立井冲积层含水层下伏煤层冻结施工技术

新河煤矿新副立井冲积层厚216.5m。冲积层底部有1层7.52m厚的砾石含水层,地下水流速达18.048m/d,其下为10m厚的煤层。煤层含水不均匀,可冻性差,仅依靠冻结封水通过煤层,有较大风险。最终经研究,决定在维持冻结的同时,打金属骨架和注浆作超前支护,短段掘砌,强行通过煤层。方案实施后,取得圆满成功。

基于THM耦合冻结煤层温度场演化规律研究

为研究冻结煤层温度场演化规律,针对煤层注液冷冻防治煤与瓦斯突出方法,建立热流固(THM)耦合方程,应用COMSOL软件分析冻结过程中渗透率、温度场、有效冻结半径等参数的时空演化规律,并对不同布孔方式冻结效果进行对比。研究结果表明:冻结过程中渗透率与有效冻结半径均先快速增加后缓慢增加,有效冻结半径随冻结时间增加呈幂函数关系;多孔布置冻结孔时,随冻结时间增加,有效冻结范围增大;同一冻结时间,距冻结孔越远,温度变化越缓慢,研究结果可为冻结煤层防治煤与瓦斯突出提供理论指导。

石门揭露冻结煤层瓦斯突出过程的数值模拟

针对新提出的石门揭煤注液冻结防突方法,根据煤与瓦斯突出与煤层力学性能、煤层冻结温度之间的关系,结合人工冻结工程实践,采用岩石破裂过程分析RFPA2D系统,确定模型尺寸和边界条件,建立了石门揭露冻结煤层过程气固耦合数学模型。设定冻结温度下煤层的单轴抗压强度、弹性模量及瓦斯压力等相关参数,数值模拟了不同冻结温度下龙家山煤矿-400 m水平2#石门揭露6#煤层过程。数值模拟表明:当6#煤层温度降为-10～-20℃时,该石门揭煤工作面突出危险性将大为降低。综合冻结时间、能源消耗和防突效果,选定-10℃作为该石门揭露冻结煤层控制温度,可以提高突出矿井石门揭煤工程的经济效益。