水力割缝对不同厚度“三软”煤层巷道围岩扰动影响研究

赵家寨煤矿开采煤层在水力割缝过程中受到较大扰动,围岩强度降低,导致煤厚较大且分布不均的“三软”煤层巷道更加难以控制。基于14205工作面岩石力学参数,理论分析确定水力割缝合理参数,借助COMSOL Multiphysics构建不同煤厚条件下水力割缝模型,数值模拟得到了水力割缝对煤层应力、位移影响规律。结果表明:顶煤厚度对于受水力割缝扰动后巷道顶板稳定性有着重要影响,应力特征的主要影响因素为割缝的形态、位置,煤层越厚其变形量越小,水力割缝对煤体的损伤范围主要与割缝位置相关,巷道受扰动范围为两帮各5 m,托顶煤为2 m厚时,顶部煤体受破坏程度最大,巷道稳定性最差,当托顶煤厚度超过4 m时巷道稳定性得到良好改善,在煤体损伤范围内巷道顶部变形量最大,需要加强支护力度。研究结果为不同厚度“三软”煤层水力割缝扰动下巷道围岩稳定性分析提供基础。

“三软”煤层采动覆岩下沉模式及机理研究

以梁北煤矿“三软”煤层11071典型综采工作面为研究对象,通过采用相似材料模拟实验和理论分析方法,阐述了“三软”煤层综放开采条件下导水裂缝带发育充分,地表下沉量大,地表裂缝显现明显的特殊移动变形规律。基于关键层理论,分析了“三软”煤层综采覆岩破断机理,明晰了工作面开采后采动覆岩断裂下沉破坏特征,研究结果为梁北煤矿“三软”煤层开采工作面优化设计及地表采动损害控制提供技术支撑。

“三软”煤层大采高工作面回撤期间综合防灭火技术研究与应用

针对华亭大柳煤矿“三软”煤层大采高工作面回撤期间自然发火隐患进行分析,合理的制定了综合的防灭火技术。对工作面防灭火技术取得的实效进行总结,确保1404工作面回撤期间的安全性。并对制定的综合防灭火技术从安全效益、经济效益、社会效益进行论证。结果表明华亭大柳煤矿“三软”煤层大采高工作面回撤期间综合防灭火技术取得了显著的经济效益,对“三软”煤层大采高工作面煤自燃防治工作具有重要的指导意义。

大倾角“三软”煤层巷道围岩控制技术研究与应用

通过对某煤矿202运输顺槽的顶底板、应力环境及煤层的岩性特征进行分析,结合该矿的支护现状,采用理论分析和数值模拟的手段,对回采巷道支护提出了优化方案。理论分析表明,巷道顶板垂直应力通过岩层间传递作用于巷道底板,造成底板出现持续性底鼓现象,同时顶板各岩层界面处容易发生离层现象。数值模拟结果表明,巷道开挖后拉应力区的范围为1.8 m,若支护范围选择不合理的话巷道容易发生整体变形。针对上述情况,提出高强高预应力支护设计思路,确定锚杆长度选择为2.6 m,同时对该工作面的运输顺槽进行锚网索+W型钢带+喷浆的支护改进。经现场实测,采用该种方案对巷道进行支护,煤层工作面在高应力环境下回采巷道较为稳定,能够保证工作面安全回采。

风力卸压增透技术在提高“三软”煤层瓦斯透气性方面的应用

在“三软”煤层中施工水力冲孔期间,极易发生喷孔、瓦斯超限、封孔困难、抽采浓度低、消突缓慢等难题,为了解决上述难题,在梁北煤矿二1煤层21071运输巷底抽巷施工穿层钻孔,穿煤结束后利用压风从顶板向下全段均匀冲孔,保证穿煤段全程冲孔。现场应用结果表明,实施高负压风力卸压增透作用后,抽采钻孔封孔联网预抽时,钻孔初始浓度均达到70%以上,90 d后稳定抽采阶段瓦斯抽采浓度仍在90%左右,钻孔单孔纯流量达0.02 m^(3)/min。与传统水力卸压技术相比,风力卸压技术不仅能有效改善松软煤层抽采瓦斯钻孔塌孔问题,降低过度浸润煤体堵孔概率和施工过程中喷孔概率,节约水资源,降低废水污染。实践表明,利用风力卸压增透技术来提高“三软”煤层瓦斯透气性能取得很好的效果。

