大型金属矿山深孔采矿两率指标管控技术创新与应用

石人沟铁矿回采采用深孔凿岩穿孔爆破,原垂直走向布置矿房和沿矿体走向布置矿房在矿房布置和穿孔方式上未按现场变化进行技术优化,导致深孔凿岩过程中未能根据矿体实际产状进行精准调整,造成矿体上盘和下盘矿石严重损失贫化,直接影响矿石两率指标,造成矿山生产成本偏高,使得矿石资源未能被充分利用。对此,技术人员进行矿房设计优化及凿岩施工过程管控,提高矿体内有效凿岩率,避免矿体外凿岩造成的工程浪费,矿体上盘和下盘的损失贫化率近乎于零。结合现场生产实际,精准实施多排毫秒延期爆破技术提高爆破效果,有效控制了大型矿山深孔采矿两率指标,提高了矿山生产效益。

钻爆法隧道炮孔分布计算机辅助设计及应用

隧道一次爆破炮孔分布上百个,依赖工程经验的传统人工绘制爆破方案费事费力。为了研究隧道爆破炮孔智能设计方法,基于公式推导,提出了炮孔平面分布和三维空间分布的数字化方法;再采用计算机编程技术,实现了炮孔参数的程序化,研发了炮孔智能设计系统。研究结果表明:应用隧道轮廓线、掏槽孔、周边孔和辅助孔的参数化表达方法,可以实现隧道炮孔的快速创建,符合隧道爆破需求。通过建立炮孔孔口与孔底坐标的关联关系,可以实现炮孔空间分布的精细表达,直观地指导现场钻孔作业。应用计算机编程方法,可以实现了炮孔布设的智能、精细设计。现场隧道爆后炮孔残痕完整,隧道开挖轮廓成形光滑,整体掘进效果好。研究成果提高了隧道炮孔设计的效率与智能化。

霍尔辛赫矿3502工作面“以孔代巷”瓦斯治理技术研究与应用

为进一步提升顶板高位裂隙定向长钻孔抽采效果,根据霍尔辛赫矿3502工作面综合柱状图及顶板“三带”分布规律,对工作面“以孔代巷”采空区卸压瓦斯抽采技术进行了研究,考察分析了3502工作面2号定向钻场顶板高位裂隙定向长钻孔抽采浓度、纯量和抽采混合量随工作面回采距离变化关系,确定了最佳抽采效果层位,总结了钻孔合理布置位置,节约了施工时间和成本,实现了工作面采空区及上隅角瓦斯零超限目标,确保了回采工作面在低瓦斯状态下高效回采。

预防冲击地压煤层掘进注水钻孔布置与参数的确定

针对以预防冲击地压为目的的煤巷掘进预先注水问题,结合京煤公司木城涧矿北6178工作面8槽煤的实例,通过现场单孔等压注水试验,以打钻方法测定注水钻孔两侧煤体水分增值,用可变容差最优化搜索方法对模型参数进行反演,得到煤体的导水和贮水特征参数,得出该煤层属低湿润饱和,导水性差,适合高压注水(9～12MPa).用数值模拟方法详细描述了在各压力下的注水动态过程,给出了注水的压力、时间、湿润范围三者的动态变化关系.分析了单、双孔布置与注水参数的变化关系,提出双孔同时注水方法、设双掘进面、掘进和注水工作交叉作业的注水设计方案,既提高了注水湿润范围,又使注水不影响掘进工作.给出了合理注水参数的确定方法.

