煤矿掘采空间垮塌岩体稳定性与救援通道构建

煤矿地质动力灾害发生后,往往会造成掘采空间巷道发生垮塌堵塞,严重威胁煤矿井下工作人员安全。垮塌形成的松散破碎堆积体力学结构、堆积形态十分复杂,如何快速清理垮塌堆积体并构建救援通道是亟待解决的科学问题。在分析灾变垮塌体结构运移规律及救援通道构建研究现状和问题的基础上,针对垮塌堆积体堆堵机理复杂、扰动变形规律不明的特点,首先基于颗粒流数值模拟软件构建了垮塌堆积体二维计算模型,探究了在垮塌堆积体内部构建救援通道过程中颗粒的运动特征,明晰了其掘进扰动规律;其次分析了不同区域构建救援通道条件下堆积体内应力重分布特征,优选了救援通道在垮塌堆积体中的构建位置;最后根据垮塌堆积体的力学特征及堆积形态,提出了一种新型救援通道快速构建方法。结果表明:在构建救援通道掘进扰动的影响下,垮塌堆积体的岩体均有向开挖空间运动的趋势,距离开挖位置越远的区域受到扰动影响越小;垮塌堆积体向开挖空间的二次塌落主要以垂直方向为主,水平方向次之;左下方开挖稳定后,垮塌堆积体呈"梯形",中下方开挖稳定后,垮塌堆积体呈“V”形。综合考虑救援通道构建的二次扰动影响、支护结构稳定性与垮塌堆积体物源结构,救援通道构建位置选择在垮塌堆积体中部区域为宜。

泥岩多尺度模型与水岩作用特性研究进展

泥岩遇水软化特性制约着岩土工程与地下工程的发展,特别是在煤矿工程实践中,泥岩遇水泥化膨胀、承载性能劣化,往往诱发巷道围岩的失稳破坏。黏土矿物的遇水膨胀特性与泥质胶结的强度低、塑性强特性,是富黏土矿物(>50%)泥岩遇水大变形与承载失效的内在本质。工程实践研究中承载持续大变形与泥岩遇水渐进劣化是关键防控和调控过程。针对泥岩研究尺度广、大变形力学机制与水岩作用机理复杂的特点,首先基于工程防控/调控技术研究焦点界定了多尺度研究范畴,划分出宏观岩体(mm)、细观矿物(μm)、微观晶胞(nm)3个研究尺度;其次阐明了不同尺度下的泥岩物理、力学、化学研究模型,讨论了不同尺度泥岩物力化性质分析方法与手段,厘清了泥岩物理力学和物理化学性质的多尺度特性,系统研究了不同尺度下的水岩作用机制,构建了考虑不同尺度相互作用关系的泥岩水岩作用多尺度关联体系;最后展望了泥岩多尺度研究中细观尺度研究的发展方向;指出多尺度水岩作用在多物理场耦合中的研究前景,提出基于多尺度分析的泥岩灾变防治技术研发体系,凝练人工智能方法辅助研究泥岩多尺度的关键科学问题。同时,开展多尺度研究有助于掌握与控制泥岩的物理、化学、力学响应特性,为解决泥岩灾变防治和核废料封存工程难题提供理论基础。

新型主动护顶临时支护装置设计应用

针对潞安集团司马煤矿传统临时支护掘进效率低、支护效果差、支护强度低等问题,在保证巷道支护施工安全的前提下,经过研究,设计了一种新型的主动护顶临时支护装置。通过在司马煤矿1115回风巷应用表明,新型临时支护装置在有效维护巷道顶板稳定的基础上提高了掘进效率,具有良好的应用效果。