三角煤柱孤岛工作面冲击地压防治技术研究

为解决近邻三角形煤柱孤岛工作面冲击地压防治问题,分析了国内该条件下导致冲击地压的研究现状;以唐山矿Y392工作面为研究对象,通过理论分析得出了以大埋深、上覆不规则煤柱、本层三角形煤柱、孤岛工作面冲击地压的主控因素;采用FLAC3D建立了数值模型,分析了本层三角形煤柱孤岛工作面的应力分布规律;提出了通过顶板预裂调控冲击地压主控因素的防冲方法;最后通过现场工程实践,建立并实施了以顶板预裂为主的冲击地压防治技术,通过应力法和钻屑法验证了顶板预裂对该条件下的冲击地压防控具有良好的效果。

孤岛工作面开采顶板深孔预裂减冲机制及微震响应特征

孤岛工作面开采具有较高冲击风险,顶板预裂是一种有效的减冲技术。以高庄煤矿3上1105孤岛工作面为背景,通过理论分析、数值模拟和现场实测等手段,研究了孤岛工作面冲击致灾机理、顶板预裂减冲机制及其影响因素。研究结果表明,两侧采空区覆岩形成的多拱结构传递压力及“砌体梁”结构失稳诱发强动载是孤岛工作面高冲击风险主要原因;建立了局部压力拱结构力学模型,分析局部压力拱力学特性,给出了局部压力拱失稳判据;顶板预裂爆破方法减冲机制为通过破坏形成局部压力拱的“砌体梁”结构,阻断压力传递路径,降低高支承压力场,减小开采期间“砌体梁”失稳诱发强动载风险。现场微震实测数据表明,顶板预裂减冲效果较好,有效降低了冲击风险。

煤矿坚硬顶板灾害水力压裂防治技术监测及评估

水力压裂技术具备安全性好、施工工艺简单的优点,被广泛应用于煤层坚硬顶板灾害治理。但由于岩体的不均质性,压裂孔周围裂隙网络扩展规律复杂,水力压裂裂纹监测精度低,压裂效果评估难度大。针对上述问题,通过对比分析常见水力压裂监测方法及监测方案的差异,揭示微震监测技术的优越性,并对水力压裂效果评估技术进行了讨论。研究表明,微震监测技术具有监测范围广、灵敏度高、连续性好的优点;地面监测、井下监测、联合监测等微震监测方法适用工况不同,监测精度相差较大,应根据现场工程布置与实际岩层条件选取合适的监测方法。坚硬顶板水力压裂效果评估多采用裂缝发育长度、来压步距等间接指标,基于微震参变量直接指标的效果评估相对较少。在此基础上,提出了水力压裂效果评估精细化的发展建议。研究成果对开展坚硬顶板水力压裂现场监测、优化坚硬顶板水力压裂工程设计具有重要指导意义。

深部留底煤巷道冲击地压破坏机理与卸压实践

深部矿井留底煤巷道在回采过程中,存在工作面超前区域巷道底板冲击地压显现的问题。为探究此类条件下巷道底板冲击机理及有效防治手段,以孟村煤矿401102回风巷为工程背景,利用UDEC数值模拟软件建立深部留底煤巷道模型,开展巷道底板冲击区域的应力分布特征研究,研究顶、底板岩层强度弱化对底板应力分布的影响规律,并验证巷道顶板预裂爆破及底板爆破针对底板冲击的防治效果。结果表明:(1)巷道煤层底板中部下方3~5 m煤体内水平应力集中,最大值43.39 MPa,巷道底板水平应力集中是留底煤巷道冲击地压显现的主要诱因;(2)巷道围岩弱化模拟,水平应力差峰值分别降低了22.59、22.91 MPa,有效降低了底板水平应力集中程度。针对巷道底板冲击问题,提出了顶板预裂爆破降低静载集中的防治策略。根据现场实测数据,401102回风巷采取以上措施后,安全回采至工作面结束,顶板预裂爆破有效提高了巷道安全性,可为类似条件下冲击地压防治提供工程借鉴。

