永红煤矿小煤柱工作面瓦斯治理的实践应用

永红煤矿在过去的掘进工作中采用“以岩保煤+水力造穴”的瓦斯防治措施,这种方式存在钻孔施工时间长、作业成本高、瓦斯抽放时间不达标等问题。以永红煤矿3512工作面为研究对象,对“小煤柱掘进+穿层预抽钻孔”分阶段瓦斯治理措施进行了创新设计。应用结果表明,巷道单进月均进尺在161 m,防突效果有效,抽采效果明显,掘进期间瓦斯涌出得到有效控制,经济效益显著提高。

隧道穿越突出煤层预留安全岩柱失稳分析方法

针对隧道穿越突出煤层掌子面前方预留安全岩柱极易发生失稳破坏,导致煤与瓦斯突出的重难点问题,基于突变理论分析,综合运用Polynomial分布函数和二分法,提出了一种判别隧道穿越突出煤层预留安全岩柱失稳的分析方法。根据总势能原理,建立岩柱失稳尖点突变模型,推导出岩柱失稳力学判据;结合围岩塑性屈服区体积突变判据,建立岩柱稳定性预测模型,得到岩柱稳定性判别式,并依托工程实例验证分析。结果表明:隧道穿越突出煤层预留安全岩柱稳定性与岩柱的弹性模量E、厚度L、垂直地应力N、开挖面等效高度H密切相关;基于屈服体积突变判据建立的岩柱稳定性预测模型和失稳力学判据合理可行;岩柱稳定性判别结果与现场施工情况一致,验证了所提出的预测方法与失稳判据的合理性及准确性,具有工程实用价值。

大跨度变截面隧道围岩及中岩柱的稳定性

为了研究大跨度变截面隧道施工过程中隧道变截面的稳定性,保障施工安全,利用FLAC3D软件对某隧道变截面进行三维数值模拟,通过监测隧道围岩的收敛情况与中岩柱的位移与应力变化趋势,结合实际监测数据,分析截面转换过程中围岩内部的位移与应力的变化特征。结果表明:在施工开挖过程中,监测点处产生的竖直方向位移远大于水平方向位移,位移变化主要发生在监测点附近导洞进行开挖时,并且具有一定的滞后性;中岩柱在分岔隧道段开挖过程中会产生2次反方向的位移变化,采用对拉锚杆加固与注浆加固措施可以有效减小位移变化量,增大最小主应力,有效保障中岩柱的稳定。

特大断面浅埋暗挖隧道十字岩柱开挖技术模型试验研究

特大断面浅埋暗挖隧道是一种新型隧道,目前尚无相应的设计施工技术规范与标准可循。以重庆市轨道交通3号线红旗河沟车站隧道为工程背景,结合以前施工方法的优缺点,提出了一种新的施工方法十字岩柱法。为了解这种施工方法在施工过程中隧道围岩位移和应力的变化情况,采用地质力学模型试验方法进行研究。试验对监测断面的位移和应力进行系统监测,全方位地了解各开挖步隧道围岩各处的应力与位移变化情况。选取工程背景现场的地质参数,采用ABAQUS软件建立数值分析模型,将数值计算与试验实测结果进行对比,两者的位移与应力变化规律基本一致,这表明模型试验实测的数据比较准确地揭示了隧道围岩位移及应力变化规律。其研究工作可对今后类似工程的施工提供经验和指导。

特大断面超浅埋隧道预留十字岩梁岩柱开挖技术

重庆市轨道交通三号线红旗河沟车站,开挖断面面积达760 m2,具有超浅埋、覆跨比小(仅0.4)的特点,属特大断面城市地下暗挖车站,且位于城区中心,地表环境复杂。通过方案比选,在施工中提出并实施预留十字岩梁岩柱的隧道施工新方法。通过数值分析优化施工参数,确定中间岩柱宽度为8 m,岩柱开挖步距为1 m,对隧道修建引起的地表沉降、断面净空位移进行现场监测,确保围岩稳定性,并分析施工过程中围岩变形规律。预留十字岩梁岩柱开挖可为供同类工程提供经验。

圭嘎拉隧道石门揭煤岩柱安全厚度及动力特性

为解决煤系地层公路隧道施工中瓦斯气体泄漏、爆炸及煤层突出、挤出、压出等地质灾害问题,以西藏拉泽高速公路圭嘎拉隧道为研究对象,采用结构力学理论,结合岩柱爆破损伤范围大小和地应力与煤层瓦斯压力作用下岩柱安全厚度,得出不同煤层倾角隧道石门揭煤的岩柱安全厚度计算式,得到圭嘎拉隧道石门揭煤岩柱安全厚度;运用数值模拟法建立煤系地层公路隧道石门揭煤动力学模型,研究石门揭煤掏槽爆破微差间隔时间对煤层及其顶底板的动力特性,获得煤层与顶底板动力响应特征。结果表明:圭嘎啦隧道石门揭煤安全厚度2.8 m是合理的;随着微差间隔时间增加,动力响应强度降低,石门揭煤爆破最佳微差间隔时间为50 ms;随着煤层倾角增大,动力响应强度增强,应适当减小急倾斜和倾斜煤层揭煤深度,可适当增大缓倾斜煤层揭煤深度。

