三软煤层沿空留巷顶板结构模型及合理支护研究

为了揭示三软煤层沿空留巷围岩变形机理,探索适用于三软煤层巷道围岩控制的新技术,通过切顶沿空留巷物理相似模拟实验,研究了不切顶普通支护、切顶高强支护和切顶普通支护3种条件下顶板岩层断裂演化过程,构建了三软煤层切顶留巷顶板结构力学模型,给出了支护阻力计算方法,在韩城矿区象山煤矿进行了现场工业性试验验证。研究表明:切顶技术切断了顶板的应力传递,巷内采用高强支护,使顶板形成稳定的“短悬臂-砌体梁”结构。现场监测结果显示,不切顶普通支护的留巷顶底板平均移近量1000~1200 mm,两帮平均移近量600~700 mm;切顶高强单体支护的留巷顶底板平均移近量200~300 mm,两帮平均移近量200~300 mm;切顶组合式支架支护的留巷顶底板平均移近量50~100 mm,两帮平均移近量100~200 mm。组合式支架高强支护能够较好地控制三软煤层沿空切顶留巷围岩变形,可实现留巷二次复用无返修。

水力割缝对不同厚度“三软”煤层巷道围岩扰动影响研究

赵家寨煤矿开采煤层在水力割缝过程中受到较大扰动,围岩强度降低,导致煤厚较大且分布不均的“三软”煤层巷道更加难以控制。基于14205工作面岩石力学参数,理论分析确定水力割缝合理参数,借助COMSOL Multiphysics构建不同煤厚条件下水力割缝模型,数值模拟得到了水力割缝对煤层应力、位移影响规律。结果表明:顶煤厚度对于受水力割缝扰动后巷道顶板稳定性有着重要影响,应力特征的主要影响因素为割缝的形态、位置,煤层越厚其变形量越小,水力割缝对煤体的损伤范围主要与割缝位置相关,巷道受扰动范围为两帮各5 m,托顶煤为2 m厚时,顶部煤体受破坏程度最大,巷道稳定性最差,当托顶煤厚度超过4 m时巷道稳定性得到良好改善,在煤体损伤范围内巷道顶部变形量最大,需要加强支护力度。研究结果为不同厚度“三软”煤层水力割缝扰动下巷道围岩稳定性分析提供基础。

保安煤矿褶曲构造影响区三软煤层巷道变形特征及支护优化

保安煤矿运输巷在褶曲构造影响区掘进时,随着围岩破碎程度增加,受构造应力发育等影响,出现原有架棚支护无法有效控制围岩变形的问题。在综合地应力测定、认识围岩破碎分布范围及原支护围岩变形特征基础上,提出采用留断面+锚杆(索)+围岩注浆+钢架棚方式进行支护。通过适当增大巷道断面,允许围岩出现一定变形,以便释放部分围岩应力;通过注浆改善围岩承载能力及稳定性,提升锚杆(索)与围岩耦合效果;采用架棚+单体支柱+金属网,给巷道表面围岩施加较大作用力,并与锚杆(索)、围岩共同配合,控制围岩变形。经工程应用,运输巷围岩变形问题得以较好解决,为构造影响区三软煤层巷道围岩支护提供借鉴。

松软煤层定向长钻孔钻进技术及应用

针对象山矿井3号煤层受采动影响,卸压瓦斯通过顶底板裂隙释放至保护层工作面及采空区,造成上隅角瓦斯浓度高的难题,结合突出矿井高应力软煤层等复杂地质条件,采用复合钻进与滑动定向钻进工艺,利用ZYL-6000D全方位千米钻机配套螺旋钻杆、YSX18矿用随钻测量系统,采用高压氮气钻进技术,在21315综采工作面施工定向长钻孔进行瓦斯抽采,抽采钻孔使用“三堵两注”两相封孔技术,最终形成松软煤层定向长钻孔钻进控制及钻探工艺技术。试验结果表明,ZYL-6000D全方位千米定向钻机配合高强度刻槽钻杆可提高钻进深度和效率,“三堵两注”两相封孔方法对钻孔周围裂隙进行有效封堵,瓦斯抽采浓度大幅度提升,实现松软煤层定向长钻孔瓦斯治理模块化抽采,为矿井安全高效稳定发展提供有力保障。