豫西偃龙矿区巷道滞后突水机理及防治方法

偃龙矿区地处豫西,主要开采二叠系下统山西组二1煤层。在开采过程中,受到下伏太原组和马家组灰岩岩溶裂隙水的威胁,底板岩巷掘进后易发生滞后突水,对矿井的安全生产造成很大影响。在阐述了巷道滞后突水机理的基础上,分析了突水原因,提出了防治方法,并以-236m大巷滞后突水为例,论述突水的形成与治理过程。分析表明,-236m大巷滞后突水的水源为太原组和马家组灰岩岩溶裂隙水,导水通道为F215断层及附近裂隙带。随后在巷道北侧水仓内设置钻场,布置钻孔进行注浆堵漏。同时对钻孔的设计、调整及注浆过程进行了较为详细的介绍。从注浆效果可以看出,出水点水量由原来近110m3/h降至2m3/h,堵水率达到98%,封堵效果很好。

大直径深孔阶段矿房充填采矿法采场结构参数优化及应用

紫金山金铜矿深部铜矿开采在采矿安全、效率、成本等方面逐渐暴露出一系列问题。对大孔凿岩硐室布置形式、炮孔布置、矿房底部出矿结构进行优化,并进行现场工业试验,取得了较好的技术经济指标和经济效益。采准切割工程量减少约20%,充填量减少约500 m^3,大孔凿岩量减少约9%,单矿房累计可实现降本增效69.54万元,提高了企业的经济效益和社会效益,可供类似矿山开采参考借鉴。

复杂地层大直径高位定向钻孔代替高抽巷瓦斯抽采可行性及效果分析

针对高抽巷瓦斯抽采存在施工成本高、周期长、劳动强度大等问题,开展在复杂地层中采用定向钻机施工大直径高位定向钻孔代替高抽巷的技术研究,并形成“定向先导孔+正向分级扩孔”成孔工艺,确保特殊地质条件下大孔径钻孔的成孔率。赵庄煤业在3307和1309工作面施工大直径高位定向钻孔,最大孔深突破600 m,最大孔径203mm。1309工作面大直径高位定向钻孔单孔最高日抽采量突破3.3万m^3,单个钻场最高日抽采量突破5万m^3,与高抽巷瓦斯治理能力相当,证明了复杂地层条件下定向钻机施工大直径高位定向钻孔代替高抽巷抽采瓦斯的可行性。结合“竖三带”和椭抛带理论,对大直径高位定向钻孔最佳布孔范围进行了分析和确定。

铜锣山隧道全断面开挖法钻爆设计

通过铜锣山隧道施工实例,就隧道全断面开挖钻爆设计进行了探析,分别对爆破参数选择、炮眼布置、爆破控制及监测、开挖爆破设计及验算等展开论述,通过此钻爆设计,解决了常规爆破存在的问题。

煤层首采工作面瓦斯治理技术研究

为了通过该工作面的回采探索类似条件1煤层的瓦斯治理方法,使制定瓦斯治理方案更科学有效,根据1煤层210108工作面巷道布置情况,现场考察工作面的瓦斯治理效果,研究工作面的瓦斯涌出规律,为类似条件的工作面瓦斯治理提供了技术依据,相关集成技术具有广阔推广应用前景,安全经济效益显著。

光面爆破技术在向莆铁路青云山特长隧道工程中的应用

光面爆破设计是隧道工程建设确保质量安全的核心技术要素。向莆铁路青云山特长隧道采用钻爆法施工。穿越围岩以Ⅱ~Ⅲ级为主,此地段采用全断面法开挖;进出口与浅埋地段等部分为Ⅳ、Ⅴ级围岩,采用台阶法施工,围岩较差段采用弧形开挖预留核心土方法施工。不同级别围岩采用了针对性的爆破设计,取得了满意的爆破效果。适当加密周边眼、合理确定光面爆破层厚度、采用小直径药卷不耦合装药结构、保证爆破眼同时起爆是光面爆破成功应用的关键。

某铅锌矿分段凿岩阶段空场法试验研究

针对某铅锌矿急倾斜厚矿体赋存状态、开采技术条件和矿的稳固程度,开展了分段凿岩阶段空场法试验;采准工程布置优化为改进B型,可节省工程量约30%;切割拉槽采用间隔装药分次爆破技术,有效避免了爆破悬顶和立槽产生;爆破回采时扇形中深孔A区采用孔底高威力起爆和B区孔口交错装药措施,降低了炸药单耗和装药量;可为类似矿体开采提供经验借鉴。

