煤矸石浆体充填技术应用与展望

为实现煤矸石原位、绿色和规模化处置,煤矸石浆体充填技术作为新兴充填技术近年来得到了快速发展与应用。论文系统回顾和总结了煤矸石浆体充填技术框架提出、浆体充填理论体系形成、工程示范应用及技术迭代创新等不同阶段下浆体充填标志性成果与关键工艺技术,形成了高位注浆、低位灌浆和邻位注浆3种充填方式,建立了煤矸石浆体采空区垮落带流动的“介入理论”和浆体管道输送的“三度一场”理论,成功开展了国内外首套煤矸石井下浆体充填和地面制浆+井下邻位注浆充填示范工程;阐述了煤矸石浆体充填技术体系,围绕煤矸石浆体充填过程中的煤矸石破碎、成品矸石粉料加水制浆、制备浆体泵送和井下目标区域充填等工艺流程,探讨了煤矸石高效分级破碎、浆体精准制备、浆体管道输送和末端充填等关键技术核心问题,分析了破碎设备、筛分设备、计量设备、搅拌设备和泵送设备等关键设备技术原理与应用场景;以张家峁煤矿小空间、多设备、高能力的煤矸石浆体充填需求为工程背景,创新研发设计了煤矸石浆体充填地面制浆、管道输送、井下充填和智能控制等不同系统的布置,年充填矸石量可达55.4万t,形成了煤矸石浆体充填工程示范,实现了矿井矸石零排放和绿色处置,树立了良好的地区示范效应;未来煤矸石浆体充填技术将围绕设备小型轻量化、系统高度集成化、技术迭代创新化等方向进一步研究发展,为构建煤矿绿色开采技术体系、实现国家“双碳”目标提供技术支撑。

煤基固废矿化封存CO_(2)技术研究进展

“碳达峰、碳中和”目标是中国维护全球生态安全的大国责任担当,也是实现高质量发展和生态文明建设的重要途径,CO_(2)减排势在必行。“相对富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以碳排放强度较高的煤炭为主,煤炭作为电力、钢铁、煤化工等高耗能行业的重要能源与原料,在“双碳”目标实现过程中占有重要地位,煤炭工业通过低碳转型实现碳达峰,既是煤炭工业高质量发展的内在要求,也是落实国家“双碳”战略目标的重要抓手。相对于传统天然矿化原料,煤基固废矿化封存CO_(2)具有原料丰富、产物友好、能耗较低、反应迅速等优点,同时可以产出高附加值产物用于化工、建筑等领域,受到了广泛的关注。介绍了我国主要煤基固废煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、气化渣、炉底渣的特点,分析了我国主要CO_(2)排放源及产生量;回顾了按照矿化封存位置不同的原位和非原位CO_(2)矿化技术及按照矿化机理不同的直接碳酸化和间接碳酸化技术;综述了以煤基固废作为原料进行CO_(2)矿化封存技术的研究进展,发现该技术反应条件苛刻,成本较高,处理规模小,研究尚停留在实验室阶段;简述了以煤基固废作为载体,利用采空区作为储源矿化封存CO_(2)技术,主要包括构筑功能性充填体及制备负碳型充填材料2种技术;分析了煤基固废矿化封存CO_(2)现存问题及未来研究方向。煤基固废为原料的CO_(2)矿化技术,未来应优化工艺流程,降低反应成本,进一步加强工业化推广的研究;针对以煤基固废作为载体,利用采空区作为储源的CO_(2)矿化封存技术,未来应加强对深度矿化机理、封存风险评价及长期稳定性的研究,提高CO_(2)封存规模和长期稳定性。在此基础上,利用煤基固废制备浆体充填材料,以水为载体,以泵为动力,以管路为通道,将充填材料及CO_(2)输送至采空区进行矿化反应,同时结合微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术,封闭岩体采动裂隙,实现CO_(2)矿化封存。