浅部三软煤层巷道锚杆支护参数对比及优化

针对五举煤矿三软煤层工作面回采巷道围岩变形量大、底鼓严重问题,根据矿井实际地质条件,通过工程类比分析对巷道支护参数进行初步设计,并应用数值模拟对锚杆(索)具体参数进一步确定,进而对深埋软岩巷道支护方案进行优化。优化参数为顶板锚杆与帮部锚杆预紧扭矩不小于300N·m,顶板锚索与帮部锚索张拉力不小于200 k N。现场应用结果表明,高强度锚杆(索)及其合理配套与布置对改善应力分布,巷道围岩变形控制效果显著。

三软煤层条件下工作面浅孔注水钻孔设置方式探索

针对告成煤矿三软煤层生产过程中,煤尘比较突出、劳动作业环境恶劣和容易诱发煤尘事故等问题,在23041综采工作面进行了工作面浅孔注水伪斜钻孔设置方法的试验和探索,并将该方法与现用的注水垂直钻孔设置方法进行了对比试验。实践证明,工作面浅孔注水伪斜钻孔设置方法可减少综采工作面生产过程中粉尘的产生量,对促进安全生产具有重要意义。

深埋三软巷道围岩变形力学测试与支护设计材料优选

针对深埋三软巷道支护围岩稳定性控制的问题,以五举煤矿13207工作面两顺槽为背景进行研究。首先,依据现场地质条件调查与现场监测结果分析了巷道围岩岩性;其次,通过对巷道围岩进行取样并进行力学试验研究分析了巷道围岩力学性质,分析结果显示巷道顶板与两帮岩性较强,底板岩性较差,导致开采过程中易发生底鼓现象;第三通过力学试验研究,对巷道围岩支护进行设计,设计主要采用三种材料,分别为微膨胀高强注浆材料,前锚后注式高预紧力锚杆与全长粘固锚索,并在巷道内进行合理布设,支护效果良好,巷道未发生较大变形,但后期应加强对巷道支护效果的观测,以避免存在隐患。

三软煤层托顶煤巷道支护技术

针对一矿井井下巷道施工中遇到的工程技术难题,采用钻孔触探法在巷道施工现场对煤层及顶板岩体进行了强度测试,并以工程现场调查为基础,定义了技术难题,分析了三软煤层托顶煤巷道的变形特征。针对三软煤层巷道在截割过程中顶煤冒落的难题提出超前管棚加固的控制方法,并配套采用双层加固、强护表预紧力扩散和平顶U型棚加固的方法形成成套的围岩控制技术开展工业试验。实践结果表明,该技术在三软煤层托顶煤巷道中能够有效控制围岩变形破坏。

赵家寨煤矿三软煤层巷道智能化掘进系统研究

智能化掘进对煤矿企业安全、高效、稳定发展具有重要意义。根据赵家寨煤矿三软厚煤层实际生产条件,对三软煤层巷道掘进工艺进行简要介绍,并分析得到原有工艺下存在人工定位安全性低和以点代面(采用巷道某位置的围岩条件及应力环境)进行支护方案设计的工程现状。基于智能掘进技术的理论思想,设计了三软煤层巷道智能化掘进系统,包括控制系统、截割系统和支护系统。根据巷道设计参数及实际实时监测前方巷道围岩性质,并将监测数据上传智能巷道围岩智能控制系统(采用理论计算、数值分析等传统手段,实时确定掘进位置处围岩变形速度及最终变形量),确定合理巷道支护方式,实现三软煤层巷道掘进过程的安全、高效、合理、经济。

“三软”煤层采动覆岩下沉模式及机理研究

以梁北煤矿“三软”煤层11071典型综采工作面为研究对象,通过采用相似材料模拟实验和理论分析方法,阐述了“三软”煤层综放开采条件下导水裂缝带发育充分,地表下沉量大,地表裂缝显现明显的特殊移动变形规律。基于关键层理论,分析了“三软”煤层综采覆岩破断机理,明晰了工作面开采后采动覆岩断裂下沉破坏特征,研究结果为梁北煤矿“三软”煤层开采工作面优化设计及地表采动损害控制提供技术支撑。