近距离煤层群下行开采底板应力分布与瓦斯抽采技术研究

针对沙曲煤矿近距离突出危险煤层群开采的瓦斯防治难题,采用室内试验、数值模拟现场试验等研究手段对近距离煤层群下行开采底板应力分布特征与卸压范围及钻孔瓦斯抽采布置有进行分析。结果表明:煤层群各顶底板岩层物理、力学性质呈现不均匀分布,表现为岩层间横向性质相近,垂向岩性差异性较大的典型层状分布。其中,3号、4号、5号煤层间顶底板均为密度较大、内聚力较大、抗拉、抗压强度均较高的砂岩。4号煤层开采后采空区中部底板岩层一定范围内出现明显的垂直应力为0MPa的区域,底抽巷处在卸压区范围内,采空区中部下方底抽巷围岩垂直应力低于5MPa。底抽巷布置在距5号煤层14m处是合适的。工程实践表明,抽采半年后瓦斯压力由1. 5MPa降至0. 2MPa,平均抽采率维持在80%以上,采用底抽巷抽采瓦斯效果较佳。

叠加效应影响下钻孔有效抽采半径的数值模拟及布孔间距优化

针对煤层瓦斯预抽钻孔布孔间距存在盲目性和不确定性等问题,以流固耦合原理为基础构建煤层瓦斯抽采流固耦合数学模型,借助FLUENT数值模拟软件对煤层瓦斯预抽钻孔有效抽采半径进行数值模拟研究,在多钻孔数值模拟的基础上对建新煤矿4207工作面煤层瓦斯预抽钻孔布孔参数进行了优化。结果表明:钻孔有效抽采半径随抽采时间的增加呈对数形式增大;多钻孔抽采时孔间相互扰动可产生抽采叠加效应,布孔间距越密集,钻孔之间瓦斯压力下降幅度越显著;在90 d的预抽期内,建新矿单孔抽采的有效半径为2.02 m,多孔抽采的布孔间距为2.86~4.50 m。结合煤层厚度提出了正三角形的布孔方式,经现场应用瓦斯参数达标,布孔方案切实有效。

高瓦斯厚煤层本煤层预抽钻孔布置优化研究

针对潞安集团司马煤业高瓦斯厚煤层瓦斯抽采技术难题,探讨了不同钻孔布置模式下的瓦斯抽采效果,分析了钻孔参数对孔周裂隙扩展的影响规律,提出了适用司马煤业厚煤层的合理钻孔布置模式、钻孔布置间距、钻孔有效半径及瓦斯抽采的有效时间等关键技术参数。在此基础上,结合3号煤层瓦斯赋存地质条件,进行了厚煤层瓦斯抽采钻孔布置设计,现场试验结果表明:将1207工作面回采巷道划分为三个瓦斯抽采段,执行“五花孔”与“三花孔”相结合的钻孔布置模式,钻孔数减少约30%,工作面首段抽采时间缩短为110 d,瓦斯抽采效率提高70%,极大缓解了采掘工作面抽采衔接过程中的时间紧张问题。

井下帷幕截流技术研究

井下帷幕注浆技术是解决奥陶系灰岩水害的有效方法,通过帷幕截流技术方案对比研究了井下帷幕巷、帷幕钻孔的设计以及注浆材料和注浆工艺,为矿井水害治理提供了整套的井下帷幕截流技术。

突出薄煤层顺层瓦斯预抽钻孔合理布置研究

针对松藻煤矿突出薄煤层工作面顺层瓦斯预抽钻孔布置参数与抽采达标时间关系不清,难以适应矿井采掘接替要求、浪费钻孔工程量的问题,分析了不同钻孔布置参数对抽采达标时间的影响规律,制定了抽采达标时间现场考察方案,并在2215-2工作面进行了现场考察试验。试验结果表明:缩小钻孔间距可有效缩短抽采达标时间,钻孔直径为φ65mm、钻孔间距由5m缩小至3m,吨煤钻孔量增加70%,抽采达标时间由71d缩短至32d;同步增大钻孔直径和钻孔间距将增加抽采达标时间,钻孔直径由φ65mm增大至φ87mm、钻孔间距由5 m增大至8m,吨煤钻孔量减少40%,抽采达标时间由71d增加至93d。