房柱式采空区顶板破坏失稳机理研究

针对房柱式采空区失稳致灾问题,以榆林某矿房柱式采空区遗留煤柱为研究背景,采用理论分析、物理相似模拟、数值分析等研究方法,对房柱式采空区顶板失稳机理进行研究。研究结果表明:矿井采空区遗留煤柱稳定性安全系数为1.54,考虑煤柱在顶板长期载荷作用下发生蠕变作用,最终会发生大面积失稳;房柱式采空区煤柱破坏失稳诱灾影响因素包括煤体物理力学性质、风化作用、开采方式、积水浸蚀、蠕变作用等5种因素;房柱式采空区顶板灾变演化为“由点及面”的破坏规律,顶板由破坏到失稳分为初步破坏阶段、破坏扩展阶段、破坏加剧阶段及彻底失稳阶段4个阶段;采空区彻底失稳时煤柱应力峰值为15.08 MPa,应力集中系数为3.92,顶板下沉位移为392.44 mm。

强含水层下特厚煤层综放开采导水裂隙带发育高度

导水裂隙带高度是顶板水害防治的关键参数之一,为研究强含水层下特厚煤层综放开采条件下导水裂隙带发育高度,以彬长矿区雅店煤矿ZF1405工作面为背景,采用多元非线性回归建立了导水裂隙带高度预测模型,并采用数值模拟和钻孔实测相结合的方法,对该条件下导水裂隙带高度进行了全面探测。结果表明:考虑的影响因素越多,建立的导水裂隙带高度预测模型越合理,模型预测结果为257.4m,相较于经验公式更精确;数值模拟得到的导水裂隙带最大发育高度为244.2 m,发育规律可分为缓增阶段(工作面推进0~200 m)、突增阶段(工作面推进200~280m)和稳定阶段(工作面推进280m后),其中突增阶段最易发生顶板涌水事故,现场开采时,工作面由开切眼推进至200m后需提前做好预防措施;钻孔钻液消耗量和钻孔窥视探测的导水裂隙带高度分别为247.4,238.4m;数值模拟和钻孔实测结果共同验证了预测模型的可靠性,为安全起见,取4种研究方法的最大值257.4m作为最终结果。研究结果可为类似条件的矿井导水裂隙带高度预测提供参考。

关中矿区煤矸井下分选及短壁充填设计与实践

针对关中矿区煤矿资源逐渐枯竭、“建下”压煤量大、煤矸石外排难等问题,提出了煤矸井下分选及短壁充填方法。对比了不同煤矸分选技术及煤矸石充填技术的优缺点,并基于煤矸分选技术和短壁充填技术相结合的方法研究了煤矸井下分选及短壁充填技术在关中矿区的适用性。以关中矿区百良旭升煤矿煤矸井下分选系统及CT501短壁充填面为工程案例,分析了煤矸井下分选及短壁充填系统工艺原理、系统布置、关键设备和关键技术。通过煤矸分选及充填效果监测、地表沉降观测和效益分析,实践结果表明,在关中矿区实施煤矸井下分选及短壁充填技术可有效控制地表沉降、减少煤矸石外排、延长资源枯竭型矿井剩余服务年限,经济及生态效益显著。