近距离滑动构造区破碎顶板回采巷道支护技术

近距离滑动构造区应力环境复杂、围岩破碎严重,回采巷道支护难度大。通过对嵩山煤矿近距离滑动构造区回采巷道围岩变形破坏特征分析,探析了极软破坏回采巷道围岩控制变形力学机制与控制对策,提出了近距离滑动构造区破碎顶板回采巷道围岩控制技术,并进行了现场工业性试验。试验结果表明,破碎顶板回采巷道围岩变形破坏特征主要表现为巷道围岩整体大变形“O”型收敛、顶板呈块体冒落、底板大凸型鼓出;局部应力集中、大深度破碎围岩与支护方式不合理是巷道围岩失稳的主要原因;嵩山煤矿滑动构造区破碎顶板回采巷道为典型物化膨胀型—高应力集中—节理化、软弱夹层破碎顶板软岩巷道,其控制对策力学转化机制为Ⅰ_(AB)ⅡABDⅢ_(ABC)→ⅡABDⅢA→Ⅱ_(BD)→Ⅱ_(B);提出了三软煤层回采巷道锚杆(索)+注浆+型钢棚耦合差异化支护方案,2112工作面回采巷道采用设计方案后,围岩应力得到释放,围岩强度得到强化,巷道断面收敛率小于17.4%,巷道围岩稳定。

梁家煤矿铁-木组合托盘锚杆支护性能模拟研究

针对三软煤层矿井开采中巷道围岩大变形、支护失效等问题,以梁家煤矿1610工作面运输巷为背景,采用ANSYS数值模拟软件建立铁-木组合托盘锚杆模型,研究铁-木组合托盘锚杆支护性能,揭示铁-木组合托盘锚杆支护机理。结果表明:与普通锚杆支护相比,铁-木组合托盘锚杆支护条件下铁托盘、锚杆、巷道围岩应力分别降低了30%、15%、37%;变形减小了34%、26%、49%。铁-木组合托盘锚杆在铁托盘与围岩之间增加了木托盘,巷道围岩变形时,铁托盘挤压木托盘使木托盘承载一定的变形,木托盘拥有了让压属性,同时木托盘增大了托盘与围岩接触面积,提高接触面围岩整体刚度,增强围岩承载能力,降低锚杆载荷,改善锚杆支护效果。模拟结果得到了梁家煤矿1610工作面运输巷实测数据的验证。

多构造三软煤层回采巷道覆岩运动及控制分析

针对近距离多重滑动构造三软煤层回采巷道变形破坏严重支护困难的问题,采用相似模拟实验与现场调研监测相结合的研究方法,研究了多重滑动构造三软煤层回采巷道上覆岩层运动特征与回采过程中巷道围岩应力分布规律,提出了多重滑动构造三软煤层回采巷道基本支护方案。研究结果表明,在滑动构造影响下,上覆岩层随着工作面不断推进产生裂隙至裂隙叠加发展至不同岩体之间开始产生离层,随后呈台阶式下沉垮落;巷道顶板的初次来压步距为20 m,周期来压步距为15 m,顶板的最终破断形式为台阶式;巷道主应力为水平应力,应力集中出现在巷道的上下两帮,受滑动构造的影响,巷道围岩应力集中不均匀表现为上帮应力集中程度大于下帮;滑动构造影响下,巷道顶底板围岩破碎且围岩变形呈现明显的方向性,巷道上帮的变形量大于下帮;采用U型钢棚+锚索联合支护能够有效控制巷道围岩变形。

三软煤层综采工作面超前异型上架钢棚支护技术

针对嵩山矿2200工作面运输巷后期受采动影响剧烈,断面收缩非常明显,需多次翻修等问题,以嵩山矿2200工作面运输巷沿空留巷工程条件为背景,使用36U型钢棚替代Π型钢梁支护,再以打设锁梁锚索,在顶梁两侧各施工1根锚索(?21.6 mm×5.5 m),配合卡缆前盖进行加固顶梁,36U型钢棚支护配合锚索+锁梁锚索为主要研究点,通过现场典型工业性试验印证支护技术是否先进,支护参数是否合理,并可运用工业性试验的反馈信息进一步优化巷道支护参数,找到嵩山煤矿工作面超前段最优支护参数,以便全矿推广应用。研究减少了维修巷道工程量,减少了围岩松动圈的扩大,维修费用具体减少了385万元,减少了一个替棚茬口,为采煤工作面上、下三角区顶板的控制创造了条件。