大断面三孔小净距隧道围岩稳定性数值研究及工程实践

隧道支护设计的核心目标是提高围岩自稳能力,然而大断面三孔小净距隧道围岩失稳机制尚不明确,相关控制手段也鲜有研究。依托京张高铁长城站大断面三孔小净距隧道工程,系统研究其围岩稳定特性,提出相应的控制方法,并开展工程应用。研究表明:通过一系列三维数值分析,大断面三孔小净距隧道围岩稳定特征可以凝练为超前变形破坏大与夹岩变差易失稳;后行中洞由于受先行边洞开挖扰动的剧烈影响,造成过大超前变形和严重超前破坏,因此中洞安全状态最差;为防止围岩失稳破坏,提出纵向超前控制和横向夹岩控制两种方法,通过数值分析对超前支护参数进行优化,并研究管棚与帷幕注浆联合超前控制效果;控制措施在长城站得到工程实践,控制手段应用后,拱顶沉降减少62.5%,横向收敛缩小48.0%,围岩压力降低25.2%,有效保证隧道开挖安全。

胶州湾隧道浅埋分岔段的设计及施工关键技术

在胶州湾隧道工程中,为满足城市交通规划和区域交通疏导要求,采取设置地下分流匝道的设计方案。双车道匝道隧道与3车道主隧道在地下小角度交汇,形成分岔隧道。由于该分岔隧道段埋深浅、地层条件差、地面环境复杂,给设计和施工带来了不小的难度。通过工程类比、数值模拟分析等方法确定小净距隧道段范围,对变净距并行隧道中夹岩分区段采取扩挖换填混凝土、对拉锚杆等措施;在特大断面隧道段通过预注浆加固地层、加强初期支护,采用台阶分块开挖方案;施工中采用微震爆破技术,较好地保护了围岩,最终成功实现了此浅埋分岔隧道的快速施工。通过现场监控量测数据反馈分析,所采取的支护参数、工程措施、施工方案合理,确保了工程的安全、顺利建成。

大断面破碎围岩巷道保护煤柱稳定性分析与评价

以羊场湾煤矿开采以来煤柱留设经验和理论计算为基础,通过锚杆受力监测分析、相似模拟实验、煤岩结构的钻孔窥视和松动圈测试,对110206工作面大断面巷道煤柱的稳定性进行分析,并最终判定煤柱宽度为35m是合理的,能够满足安全开采的需要,同时定量确定了工作面超前影响范围,提出了支护建议。

伪倾斜柔性掩护支架开采石门煤柱

急倾斜煤层石门煤柱开采存在作业环境差、劳动强度大、煤炭回收率低等问题。国投新集三矿采用伪倾斜柔性掩护支架开采石门煤柱的实践,为急倾斜煤层石门煤柱的开采提供了实践经验和技术保证。

大采高大断面回采巷道区段煤柱宽度的优化研究

针对王庄煤矿大采高工作面两巷掘进支护和回采期煤体破碎严重、围岩变形量大、巷道维护困难的情况,综合采用数值模拟和工程实践分析的方法,结合6110工作面地质条件,系统地分析了不同宽度区段煤柱下巷道围岩的应力演化及变形规律,得出了区段煤柱合理宽度为6 m。在此基础上提出了"高强度预应力锚杆配合金属菱形网和双筋梯子梁基本支护、小孔径预应力锚索补强支护、单体液压支柱配合金属铰接顶梁加强支护"的巷道围岩控制技术。实践表明,试验巷道断面完全可以满足回采期间的通风行人要求,巷道维护状况良好,经济社会效益显著。

跨采技术在2713工作面的研究与应用

针对综采面过巷道开采期间如何解决巷道的加固和支护的难题,矿井通过研究综采工作面跨采巷道矿压显现规律,利用经验公式计算安全岩柱厚度,将巷道划分为穿采段、近距离跨采段及远距离跨采段,根据划分的巷道类型采取不同的支护加固方式,确保巷道支护强度,从而保证工作面能够安全回采,也为今后采面跨采施工技术提供一定的技术借鉴作用。

