近距离煤层联采巷道交错布置及支护技术研究

为解决近距离煤层联合开采时采出率低、安全性差等问题,探究巷道交错布置方式及下煤层巷道支护技术在近距离煤层联合开采中的应用,以山西晋保煤矿12#、13#煤层地质条件为研究背景,采用理论分析与FLAC3D数值模拟的研究方法,研究了巷道采用交错布置时下煤层巷道的围岩变形与矿压变化,得到巷道交错式布置时上下煤层巷道的水平错距应大于7.98 m。通过数值模拟分析矿方原始支护方案与新支护方案下煤层巷道顶板的垂直位移变化规律,确定对下煤层巷道进行锚网索联合支护的分区支护方案。结合现场实测结果表明:下煤层巷道围岩变形处于可控范围内,交错式巷道布置方式以及巷道分区支护方案较为合理,能够保证工作面的安全生产,可以为类似地质条件下近距离煤层的开挖提供借鉴。

近距离煤层采空区下综放工作面巷道合理位置研究

近距离煤层综放工作面开采空间大,采动强度高,下位煤层回采巷道受上煤层采动影响存在应力集中、巷道支护困难等问题,因此近距离煤层综放工作面巷道合理位置的选取对后期支护控制起到关键性作用。以西露天煤矿2煤层和1煤层1分层为研究对象,综合考虑了上煤层开采时的底板应力降低区域和下煤层开采时的极限平衡区域,确定了下煤层巷道的合理位置应在距离实体煤柱内错22.79 m以上的区域。基于上述理论计算结果,分析了上煤层开采后底板应力分布规律及不同内错距下巷道围岩变形破坏特征及规律,结果表明:①距离采空区底板越近,应力最大值与最小值相差越明显;②随着内错距不断增大,围岩应力和应力集中系数呈现急剧降低-缓慢增大-稳定的趋势,在内错距20~25 m内应力及应力集中系数相对较小;③巷道围岩塑性区范围呈现先减小后增大的趋势,当巷道处于内错20,25 m时巷道围岩破坏相对较小;④巷道变形量随着内错距增大而逐渐减小,当内错距增加至25 m时,巷道围岩移进量基本保持不变;⑤确定巷道合理内错距为20~25 m。工程应用结果表明:巷道采用内错距24 m布置时,巷道围岩松动破坏深度及变形量均在可控范围内,进一步证明了该内错距的合理性。

煤矿掘进巷道在破碎围岩中的布置探究

聚焦于煤矿掘进巷道在破碎围岩中的布置,通过文献综述和理论分析,提出一种科学可行的布置方法。综合考虑了破碎围岩特性,如岩石强度、裂缝分布等,以及矿山工程实际情况。新方法强调巷道走向选择、交叉点位置和强化型支护,致力于提高巷道的稳定性和安全性。

引水隧洞三岔口平面布置设计与施工稳定性研究

【目的】为解决龙潭隧洞2#施工支洞与主洞交叉口地形狭窄、物流组织复杂和施工时相互干扰大,受力复杂,围岩稳定性较差等问题。【方法】提出在主支洞交叉口设置井底转渣车场,详细阐述了井底下沉式无轨有轨立体转换渣场布置总体方案,并通过数值模拟确定施工不利影响区域和应重点关注的工序。【结果】该方案促进了三岔口的安全快速施工,并有效提高了后续隧洞施工的出渣及物料运输效率。【结论】在设有大坡度斜井的隧洞施工中,合理进行井底渣场设置能够解决隧洞施工时物料运输的物流组织问题。隧洞施工时,三岔口隧道围岩变形量较大,故应重点关注三岔口的挑顶施工,并加强对三岔口围岩的支护。

