TBM掘进煤矿巷道力学及变形分析

以保安采区8号煤南回风巷为研究对象,基于CVISC蠕变模型,对其TBM掘进过程进行分析,研究不同支护方式下巷道的位移及力学性能变化规律,并将其数值模拟结果与实际监测数据进行对比,以验证数值模拟结果的准确性。结果表明:采用锚索和锚杆对煤矿巷道进行支护能减小其隧道围岩的受力,其中,采用锚索+钢筋网的支护方式效果最优;各工况下的竖向应力均大于其水平应力,煤矿巷道的受力主要以竖向为主,最大应力均出现在围岩的顶部和底部,不同支护方式下围岩发生的位移具有一定的差异性,采用锚索+钢筋网的支护方式产生的位移量最小,煤巷道稳定性较高,未采取支护措施的围岩位移量最大,此时煤矿巷道的稳定性较差,易发生变形。

深部区域破碎围岩开拓巷道围岩控制技术研究

以深部煤矿开采工作为例展开分析和研究,重点提出煤矿开采过程中深部区域破碎围岩开拓巷道的围岩控制技术方法,保证巷道结构的安全性和稳定性,实现整个开采工作的安全有序开展,避免产生严重的安全隐患问题,实现煤矿开采工作的良好经济效益和社会效益,同时为后续类似工作的顺利实施提供相关参考和借鉴。

综放面迎采对掘巷道合理煤柱宽度及围岩控制技术研究

针对迎采对掘小煤柱巷道存在围岩不易控制的难题,以永红煤矿3306工作面为工程地质背景,充分利用理论、模拟和试验相结合的方法,分析了迎采对掘巷道围岩演化特性及其围岩应力、变形与支护强度之间的协调关系,提出巷道围岩分段让压综合控制技术,并进行了现场应用。研究表明:迎采对掘巷道(3306运输顺槽)合理的煤柱宽度为9 m;该类型的巷道所经历侧向动压、侧压压力时的应力环境差异性较大,为此提出以小孔径锚索加固、煤体注浆加固及高强护表联合支护为主,巷道超前支护为辅的动态分区域联合控制技术,可有效控制巷道底鼓和非对称变形难题;巷道掘进期间变形不明显,回采期间顶底板收缩最大972 mm、两帮收缩最大586 mm,围岩变形可控,确保了工作面安全回采。同时也为相似条件下的巷道实践提供科学参考。

煤矿岩石巷道中深孔爆破掏槽技术应用研究

中深孔爆破技术以其显著的优点而被认为是目前煤矿井下岩石巷道掘进首选的爆破技术。为提高单循环进尺和掘进速度,在满足煤矿井下爆破安全要求的前提下,通过对直眼掏槽、斜眼掏槽等各种掏槽方式进行分析研究,提出应尽可能简化掏槽形式。以实例证明,菱形直眼掏槽和加强的楔形斜眼掏槽均能获得较好的掏槽效果。

深部煤巷围岩三向应力差异梯度致冲机理

以深部煤巷围岩为研究对象,针对冲击地压灾害严重、致冲机理研究尚不完善、防冲工程缺少更具针对性指导依据等问题,采用室内试验、数值模拟、理论分析等方法,从三向应力差异角度揭示深部煤巷围岩冲击致灾机理。基于采掘活动扰乱煤岩体三向等压状态导致围岩破坏的特点,通过PFC模拟试验和理论推导研究了不同应力路径下的煤体单元体响应特征,得到单元体失稳的应力差异判据,进一步提出煤巷围岩应力差异梯度D_(g)和应力差异梯度变化率D_(gc)的概念,基于Drucker-Prager准则分析了巷道围岩D_(g)演化特征,进而得到巷帮煤体D_(g)集中致冲的作用机理,并结合冲击地压事故案例进行分析验证。结果表明:煤体的应力差异承受能力随着应力路径的不同而存在显著差异;围岩应力演化的目标是D_(g)峰值降至极小值,围岩的破坏和屈服是D_(g)驱动作用的结果;围岩内应力差异梯度D_(g)随埋深增大和煤层冲击倾向性等级升高而增长,体现出明显的“上升—跌落—下降”梯度性质;D_(gc)表征围岩内D_(g)集中程度,D_(g)升高区煤体在应力扰动作用下,满足D_(gc)0<D'gc<k1D_(gc)0时发生较稳定的变形、位移,满足k1D_(gc)0≤D'gc<[D_(gc)]时发生较稳定的整体失稳,满足D'gc≥[D_(gc)]时发生冲击地压;巷帮煤体冲击是围岩变形、破坏的一种极端演化形式;防冲机制应以弱化围岩D_(g)水平为核心,以D_(gc)控制为主要着力点。

