复合坚硬顶板水压裂缝扩展过程研究

为研究复合坚硬顶板的水压裂缝扩展过程,建立相应扩展模型,对水压裂缝的扩展机制和扩展模式进行理论分析,以大同矿区复合坚硬顶板为研究对象,采用岩石损伤破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RFPA^(2D)-Flow)数值模拟软件,研究水压裂缝的扩展过程及不同因素下的影响,并用相似模型试验方法验证数值模拟结果。结果表明,水压裂缝的扩展主要受到顶板岩石的力学性质、主应力差、层理面倾角和层理面力学性质等因素的影响。大同矿区的复合坚硬顶板中的水压裂缝优先扩展进入强度最低的泥岩层,随主应力差增大,水压裂缝向不同岩性岩层扩展过程的差异性减弱。随着层理面倾角增大,水压裂缝由穿过粗粒砂岩层扩展逐渐转为沿层理面和限制在压裂层内扩展。而层理面弹性模量的增大,有利于水压裂缝直接扩展进入粗粒砂岩层。

复合坚硬顶板地面水力压裂强矿压控制技术研究

针对复合高层位坚硬顶板所产生的工作面及巷道强矿压问题,传统的井下水力压裂及爆破切顶卸压等技术难以达到预期效果。基于马道头矿8106工作面顶底板岩层赋存条件,结合地面垂直钻井水力压裂技术,对压裂目标层、钻井位置及井身结构等进行具体参数设计并在现场实际应用。应用结果表明,地面水力压裂效果显著,工作面及巷道强矿压现象得到明显缓解。

复合坚硬顶板综放工作面顶煤顶板运移研究

通过现场实测研究了新阳煤矿复合坚硬顶板条件下综放工作面顶煤和顶板的运移规律。研究表明,在未处理坚硬顶板和夹矸的条件下,9#顶煤和直接顶板也能及时冒落,有利于提高顶煤采出率。

大水矿井复合坚硬顶板采矿工程的实践

该文就大水矿井、复合坚硬顶板采矿工程中所存在的问题进行了分析，提出了有效防治底板出水和顶板冒漏的措施。

基于分区弱化的复合坚硬顶板冲击地压分段压裂区域防治研究

针对复合坚硬顶板联动效应引发的冲击地压灾害,基于复合坚硬顶板的赋存特征,结合弹性力学理论,分析了高-低位坚硬顶板矿压显现特征,建立复合坚硬顶板破断形态和断块铰接形态判识的力学模型,分析了复合坚硬顶板岩层破断形态,研究了复合坚硬顶板协同破断机制,揭示了协同破断易释放巨大的冲击动能,形成冲击灾害的原理。依托坚硬顶板分区降能的弱化防治理念,提出了煤矿井下定向长钻孔裸眼分段水力压裂“高-低”位协同超前区域防治冲击地压灾害技术模式,并设计了错步式分段压裂段工程布置。工程试验得出:复合坚硬顶板高、低位定向钻裸眼分段压裂协同弱化后,顶板微震事件频次、总能量、顶板来压步距及来压范围分别降低42.17%、31.07%、33.69%、57.14%,合理有效防治了复合坚硬顶板冲击地压灾害。通过顶板分段水力压裂实施,顶板岩体被压裂成若干小块时,大幅降低了蓄积能量,并伴随压裂成缝过程的能量损耗,实现了复合坚硬顶板的分区分段可控破断距的垮落,实现顶板应力的转移、消散及动力灾害有效控制,为同类地质条件下冲击地压灾害区域弱化治理提供技术借鉴。

复合坚硬顶板锚杆参数对预应力扩散效果的影响研究

针对开采过程中巷道围岩严重变形的问题,以马军峪煤矿90111运输顺槽为工程背景,通过数值模拟和正交试验分析锚杆参数对其预应力扩散效果的影响,结果表明:预应力扩散率与杆体直径和长度成二次函数关系,且随着锚杆直径和长度的增长,预应力扩散范围分别呈现"减小→增大→减小"和"增大→减小→增大"的趋势。实践表明,当锚杆长度为2.0m、直径为20mm时,预应力扩散效果良好,可以有效控制巷道围岩塑性破坏。