二氧化碳致裂爆破快速掘进技术应用及探索

针对钻爆法施工受限时硬岩掘进效率低下问题,提出了利用二氧化碳气相爆破方式对硬岩岩体进行松动致裂。以某矿煤仓掘进工作面为研究背景,运用理论分析和现场试验等方法设计了煤仓断面致裂孔布置参数,并进行了二氧化碳致裂松动现场试验。结果显示,在目前的技术体系下,由于封孔措施不当,二氧化碳气相爆破技术在硬岩致裂过程中未能达到预期的松动效果。根据试验反馈结果,提出了通过增设封孔装置、增设爆破能量导向裂隙及调整爆破参数的优化方法,并初步探索了适用于硬岩致裂的方案。这些改进思路有助于实现硬岩致裂并提高机械式掘进效率。

孤岛工作面回采期间冲击危险性及防冲要求

由于前期矿井局部区域工作面布置不合理,滥开滥采,在矿井末期孤岛工作面形成应力集中区域已是必然。需要做到尽可能避免应力集中区,合理且有效地进行工作面布置,解决在工作面后期开采期间面临的诸多问题及灾害防治,如冲击地压防治、防灭火等。通过对孤岛工作面冲击地压显现、防治现状及影响因素进行分析,发现区段煤柱、底煤厚度、临近采空区等因素均对工作面开采期间冲击地压的产生有较大影响,对煤岩结构与动力灾害关系均做出危险性分析评价,对孤岛工作面回采期间冲击地压区域防范措施做出明确要求。

综采工作面含煤线硬岩弱化技术研究

针对综采工作面硬岩破岩效率低、采煤机截齿消耗大的问题,根据硬岩含煤线的特征,提出龟裂爆破的方式破碎硬岩,提高炮孔深度,同时保证工作面设施设备安全,实现了进尺2.4 m/d。通过理论计算、现场实验和数值模拟,研究龟裂爆破炮孔布置、槽腔体积的计算方法以及扩槽孔布置方式。研究表明:掏槽孔布置在不同厚度煤线当中,槽腔面积较布置在硬岩当中可以增大0.5~4.4倍;当炮孔布置在煤线中部,槽腔面积在煤线厚度为50 cm时达到峰值;当煤线厚度大于50 cm时,掏槽孔距离单侧煤岩交界面在25 cm处掏槽效果最佳;结合掏槽效果给出了扩槽孔布置参数,数值模拟结果与现场试验槽腔面积吻合程度高,对于煤矿综采工作面硬岩安全高效弱化具有一定的参考意义。

深部矿井采煤及充填空间优化布局方法研究

以屯城煤矿为例,介绍了1种深部矿井采煤及充填空间优化布局方法。该方法采用了井下新增的跳汰分选系统,并将其布置到井下转运硐室,同时在1303N-1与1304N两个作业面进行布置。通过应用得知,现场作业面围岩强度较高,表明留巷围岩符合规定要求,可以提高井下作业的安全性,确认了深部矿井采煤及充填空间优化布局方法具有较高的应用价值。

采空区下巷道布置与锚固增效控制技术

以黄玉川矿的地质条件为基础,针对煤层群下行式开采时采空区下回采巷道稳定性差的问题,利用理论分析与数值模拟手段,计算得出了上层煤开采后采空区底板的最大破坏深度计算公式。为避开应力增高区域和采空区底板破坏范围,合理布置下层煤巷道掘进位置,提出4种巷道内错距离布置方案,采用数值模拟方法研究了采空区下方区域垂直应力分布特点及4种巷道内错距离布置下巷道围岩塑性破坏范围变化特征。针对巷道支护困难问题,提出了优化支护方案及锚固增效控制技术,研究表明,上煤层遗留煤柱造成应力增高区域严重影响巷道围岩稳定性,采空区下巷道内错布置距离为4倍巷道宽度时处于应力降低区。采用优化支护方案及锚固增效控制技术后,巷道围岩应力状态良好,垂直应力逐渐降低,围岩塑性区减小,巷道表面位移得到有效控制。

