极近距离煤层采空区下沿空留巷技术研究

为了解决极近距离煤层采空区下多次回采影响的沿空留巷围岩严重变形难题,以山东新查庄矿业有限责任公司(以下简称“新查庄煤矿”)91006综采工作面为工程背景,研究分析了采空区下沿空留巷覆岩顶板结构特征及运动规律,通过建立顶板位态力学结构模型,确定了采空区下沿空留巷巷旁支护阻力计算方法,计算出巷旁支护阻力为3432 kN,提出了“水力压裂超前断顶+巷旁钢管混凝土墩柱高强支护”为主体的巷旁复合支护体系。利用超前断顶卸压技术将巷旁顶板由传递岩梁结构向短悬臂梁结构转变,大大降低巷旁支护阻力,与钢管混凝土墩柱的高强巷旁支护相结合,特别适用于采空区下的沿空留巷工程。通过在新查庄煤矿91006综采工作面试验应用表明,留巷取得了较好的效果,巷道表面整体变形量较小,满足工作面回采期间的要求。

厚硬顶板结构下巷旁超前卸压与高强支护技术研究

白庄煤矿9701工作面采用沿空留巷开采技术,其工作面顶板厚度及硬度大,巷旁支承压力高,巷旁围岩支护控制及整体留巷难度系数大。为此,设计采用“水力压裂超前断顶+钢管混凝土墩柱巷旁高强支护”组合技术方案,对上覆厚硬顶板结构进行综合控制。通过水力压裂超前断顶技术对巷旁厚硬顶板进行充分采前断顶卸压,形成巷旁短悬臂梁结构,有效缓解巷旁支护体所承受的压力。通过钢管混凝土墩柱作为主要巷旁支护体对沿空留巷的围岩进行高强支撑。经工程效果分析,该技术方案取得了良好的控顶效果,最大顶板下沉量为55 mm,巷道整体成型效果良好。研究成果可以对同类矿井开采提供安全指导。

岩石强度极限邻域内流变扰动损伤规律研究

为了研究岩石强度极限邻域内的损伤演化规律,以红砂岩为研究对象,运用核磁共振试验设备和自主研发的RRTS-Ⅳ型岩石流变扰动效应试验系统,开展岩石强度极限邻域内流变扰动效应损伤试验。结果表明:随着扰动次数增加,处于强度极限邻域内的岩石对扰动响应敏感,且扰动次数越多,岩石应变越大,瞬时弹性模量越小,破坏速度越快;通过识别不同扰动次数作用下岩石流变数据参数,得出岩石流变扰动效应损伤本构模型,该模型试验结果与拟合曲线吻合度较高,说明此模型是合理的;运用核磁共振试验设备对强度极限邻域内的岩石进行损伤探测,通过分析岩石T2谱曲线与峰谱曲线面积可知,T2谱曲线出现偏移,出现第三峰值且峰谱总面积增大。研究结果丰富了岩石流变扰动效应理论体系。

扰动作用下深部岩巷长期大变形机制及控制技术

巷道围岩本身存在一个抗扰动强度,当深部较高的集中应力超过其抗扰动强度时围岩会对外部扰动变得敏感,在围岩内会形成扰动影响区,围岩扰动影响区不断向内部的发育是扰动作用下深部岩巷长期大变形失稳的本质。针对深部开拓岩石巷道,提出以钢管混凝土支架为主体的复合支护技术。钢管混凝土支架具有承载力高、结构稳定等优点,能够给围岩提供一个较大的支护阻力,提高扰动影响区围岩的抗扰动强度,从而保持巷道长期稳定。根据某矿具体地质条件,设计了合理的支护技术措施,选用钢管混凝土支架型号为?194×8的钢管配合C40强度等级的核心混凝土,该支护体系能够给巷道围岩提供1.26 MPa以上的支护强度,工程应用效果良好。