一次动压煤矿巷道预应力锚索支护设计与参数优化

针对阳泉矿区一次采场巷道,采用正交数值分析方法和灰色理论中的关联度分析,进行了支护参数的优化决策。选择了8因素3水平的正交数值试验方案,进行18次数值计算,研究了不同的一次动压条件(应力环境)和支护参数的巷道稳定性与变形特征。在计算中,考虑了围岩锚固的“强度效应”,提出了锚固效应在数值计算中的实施方案;提出了巷道稳定性和变形收敛率两类评价准则,确定了相应的局部优化方案。在此基础上,综合支护成本和施工难易程度等因素,采用了灰色理论进行最佳方案的关联度分析,由此获得一次动压巷道的最优支护方案。该研究已应用于阳泉矿区一次采场巷道支护设计,取得了较满意的支护效果。

公路隧道穿煤矿采空区段围岩稳定性研究

以某隧道穿煤矿采空区为研究对象,建立隧道穿采空区施工数值模型,对隧道穿煤矿采空区段塑性区分布、围岩应力及变形规律进行研究。结果表明:围岩变形明显区域及最大变形值主要集中在采空区下部岩层,该研究对保证隧道穿煤矿采空区安全施工有重要的工程意义。

锚喷支护巷道聚丙烯纤维喷层新技术研究

聚丙烯纤维混凝土柔性喷层是软岩巷道支护中一种新型的喷层形式。通过对聚丙烯纤维混凝土的抗拉、抗压、抗剪等力学性质测试,分析了聚丙烯纤维混凝土对软岩支护的适应性。结合顾桥矿工程应用,从耐久性、抗渗性、经济性和施工技术等方面系统地研究了聚丙烯纤维混凝土喷层的性能。与普通混凝土喷层相比,聚丙烯纤维混凝土喷层中的应力分布较均匀,同时具有较好的让压能力。工业性试验表明,聚丙烯纤维混凝土喷层具有较高的推广应用价值。

TBM在煤矿巷道掘进中的技术应用和研究进展

TBM工法经济技术优势显著,正成为煤矿巷道快速掘进的一种新方法。但由于煤矿特殊的施工环境和复杂地质条件,TBM在煤矿巷道掘进中面临以下技术挑战:(1)煤矿特殊施工环境下TBM装备和矿井系统适应性设计难;(2)煤系软硬复合地层破岩机理不清,高效破岩控制难度大;(3)软弱地层挤压变形卡机灾害风险大,灾害预测和安全控制难度大;(4)掘进空间狭小和粉尘水雾干扰严重,TBM掘进过程监测难度大,难以进行掘进参数决策控制和灾害预警。对此,针对TBM装备适应性设计技术,深部复合地层TBM高效破岩理论,挤压变形卡机灾害预测控制方法,掘进过程智能化决策控制技术等开展了系统研究,在TBM安全高效掘进技术方面取得了以下研究进展:(1)论述了针对煤矿特殊施工环境的TBM装备和施工工艺适应性设计技术;(2)开展了TBM滚刀贯入和线性切割试验,揭示了复合地层地应力水平、岩石强度及岩性变化、掘进控制模式、滚刀安装半径等对TBM破岩效率和破岩模式的影响机理,提出了深部复合地层TBM掘进性能评价预测方法和岩体可掘性评价方法;(3)揭示了深部煤系软弱地层TBM掘进挤压大变形卡机灾害孕育发生机理,发展了挤压变形卡机灾害孕育演化及控制过程模拟预测的FDEM(有限元-离散元耦合)方法,提出了挤压变形卡机监测预警方法,形成了TBM掘进挤压大变形卡机“大变径扩挖、掘进参数优化和分步联合支护”综合防控技术体系;(4)提出了TBM掘进过程岩-机作用信息(刀盘刀具-掘进工作面作用、围岩-护盾作用信息)实时感知技术,初步提出了TBM掘进参数自适应智能决策方法。上述研究进展将推动TBM在煤矿巷道建设中的应用和安全高效掘进技术进步。