水平应力影响下底抽巷道抽采孔布设位置研究

郑州煤业集团告成煤矿底抽巷道围岩软弱易碎,受地应力影响强烈,导致抽采钻孔塌孔频发。为了减少抽采钻孔变形破坏,提高瓦斯抽采效率,通过数值模拟方法对不同水平应力影响下底抽巷道围岩变形破坏特征进行分析,利用钻孔成像轨迹检测装置对钻孔变形与裂纹分布进行检测。结果表明:在抽采孔布孔时需充分考虑水平应力影响,避开高水平应力区域及巷道顶板中心等应力集中区域,以提高抽采钻孔稳定性。

基于地质构造特征的巷道布置优选研究

矿井工作面布置存在巷道掘进效率低、掘后维护困难、巷道间煤柱回收困难导致资源浪费严重等诸多问题。以李家窑煤矿82213工作面一盘区工程概况为背景,提出了巷道错层布置的优化方案。通过理论分析计算了煤柱的最小留设尺寸,并基于有限差分数值模拟对比了不同煤柱尺寸和巷道布置方式下围岩的塑性破坏和变形情况,确定了煤柱的合理留设尺寸为45 m,并根据采场煤岩层分布情况确定了巷道布置方式,提出了底角卸压爆破和加强支护的技术措施,保证了布置方案优化后巷道服务期间围岩的安全稳定。

冲击地压矿井近距离煤层被保护层工作面布置方法研究

保护层开采是防治煤矿冲击地压灾害的有效手段,被保护层内工作面的位置对于保护层的防冲效果至关重要。针对冲击地压矿井被保护层工作面位置的量化确定问题,以葫芦素煤矿近距离煤层为研究背景,建立了半无限平面体受垂向载荷模型,理论分析了被保护层煤体高应力区分布特征,将被保护层工作面的布置方案问题简化为工作面最佳水平错距的选择问题,提出了基于层次分析思想的最佳水平错距优选方法,即:构建最佳水平错距的AHP结构模型,求解各因子层相对于目标层的权重矩阵,建立FLAC2D数值模型并求解水平错距取值范围,加权计算得到取值范围内的最佳水平错距。研究结果表明:①被保护层煤体存在一侧采空煤体区、两侧采空遗留煤柱区以及应力恢复区3处高应力区,以及2处呈对称分布的应力降低区;②对主要巷道掘进、维护及工作面回采有利的水平错距取值范围分别为50~75 m、80~140 m和40~100 m;③基于AHP分析方法,确定对主要巷道的掘进、维护以及工作面回采综合有利的水平错距为60 m。研究结果可为冲击地压矿井近距离煤层被保护层工作面的布置提供依据和方法。

天阳盆地高温硬岩地热钻探PDC钻头的研究应用

在天阳盆地高温地热钻探施工中,受变质岩系硬岩地层岩性和高温的影响,牙轮钻头机械钻速低、磨损严重、使用寿命短,严重影响钻探施工。对PDC钻头的应用进行了探索研究,针对地层岩性特征,对钻头体、刀翼、剖面轮廓及复合片的选择和布设等关键技术进行了探索,并在钻探实践中优化改进,研究出了一种抗冲击性能较好、适宜于变质岩系硬岩地层的PDC钻头。有效地提高了机械钻速、降低了钻井成本,为天阳盆地高温地热钻探项目的顺利实施提供了技术支撑。

岩石隧道掘进机滚刀受力及磨损

为了找出刀具磨损的主要因素,优化滚刀在刀盘上的布置,了解滚刀振动对刀圈应力分布规律的影响.采用理论和软件分析相结合的方法,以岩石掘进机掘进混合片麻岩为条件,研究了刀盘上刀具消耗规律及其影响因素.结果表明:滚刀磨损最快的在刀圈外缘;离刀盘中心越远,刀具磨损越快;岩石完整系数越大,刀具磨损越快;随着滚刀磨损量的增大,掘进中滚刀外缘和岩石接触面积增大,挤压力降低.该研究结果对岩石隧道掘进机刀具系统的优化有重要的参考价值和指导意义.