岩石蠕变扰动效应理论及其在深地动压工程支护中的应用

深部岩体工程围岩蠕变性强,受外部中量级循环冲击载荷(冲击能量等级介于10^(3)~10^(5) J)扰动影响时会发生长期大变形动力灾害。基于近年来对岩石蠕变扰动效应理论的相关研究,采用岩石动力学试验、围岩动态变形破坏理论分析并结合现场工程实践的综合研究方法,对中量级冲击载荷作用下深地岩体工程的长期大变形机制以及稳定性控制进行了系统研究。通过研究,总结分析了岩石蠕变扰动变形规律,确定了蠕变岩石对外部冲击扰动敏感的应力、应变阈值指标;根据地应力梯度与围岩强度梯度关系重新划分了深地动压工程围岩状态区域,发现了以围岩蠕变扰动敏感区动态演化发育为本质的深地围岩长期大变形失稳机制新认识;探讨了围岩应力场分布及演变规律,确定了深地动压岩体工程长期稳定性控制原理,即给扰动敏感区边界处提供足够的侧向围压,使该区域围岩的抗扰动强度梯度提高至静载集中应力水平,迫使扰动敏感区消失;基于理论分析、实验室测试以及现场动载监测等手段,提出了深地动压岩体工程围岩支护设计方法,优化了支护参数设计流程,并在多个工程实例中取得了良好的应用效果。

松散冲积层下提高煤层群开采上限研究

林南仓井田范围内覆盖有140～440m松散冲积层,通过对东一、西一采区主要地质钻孔进行综合统计,研究分析了第四系松散层厚度的分布特征、松散层中含隔水层分布。通过数值模拟确定了近距离煤层群开采后覆岩的导水裂隙带高度。在对导高进行充分预计的基础上,确定了合理的防水煤岩柱的垂高,煤8-1、煤9、煤11和煤12四层煤分别提高开采上限30m、30m、30m和15m,提高开采上限后,增加可采储量为372.6万t。

村庄下条带开采的参数研究

该文以某矿一采区为研究对象,探讨了条带开采参数的计算及煤柱稳定性问题。并用概率算法对开采影响范围内的地表沉陷及村庄建筑物的变形破坏进行了分析。

RRTS–II型岩石流变扰动效应试验仪

深井软岩条件下扰动荷载会引起围岩流变变形,研制岩石流变扰动效应试验仪并进行试验,是建立巷道围岩本构关系的前提。试验仪应能对岩石试样施加长期恒定的轴压和围压,可以施加扰动荷载,并能测试扰动荷载及其引起的岩石变形量。为此研发的RRTS–II型岩石流变扰动效应试验仪,轴向荷载采用重力加载,适用于长期流变试验;加载采用齿轮与液压2级扩力,压力可达到100MPa,扩力比可达60～100倍;能够施加冲击与爆破2种扰动荷载,使用爆破振动记录仪测试扰动荷载强度,测量精度可达到0.015mm/s;配有三轴压力室,使用高压气体储能器提供围压,压力可达10MPa;并配备有荷载、位移、应变和振动测试系统及相应的数据处理软件。该试验仪适用于单轴和低围压三轴压缩蠕变扰动效应试验,试验结果表明,试验仪结构合理,性能稳定,精确度较高。

结构面位置对于深部高应力采动硬岩巷道破坏的影响

采用有限元/离散元耦合数值模拟技术分析不同结构面位置条件下深部采动硬岩巷道的裂纹扩展行为、能量演化规律与应力位移分布特征,揭示张拉板裂型破坏与结构面剪切型破坏之间的互动机制。研究结果表明:开挖卸荷产生的板裂化破坏与结构面活化引起的剪切滑移破坏是诱发岩爆的重要原因;结构面与开挖边界的相对距离对巷道围岩稳定性具有显著影响,其临界相对距离(当二者之间的相对距离大于等于某一临界值时,结构面对巷道围岩破坏不产生作用)随结构面长度的增加呈现单调递增趋势;在临界相对距离内,即使结构面之间不发生层间错动和滑移,结构面的存在也会潜在地影响巷道围岩稳定性,这表明以板裂化岩爆为主的破坏模式可以是开挖卸荷效应和结构面效应的综合响应。当最大主应力与结构面位于同一侧时,卸载后模型内动能未出现明显波动和起伏,此时巷道的破坏仅与开挖卸荷效应有关。