深孔爆破在深井坚硬复合顶板沿空留巷强制放顶中的应用

为防止深井坚硬顶板沿空留巷的充填墙体在顶板垮落时被压坏,特采取深孔爆破强制放顶来释放顶板压力以提高沿空留巷的护巷效果。通过数值模拟和理论分析的方法,阐述深孔爆破强制放顶的卸压机制。炸药在坚硬岩体中爆破,爆破孔周边的岩体受爆轰应力波作用产生大量裂隙并发生大幅度位移,使爆破孔周围的应力重新分布,厚层顶板垮落,降低了巷旁充填墙体的附加载荷,从而起到护巷作用。最后,在潘一矿东区1252(1)工作面进行超前深孔爆破强制放顶的现场应用,在经历工作面回采和充填留巷稳定阶段后,墙体整体维护效果良好,对类似条件下沿空留巷强制放顶具有很好的借鉴意义。

坚硬软弱复合顶板切顶卸压沿空留巷爆破技术

为在坚硬软弱复合顶板切顶卸压沿空留巷时取得较好预裂爆破效果,通过现场试验和分析,采用合理的双向聚能张拉爆破技术,对巷道顶煤强度较小、直接顶较软弱、基本顶坚硬的复合顶板进行了有效的预裂爆破。结果表明:对于软弱岩层,爆破能量易沿孔壁原生裂隙发生冲楔作用,聚能效果较差,深12 m的炮孔内裂缝长度只有1.2 m,并且孔口易出现爆破漏斗,对巷道原有支护造成破坏;对于坚硬岩层,随着装药线密度增大,聚能方向裂缝率逐渐增大,当单个炮孔装药量为7卷、药卷长度和空气柱长度的比值为3.348、填塞位置位于坚硬岩层时,普氏系数为12的中砂岩段炮孔内沿预裂方向全部产生张拉裂缝,裂缝长度达5 m,裂缝率达100%。因此,对于坚硬软弱复合复合顶板,使坚硬岩层沿预裂方向产生有效的裂缝,软弱岩层自行垮落,能够取得满意的预裂效果。

塔山煤矿复合坚硬顶板切顶留巷围岩变形机理及控制技术研究

以大同矿区塔山煤矿8304工作面切顶留巷为工程背景,综合采用理论计算、数值模拟及现场监测等方法对切顶留巷围岩的变形机理进行了分析,并提出了相应的控制技术。沿空顺槽实施切顶后,留巷顶板形成短臂梁结构,巷道整体处于卸压状态。切顶形成的切缝结构面阻断了采空区顶板压力传递到实体煤帮的路径,降低了煤帮应力集中程度,从而较大幅度减弱了实体煤帮及底板的变形;顶板最大变形集中在切缝侧,但下沉量有所减小;矸石帮变形分为垮落阶段的冲击变形和稳定阶段的缓慢变形,变形先急剧增大,后缓慢增加至稳定。基于对留巷围岩的变形分析,提出了对留巷顶板实施恒阻大变形锚索加强支护以控制顶板下沉,垮落矸石帮侧布置单体支柱配合11#工字钢与钢筋网片防冲护巷,煤帮采取左旋无纵筋螺纹钢锚杆加固处理及底板采用C20混凝土硬化的综合控制技术。现场监测留巷断面尺寸约为2 834 mm×4 615 mm,较原巷道断面最大收缩率为15.6%。监测结果表明:该控制技术能够有效控制围岩变形,所留巷道完全满足复用生产需求。

复合型坚硬顶板高档普采长壁工作面开采实践

针对复合型坚硬顶板的六采区,通过对工作面生产过程的矿压显现进行了全面观测和力学分析。根据复合型坚硬顶板条件下工作面的矿压显现规律进行深孔爆破卸压设计,并应用工作面的回采生产,在生产过程中消除了冲击地压现象,实现了回采工作面的安全生产,提高区域资源回收率,延长矿井服务年限2 a,投资小,效果好,为矿区的社会稳定带来巨大的社会效益。

深埋坚硬复合顶板定向水力压裂卸压技术研究

针对赵庄煤矿深埋坚硬复合顶板难垮落的问题,以1311工作面为研究对象,通过对围岩应力影响因素进行综合分析研究,提出了定向水力压裂卸压技术弱化围岩,并进行现场应用。现场应用结果显示,定向水力压裂卸压技术能有效弱化坚硬复合顶板,降低了巷道围岩应力集中程度,卸压效果良好。