双碳背景下龙王沟煤矿新型绿色矿山建设

在我国大力推进“碳达峰、碳中和”的背景下,加快建设安全、高效、可持续发展的绿色矿山变得尤为迫切。因此,以龙王沟煤矿为例,建设了符合龙王沟煤矿的新型绿色矿山模式。通过对龙王沟煤矿的地区资源及矿井现状开展调研分析,综合考虑矿山存在的煤矸石堆存困难、采煤沉陷面积大以及风光资源丰富的特点,笔者对龙王沟煤矿煤矸石综合处理、采煤沉陷区治理和风光微电网建设的可行性及可操作性进行了研究,并结合龙王沟煤矿新型绿色矿山建设实况对未来绿色矿山发展提出了逐步向智能化靠近的展望。研究取得了以下成果:首次提出了龙王沟矿产资源生产—煤基固废回填—风光电网建设—生态环境修复—风能光能发电—矿产资源生产的新型绿色矿山资源开发内循环和“采-选-充-控-平-建”一体化的新型绿色矿山建设技术;构建了从煤矸石中提取高岭土,废矸石用于充填采煤沉陷区的煤矸石综合利用模式(实现了经济增益,处理了煤矸石约625.2万t);建设了清洁、低碳、安全的风光微电网(初步估算平均年上网电量约13924.6万kW·h);减少了矿井二氧化碳排放量13367.6万kg;治理并利用了采煤沉陷区土地面积1060 m^(2)。龙王沟新型绿色矿山建设大幅提高了矿区土地利用率,缓解了矿井用电压力,减少了二氧化碳排放量,从根源上解决了制约龙王沟煤矿发展的难题,为绿色矿山建设提供了新思路。

矸石浆体邻位注浆充填技术研究

针对目前我国煤炭行业普遍面临的矸石处置问题,总结了国内现有矸石绿色处置技术,介绍了近年来行业新兴的浆体充填技术的研究现状和技术构成,包括高位注浆、邻位注浆和低位灌浆,详细阐述了邻位注浆充填的技术内涵和基本原理,提出了回采工作面邻位注浆充填和邻近采空区邻位注浆充填2种邻位注浆充填技术模式。并通过理论分析和计算,明确了充填区可充空间的计算方法;确定了矸石浆体管道邻位充填的充填步距、充填滞后距离、注浆钻孔倾角及长度等关键参数设计方法。实践表明邻位注浆充填可以实现矿井矸石的绿色高效处置,技术稳定性较高、对矿井生产影响较小,推广应用前景广阔。

煤炭管道输送技术应用前景研究

运输系统作为煤炭行业的重要组成部分,承担着煤炭行业绿色改革的历史使命。通过分析煤炭行业运输现状及运输结构,总结了传统运输模式在安全、环保、集约方面的不足以及运输系统存在结构稳定性不高、发展空间受限等问题。在此基础上,介绍了管道输送技术的基本原理和应用现状,论述了浆体管道输送的技术优势,包括绿色环保、安全可靠和智能高效。分析研究表明,浆体管道输送技术在煤炭资源运输和煤基固废运输方面技术优势明显,市场发展前景广阔,且利于煤炭行业运输结构调整和优化,并指出智慧管道输送,宽粒级、高浓度浆体管道输送,以及能源城市绿色管网运输系统构建是该技术在煤炭行业未来的发展方向。

矸石浆体充填空间特征研究与工程实践

煤矸石浆体充填是一项顺应煤炭绿色可持续发展、响应国家环保政策的矸石绿色处置新技术。宏观的破碎空间特征与微观的空隙特征是决定矸石浆体充填效果的关键,为建立浆体充填基础理论体系,采用理论分析、模拟实验与现场工业实验结合的方法,揭示了浆体充填空间覆岩运动规律,探索了破碎空间内可供浆体充填的空隙分布特征,明确矸石浆体-采空空隙的作用关系。研究表明,采动过程中控制岩层是影响浆体充填空间范围的关键,“拱-梁-壳”的空间演化过程分别对应浆体充填空间的自由堆积区、载荷影响区及压实区,直接决定矸石浆体充填效果;采空区内垮落岩体的孔隙率沿倾向、走向及垂向均满足负对数函数关系,据此建立了浆体充填空间空隙分布模型,并确定浆体充填的重点区域;通过开展地面原位注浆充填试验,证明了矸石浆体在采空空间的可充填特性,阐述了矸石浆体-采空空隙的作用过程普遍经历了初始流淌、垂直涌流及水平扩散3个阶段;在黄陵二号煤矿井下针对浆体充填空间自由堆积区与载荷影响区开展了矸石浆体充填工程实践,成功验证了井下矸石浆体充填技术的可行性及理论的正确性,为矸石绿色处置提供了新的依据。