工作面跨巷道开采合理安全岩柱厚度留设

在煤矿生产过程中,工作面跨巷道回采的情况,为保障工作面跨巷道回采过程中的生产安全,研究了工作面与跨巷道之间的安全岩柱厚度的组成问题,构建了合理安全岩柱厚度的计算体系。在NET平台下应用C#语言对复杂的计算体系进行编译,形成直观的输入输出界面。通过计算机快速实现计算结果,对类似条件的开采矿井具有一定的参考价值和借鉴意义。

综采工作面煤柱下穿层过全断面无炭柱实践

介绍了杜儿坪矿南八盘区73801工作面概况,对在复杂地质条件下,综采工作面回采过程中同时进行过上部实体煤柱、挑夹石穿层和过全段面无炭柱施工,特别是对各项接替工程,提出了现场技术指导和施工方案,将降低地质和人为因素的影响,可提前加强并采取有效的施工措施和工艺,加强生产组织管理,以保证施工的正常进行,提高回采效率,对在复杂环境下综采生产提供了实践经验。

过煤柱巷道支护方案优化分析研究

基于过煤柱巷道围岩稳定性的维护问题,分别从煤柱影响范围内外两个区域给出了围岩稳定性的维护方案,并针对过煤柱巷道围岩变形的特殊问题,提出在原有支护基础上,利用高强蛇形锚杆与特殊钢带及金属网补强维护。实践表明:该方案的应用无论从经济上还是安全上均取得了较好的效果,为今后类似条件下巷道支护积累了经验,值得推广应用。

OFDR光纤传感技术在十字岩柱暗挖法物理模型试验中的应用

现阶段岩土工程模型试验围岩变形监测多采用点式传感器,仅能获得部分测点的应变,而光纤传感作为一种迅速发展的分布式监测技术,能很好地解决这一问题。对于岩土工程室内试验,现有光纤传感技术无法满足试验对空间分辨精度的高要求。对一种新型光纤传感技术光频域反射技术(OFDR)的测量原理和优点进行介绍,并将其应用于浅埋超大断面圆形隧道十字岩柱开挖模型试验中,对整个模型不同断面进行水平向应变连续监测。根据试验结果,结合有限元分析,表明OFDR能准确记录试验过程中模型内部的应变变化,揭示围岩在十字岩柱开挖方法下的变形规律,反映十字岩柱对围岩的支撑作用,为今后隧道工程开挖提供参考。另外通过算法将应变结果转化为位移结果,并与多点位移计的监测结果进行对比分析,偏差在10%以内。结果表明,该技术可应用于岩土工程试验中的变形监测。

十字岩柱法隧道开挖地质力学模型试验研究

以重庆市轨道交通三号线为工程背景,开展十字岩柱暗挖法地质力学模型试验研究,优化大断面隧道开挖工序,进行围岩岩土相似材料配比试验、模拟洞室开挖过程中锚固注浆加固作用、洞室开挖过程的围岩位移变形监测分析。试验结果表明:研制的钢结构台架可成功模拟加围压条件下的洞室开挖,可直观地观察到模型开挖时围岩的渐进破坏过程。模型试验采用的监测系统能对开挖过程中洞室围岩的位移进行实时监测,实现了开挖支护与监测记录同步进行。根据相关参数建立数值分析模型,将数值计算结果与试验实测结果进行对比分析可知:二者结果基本一致,规律大致相同,且最终位移值满足试验要求,表明模型试验取得了较为理想的效果。研究工作对实际工程施工及今后类似模型试验研究的发展具有一定指导作用。

超长工作面过大断面平行空巷充填支柱支护技术研究

针对厚煤层强矿压超长工作面过大断面空巷问题,通过力学模型分析和室内试验,综合开展充填支柱支护技术研究。根据工作面过大断面空巷顶板的活动规律,建立充填支柱支护空巷基本顶超前破断模型,分析得充填支柱的合理支护强度为4380 kN/m;不同让-承结构比例充填支柱承载性能试验表明,让-承比例对充填支柱承载性能影响显著,高阻让抗特征随着让-承比例增大明显减弱,充填支柱合理的让-承比例应不超过1∶14。最后设计并实施大断面平行空巷的充填支柱支护方案,保障超长工作面安全快速地通过空巷,为相似地质条件的空巷治理提供较强的经验借鉴。

石门揭穿突出煤层预留岩柱最小厚度的确定

针对目前石门揭穿突出煤层仅靠经验确定的情况,从岩石力学角度,采用快速拉格朗日数值计算方法,并对东山煤矿东二石门揭穿3#突出煤层时预留厚度分别为5、3、2、1 m的岩柱进行研究,研究结果直观形象地展现了石门掘进过程中不同预留岩柱承受的应力分布状态和塑性破坏程度,从而确定了合理的最小预留岩柱厚度。