大倾角采场围岩应力分布及矸石充填特征的倾角效应研究

煤层倾角是造成大倾角采场采动力学行为呈现复杂性、特殊性,诱发众多灾害事故的重要因素之一,为揭示煤层倾角对大倾角采场围岩控制及矿压显现特征的影响规律,采用物理相似模拟和数值计算相结合的研究方法,在综合分析了大倾角工作面顶板破断运移及矸石滑滚充填特征的基础上,利用有限元−离散元(FLAC2DPFC2D)耦合算法建立了不同倾角的大倾角采场耦合数值模型,研究了大倾角采场围岩应力分布及矸石充填特征的倾角效应。结果表明:①采动作用下,大倾角采场顶底板内围岩应力均呈非对称拱形分布,随着煤层倾角增大,拱形垂直应力释放区范围和向上部偏移程度逐渐增大,但水平应力释放区范围和应力值逐渐减小,无论是垂直应力还是水平应力都易在工作面上下端头顶板处出现应力集中,但最大集中应力会随煤层倾角的增大而减小;大倾角工作面顶底板内应力大小和传递方向均存在非对称特征,随着煤层倾角增大,工作面顶底板应力拱高逐渐降低,围岩应力的传递方向以围岩涌向采出空间为主,由初始近似竖直方向逐渐偏转趋于工作面垂向。②工作面顶板破断及矸石的滑滚充填具有时序性和分区演化特性,并随煤层倾角的改变而呈现一定的倾角效应。随着煤层倾角增大,直接顶的初次破断位置将逐渐向工作面倾向上部区域转移,同时由于重力沿工作面倾向的分力变大,矸石沿倾向的充填程度更为密实,但充填长度减小,工作面中上部区域高位岩层的破碎程度和空洞范围增大。③采空区内矸石对围岩的作用机制主要体现在提供侧向应力和竖向支撑2个方面,且受矸石重力作用影响较大,会随煤层倾角改变呈现较强的倾角效应。

龙凤煤矿切顶卸压成巷围岩控制研究

为了提高煤炭采出率,基于龙凤煤矿生产条件,通过理论分析、数值模拟、现场监测等方法研究切顶卸压沿空留巷控制对策,提出“恒阻大变形锚索+单体和十字梁+可缩性U型钢”的联合支护方式。通过对巷道位移量、液压支架压力、巷道漏风量、沿空留巷甲烷浓度监测数据的分析,沿空留巷滞后工作面约130 m时围岩开始趋于稳定,巷道漏风率在2.14%~3.80%内,风量满足使用要求,沿空留巷回风流中的瓦斯浓度在留巷期间均低于1%,没有甲烷超限现象发生。经过现场观测,巷道顶板预裂切缝率高,液压支架压力明显降低,顶板卸压效果明显,取得了良好的留巷效果。

润宏煤业1305工作面静态膨胀剂致裂顶板卸压技术研究

以润宏煤业1305工作面地质条件为工程背景,采用静态膨胀技术对运输巷顶板切顶卸压,避免煤柱侧应力集中。通过理论分析、实验室测试、现场工程试验等方法,分析和测试了静态膨胀剂的膨胀力性能,计算分析了静态膨胀剂作用下切顶卸压的钻孔参数,设计了详细的施工工艺。研究结果表明,静态膨胀剂的最大膨胀力可达到70 MPa,且持续时间长,完全可以用于煤岩致裂工程。钻孔间距、钻孔直径以及钻孔角度是影响静态膨胀剂致裂效果的主要参数。钻孔内产生的静态膨胀压力作用到孔壁,且能一直保持到顶板进入采空区后,在矿压、自重及静态膨胀力的作用下,顶板会出现裂缝、裂缝扩展、顶板致裂垮落3个过程。根据现场具体工程条件,在多组成排钻孔共同膨胀作用下,可形成膨胀应力的叠加,能够起到更好的致裂效果。研究为探索和推广煤矿非爆破式顶板致裂技术提供了借鉴。

