼容性是开发煤系气的关键问题。为探讨改善煤系储层结构的有效方法,研究了在高温200℃、低温-196℃循环冲击作用下煤层顶板砂岩孔裂隙的演化特征,使用工业显微CT对高低温冲击作用前后砂岩试样孔裂隙的发育过程进行了表征。利用数字图像和三维重构技术,对冲击前后试样的CT数据进行了滤波和均值化等处理,定性和定量分析了0、1、5、10、15次高低温度冲击后砂岩孔裂隙体积、表面积、孔隙率和孔裂隙分布复杂度分形维数的变化。研究结果表明:(1)高低温循环冲击促使砂岩试样孔裂隙发育、扩展、连通和次生裂隙的萌生,冲击作用有助于微小孔裂隙扩展形成较大的宏观裂隙。(2)砂岩孔裂隙体积、表面积、孔隙率和孔裂隙分布复杂度分形维数随温度冲击次数的增加呈对数规律变化,其增长幅度呈先增大后减小的趋势,在第5次冲击作用后其面积和孔隙率增幅达到最大,分别为15.48%,20.98%。(3)高低温循环冲击作用减弱了砂岩基体间的束缚力,打破了其原有的静态平衡,试样孔隙率随扫描层数的变化曲线演变为类“C”状,表明砂岩两端的束缚力衰减幅度更大。

非爆破密集钻孔切顶机理及参数优化研究

预裂切顶是维护沿空留巷巷道围岩稳定性的一种重要方式,为了解决瓦斯聚集区域爆破切顶的安全性和采动裂隙发育区水力压裂的局限性问题,研究了沿空留巷切顶和未切顶时顶板力学结构、非爆破密集钻孔切顶机理及切顶钻孔的参数优化。基于钻孔周围应力集中致裂围岩的方法,分析了密集钻孔切顶的机理,运用数值模拟软件3DEC研究了密集钻孔对东峰煤矿3202进风顺槽沿空留巷复用巷道切顶的效果,并进行了参数优化。研究结果表明:在不进行钻孔切顶时,留巷顶板下沉严重;当钻孔直径为110 mm、间距为150 mm时,可形成密集钻孔弱化带,钻孔间岩层破裂明显;当钻孔高度为22 m、钻孔角度为仰角80°时,基本顶岩层完全垮落,留巷顶底板移近量明显减小。