对西铭矿8号煤层位陷落柱冒落距的探讨

依据大量的陷落柱原始观测资料及本区煤系地层岩性特征和陷落柱充填物岩性的不同、对其层位的认定 ,推出煤层层位陷落柱的冒落距。由此得出与冒落距有关的一系列结论 ,导出某一层位以上陷落柱高度的计算公式。

复杂不规则采空区围岩冒落持续监测及周期性冒落特征分析

复杂不规则采空区因其形成条件的特殊性和工程环境的复杂性,在形成初期常表现为剧烈且无规律的阵发性冒落,对采空区安全治理极为不利。以河北某铁矿因下部民采空区与生产区域采场相互贯穿形成的复杂不规则冒落空区为工程背景,结合三维激光扫描技术、现场调查结果和开拓、采准工程现状等,提出了联合监听冒落岩块撞击声响与监测拱脚变形的采空区冒落持续监测方法,得到拱脚变形破坏引起采空区批量冒落的周期性冒落特征。冒落岩块撞击声响监听结果显示,空区发生阵发性冒落的持续时间约5个月,经短暂稳定阶段后进入周期性冒落阶段。结合拱脚变形监测结果,可知该空区周期性冒落阶段周期为15~30 d,空区围岩批量冒落滞后拱脚变形破坏的时间为3~8 d,可见空区拱脚变形破坏可作为空区围岩进入批量冒落的前兆,提出监测2次空区边界扩展差hk来预测空区围岩批量冒落的发生时机。研究结果对于同类型空区冒落监测和安全治理具有一定的借鉴意义。

露天地下楔形转接过渡诱导冒落控制边坡岩移危害技术研究

露天地下楔形转接过渡模式的安全管控是利用崩落法开采挂帮矿形成的塌陷坑阻止边坡岩移威胁露天采场,但地采扰动下的高陡边坡破坏过程不易控制,因而制约了楔形转接过渡模式在大型深凹露天矿山中的应用。针对上述问题,结合极限平衡分析方法,揭示出崩落法开采扰动下的高陡边坡渐进破坏规律,提出了边坡滑移体体积计算方法,以及通过调控回采顺序控制边坡滑移进程以实现塌陷坑完全承接边坡滑移体的边坡岩移危害控制技术。研究表明:边坡岩体不会随挂帮矿向下开采而发生持续破坏,只有当挂帮矿开采至关键分段时,边坡岩体受力状态超过极限平衡状态才发生滑移破坏,可通过滞后回采关键分段上盘三角矿延缓边坡滑移,以及通过滞后回采关键分段下盘矿体和采用下向阶梯状回采工作面增大塌陷坑容积,最终实现塌陷坑有序承接边坡滑移体。研究成果完善了大型深凹露天矿楔形转接过渡的安全管控方法,提高了楔形转接过渡模式的适用性。

急倾斜煤层巷道冒落带注浆加固技术的研究与应用

急倾斜煤层巷道掘进过程中,经常受到高地应力和断层构造带的影响,易造成煤层顶板冒落,影响巷道的掘进和煤矿的安全生产。针对上述问题,以石洞沟煤矿31114运输巷为工程背景,采用KWJG-4无机双组分化学材料对冒落带破碎煤岩体进行注浆加固,将破碎围岩黏结为具有一定强度的密实体,从而有效加固冒顶区的破碎围岩,提高顶板的整体强度及完整性,改善工作面顶板的受力状况,实现掘进巷道安全、快速、高效过冒落带。对于煤矿生产过程中遇到类似巷道冒落破碎带问题,该方法具有一定的借鉴和指导意义。

眼前山铁矿冒落冲击风险评价

为研究眼前山铁矿露天转地下首采分段区域冒落冲击风险,应用应力监测、微震监测、数值分析方法获得了首采分段围岩的开采扰动响应特征,提出了眼前山铁矿冒落冲击风险评价方法。研究结果表明:随着与采场距离的减小,岩体的应力变化量、累计微震事件数逐渐上升,当前的回采活动引起岩体内应力集中区及破裂区的局部贯通;利用应力集中程度、应力集中区范围、应力集中区贯通程度、岩体断裂路径贯通程度4个指标综合量化眼前山铁矿地下首采分段区域冒落冲击风险为低等级。