基于超大直径钻孔的瓦斯治理技术研究

针对天地王坡煤矿井田地质情况及瓦斯抽采钻孔易塌孔、施工难度大、成本高等技术难题,进行了煤层超大直径钻孔技术装备及瓦斯治理工艺研究。提出了"以孔代川"的瓦斯治理工艺新方法,研制出基于螺旋钻杆与外护管同步钻进技术的超大直径钻孔装置,有效解决了工作面瓦斯超限问题。

大直径钻孔替代通风联络巷可行性研究

为减少掘进工程量,节约成本,提出了用大直径钻孔来替代原有的通风联络巷。以大众煤矿的12煤柱综采工作面回风巷与专用瓦斯抽采巷之间的通风联络巷为研究对象,利用Fluent模拟软件,对无钻孔无通风联络巷、一组通风联络巷、大直径钻孔替代通风联络巷3种情况下的采空区瓦斯流动状况进行数值模拟。研究发现,通过专用瓦斯抽采巷及上述通风联络巷正常进行采空区瓦斯抽采的情况下,用大直径钻孔替代通风联络巷时的采空区瓦斯抽采效果优于现有的通风联络巷施工方案,且直径大于0.6 m的大直径钻孔完全能够起到替代通风联络巷的作用。

叠加效应下多孔水力割缝联合抽采参数优化研究

针对低透高瓦斯煤层在水力割缝过程中存在割缝扰动范围不清、割缝钻孔最佳布孔间距不明确的问题,以贵州豫能高山煤矿1908工作面为研究背景,在建立水力割缝煤体瓦斯抽采流固耦合模型的基础上,借助COMSOL数值模拟软件对高山煤矿1908工作面水力割缝钻孔有效抽采半径、孔周瓦斯压力变化情况进行了研究,并依据模拟结果深入分析了水力割缝钻孔在多孔布置时,受孔间抽采叠加效应影响下有效抽采范围及孔间瓦斯压力变化情况,最终得出其最佳布孔间距及抽采时间。结果表明:(1)水力割缝钻孔单孔抽采效果随割缝深度显著提升,但钻孔有效抽采半径增速变缓,为得到最佳割缝深度,对各钻孔有效抽采半径进行三项式拟合,随着水力割缝深度的增加,有效抽采半径范围在快速增加后放缓且最终趋于平稳,并得出了高山煤矿最佳割缝深度为1.5 m,有效抽采半径达为3.1 m。(2)在相同抽采时间下,煤体内瓦斯压力随两孔距的缩短而降低,说明孔间距越小,孔间受水力割缝所造成的扰动越剧烈,抽采叠加效应影响越显著。(3)在保证消突达标的前提下,选择孔距为7 m进行水力割缝钻孔布置效果最佳。(4)原本在“正方形”布孔方式中,孔心位置可能出现抽采盲区的点最大瓦斯压力仅为0.67 MPa,小于临界值,“正方形”布孔较“正三角”布孔的有效覆盖面积更大且减少了抽采重复区域,从而减少了钻孔施工量,提高了瓦斯治理效率。(5)通过现场试验得出在60 d抽采周期内,水力割缝钻孔布置采用孔距为7 m的“正方形”布孔可有效提高瓦斯抽采浓度及抽采纯量,并达到了延长高效抽采周期的效果,且可消除孔间煤体瓦斯抽采空白带,实现孔间区域煤体消突达标。

低透气性薄煤层综合治理措施防治煤与瓦斯突出

针对低透气性薄煤层的特殊性,采取了工作面风煤钻长孔释放、上隅角抽放、仰角钻场穿层钻孔抽放、高位钻场水平钻孔抽放等措施,消除煤与瓦斯的压力,有效遏制了煤与瓦斯的突出,确保了安全生产。