“三软”煤层动压煤巷联合支护技术研究

“三软”煤层巷道变形大,难维护,制约着矿井的安全高效开采。文章以新安煤矿15130煤巷为例,分析了“三软”煤层巷道破坏机理。通过对原支护形式的进一步优化,提出全长注浆锚索联合支护技术,并根据巷道变形机理,提出支护参数的动态调整方案;最后通过矿压观测结果,验证了优化后的支护形式可以对“三软”煤层巷道进行有效支护。

“三软”煤层单轨吊运输系统设计与应用研究

清水营煤矿作为国内典型的“三软”煤层矿井,受软岩危害,矿井辅助运输效率低下,产能受限。通过对比轨道运输、胶轮车运输、单轨吊运输等不同辅助运输系统优缺点,探索软岩条件下单轨吊运输系统设备选型、轨道悬挂设计、巷道断面设计、配套硐室设计、换装方式选择等应用技术,解决软岩巷道工程难题,构建单轨吊运输网络系统,实现了大采高综采工作面42.5 t液压支架安全运输,提高了矿井辅助运输效率,对“三软”煤层条件矿井的辅助运输构建有一定示范意义。

超化煤矿“三软”煤层采动底板变形破坏的实测研究

通过现场应变实测系统研究了郑州矿区超化煤矿"三软"煤层底板采动变形破坏的深度及其受采动煤壁前方影响的范围。得出了在正常采动情况下厚的软煤和软底对应力和变形的传播具有一定的缓冲作用,受超前应力集中的影响,竖直应力的变化比水平应力大。揭示了中段灰岩组对应力分布和变形破坏的重要控制作用,为豫西煤炭资源向深部开采所引起的底板水防治提供了部分参考的依据。

“三软”煤层巷道围岩流变特性试验研究

流变特性是软岩固有的属性 ,在长期荷载作用下的软岩巷道支护设计必须考虑岩石的流变特性 .针对“三软”煤层巷道围岩大变形、难支护的具体情况 ,以显德汪矿主输送大巷为研究对象 ,进行了三轴压缩流变试验 ,获取了泥岩的流变参数 ,进而为下一步的软岩巷道支护设计提供了科学的依据 .

“三软”煤层综采工作面覆岩运移和裂隙演化规律实验研究

针对"三软"煤层综采工作面卸压瓦斯治理问题,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟实验研究了工作面受采动影响后采场覆岩运移规律。同时,采用现场仰斜注水钻孔法和高位钻孔瓦斯抽采浓度监测法对实验结果进行验证。结果表明:在相似材料模拟实验中,对观测面刷白后,能更加清晰地观测到裂隙发育情况;相似材料模拟和UDEC模拟结果基本吻合,垮落带和断裂带最大高度分别为12和38 m,则高位钻孔最佳布孔垂距为20~26 m;现场仰斜注水表明垮落带和断裂带最大高度分别为10和39 m;现场高位钻孔瓦斯抽采浓度监测结果表明,1-2和1-3高位钻孔瓦斯抽采浓度最大,其垂距分别为24.4和20.5 m,验证了物理相似模拟和数值模拟实验方法和结果的正确性和科学性。

“三软”煤层巷道围岩变形破坏机理分析

从沉积岩石学和工程地质力学的观点出发 ,以显德汪矿的软岩巷道为研究对象 ,进行了大量岩石物理力学性质试验 ,深入研究了岩石物化、水理性质 ,探讨了地应力对软岩巷道的控制作用 ,得出了软岩巷道变形破坏力学机制的新认识。

“三软”煤层大采高液压支架的稳定性

针对淮北矿区"三软"煤层赋存特点,对ZY10000—26/56两柱掩护式大采高液压支架的稳定性进行分析,从提高"三软"煤层大采高液压支架的稳定性,控制大采高支架倾倒,由此引发大采高支架倾斜的影响因素入手,坚持以防为主、以调为辅的原则,采取各种有效措施,提高"三软"煤层下大采高液压支架的稳定性。通过在淮北矿区的使用证明,能够保证支护的稳定性,有效地解决了大采高支架在使用中的技术难题,满足了工作面安全生产的需要,实现了矿井的高效高产保证了支护的高可靠性,实现了煤矿的高效高产。