锚注支护技术在顾北煤矿软岩巷道中的研究与应用

通过对锚注支护技术的研究,结合顾北煤矿典型软岩巷道变形与破坏形式特征,设计该巷道锚注支护方案,并完成了现场监测。工程实践表明,该技术是一种主动支护技术,具有施工工艺简单、易操作、适应性强等特点,具有较高的推广应用价值。

巴拉素井田富水煤层岩巷揭煤防治水工程技术初探

煤层多为致密沉积物,一般视其为隔水层,近年来,我国陕北侏罗纪煤田榆横北区内发现的富水煤层问题较为突出。为解除榆横北区富水煤层岩巷上山掘进揭露2号煤层的水害隐患,以巴拉素煤矿为例,采用"物探先行、钻探后进"的原则,结合动态监测、水化学分析、钻孔窥视等多种综合手段,在岩层巷道掘进过程中,确保揭露煤层的安全。结果表明:通过物探工程发现了巷道掘进前方2号煤层存在富水异常区,钻探工程疏放水效果显著,应用水化学分析确定了煤层水质类型为SO_(4)^(2-)-Na·(Ca)型水、总矿化度在6 000mg/L左右,结合孔内窥视,发现煤层内部的裂隙发育、水体联通,由此认为本区内2号煤层水体具有赋存范围大、补给条件差、水力联系好、静储量为主的特点,其长期处于封闭状态,有利于矿井疏放水工作的高效开展。结合本次安全揭煤经验,以期为矿井巷道掘进揭煤提供借鉴和思路。

煤矿岩巷全断面掘进机(TBM)及智能化关键技术

岩巷掘进技术和装备的发展直接关系到煤矿生产的能力和安全。随着综合机械化采煤技术的迅速发展,回采工作面推进速度越来越快,对巷道掘进速度的要求越来越高。煤矿岩巷掘进技术,经历了钻爆法、综掘法,现在已经发展到第3个阶段TBM工法。传统的钻爆法、综掘法受技术和施工工艺限制,越来越无法满足各重大工程对施工效率、安全性、社会效益、经济收益等提出的更高要求,难以满足煤矿采掘平衡发展。TBM实现高效破岩、连续出渣、快速支护,通风除尘、供排水同步作业。分析了近几年国内煤矿TBM施工案例,提出矿用TBM开发关键技术,TBM针对煤矿井下特殊工程地质条件设计,实现掘锚运同步、及时支护,提高对坡度、围岩适应性,小半径转弯能力,融合千米定向钻机技术,做到逢掘必探,设备、施工规范和组织管理有机融合;提出工序衔接关键在于“探得远,掘得快,支得住,运得出”。分析煤矿巷道特点,提出设备系列化、模块化设计规划,关键部件国产化发展方向。依托大数据分析和云计算平台,按照“以感知为基础,以信息融合为中心,以智能掘进为目标”的原则,规划TBM智能掘进技术体系;开发掘进智能控制软件——TBM-Smart,系统架构划分为数据采集层、数据分析层、实时决策层,包括七大功能模块。分析煤矿行业面临的瓶颈和未来发展,提出矿用TBM向“机械化换人、自动化减人、智能化解放人”方向发展。

综掘机在高抽巷快速成巷过程中的应用研究

针对岩巷炮掘施工速度较慢的难题,以刘庄煤矿131301瓦斯抽排巷为例,通过引进先进的配套设备及机械化作业线,并制定一系列的岩巷快速成巷措施,实现了高抽巷的快速掘进,平均进尺7.5 m/d,较炮掘工作面快3-4 m/d。