坚硬复合顶板沿空留巷围岩控制技术的相关分析

文章简述了沿空留巷顶板的运动发展阶段以及坚硬复合顶板下沉的控制对策,在此基础上,以某煤矿工作面为例,提出了一种坚硬复合顶板沿空留巷围岩控制技术方案及其优化设计方案,同时对相应控制技术的应用效果进行了分析,结果表明,该沿空留巷围岩控制方法的落实,能够达到较为理想的控制煤矿工作面围岩实际变形量的效果。

薄煤层复合顶板切缝聚能爆破参数试验及确定方法

为获取"坚硬软弱"复合顶板爆破预裂切缝的较好预裂效果,文章通过对小河嘴煤矿2018工作面运输巷现场试验和分析,针对巷道直接顶较软弱、基本顶坚硬的复合岩层条件,试验得到了合理的爆破预裂切缝参数,掌握了这种特殊条件下聚能爆破切缝的方法。结果表明:切缝药包和封泥位置位于软弱岩层中时,由于孔壁裂隙发育,爆破能量易沿孔壁裂隙发生冲楔作用,聚能效果较差;对于坚硬岩层,装药线密度越大,张拉切缝效果越明显,线密度越小,越易出现压裂破坏。

多层不连续厚砂岩顶板矿压显现及变化规律研究

在国内外复合坚硬顶板研究的基础上,通过理论分析、室内试验、数值模拟和现场监测,研究了不连续坚硬顶板的矿压特性和变化规律。充分了解五家沟煤矿5-1#煤15304工作面采场顶板岩层的结构特征,然后基于地质特征和矿压显现规律对顶板赋存进行矿压强度分区。采用UDEC数值方法对15304工作面对应的2个钻孔条件下顶板垮落特征及矿压显现进行分析。最后现场采集的数据结果表明:工作面初采位置处于钻孔403矿压显现强烈区域,且与矿压强度分区和数值模拟结果的范围一致,保障了各工作面安全回采。

顶板定向长钻孔分段水力压裂防冲技术研究

针对目前煤矿常用的超前钻孔水力压裂切顶卸压手段无法良好的处理高厚度的坚硬复合顶板,基于煤矿井下多点拖动式裸眼分段压裂成套装备,形成了煤矿井下复合坚硬顶板超长钻孔分段压裂区域弱化解危工艺技术。通过“高-低”位定向长钻孔分段水力压裂的实施,使基本顶提前垮落触矸,对工作面顶板形成有效支撑,避免冲击地压的发生。并且在鄂尔多斯矿区采用煤矿井下定向长钻孔分段压裂的方法开展超前区域弱化解危治理,工程实践证明防治效果显著:在压裂过程中能够在岩体内部形成宏观裂隙与微观裂隙沟通的立体缝网,上覆岩层能够充分垮落,使其更快达到充分采动状态,降低上覆岩层悬顶达到极限跨距后突然失稳对工作面形成动载荷的风险,极大程度上降低了采动影响区域能量释放强度、周期来压强度和煤体内部超前应力峰值,有效减缓巷道变形。

坚硬复合顶板沿空留巷围岩控制技术研究

通过对坚硬复合顶板切顶卸压沿空留巷顶板运动特征的研究,明确了留巷顶板运动及应力演化规律,得到了顶板覆岩荷载的传递机制。基于围岩结构演化特征,建立了留巷顶板下沉量计算模型,确定顶板下沉量由坚硬顶板关键块旋转下沉和顶板离层共同控制,给出了顶板最终下沉量的计算公式,并提出了非对称支护的控制对策和锚索支护强度计算公式。以邱集煤矿1102工作面坚硬复合顶板沿空留巷为研究背景,借助UDEC数值模拟软件,对巷道顶板位移与应力变化进行计算。结果表明:切顶后的顶板悬臂梁具有越靠近切缝竖向位移越大的特征,且顶板应力向深部转移,巷道顶板无应力集中现象。据此设计恒阻大变形锚索+锚杆+单体支柱的非对称支护结构,现场应用效果良好。