采空区煤矸石浆体充填技术研究进展与展望

煤矸石浆体充填是一种低干扰条件下矸石无害化规模处置的重要技术手段,是实现煤炭绿色开采的重要途径之一,符合国家绿色发展理念。但针对浆体充填材料制备缓存、浆体长距离输送及采空区充填处置等方面的研究仍不完善,部分问题的研究尚属空白,严重制约浆体充填技术在煤矸石固废处置领域的发展。通过近年来研究,煤矸石浆体充填在基础理论及关键技术均取得了大量的成果。文章系统性地梳理了多种煤矸石充填固废处置技术及其发展历程,总结了其适用性及优缺点,阐述了浆体充填诞生的技术背景及科学内涵,明确了浆体充填关键技术与工艺原理。从大规模推广应用角度出发,总结了浆体材料精准制备与流变特性、矸石浆体长距离管输特征、采空区空隙空间浆体介入规律3项关键科学问题,围绕以上关键科学问题,重点开展了精准制浆技术、管道输送技术、浆体多位充填技术等方面的研究。分析了多因素耦合条件矸石浆体流变特性,揭示了矸石浆体成浆机理,构建了矸石浆体精准制备模型,提出了矸石浆体管道输送关键参数确定方法,总结了高位、低位、邻位3种形式的浆体流动扩散规律,进而指导浆体充填工程实践。在以上研究基础上,分析了浆体充填技术当前研究的不足及未来研究的重点难度,并对“双碳”背景下煤矸石浆体充填技术的发展趋势进行了展望,认为以下3个方向是今后研究的重点:(1)矿化CO_(2)制备负碳浆体技术;(2)基于MICP技术的浆体重构岩层技术;(3)浆体置换难采煤体流态化开采技术。

双碳目标下“煤基固废-CO_(2)”协同充填封存技术构想

“双碳”目标的提出给煤炭行业绿色低碳发展带来了新挑战和新要求。针对煤炭开发利用全生命周期过程中“煤基固废-CO_(2)”双重近零排放的要求,通过探究煤炭开发利用过程中的碳排放源,结合现有充填开采技术,提出了以“煤基固废-CO_(2)”近零排放为核心的协同充填封存技术构想,以实现煤炭开采与“煤基固废-CO_(2)”充填封存的“内部闭圈消化”。基于矸石零排放研究团队相关成果,提出了三类功能性充填材料,其中第一、二类充填材料可控制覆岩移动和构筑充填单元体,形成以煤层底板、充填体、煤柱及上覆顶板为边界,地质盖层为最后屏障的CO_(2)地下封存空间;第三类充填材料可与CO_(2)发生化学反应,实现对CO_(2)的矿化封存。基于此,分析了“煤基固废-CO_(2)”协同充填封存的关键问题:煤层赋存地质条件评价;CO_(2)封存空间稳定性控制;CO_(2)封存能力估算;CO_(2)充注效果监测与调控;CO_(2)封存安全风险应急处理。该构想的提出可为我国煤炭行业低碳绿色发展提供新思路。

麻黄梁煤矿矸石破碎粒度与化学成分相关性研究

为研究矸石破碎后粒度差异对矸石组分分布的影响,以麻黄梁煤矿矸石为研究对象,通过筛分、研磨、化学成分测试等手段,研究了矸石经过颚式破碎后的粒径分布规律及不同排矿口宽度和粒度条件下主要化学成分变化情况。结果表明:随着排矿口宽度增大,矸石粒径分布模型中特征粒径具有对数上升趋势,均匀性指数具有指数下降趋势。各粒径的矸石成分组成也随粒度发生变化:随着排矿口宽度增加,各成分的分配率受影响程度不一,含CaO和MgO的矸石颗粒,在粗粒级产品中富集;含Fe_(2)O_(3)的颗粒逐渐由细粒级向粗粒级集中;含有Al_(2)O_(3),SiO_(2),C的颗粒更易破碎并在细粒级产品中富集。且随着矸石颗粒粒度的增大,各成分的分配率表现为先上升再下降的规律,富集比随粒度变化的趋势符合y=a+b×c^(x)形式。