厚硬顶板隅角悬顶分段多次水力压裂技术研究

针对煤矿综采工作面厚层坚硬顶板隅角悬顶问题,建立了“弧三角形”悬顶结构模型,分析了隅角悬顶的形成机理。通过研究水力压裂弱化顶板岩层的作用机理,创新提出分段多次水力压裂技术并对顶板进行预裂切顶,在采空区采动压力与煤柱支承压力共同作用下,实现隅角顶板及时切落。现场试验结果表明,采用水力压裂后,隅角顶板及时垮落,最大悬顶长度控制在10 m以下。研究可为类似条件矿井提供借鉴和参考。

装配式地铁车站叠合顶板受力性能试验研究

为减轻装配式地下车站结构中预制顶板构件的重量、增加结构整体性和防水性、提高施工现场的安装效率,提出一种由预制带肋底板和现浇混凝土叠合层组成的新型预应力混凝土带肋叠合顶板。针对无支撑和有支撑2种安装工况,设计制作4块长度为9 m的足尺叠合顶板试件。采用单调静力加载试验的方式分别研究叠合顶板构件在1阶段受力模式和2阶段受力模式下的受力性能。对预制带肋底板变形、叠合顶板试件的裂缝分布、跨中弯矩-位移曲线和钢筋应变等进行对比和分析,并结合试验结果修正叠合顶板最大裂缝宽度的理论计算方法。研究结果表明:叠合顶板整体受力性能良好,加载过程中叠合面未出现贯通裂缝和滑移破坏;2阶段受力叠合顶板在板底裂缝宽度达到控制限值时,对应的跨中弯矩较1阶段受力叠合顶板减少30.0%,在跨中位移达到变形限值时,对应的跨中弯矩较1阶段受力叠合顶板减少11.6%,说明其在设计时应更加关注变形和裂缝控制;2阶段受力叠合板试件板底和板顶纵筋分别存在着“拉应力超前”和“压应力滞后”现象,在配筋设计时可进一步优化配筋;修正的最大裂缝宽度计算方法可用于叠合顶板1阶段和2阶段受力工况的计算,并保证安全。研究结果为进一步丰富装配式地铁车站的构件形式以及新型叠合板试件的设计提供参考。

裂封综合防水技术在屋面防水中的应用

面对如今众多的屋面场景,防水工程在建筑中的重要性越来越受到关注。传统防水构造在长期使用中容易出现老化、龟裂等问题,导致防水效果下降。基于此,需要一种更为高效、耐用的防水解决方案,而裂封综合防水技术可以很好地解决这一难题,它凭借独特的优势和特点,正逐步展露头角,成为防水工程领域的一股新势力。以枣庄学院图书馆种植屋面施工为背景,介绍该防水系统的施工应用及技术要点,期待能够为建筑行业防水施工开辟新方向。

临空巷道二氧化碳致裂切顶卸压技术应用研究

针对坚硬顶板临空巷道强矿压显现问题,以晋能控股煤业集团有限公司马脊梁煤矿为工程背景,运用理论分析、数值模拟方法进行了临空巷道二氧化碳致裂切顶卸压技术应用研究,并成功完成现场工业性试验。结果表明:二氧化碳致裂切顶卸压技术能够降低应力峰值,应力集中远离巷帮,缓解矿压显现现象,切顶高度和切顶角度对巷道围岩控制有显著影响,切顶高度越大卸压效果越好,但当切顶高度达到一定程度后,继续增加切顶高度对应力降低影响不甚明显;切顶角度大时煤柱内的应力显著降低,切顶角度小时更利于优化巷道附近应力环境;马脊梁煤矿5015巷应用二氧化碳致裂技术切顶卸压,顶底板移近量、两帮变形量、支承压力峰值较未切顶时分别降低22.6%、28.7%、21.8%,显著改善了巷道的应力环境,减小了围岩变形量,有助于解决强矿压显现问题。

地下洞室施工期顶拱变形破坏机理及处置对策研究

喷混凝土层是地下厂房洞室群中普遍采用的一种防护结构。喷层材料开裂、空鼓、掉块等现象,不仅影响地下厂房洞室群的施工安全,也使原支护体系受损,给地下厂房洞室群的稳定性带来不确定性。以抽水蓄能电站大型地下洞室群为例,首先分析了主厂房顶拱围岩的变形破坏特征;其次,分别从洞室围岩变形特点、混凝土强度及其粘结性能进行分析,明确了顶拱变形破坏的主要原因,并揭示了顶拱破坏区域和围岩显著变形区域的关联性;然后,将顶拱变形破坏机理划分为结构面变形引起的喷层剪切破坏和岩体蚀变引起的喷层弯折破坏两类;最后,提出了顶拱变形破坏工程问题的处置对策,为类似工程问题的解决提供了参考。