铝土矿地下开采顶板冒落预防初探

本文针对铝土矿地下开采中顶板冒落问题展开研究。首先概述了铝土矿地下开采的特点和面临的挑战,然后重点分析了顶板冒落的主要原因,包括地质构造因素、开采深度和开采方法、支护技术和支护材料选择、人为因素等。在此基础上,提出了预防顶板冒落的技术措施,涵盖地质勘查与分析、合理的开采设计、先进支护技术应用等方面。这些措施的有机结合,可有效控制铝土矿地下开采顶板冒落危险,确保开采安全高效进行。

动态扰动下顶板块体失稳冒落研究综述

巷道、采场等地下开挖空间周边围岩的次生结构面发育,岩体极易被切割成多个独立岩块,并在准静态地应力或外界动力扰动作用下发生滑动冒落.针对准静态条件下的顶板失稳冒落问题,研究的重点在于结构面的扩展分析以及块体系统的受力平衡条件分析.对于动态扰动条件下的顶板岩块滑动失稳问题,不仅涉及到应力波促进下的裂隙扩展问题,还与块体系统中应力波的传播规律和应力波影响下岩块动态受力条件有关.本文分别从静态条件下与动态扰动条件下两个方面总结了顶板岩块稳定性相关研究.目前针对静态条件下的顶板块体稳定性研究已经形成了诸多较为成熟的理论体系;而对于动态扰动条件下的块体稳定性的研究主要还是集中于块体系统内部应力波传播过程的分析,忽略了对顶板岩体受扰过程中裂隙扩展和应力失衡的分析.因此,针对顶板岩块动态失稳问题的研究尚不能揭示冒落机理,而该研究的难点在于“揭示动态扰动诱发块体失稳的本质机理”.最后,介绍了课题组针对动态扰动下顶板块体滑动失稳问题开展的一系列实验与数值模拟研究,揭示了不同方向动态扰动作用诱发顶板块体滑动失稳的机理,为地下矿山冒顶灾害的防控提供一定的理论参考.

大倾角煤层长壁综采顶板冒落形态与支架稳态控制

为研究大倾角煤层走向长壁综采工作面采空区顶板冒落形态与支架稳态控制,通过理论分析、试验研究与现场观测,在厘定走向长壁综采工作面初次来压与周期来压矿压显现规律基础之上,分析耦合效应下的顶板冒落形态的演化机理和支架失稳的典型分区特征。结果表明:沿倾斜自下而上顶板冒落呈非对称的向斜与背斜形态,且冒落与断裂岩块的堆积密实程度逐渐减小,直至采空区上部形成空穴;沿走向采空区下部顶板冒落呈谷峰相间(锯齿)状态;倾向中上部支架受向背斜冒落顶板影响,支架与围岩呈非均匀接触,是支架最易倾倒的部分,且倒架后中上部支架两立柱工作阻力差异最为明显。针对现用支架不具“带压移架”功能,采用“少降快拉”移架的稳态控制方法并指导现场拉架操作,获得良好的支架稳态控制效果,确保了大倾角煤层走向长壁综采工作面的安全高效生产。

充填条件下复杂采空区围岩冒落规律与治理方案研究

复杂大型空区充填治理受限于矿山充填能力,治理现场常表现为“边充边冒”的情形,空区围岩冒落速度较大时,存在冒透地表的可能,对空区安全治理及矿山安全生产极为不利。以唐山某铁矿复杂冒落空区为工程背景,借助三维激光扫描技术对空区形态进行探测,并通过对比前三次探测结果分析了空区的扩展趋势。结合离散元软件3DEC建立复杂数值计算模型,用以演化模拟充填条件下空区围岩冒落过程,掌握空区充填与围岩冒落的时空演化特征,并提出空区分段充填治理方案。结果显示:冒落空区形成初期,边界在纵向与横向上均有扩展,此时空区治理的关键在于及时支撑冒落拱基以限制空区跨度增大,当充填至-210 m水平时,空区横向冒落范围锐减,表明空区充填体有效阻止了空区北侧围岩冒落,可将-210 m水平视为充填临界水平,据此提出的空区分段充填治理方案,可有效保障空区的安全治理和周边矿体的安全开采。

