积水采空区破碎煤岩体渗流特性试验研究

掌握积水采空区破碎垮落带煤岩体渗流规律对矿井瓦斯安全高效开采至关重要。利用气水两相可调控流动试验系统,采用稳态渗透法开展了积水采空区破碎煤岩体应力-渗透率试验,得到了不同块径、不同积水量条件下渗透参数随轴向载荷的变化特征,揭示了积水采空区破碎煤岩体渗流规律。结果表明:煤样应变随着载荷应力的增加逐渐增大;相同积水量条件下,不同块径煤样渗透率随着载荷的增大呈指数式递减;相同块径条件下,不同积水量的煤样渗透率随载荷的增大呈减小的趋势,且随着载荷的增大,积水量对渗透率的影响逐渐减小。

注浆加固在破碎煤岩体中的应用与研究

破碎煤岩体注浆加固对控制围岩稳定具有重大意义,分层注浆效果检验是检测注浆工程合格的重要环节。通过设计分层注浆方案,选择合理的注浆材料、注浆压力以及注浆量,从浆液填充率、钻孔电视探测、分段注水、巷道检测4个方面进行注浆效果检验。结果表明,分层注浆工艺裂缝的浆液填充率可达90%以上,孔隙率低于10%,填充效果优于传统注浆工艺。

采空区破碎煤岩体溶蚀作用及净水机理实验研究

开展地下水库采空区破碎煤岩体溶蚀作用及净水机理研究,是实现矿井地下水库安全高效运行的关键。本文以锦界煤矿31409工作面开采形成的地下水库为工程背景,选取采空区破碎煤岩体及去离子水进行污染物释放规律实验研究,分析了采空区破碎煤岩体溶蚀作用规律,探究了破碎煤岩体对水体特征影响机理,获得了破碎煤岩体在不同温度、风化条件下污染物释放规律,并分析了地下水库净水过程中的沉淀溶蚀作用。溶蚀作用及岩体中黏土矿物表面对可溶性有机质的吸附、沉淀作用等水岩作用决定了地下水库净水特征,在不同的时间范围里,溶蚀作用和吸附沉淀作用各自占主导作用,影响矿井水质。

分级加载下级配破碎煤岩体压实特性试验研究

采空区内垮落带可以看作由破碎的煤、岩颗粒组成的多孔介质,其自身应力以及空隙率等参数都会产生变化。为了研究不同载荷作用下破碎煤岩体的压实特性,以分级加载的方式对不同级配的破碎煤岩体进行单轴压实试验。结果表明:不同级配下,破碎煤岩体应力应变存在相关性。研究成果对煤炭开采中煤层漏风场特性研究、矿井围岩结构稳定性控制以及矿井安全高效作业等提供了重要的理论依据。

数值模拟技术在破碎煤岩体注浆加固中的应用

采用FLAC^(3D)数值模拟软件对3种工况下巷道围岩塑性区的分布特征进行对比分析,得出采用注浆+锚索的支护方案可以明显改善围岩塑性区分布,充分发挥锚索与注浆的优势。对该方案进行现场试验,并监测围岩变形及注浆前后的完整性,验证了该方案合理可行。

破碎煤岩体注浆加固效果综合评价技术及应用

破碎煤岩体注浆加固对于控制围岩稳定具有重要意义,注浆效果检测是保证注浆工程达到要求的重要环节。采用浆液填充率法、力学参数法、分段注水法、地质雷达法、钻孔电视法、取心检查法对评价指标进行定量化分析,提出了注浆效果综合评价表,并进行了应用研究。研究结果表明:浆液填充率、取心率要达到90%以上;注浆后其抗压强度、抗折强度至少分别达到未受影响的80%、75%;孔隙率应低于10%;地层钻孔漏失量低于4L/min;地层煤岩体中仅存在少量大于1mm的裂隙;巷道最大变形量不影响巷道正常使用,证实了注浆效果综合评价表的有效性。