潘二矿顶板岩层水力压裂切顶卸压护巷技术研究与实践

针对潘二矿采区系统巷道受工作面回采多次采动影响巷道严重变形难以维护的问题,采用数值模拟、理论分析、现场试验相结合的方法,提出了顶板岩层水力压裂切顶卸压护巷技术,并进行了工程实践。结果表明:在工作面采动应力影响范围外超前对顶板坚硬岩层进行水力压裂,顶板岩层在高压水的作用下发生拉破坏,产生水力裂缝,高压水使水力裂缝与原有裂隙贯通,在保压作用下不断扩展,在顶板坚硬岩层中形成明显的人工裂缝,破坏了顶板岩层的完整性,阻断了采动应力在岩层中的传递,减小了超前支承压力的影响范围。在18215工作面收作期间,采区系统巷道变形量较小,保证了采区系统巷道的正常使用,取得了较好的卸压效果。

综采工作面坚硬顶板深孔预裂爆破技术应用研究

井工煤矿进行煤炭开采时,采煤工作面的矿压显现主要受工作面上方顶板的影响,特别是坚硬顶板,影响更大。坚硬顶板造成的综采工作面采空区顶板悬顶面积过大对综采工作面的矿压显现及安全生产有很大影响。回采过程中,坚硬顶板不能随着工作面向前推进及时垮落,会形成大面积悬顶,如果大面积顶板突然垮落,不仅会砸毁设备,破坏工作面,还会产生强烈的冲击波,造成人员伤亡,形成矿难。为了防治井下采煤时坚硬顶板突然垮落造成的安全隐患,塬林煤矿根据W1-108工作面实际情况,决定采用深孔预裂爆破强制放顶技术。

龙游石窟3号洞室三维地质建模与顶板裂缝演化的数值模拟研究

龙游石窟古地下洞室群是中国重点保护的不可移动的文物,具有上千年的历史,但其岩体强度呈现劣化趋势。近20年内多次现场调查发现3号洞室顶板围岩中的裂缝快速发展,顶板岩层较薄位置出现局部掉块。为进一步分析龙游石窟3号洞室顶板裂缝的演化和扩展规律,该研究中采用三维激光扫描技术获取了该洞室轮廓点云数据,结合岩体结构信息建立了几何模型和地质模型,借鉴强度折减法对龙游石窟3号洞室顶板的裂缝发展过程开展了数值模拟和分析。研究结果表明:高精度三维激光扫描点云数据结合地质调查能够准确构建龙游石窟3号洞室的三维地质模型,基于高精度网格模型的数值模拟的结果能够准确反映3号洞室顶板裂缝的演化和扩展规律。龙游石窟3号洞室顶板的裂缝主要产生在洞口和岩柱的周围,扩展形态以环状为主。随着岩体强度折减系数增大,顶板围岩的拉应力集中区分布在已有裂缝尖端以及多条裂缝中间的区域,拉裂缝的纵向扩展主要集中于洞室顶板最外侧围岩内。顶板岩体位移场的变化呈现空间非均匀性特征,3-1号岩柱北侧裂缝集中区最大位移为6 mm,而3-3号岩柱北侧裂缝集中区最大位移达到12.14 mm。该研究首次获得了龙游石窟3号洞室顶板裂缝分布、形态和发展趋势,与现场调查数据基本一致,可为洞室围岩的力学行分析和石窟的长期保护提供参考。

大采高松软煤层柔性充填沿空留巷技术应用研究

针对梁北矿厚煤层沿空留巷围岩稳定性问题,本文提出“预裂切顶-超前加固-高水充填”三位一体沿空留巷围岩协同控制技术。通过室内试验、理论分析、工程类比、数值模拟等方法,确定了梁北矿21051东工作面机巷沿空留巷预裂切顶、超前加固和高水充填支护参数。现场监测结果表明:梁北矿21051东工作面沿空留巷在滞后工作面120 m范围内围岩变形呈增长趋势,120 m后趋于稳定,最终变形量在可控范围,留巷取得成功。相关技术方法可为类似矿井沿空留巷工程提供一定参考。

