侏罗纪巨厚基岩下采煤突水溃砂典型案例分析

国内学者对浅埋煤层开采引起的上部松散含水砂层溃入采场的研究十分深入,泥砂来源于第四系松散层已成为共识。近年来西北侏罗纪巨厚基岩下采煤引起的水-砂混合突涌事故日益增多,成为一种新的危害性较大的地质灾害,目前国内学者对此鲜有研究。为揭示基岩突水溃砂的孕灾机理,制定科学防范措施,以陕西黄陇煤田某矿采煤工作面突水溃砂事故为例,首先对前人做出的事故原因分析和认定提出技术商榷和探讨;依据补充勘探成果,结合突水溃砂过程,提出该起事故具有离层水害特征:离层空间汇集水源功能将砂岩裂隙水转化为“自由”水体,引起短时高强度突水,进而提出离层水害需要同时具备5个条件,即岩石力学条件、富水性(水源)条件、汇水时间条件、离层空间条件、导水通道条件等。其次,根据大量的岩石物理力学试验数据,判断4-2煤层上覆岩层具备离层产生的物质基础;根据离层水害时间、空间条件,借用“经验公式”推断引起该起事故的离层空间应该位于4-2煤顶板上30.54~77.10 m的地层内,并将这个高度范围内的地层作为富水性评价的目标层段;选取砂岩层厚度、脆塑性比值、构造分维等3种地学信息,采用新型复合叠加方法,绘制了富水性综合指数等值线图,事故点位于相对富水区内,证明离层空间所处的围岩具备离层水害的富水性(水源)条件;室内对现场采集的砂岩做了浸水崩解性试验,试验表明4-2煤层上覆砂岩遇水极易崩解,在水动力下具有显著的流砂属性,结合历次勘探没有发现古河床(或称松散地质体)这一事实,分析该起事故的泥砂来源于含水基岩。最后,依据离层水害发生必须具备的5个基本条件,提出改变地层富水性条件或破坏离层空间封闭性条件(或汇水时间条件)等源头治理技术措施。通过对本起典型案例的研究,揭示了西北侏罗纪煤田基岩下突水溃砂的孕灾机理,强调事故偶发性,对西部条件类似矿区煤炭资源安全开采具有一定的借鉴意义。

充填开采超前段主动支护替代被动支护技术与应用

超前主动支护在围岩稳定性控制和生产管理等诸多方面有明显优势。以岱庄煤矿31322充填工作面为研究背景,借助矿压监测手段确定超前段围岩运移和应力演化特征,基于工作面应力场的分布规律,提出“充填面主动支护替代被动支护”理念,采用Fillzone模块模拟不同跨度充填对工作面超前段的影响,确定超前锚杆索主动支护方案在完全充填开采条件下的可行性;通过构建充填面人工支护体与围岩结构的力学模型,校验了回采巷道原支护强度,并针对不同回采巷道超前段进行差异性优化。试验结果表明,超前主动支护技术可节约成本60.6%,可为类似充填开采超前段主动支护优化提供借鉴。

弱胶结地层大采高工作面覆岩“两带”发育高度研究

弱胶结岩体遇水易软化劣化,采用传统的地面和井下钻孔注水观测、钻孔电视观测难以准确的判断垮落带和导水裂隙带的界限,且钻孔易塌孔,钻孔电视成像较为模糊。以新上海一号煤矿为例,通过崩解试验和不同含水率下岩石力学测试,得出泥岩遇水泥化、砂岩遇水崩解,且强度随含水率的增大而降低;泥岩饱和单轴抗压强度大多数小于20MPa,砂岩单轴抗压强度0-70MPa不等,覆岩类型划分为中等;采用分布式光纤和并行电法等手段,15煤垮落带、导水裂隙带发育高度分别为46.7m、75m,垮采比为12.62,裂采比为20.27,并与数值模拟结果和经验公式进行对比,垮落带实测值较预计值大,导水裂隙带较实测值较数值模拟结果相对较大,与经验预计值相对偏小。研究结果可为类似矿井提供数据参考,也为弱胶结松软地层覆岩破坏提供技术监测手段。

软岩巷道改善反底拱锚杆支护效果的途径

针对上海庙矿区富水、弱胶结、膨胀性复合型软岩巷道底鼓变形严重、修复工作量大等问题,通过变形观测与现场试验,提出采用慢速树脂锚固剂配合弱膨胀水泥灌浆全长锚固提高锚固力、初喷浆加锚网喷支护增加预紧力端抗剪切强度及受力面积的方式,有效提高了巷道底板稳定性,并在某回采工作面顺槽进行了试验。结果表明:巷道成型后18个月内的顶底板总移近量小于350 mm,两帮总移近量小于120 mm,巷道变形得到了有效控制,满足了回采工作面的推采要求。