采动覆岩全场变形演化过程分布式光纤监测研究

以龙王沟煤矿61601综放工作面为背景,采用分布式光纤传感技术,研究了覆岩变形分布式光纤监测方法,分析了光纤应变曲线变化与采场覆岩变形、破坏、移动过程的对应关系,探讨了采场覆岩导水裂隙带高度和岩层破断角动态发育过程及机理。研究结果表明:光纤应变曲线的变化揭示了各回采阶段上覆岩层的变形过程,曲线的形态主要与光纤和工作面的相对位置以及关键层破断过程有关;垂直光纤应变曲线呈台阶状,凸台位于“三带”交界处,其位置变化代表垮落带和裂隙带高度发育过程;水平光纤应变曲线在模型两侧破断线位置呈双峰状,间距不断变化,表明岩层破断角在采动过程中是动态变化的;通过光纤应变曲线获得导水裂隙带和岩层破断角的动态发育过程,导水裂隙带最终发育至地表,开切眼侧和工作面侧岩层破断角分别为67.6°和65.8°。试验结果可为类似条件下采场覆岩变形移动规律的研究提供参考。

煤矿固体废弃物流态化浆体充填技术

煤炭资源为我国工业和经济社会的发展提供了基础动力,但是其大规模的开采和利用带来了一系列环境问题。为解决我国煤炭行业普遍面临的固体废弃物排放、环境污染等难题,通过总结传统固体废弃物处理技术的发展历程和技术瓶颈,明确了新型处理技术的具体要求,并创新性地提出了流态化浆体充填技术构想,阐述了其内涵和优势,详细介绍了流态化浆体充填技术包含的6项核心技术:智慧管道输送、四维协同充填、高效精准制浆、采动覆岩钻进、全息远程控制和安全生产保障技术。在此基础上,提出了井下智能分选+就地制浆充填和智能化浆体充填2大技术发展方向,初步形成了煤矿固体废弃物流态化浆体充填技术架构,并结合实际案例予以说明。流态化浆体充填技术的提出为我国矿山企业提供了全新的固废处理方法,丰富了我国煤炭行业固体废弃物处理技术体系,为实现煤炭资源绿色开采、清洁利用和零废排放奠定了基础。

浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及支架工作阻力研究

为了研究浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律并确定其合理的支架工作阻力,选取神东大柳塔煤矿5-2煤503工作面作为研究对象,通过薄板理论以及现场实测矿压数据对浅埋煤层大采高工作面矿压显现的规律进行了研究,并结合2种不同的理论计算公式对支架支护阻力进行分析。结果表明:52503工作面初次来压步距为64.4 m,与基于薄板理论计算得到初次来压步距61.7 m基本一致;正常回采期间周期来压步距在7.65~29.75 m之间波动,平均为19.16 m,动载系数1.45~1.57,平均为1.50,矿压显现强烈;来压期间工作面沿倾向方向的支架阻力呈"凸"型分布,其中工作面下部支架阻力约为中部的69.8%,工作面上部支架阻力约为中部66.5%;基于2种支护强度理论计算得到的工作阻力分别为17871 kN和19890 kN,均小于额定工作阻力为21000 k N的ZY21000/36.5/70D型液压支架,能够满足工作面上方顶板压力的支护要求。