“三软”煤层大采高工作面采场覆岩运动规律数值研究

基于大采高煤层开采后上覆岩层运动、破坏特征和应力特性变化规律,结合潘一矿1521(3)工作面工程地质条件,采用UDEC数值分析软件模拟上覆岩层力学变化与破坏过程,分析了"三软煤层"上覆岩层运动结构特点、运移规律及应力分布情况,并利用工程实测对该模拟结果进行了验证,对我国的大采高开采理论研究作了有益的探索。

“三软”煤层综采工作面旋转开采接架技术

在"三软"煤层大倾角扇形工作面中,采用综采旋转技术进行特殊回采,成功的避免了综采工作面一次拆除和安装,为今后在不规则扇形工作面中使用旋转开采总结了成功的经验,收到了明显的效益。

“三软”煤层上覆岩层移动破坏规律研究

通过相似材料模型实验,对"三软"煤层上覆岩层的移动破坏规律进行了研究。结果表明:"三软"煤层的上覆岩层具有从下往上分层破坏的特性;上覆岩层距煤层越近,下沉量越大,距煤层越远,下沉量越小。

“三软”煤层旋转开采矿压显现规律

通过对综采旋转开采矿山压力分析,总结出"三软"煤层旋转开采期间矿压显现规律,为今后在不规则扇形工作面中使用综采旋转开采提供了成功的经验,收到了显著的社会效益。

“三软”煤层机采工作面端头支护技术

针对"三软"煤层工作面上下端头处围岩变形特点及对支护结构的要求,分析了现有端头支护方式及优缺点,设计了步移式支护架结构及其技术参数,步移式支护架主要分为前部、中部和后部.理论计算了步移式支护架上载荷大小为2 807.35 kN,通过实测分析,支架上平均载荷值2 238 kN,为额定载荷的46.6%,上下端头处围岩最大变形量为197 mm,为安全生产提供了保证,为"三软"煤层端头支护提供了理论及技术依据.

“三软”煤层回采巷道的中空注浆锚索支护

为解决"三软"煤层回采巷道围岩大变形灾变关键问题,以大雁矿区雁南煤矿典型"三软"煤层回采巷道为研究背景,采用FLAC3D数值模拟方法,分析中空注浆锚索支护与锚网索带支护条件下回采巷道围岩位移与应力分布规律。中空注浆锚索相比锚网索带支护,巷道顶底板最大位移量减少53.5 mm,降低了26.6%,巷道两帮最大位移量减少80 mm,降低了33.3%;最大水平应力降低0.7 MPa,最大垂直应力降低0.7 MPa。针对现场工程实际确定最佳支护方式,给出最优支护技术参数。工业试验表明:中空注浆锚索支护控制巷道变形量由原来1 129 mm减小到265 mm,经济技术效果显著。该研究可以为类似条件下"三软"巷道支护提供一种新的围岩控制方式。

“三软”煤层回采巷道支护数值模拟研究

在煤软、顶板软且受上覆煤层采动破坏和影响的煤层中,选择合理的支护方式和参数,对保证工作面安全生产、减少巷道维护成本十分重要,本文对临涣煤矿9#“三软”煤层三种支护方式,即工字钢梯形棚、锚杆钢带支护、梯形棚—锚杆钢带联合支护方式,不同护巷条件下的支护效果进行FLAC数值模拟分析,提出了适合该矿9#煤层工作面回采巷道条件的巷道支护方式,现场应用效果显著。

囊袋式注浆封孔技术在郑州矿区“三软”煤层的应用

为了提高郑州矿区"三软"不稳定煤层瓦斯抽采率,采用主动支护式封孔原理研制的囊袋式注浆封孔装置,有效地封闭了钻孔周围裂隙,减少漏气通道,降低了封孔段煤体的透气性,解决了"三软"煤层抽放钻孔封孔难的问题,提高了本煤层瓦斯抽放浓度,其效果显著。