采空区冒落矸石承压变形特征及侧向压力分布规律研究

在覆岩载荷作用下,采空区冒落矸石会产生施加于巷旁支护体或煤柱上的侧向压力,在时间效应影响下,侧向压力可能引发巷旁支护体或煤柱失稳,进而诱发地表塌陷。为研究采空区冒落矸石承压变形特征及侧向压力分布规律,研制了可测量侧向压力的组合式冒落矸石承压变形试验装置。以满足均匀粒径分布的5−30 mm的冒落矸石为例,通过设置相同加载总时长(16 h)、相同目标载荷(10 MPa)、不同数量加载水平(水平1、2、4),研究冒落矸石承压变形特征、侧向压力分布规律及试验前后粒径变化情况。结果表明:随载荷增加,冒落矸石变形逐渐增大,残余碎胀系数和空隙率逐渐减小,加载较恒载阶段尤为明显;恒载初期,轴向应变增长较快,而后逐渐变缓并趋于平稳,若不发生应变突增,时间-应变呈现对数关系;目标载荷相同,加载总时长一致,随加载水平数量增加,恒载阶段产生的总应变显著增加,分别为3.02%、9.07%和17.72%,表明随加载水平数量增加,虽然载荷对冒落矸石输入的总能量减少,但却对冒落矸石的滑移填充和结构调整起到了明显的促进作用;冒落矸石侧压力系数随着载荷增加明显变大;冒落矸石体展现出较强的载荷传递折减效应,自冒落矸石体顶界面垂直向下呈现递减变化;承压变形过程中,粒径为5~10 mm的冒落矸石含量处于动态平衡状态,为稳定粒径。

基于诱导冒落开采的强制崩落区范围确定方法

强制崩落区范围是否合理对诱导冒落法的冒落范围、过程及矿石回收影响重大。为此,以急倾斜破碎中厚矿体诱导冒落法开采条件为工程背景,采用数值模拟的方法,在确定崩落区采幅、高度及开采方式的前提下,构建动态开采模型,分析不同崩落区开采范围、埋藏深度条件下的诱导冒落矿体的致冒机理,形成强制崩落区确定方法。研究结果表明:结合崩落形状、应力分布状态和岩体破坏情况可有效确定强制崩落区,以及特定条件下强制崩落区范围最优形式;增加崩落隅角改变强制崩落区范围,能够有效地提高诱导矿层冒落能力;近崩落区位置存在复杂应力分布状态,崩落区顶板的垂直应力及水平应力的常值受深度影响呈现规律性阶梯型增长。研究结果可为诱导冒落采矿工程提供理论支撑。

厚煤层巷道掘进过断层冒落区防治技术研究

5103运输巷在掘进过F1断层影响区时,巷道顶煤出现冒落,给巷道后续掘进及使用带来较大安全威胁。巷道冒落区内顶板控制难度高,原有的锚网索支护方式难以实现围岩有效控制,在对巷道顶板冒落原因及冒落区围岩特征分析基础上,提出采用“注浆加固+人工架棚”方式对冒落区进行治理,并通过超前管棚对巷道顶板进行加固。现场应用后,冒落区围岩得以有效控制,同时冒落区范围内瓦斯浓度未有异常;超前管棚对断层影响区顶板进行加固后,巷道掘进期间顶板始终保持稳定,未有冒落征兆。研究成果为矿井其他巷道过断层影响区顶板控制提供经验借鉴。

基于ELM-CBR的采煤工作面顶板冒落危险性预测与管理

为准确预测顶板冒落危险性等级,有针对性地进行风险管理,通过极限学习机(ELM)和案例推理(CBR)两种方法,提出相应的预测与管理方法,并将该方法得到的结果与实际情况进行对比分析。结果表明,该方法达到了较高的准确率,对预测结果进一步管理,为管理者提供决策依据。

采煤工作面过构造发育区顶板冒落治理技术研究

依据某矿11203采煤工作面现场情况,提出综合使用注浆(充填)、锚索补强等方式对构造影响区不稳定煤体及顶板进行加固,依据现场条件给出治理技术方案并进行工程应用。现场应用后,某矿11203采煤工作面在地质构造影响区内生产时未出现片帮、冒顶或者支架不稳等情况,采面保持4.8 m/d回采速度,现场取得较好效果。

采煤工作面过断层顶板冒落控制技术研究

针对某矿10302综采工作面过F8断层破碎带期间顶板冒落问题突出现状,提出以预注浆增强断层破碎带煤岩体稳定性的方案,减少顶板冒落及煤壁片帮等给生产带来的影响。根据现场情况对注浆钻孔布置及注浆工艺参数等进行设计。现场应用表明,超前注浆后断层破碎带煤岩体强度及稳定性等明显提升,过断层破碎带时基本不出现冒顶或者片帮等问题。