矸石浆体输送阻力特性及采空区流动规律试验研究

浆体充填是一种低干扰条件下矸石无害化处置的重要技术手段,保证浆体在管道中安全输送及在采空区中稳定流动是充填系统稳定运行的基础。为深入研究矸石及矸石浆体基本特性、浆体输送阻力特性及采空区流动规律,通过X射线衍射试验、电镜扫描试验、矸石粒径分布试验、浆体塌落度试验得到了矸石及矸石浆体的基本特性参数;设计了矸石浆体长距离环管输送试验系统,并针对不同流速进行环管试验,建立浆体流速与沿程阻力的关系,确定最佳工作流速及该条件下的沿程阻力;开展邻位注浆充填采空区流动扩散试验,掌握浆体在采空区垮落带内的流动扩散规律,测定试验条件下浆体在采空区内的自流坡度,揭示浆体流动过程颗粒沉降规律;并对矸石浆体邻位注浆充填进行了工程应用。研究结果表明:矸石的物相组成包括主要包括石英、高岭石,有部分长石、云母和少量的绿泥石、方解石、菱铁矿、黄铁矿等矿物,粒径分布为1250~3000μm(18.18%),630~1250μm(18.99%),315~630μm(19.35%),160~315μm(15.02%),75~160μm(11.73%),<75μm(16.74%),70%质量分数的矸石浆体塌落度为28.1 cm,扩展度为50.1 cm,自流坡度为3.8%,具有较好的流动性;浆体管道输送的沿程阻力随流速的增加而增加,且近似成正比关系,拟合关系函数为y=0.60244 x+0.78411,确定试验浆体在管径为ø60 mm条件下最佳工作流速为1.50 m/s,其沿程阻力为1.68 kPa/m;浆体采空区内流动规律整体呈现先纵向扩展再横向扩散的规律,首先在出料口下方形成半圆形覆盖层,然后继续向底部扩展形成纵向扩展通道,待浆体沿纵向通道扩散至底部边界时,浆体开始沿横向扩散,稳定后浆体平均自流坡度为7.1%,且固体颗粒在采空区流动过程中出现颗粒分选现象,在浆体流动方向上<74μm细颗粒比例有所升高,>74μm的粗颗粒比例有所下降。工程应用结果表明,充填期间矸石浆体管道输送状态稳定,浆体中的固体颗粒未发生淤积,且浆体在采空区空隙空间流动性极佳,未出现聚集沉降现象,根据钻孔窥视结果,浆体扩散距离大于45 m,设计的浆体管道输送流速、浆体级配质量分数合理,满足系统要求。

垮落带矸石浆体充填模拟试验研究

针对大海则千万吨矿井的绿色化低干扰排矸需求,提出了垮落带矸石浆体充填技术,以期在不影响矿井正常生产的前提下,实现煤矸石的安全、高效、绿色化处置。为确保该技术的可行及充填参数的有据可依,遂在大海则煤矿地面矸石山建立垮落带矸石堆积模型,研究2种质量分数矸石浆体在采空区垮落岩块间空隙内的流动扩散规律。研究结果表明:(1)矸石浆体在采空区垮落岩块空隙内的流动共分为3个时期,分别为淌流期、涌流期和渗流期,且3个时期相互关联,密不可分。(2)随着矸石浆体充填量的增加,动流坡度呈先减小而后增大的趋势,最终呈阶梯型分布,当浆体充填量达到176 m时,71.8%的矸石浆体第1阶梯动流坡度为7.5%,第2阶梯动流坡度为1.8%,75.3%的矸石浆体第1阶梯动流坡度为7.8%,第2阶梯动流坡度为2.1%。(3)矸石浆体在垮落带内流动具有阶段选择性,涌出点涌出的浆体先以淌流方式沿动流坡度在第1阶梯内流动,而后第1阶梯内的浆体再以渗流方式沿倾向方向向第2阶梯内流动,当浆体质量分数为75.3%时,浆体进入岩块间空隙的最小宽度约为10 mm,当浆体质量分数为71.8%时,浆体进入岩块间空隙的最小宽度约为7 mm,在第2阶梯内浆体如树枝分叉状依次充填岩块间的空腔及空隙,并在倾向边界和走向边界处形成浆体堆积点,其第1阶梯向第2阶梯渗流的浆体可达浆体总量的37.8%以上。(4)模型1和模型2内的浆体垂高分布特征基本一致,浆体垂高随着远离低位灌浆管出口整体上呈下降的趋势,浆体最大垂高2.11 m(1.77 m),位于倾向断面6.5 m(6.3 m)的第1阶梯内,与低位灌浆管出口的水平距离为0.5 m(0.3 m);浆体最小垂高0.797 m(0.669 m),位于倾向断面29.2 m(29.0 m)的第2阶梯中部,与低位灌浆管出口的水平距离为25.595 m(25.364 m)。(5)沿着矸石浆体的流动方向,矸石浆体中粗颗粒的占比呈降低的趋势,细颗粒的占比呈上升的趋势,矸石浆体的质量分数呈下降的趋势。模拟试验表明,采用矸石浆体低位灌浆充填,可以实现煤矸石的采空区排放,其充填规模与垮落岩块块度、矸石浆体浓度和矸石粒度组成有关。