井下巷道矸石充填输送机的开发与研制

由于节能环保的要求,河北省规定煤矿井下掘进产生的矸石不允许上井,在井下的矸石就地消耗掉。这样即减少了成本,又达到了环保的要求,也不会因矸石堆放占用大量的土地。井下巷道矸石充填输送机在全国各地煤矿几乎未被使用,因此,开发这种设备将会有很大的市场空间。

煤矿保护层开采覆岩破断移动特征研究

煤矿开采造成覆岩破坏时有发生,给工程设计及施工带来了挑战。湖南龙琅高速公路某隧道通过长冲煤矿采空区,地质构造复杂,施工中存在采空区塌陷问题。为保障隧道的安全,运用关键层理论研究被保护层裂隙发育规律,对煤矿保护层开采覆岩破断移动特征进行了研究,揭示了采空区形态规律,预计了隧道开挖引发岩层移动量,分析了其稳定性,为建立隧洞穿越采空区围岩扰动分析模型及结构安全分析提供理论依据。

音频大地电场法在地质灾害调查中的应用尝试——长江三峡链子崖危岩体隐伏地质结构的探测

应用音频大地电场法在调查长江三峡链子崖危岩体隐伏裂缝、岩溶发育带以及废旧煤洞等隐伏地质结构中,获得了较好效果,为音频电场法的应用范围探索了又一新的方向。

探究连采机掘进半煤岩巷效率及工艺优化

伴随近些年我国社会经济发展速度的提升,以及其在发展过程中对于能源资源消耗量的增加,使得煤炭开采工作的重要性也随之不断地提升。随着目前我国一些中厚煤层和厚煤层的开采量和强度的不断增加,我国煤炭开采工作的难度也随之不断提升,这使得其对于开车效率和工艺的要求也不断增多,对此,文章煤炭开采工作为立足点,通过对连采机掘进半煤岩巷的工作效率和工艺的研究,从而找出未来我国该行业产业的基本工作情况。

煤矿节理地层TBM掘进巷道围岩损伤规律分析

为研究煤矿节理地层TBM掘进巷道围岩损伤规律和特征,以张集煤矿1413A综采工作面瓦斯抽采巷道为工程背景,根据工程现场岩性条件、节理发育特征和地应力场条件,使用UDEC离散单元法数值模拟软件,建立巷道数值模型,研究了煤矿节理地层巷道在TBM掘进扰动条件下围岩损伤破坏规律。结果表明:围岩节理、裂隙分布特征是影响巷道围岩损伤特性的主要因素;节理交错贯通区域尤易出现围岩的宏观损伤和断裂;施工时应重点支护顶板,防止冒顶事故的发生。工程现场监测与数值计算结果一致性较好,所采用的研究手段能够反映工程现场的实际情况。

煤矿掘进巷道围岩压力在线监测预警系统

针对现有煤矿掘进工作面围岩压力监测技术难以实现有效监测、预警能力弱等问题,采用无线传感器技术,设计了一种煤矿掘进巷道围岩压力在线监测预警系统,详细介绍了系统组成、技术原理、数据传输方式、功能模块设计及预警流程。应用表明,该系统实现了对掘进巷道顶板离层、应力和声发射参数的实时监测,其多参量综合预警流程有效提高了预警的准确率。

煤矿岩石巷道掘进机械化作业探讨

社会化大生产不断扩大,人们生活水平不断提升,整个社会发展与经济建设对能源的依赖程度增强,这给煤炭生产企业带来了压力,只有不断创新技术能力,提高生产效率,才能满足社会发展需求。煤矿是地下作业,其生产环境较为恶劣,生产过程中不但要保证质量,更要确保安全,岩石巷道掘进是最为危险的环节,当下,已经全面实现了机械化作业,但是,在作业过程中存在一些不可预见因素,往往会造成安全生产事故。文章就掘进方式进行了系统分析,全面提出掘进机械化发展方向,以此,为同行提供相关参考。