直墙半圆拱形钢管混凝土支架力学性能实验及应用

为研究直墙半圆拱形断面巷道面临的支护难题,设计了直墙半圆拱形钢管混凝土支架与U型钢支架力学性能对比实验;实验全面测试并分析了钢管混凝土支架的承载力、位移与应变,同时分析了热煨弯曲对钢管原材料抗拉性能的影响及C60混凝土配合比合理性;实验证明钢管混凝土支架具有突出的承载优势。在实验指导下,对华丰矿-1100水平大巷动压巷道和大淑村矿-450水平新东翼皮带巷高应力集中巷道做了直墙半圆拱形钢管混凝土支架支护设计并应用,实践证明钢管混凝土支架支护效果明显,优于同断面U型钢支架,同时也发现直墙半圆拱形封闭支架的底角为薄弱点,并进行了改进与结构强化。

粒度对红砂岩力学性质影响规律与机制试验研究

为研究颗粒粒度对岩石力学特性的影响规律,对不同粒度红砂岩进行了单轴压缩与巴西劈裂拉伸试验。研究表明:红砂岩试验试件密度、单轴抗压强度、弹性模量和单轴抗拉强度最大离散系数分别为0.74%、6.65%、1.12%、9.64%,试验所用红砂岩试件均质性良好;当砂岩颗粒粒度较大时,砂岩单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量等都呈现偏低特征,细粒红砂岩单轴抗压强度、弹性模量、单轴抗拉强度分别是粗粒红砂岩1.28倍、1.19倍、1.62倍。颗粒作为砂岩最基本构成单位,其大小差异导致砂岩内部空间结构的改变,造成其矿物成分、微细观组构特征呈现差异性,进而影响其宏观物理性质,最终决定不同粒度红砂岩石具有相异力学特性。

矸石倾斜条带充填体参数优化及其稳定性分析

利用矿压理论、岩板理论及数值模拟方法,对某煤矿矸石条带充填工作面的充填参数进行了优化,确定了充填60 m、留25 m的充填方案。通过数值模拟分析,得出了充填体塑性区比例系数与充填体宽度呈下凹型的幂指数关系。将充填体视为弹塑性体,建立了充填体和上覆矩形薄板系统的力学模型,运用板壳理论和材料力学理论,给出了顶板最大下沉量计算公式,得到基本顶岩板的最大下沉量为8.73 cm,其结果与数值模拟相吻合。

薄煤层膏体巷旁充填沿空留巷技术研究

为解决某矿薄煤层工作面沿空留巷的问题,对留巷覆岩运动特征以及所需支护阻力进行了理论分析,确定了支护体前期与后期支护阻力计算公式。对膏体胶结充填材料的配比及力学性能进行了实验探究,得到最优的材料配比。针对某矿薄煤层特征,确定了巷旁充填体宽度为1.5m,并优化了充填系统,通过留巷后期矿压监测,预留巷道变形量较小,满足工程应用要求,充填体支护阻力较大,可以保持长期稳定,留巷效果良好。

采空区泵送胶结矸石条带充填系统与工艺应用

针对井下充填施工工艺研究的欠缺,对某矿采空区设计了一种泵送胶结矸石充填系统及具体的施工工艺步骤。经现场实践应用,该技术工艺有效降低了工作面的"三量"值,矿压显现缓和,达到了较好的消化矸石与支撑顶板的充填效果。

采动应力作用下深井巷道围岩稳定性分析与控制

以某矿千米深井巷道为原型,通过数值模拟研究,对采动应力作用下的巷道围岩破坏特征进行了分析,并对锚杆支护参数进行了优化研究。通过加强支护和改变局部锚杆支护参数,可以有效控制巷道围岩的变形,提高其整体稳定性。