滑动构造下高应力“三软”煤层巷道支护技术

矿井因受滑动构造应力影响且处于“三软”煤层地质条件下,煤巷支护十分困难,常常需要频繁返修。为了解决巷道容易变形的问题,通过在煤巷采用不同的支护方式进行对比分析,摸索出一套适合矿井该特殊地质条件下的围岩综合控制技术,采用锚网索+U36钢棚复合支护方式有效控制了巷道变形速度,实现了长距离巷道不返修,解决了矿井因煤巷变形快严重影响安全生产的问题。同时,该技术的研究与应用也为滑动构造下高应力“三软”煤巷支护提供了借鉴。

“三软”煤层大采高工作面回撤期间综合防灭火技术研究与应用

针对华亭大柳煤矿“三软”煤层大采高工作面回撤期间自然发火隐患进行分析,合理的制定了综合的防灭火技术。对工作面防灭火技术取得的实效进行总结,确保1404工作面回撤期间的安全性。并对制定的综合防灭火技术从安全效益、经济效益、社会效益进行论证。结果表明华亭大柳煤矿“三软”煤层大采高工作面回撤期间综合防灭火技术取得了显著的经济效益,对“三软”煤层大采高工作面煤自燃防治工作具有重要的指导意义。

塔拉壕矿井优化设计与扩能改造

为了提升塔拉壕矿井生产能力,依据矿井现场地质条件,论述了塔拉壕矿井基本情况,并分别从工业场地选择、地形利用、开拓方式、井筒支护、辅助运输、巷道布置、永磁电机应用、工作面产量等8个方面对矿井进行了优化设计,研究应用了1个钻孔向多层巷道下料、掘锚一体机软岩应用、三软地层长距离工作面巷道支护等技术,给出了三软地层矿井生产能力提高的途径和决定参数,为今后同类型矿井建设和优化设计提供了宝贵经验。

三软煤层巷道掘进防漏的顶预防性注浆技术研究

某矿3130巷沿着13号煤层底板掘进,13号煤层为典型的三软煤层,顶板冒落及变形量大问题较为明显,特别是3130巷掘进至1 560~1 620 m范围内时,受区域褶曲构造影响顶板破碎、裂隙发育,巷道冒顶风险更为突出。因此,提出采用注浆方式对顶板进行超前加固的预防性措施,提高顶板稳定性及承载能力。依据3130巷围岩特点并结合以往注浆经验,提出使用管棚注浆方式加固顶板岩体,并具体设计超前注浆加固技术方案。现场应用后,巷道掘进期间顶板始终保持稳定,未出现冒顶、片帮等问题,同时巷道围岩变形量整体较小,围岩变形控制效果显著。

大倾角“三软”煤层巷道围岩控制技术研究与应用

通过对某煤矿202运输顺槽的顶底板、应力环境及煤层的岩性特征进行分析,结合该矿的支护现状,采用理论分析和数值模拟的手段,对回采巷道支护提出了优化方案。理论分析表明,巷道顶板垂直应力通过岩层间传递作用于巷道底板,造成底板出现持续性底鼓现象,同时顶板各岩层界面处容易发生离层现象。数值模拟结果表明,巷道开挖后拉应力区的范围为1.8 m,若支护范围选择不合理的话巷道容易发生整体变形。针对上述情况,提出高强高预应力支护设计思路,确定锚杆长度选择为2.6 m,同时对该工作面的运输顺槽进行锚网索+W型钢带+喷浆的支护改进。经现场实测,采用该种方案对巷道进行支护,煤层工作面在高应力环境下回采巷道较为稳定,能够保证工作面安全回采。

“三软”厚煤层大倾角综采工作面快速安装实践

在泉店煤矿开切眼平均坡度30°,局部最大坡度40°的二_(1)-11080综采工作面安装过程中,通过工作面设计、运输系统及设备布置的优化,对矿井传统的解体运输工艺进行了改造,成功实现整架运输,在人身设备及运输安全零事故的前提下成功缩短工期9 d。