煤层顶板水力压裂裂缝扩展规律实验研究

针对碎软煤层,煤层顶板水力压裂是常用的增产改造技术之一。查明水力压裂煤层顶板裂缝扩展规律能为压裂参数优化奠定基础。本文研究制作了煤岩相似材料,采用真三轴水力压裂实验装置进行了不同应力状态、不同煤+顶板岩层下的煤层顶板水力压裂物理模拟实验,得出了煤层顶板水力压裂裂缝扩展规律。基于岩石断裂理论,建立了裂缝扩展判识准则。探讨了煤岩+顶板岩石力学性质组合、水平应力差等对压裂裂缝扩展的影响,提出了水力压裂裂缝扩展模式。研究结果表明:硬顶+硬煤和硬顶+软煤的压裂裂缝形态较为复杂,裂缝扩展延伸的距离较长并能发生穿层扩展。软顶+硬煤的压裂裂缝形态较为简单,裂缝扩展延伸的距离较短且不易发生穿层扩展。水平应力差较小时,应力状态为挤压型试样的压裂裂缝很难发生穿层扩展。水平应力差小拉张型试样、水平应力差大拉张型试样、水平应力差大挤压型试样水力压裂裂缝均发生裂缝穿层扩展,裂缝形态分别为“1”字型、“V”字型、“7”字型。水力压裂裂缝扩展受裂缝应力强度因子和岩石断裂韧性控制,通过施工压力是否发生陡降可判断能否发生穿层扩展。水力压裂顶板时,存在压裂裂缝顶板延伸、顶板与层理面延伸、穿层延伸、顶板延伸+人工干预穿层延伸等四种压裂裂缝扩展模式。研究结果为水力压裂煤层顶板穿层扩展机理研究提供了实验基础。

工作面回采扰动影响下煤层大巷群围岩控制研究

研究余吾煤业N2105工作面回采末期阶段对其停采线前方煤层大巷群的影响,通过现场实测调研,指明了回采扰动影响将会导致煤层大巷群围岩发生不同程度的破坏,在此基础上根据UDEC3D离散元软件模拟分析得到煤柱体上方顶板致裂后能够有效地降低煤体内的垂直应力峰值,同时根据COMSOL Multiphysics 6.0仿真软件模拟分析得到最佳注浆压力值和水灰比,分别为1.0 MPa和1.5∶1。现场工业性试验阶段,在1号回风大巷内布置测站所监测的矿压数据表明,围岩两帮和顶底板收敛率均控制在5%以内,巷道围岩整体变形控制效果显著。

重复采动下煤层顶板裂隙岩体的变形规律研究

为掌握西铭矿48703工作面重复采动对上覆岩层顶板裂隙的影响,采用FLAC3D数值模拟软件对48703工作面重复采动过程进行了模拟分析。随着煤层开采的进行,切眼处和煤壁前方的应力呈升高趋势,而采空区上部岩体则相反。煤层顶板岩体因为地应力的重新分布而在垂直方向出现向下位移的情况,且钻孔位置上部岩体最大位移量达到11.6 mm。开挖50 m后,应力模拟图像呈中间低、两端高的马鞍形态,综合而言,重复采动下巷道顶板的变形破坏取决于顶底板裂隙带的空间分布。

工作面高抽巷工程研究与应用

某矿回采盘区呈现煤层厚、瓦斯浓度高、回采期间瓦斯涌出量大的特征,尤其是在首采面回采过程中,回风巷上隅角瓦斯浓度多次出现超限现象,高位瓦斯抽放巷的抽放瓦斯浓度却只有不到4%,抽采效果较差。因此对临近综采面进行高抽巷层位布置,结合高抽巷瓦斯抽放原理及理论公式,进行高抽巷层位、管路设计,增强瓦斯抽放量,降低上隅角瓦斯浓度。