工作面过局部冒落空巷综合治理技术

针对工作面过局部冒落空巷存在的安全问题,坍塌段采用“封闭注浆充填+冒落矸石打钻注浆+工作面临空预注浆”三步方案,完整空巷段采用全部充填方案。选用双液注浆材料和高水充填材料,满足不同工程部位注浆需求。效果考察表明,空巷段充填体均质、完整,浆液固结体与冒落碎矸胶结良好,工作面回采期间未发生片帮冒顶现象。

过特厚煤层断层冒落带技术方案的浅析

为研究制定俄霍布拉克煤矿特厚煤层巷道如何过断层发育及已冒落区段的处理技术方案,经过对该矿十几年开采过程中的地质及地质构造条件进行详细的分析和研究,发现俄霍布拉克煤矿西翼比东翼地质构造复杂,矿山压力较大。特厚煤层巷道掘进过程中遇见断层,因断层附近围岩(煤)岩层松软破碎、巷道顶炭难以控制、支护难度大、易冒落,甚至出现大面积漏顶现象,不仅对巷道顶板管理和矿井安全管理造成很大的挑战,而且严重制约着矿井接续和矿井正常产能的发挥。基于此,将5109运输道过断层冒顶区方案作为案例,针对以上问题,提出了除了传统的支护方式外,还提前对巷道围岩冒落破碎带实施注浆固化关键技术。现场实施后取得了良好的效果,且5109运输道安全顺利地通过了断层破碎冒落带,为矿井安全生产及5109运输道的正常施工提供了安全保障,同时对类似条件下过断层破碎冒落带具有借鉴意义。

倾斜煤层沿空留巷巷旁充填体承载特性及合理宽度研究

为研究倾斜煤层沿空留巷巷旁充填体承载特性及合理宽度,以黑龙江新铁煤矿左七工作面沿空留巷为背景,采用理论分析的方法,分析矸石动冲及静压作用,明晰了动冲及静压作用影响因素,运用数值模拟软件,分析充填体宽度效应下沿空留巷围岩应力分布及变形特征,揭示了充填体承载特性并确定充填体的合理宽度,最后进行工程应用。研究表明:矸石对巷旁充填体的动冲作用随矸石的质量、采高及煤层倾角增大而增大,随碰撞时间及滑移长度的增加而减小;矸石对巷旁充填体的静压作用随矸石容重、煤层倾角、采高及工作面长度增大而增大;理论计算出巷旁充填体最小宽度为1.36 m;随充填体宽度增加,充填体承载能力及抵抗变形能力逐渐增加,充填体内部形成偏向采空区的“椭圆形弹性核”,最终确定巷旁充填体宽度为2 m。工程应用表明,采用该巷旁充填体参数,沿空留巷围岩变形量较小,满足日常生产需求。

兴安矿深部软岩巷道大面积高冒落支护设计研究

普通小面积冒落支护技术已经被掌握,但是大面积高冒落很难被控制。兴安矿四水平重车线巷道破坏严重,发生大面积高冒落,冒落区长度为150 m,最大冒高为8.6 m,被称为“一线天”。通过对兴安矿四水平重车线高冒区支护现状进行现场调查和分析研究,发现其破坏原因主要有:(1)围岩强度低且层理发育;(2)原支护形式不合理;(3)水理作用;(4)巷道埋深大;(5)构造应力影响大。根据现场工程地质条件、岩石特性和破坏特点,通过室内试验,确定其软岩变形力学机制为高应力膨胀性软岩,并提出采用“双曲拱”柔层桁架支护技术进行支护,使巷道在空间上形成上下双硐室。工程应用效果表明,“双曲拱”柔层桁架支护技术是一种有效控制深部软岩巷道大面积高冒落的支护形式。

石膏矿采空区上覆岩层冒落规律与危险性评价

为对上覆岩层冒落的危险性进行有效评价,在工程实勘的基础上,将石膏矿上覆岩层的自然冒落作为一个逐级发展的过程来处理,并根据普氏平衡拱理论对各级拱形作出2点假定,即冒落拱顶部弧线为抛物线,矿柱按θ角剥蚀。提出以临界松散系数K作为其危险性评价因子,并根据所建立的一般冒落拱模型,分别推导得到条带矿柱及间隔点柱区域关于K的计算公式。最后,将该评价因子用于工程实际,实现对邵东石膏矿采空区的危险性分级。该评价体系,即可对石膏矿地表塌陷作出有效预测,也可对石膏矿地表危险程度进行合理分级。