采动覆岩涌水溃砂灾害模拟试验系统研制与应用

为研究煤层开采过程中覆岩涌水溃砂灾害的演化特征,研制采动覆岩涌水溃砂灾害模拟试验系统。该系统由主体承载支架、试验舱、承压水仓、模拟采煤装置、储能罐、水压水量双控伺服系统和位移应力双控伺服系统组成,具有模拟空间大、可视度优、密封性好、加载方式多样、数据精度高等特点。以西部地区煤炭赋存地层为工程背景,利用研制的低强度非亲水相似材料对煤系地层进行模拟铺设,并对其进行模拟开采,较好地再现了覆岩涌水溃砂灾害孕育、发展及发生的全过程,获得工作面开采过程中覆岩变形破坏、裂隙发育扩展、水砂通道形成及水砂突涌参数和特征。试验结果表明该试验系统稳定可靠,研究方法及结果对进一步认识采煤工作面涌水溃砂灾害的形成机制具有指导和借鉴意义。

神府矿区浅埋薄基岩煤层顶板涌水溃砂防控技术

针对威胁神府矿区浅埋煤层开采的涌水溃砂灾害,分析其成因认为富水砂层中的水力坡度是涌水溃砂的主控因素,理论计算表明当富水松散砂层的实际水力坡度达到砂层液化的临界水力坡度,将发生涌水溃砂。根据涌水溃砂的4项必要条件,以井下采煤工作面顶板预疏放水降低砂层实际水头高度与砂层注浆固化增大临界水力坡度相结合的技术理念探索了涌水溃砂综合防控技术,试验表明:注浆浆液在砂层中呈现劈裂、挤压和渗透3种迁移方式,可有效改善砂层物理力学特性。该技术应用于哈拉沟煤矿涌水溃砂高风险工作面,使工作面安全通过了危险区。

松散砂层下煤层开采顶板溃砂的水动力条件分析

基于潜水完整井非稳定流理论及砂土体渗透运移临界水力梯度作用机理,分析了松散含水砂层下浅埋煤层开采过程中顶板涌水水流动力场特征,并按砂体运移溃入工作面的启动、发展及终止三步探讨潜水水动力条件的作用机理。提出了浅埋煤层开采过程中上覆松散潜水含水砂层涌水溃砂形成的临界水头及其计算公式。并以神府矿区柠条塔煤矿S1103潜埋工作面为例,计算得出该工作面上覆松散潜水含水砂层形成溃砂的临界水头高度为1.92 m,为该工作面顶板溃砂防治提供理论依据。

厚表土薄基岩特殊工程条件下的钻井井壁受拉破断机理

为揭示厚表土薄基岩特殊工程条件下的钻井井壁受拉破断机理,以安徽淮南矿区某在建煤矿副井为背景,分析厚表土薄基岩钻井井筒受拉破断过程与特征,建立马头门上覆岩层弯曲变形竖向剪切拉应力力学模型,给出井筒围岩分层竖向位移函数,采用最小势能原理及弹性力学理论推导出井筒竖向拉应力解析解。分析表明,井筒马头门上覆岩层受施工多次扰动影响发生弯曲变形是产生作用于井筒之上的竖向剪切拉应力的致因;该剪切拉应力产生的作用于井筒之上的拉力由下而上积累到某一阈值,该阈值与井筒自重应力的合力超过钻井井筒极限抗拉强度时,在钻井井筒接头处发生第1次拉断破坏,其后,随着岩层弯曲变形发展,拉断处以上井筒继续受竖向剪切拉应力作用而发生第2次拉断破坏,并导致底部含水层水砂溃入井筒发生淹井事故。马头门围岩的稳定性对改变上部钻井井筒受力状态有重要影响,其上覆基岩越薄影响越大,越易发生钻井井壁拉断破坏,基岩与风化基岩弹性模量比和风化基岩与底含弹性模量比对井筒发生拉断破坏时的位置,以及对应马头门顶部最大竖向位移影响均较小。通过采用钻井井筒竖向受拉等强设计、钻井井筒底部设置壁座、马头门至钻井井筒底部基岩段设置1~2道水平隔离缝、地面L型注浆加固马头门软弱围岩等技术途径,完善现行相关设计规范,确保钻井井筒运行安全。

红树梁煤矿薄基岩首采面河流下开采方案论证

浅埋深薄基岩工作面河流下开采极易发生涌水溃砂事故,文中针对红树梁煤矿4106首采工作面过地面羊塔沟河流问题,提出两个开采方案,通过理论分析、技术经济比较确定合理的河流下开采技术方案。分析表明:采用地下工作面限厚开采方案需要经验积累和采取河流下开采相应的技术保障措施,目前新建矿井首采面实施跳采方案比较保险,也可为后期开采提供矿压数据经验。