近距离下保护层开采防冲机理及技术研究

针对七台河矿区某矿煤层群的地质赋存特点,研究了近距离下保护层开采防治冲击地压的机理和技术。利用FLAC3D软件,分析比较了下保护层开采和非保护层开采的工作面围岩应力应变及塑性范围的分布规律及其差异,揭示了近距离下保护层开采的防冲机理,并讨论了下保护工作面的合理布置。结果表明近距离下保护层开采能取得较好的防冲效果,近距离下保护层开采防冲的机理是:下保护层开采降低了被保护工作面的应力峰值,使应力峰值位置向煤体深部转移;增大了被保护工作面围岩的位移,有利于释放冲击弹性能;被保护工作面的围岩预先产生塑性变形,在掘进、回采中不易再次发生塑性破坏。当被保护工作面布置合理时,能取得防冲和留巷的双重效果。

TBM的滚刀布置优化设计研究

滚刀在刀盘上的布置问题是全断面岩石掘进机(TBM)设计的核心内容.基于刀盘的受力需满足空间力系平衡的原则,建立了非线性多目标滚刀布置模型.提出了利用协同进化算法优化滚刀布置的方法.以引洮隧道掘进机滚刀布置实例对所建立的模型和所采用的优化算法进行了验证.在多种岩石边界条件下,与原TBM滚刀布置方案进行了对比分析.结果表明,采用本文方法获取的滚刀布置方案具有更小的倾覆力矩和不平衡力,证明了该模型及所用的优化算法是可行的、有效的.

旭龙水电站引水隧洞布置与结构设计

为合理设计旭龙水电站引水隧洞布置线路与结构,根据工程总体枢纽布置,结合地形地质条件,开展了隧洞线路布置和洞径比选工作。通过计算引水隧洞结构内力,设计进口渐变段、洞身段与钢衬段结构,确定了合适的立面型式及隧洞洞径,优化了引水发电系统流道布置,避免了上游调压室的设置。运用弹性力学有限元法,计算了引水隧洞不同工况下的整体稳定性。结果表明:旭龙水电站引水隧洞洞室满足稳定性要求,研究成果可为类似引水发电流道设计提供参考。

隧道掘进机刀盘结构性能评价研究关键问题分析

刀盘是隧道掘进机的关键部件,刀盘的结构性能会影响隧道掘进机的施工效率、施工成本及施工安全,因此对刀盘结构性能进行综合评价对工程实践具有重要指导意义。文章首先从刀具破岩机理、刀盘布局设计及掘进性能评价三方面对国内外研究现状进行了综述,总结了研究成果及存在的局限性;基于研究现状,提出了刀盘结构性能评价研究需要解决的关键问题。研究认为:需全面考虑刀盘结构参数的影响,进一步完善整个刀盘刀群的破岩机理、刀盘及刀具布局设计,以及掘进性能预测模型。

急倾斜煤层开挖岩移规律及对底板巷道布置的影响

针对急倾斜煤层底板巷道受采动影响破坏严重的现象,运用数值试验方法,对煤层开采引起的顶底板岩体的应力和位移分布规律进行了研究。结果表明,采动影响区域内的岩体可划分为垮落带、剪切屈服带、卸压带和整体滑移带,明显呈区域性分布;底板巷道应布置在受采动影响最小的相对稳定带中,且与煤层底板保持一定的安全距离。研究结果对于同类地质和开采条件的矿区具有重要参考价值。

深部倾斜煤层综采巷道布置优化

针对某矿井深部倾斜煤层综采中存在的主要问题,进行巷道布置合理优化,引入错层位巷道布置采全厚采煤法.进一步发展完善错层位巷道布置体系,根据实际情况,将进风巷完全布置在顶板稳定的岩层中,将回风巷布置成半煤岩巷,并结合具体问题进行技术分析,运用有限差分软件FLAC3D进行了模拟验证.结果表明:这种布置方式能保证煤矿的安全生产,提高采出率,降低巷道维护成本,并有效防治冲击地压等一系列问题.