覆岩导水裂缝带发育高度的岩层层位判据分析

工作面上覆岩层呈现非均质的分层结构,而导水裂缝带是随着各分层岩层的弯曲沉降逐渐向上发育的,其发育高度是各岩层分层厚度的叠加。因此,为了精确确定导高值,提出了导水裂缝带发育高度的岩层层位判据。以实际开采工作面为工程实例,通过现场观测结果,结合上覆各岩层层向拉伸率的分析计算,确定了工作面上方第二层灰岩为导水裂缝带发育的最上位岩层,其层位高度为36.86m,层向拉伸率为0.42,为覆岩各岩层层向拉伸率变化趋势的拐点,因此,确定工作面覆岩导水裂缝带的高度为36.86m。

煤层群开采底板水害威胁评价及综合防治技术研究

为了实现查庄煤矿下组煤层群(8、9、10煤)的安全带压开采,本文采用现场实测的方法研究了煤层开采后的底板破坏深度,确定了底板破坏深度与所采煤层厚度的比值系数约为10;在考虑煤层开采对底板隔水层破坏效应的基础上,采用突水系数法对距离五灰和奥灰含水层较近的8、9、10煤进行了底板水害威胁评价,结果显示在不采取相关措施的情况下三层煤的开采都是不安全的。针对此种情况,确定了该矿高承压水薄隔水层复杂地质条件下煤层群开采底板水害防治的原则为:"综合勘查、有疑必探、先治后采、全程监测"。

综采工作面覆岩导水裂隙带发育高度研究

为研究综采工作面覆岩导水裂隙带发育高度,以霄云煤矿1314工作面为研究背景,采用工程地质调查、理论分析、数值模拟、现场实测等手段进行了研究,研究结果表明:1314工作面上覆岩层为“中硬”岩层,理论分析、数值模拟、现场实测获得的导水裂隙带发育高度较一致,为保证较高安全系数,取实测最大值作为最终结果,即导水裂隙带发育高度为39.5 m,裂采比为11.29,以裂采比11.29作为基础参数指导地质概况类似的工作面导水裂隙带高度预测分析是较合适的。

顶升可缩式钢管混凝土支柱试验研究与工程应用

针对沿空留巷巷旁支护存在的问题,提出基于顶升可缩式钢管混凝土支柱的巷旁支护技术。设计了顶升可缩式钢管混凝土支柱结构与留巷工艺,为验证该支柱增阻让压性能,开展了不同让压结构的可缩承载试验,研究表明:杨木可缩阶段承载力200 kN、极值承载力700 kN,松木可缩阶段承载力500 kN、极值承载力900 kN,钢筋网柱可缩阶段承载力400 kN、极值承载力750 kN,以松木的压缩率最高,达到77.7%,可见,松木更适合作为让压结构。通过分析钢管混凝土短柱和长柱承载力试验结果,验证了钢管混凝土支柱高承载力特征,修正了支柱承载力长细比折减系数,优化了顶升可缩式钢管混凝土支柱承载力计算公式。通过文献分析选取了合理的巷旁支护阻力和压缩量计算方法,以鲁西煤矿3_(下)A02工作面沿空留巷为例,进行了巷旁支护阻力和压缩量计算分析,以试验研究为基础,开展了顶升可缩式钢管混凝土支柱结构设计、支柱受力分析和工程实践研究。实践表明采用单排φ299 mm×10 mm顶升可缩式钢管混凝土支柱+一排φ21.6 mm×10300 mm控顶锚索的巷旁支护,辅以挡风帘+网喷层的采空区隔离方案,能够保证沿空留巷长期稳定,该技术具有顶升初撑效果好、增阻变形能力强、支护承载力高等特点,在基本顶沉降运动剧烈的留巷工程中具有较好的应用前景,若进一步配合采空区侧切顶卸压和支柱外壳钢管回收复用,留巷效果将更优。

非晶合金铁心变压器性能分析

介绍了非晶合金铁心变压器的性能及结构特点，概述了非晶合金铁心变压器与传统硅钢片铁心变压器相比的优势，特别是在节能降耗方面的突出表现，以及非晶合金铁心变压器的应用前景。