深部临时水仓硐室群围岩偏应力分布特征与控制技术

以邢东矿二水平临时水仓硐室群为工程背景,采用FLAC3D模拟研究硐室群围岩偏应力分布规律及塑性区响应特征,探寻硐室群围岩偏应力分布与硐室群围岩稳定性支护的内在联系。研究结果表明:临时水仓硐室群开挖卸载后,在硐室群围岩中形成环状偏应力峰值区,其环状偏应力峰值区的范围及位置与硐室群围岩塑性区的范围及位置基本一致,且各硐室围岩偏应力峰值区内的高偏应力集中区与各硐室围岩塑性区的扩展区域相同。基于数值模拟试验结果得出,强力锚网索可在各硐室围岩中形成大范围锚杆-索预应力承载结构,并据此提出了该预应力承载结构范围应大于各硐室围岩偏应力峰值区范围的硐室群围岩支护原则。现场实践表明,采用强力锚网索和厚层U型混凝土联合支护,可保障临时水仓硐室群围岩的控制效果,满足其生产服务期间的使用要求。

动压高帮回采巷道围岩稳定性控制研究

动压高帮回采巷道是指受动压影响严重、巷帮高度较大的巷道,该类巷道不仅在掘进期间要经历掘进过程的扰动,而且在后期使用过程中要先后经历相邻工作面和本工作面的回采扰动,使得该类巷道的围岩变形破坏过程异于常规的回采巷道,且高帮围岩的稳定性相对较弱。以某矿动压高帮回采巷道15312工作面进风平巷为研究对象,采用数值模拟和现场监测相结合的方法研究了动压高帮回采巷道变形破坏机理,并据此优化了动压高帮回采巷道的支护参数。通过分析15312工作面进风平巷的破坏特征,得出影响该进风平巷围岩稳定性的因素主要包括围岩自身强度、巷道断面尺寸、围岩所处的应力环境和围岩支护强度。从围岩自身强度低、巷道断面尺寸大和围岩所处的应力环境较为复杂的角度控制巷道稳定性较为困难,因此确定从优化巷道支护参数的角度来提高巷道整体的稳定性,即采取增大巷道两帮支护强度和支护范围的措施。数值模拟仿真结果表明,支护参数优化后的围岩支护应力场近似呈圆形,且其帮部围岩支护应力场范围较大,更适合15312工作面进风平巷围岩稳定性控制。现场锚杆和锚索受力情况监测结果表明,支护参数优化后,能实现动压高帮回采巷道的围岩稳定性控制,围岩变形量较小,控制效果较好。

短壁充填巷道宽高比对围岩稳定性的影响研究

为了研究短壁充填巷道断面宽高比对围岩稳定性的影响规律,采用理论分析和数值模拟的方法,分析了短壁充填巷道协同控顶原理,得到了不同宽高比条件下围岩稳定性的变化规律。研究结果表明:当巷道高度固定时,顶底板和两帮最大移近量随宽高比的增加先缓慢增加然后略有减小,在宽高比大于1.0后又快速增加;且在巷道宽高比为1.0时,单位面积的巷道变形量最小,最有利于巷道围岩的稳定;结合百良旭升煤矿具体开采条件确定了短壁充填巷道的合理宽高比为1.0,并根据非对称性的变形特征给出了具体的支护方案。