破碎煤岩体综放工作面撤架通道支护技术

针对霍尔辛赫3201综放工作面破碎煤岩体条件,分析了综放工作面撤架通道支护难点,优选了采煤机割煤配合强力锚杆锚索支护形成撤架通道的方式。实践表明,在支架到位后,采用采煤机割煤形成撤架通道,并且使用强力锚索支护顶板、强力锚杆支护两帮后,锚杆最大受力为118kN,锚索最大受力为443kN,液压支架工作阻力最大为7262kN,活柱最大下缩量为190mm,顶板最大离层浅部为40mm,深部为15mm,能够保证工作面支架安全高效快速回撤要求。

巷道破碎煤岩体注浆加固的可行性分析

目前相关巷道破碎煤岩体注浆加固已被广泛使用,但其理论研究较少,巷道破碎煤岩体注浆机理方面的研究总体来说主要停留在对宏观显现定性的总结,缺乏深入的研究。文章讨论了巷道破碎煤岩体注浆加固的作用,并对巷道破碎岩块注浆加固后的固结性能与力学状态进行了初步分析。

瓦斯抽采钻孔周围原位破碎煤岩体渗透特性试验研究

为探究瓦斯抽采钻孔孔周原位破碎煤岩体中的渗透特性,利用破碎岩体渗透试验系统,开展不同级配破碎煤岩体稳态渗透试验,通过控制轴向位移及渗透压,获取不同孔隙度下渗透参数;分析了渗透参数间相互影响关系,并对渗透失稳过程进行了讨论。研究结果表明:破碎煤岩体的渗透特性服从Forchheimer关系,且随着轴向位移的增加,流体所受渗透阻力增加,试样的非Dacry性更加显著;随着试样孔隙度的降低和Talbol幂指数的增加,其渗透率降低,非达西因子增加,不同级配试样加载过程中颗粒的破碎和运移会使其内部孔隙结构调整,进而影响渗透通道的贯通。破碎煤岩体的渗流失稳存在临界特征值,给出了通过渗透率及非达西因子判断渗流失稳的表达式,发现非达西因子为负并不是渗透失稳的必要条件,并从雷诺数的角度给出了破碎煤岩体渗透失稳时的临界雷诺数。

综放工作面极破碎煤岩体化学注浆加固技术

综放工作面结采阶段由于在回采过程中需要频繁落架,而破碎煤岩体在落架期间极易发生顶板冒落、片帮及滑坡等现象,不仅影响工作面正常生产,同时也对工人的人身安全造成很大的威胁。司马煤业有限公司1105工作面在结采过程中通过使用马丽散、罗克休进行化学加固,有效控制了顶板冒落、煤墙片帮、滑坡等现象,顺利完成了工作面结采工作。

破碎煤岩体试样声发射三维定位方法及分层破碎特性

为探究破碎煤岩体承压过程中内部变形及再次破碎特性,设计了专门适用于破碎煤岩体试样的声发射三维定位实验方法,以2.5~5 mm破碎无烟煤为例揭示了破碎无烟煤压实-声发射特性。实验结果表明:1)破碎无烟煤试样压实过程可划分为初始压密、线性压实、塑性压固三个阶段,声发射计数、能量与其变形的三个阶段具有很好的对应性;2)破碎无烟煤试样存在分层压实破碎特性:压实中颗粒破坏首先发生在中部层位,随着压缩程度的增强破坏现象逐渐向上部以及下部层位转移,且最终上部和中部层位破坏程度最大;3)应变率达到0.24压实终态的粒径再次筛分结果显示,上部及中部层位颗粒承压再次破碎后多孔结构变化最大,而下部层位由于变形压实程度较小其多孔结构变化程度最小。

煤矿工作面破碎煤岩体注浆加固技术模拟研究

采煤工作面煤体注浆是一项经济实用、技术成熟且广泛应用的现场施工技术,在煤矿现场中该技术对破碎煤体加固效果良好,可以极大程度上改善岩煤岩体结构及其性能,提高破碎煤体的整体性,提高破碎煤体的总体承载能力。由于现场注浆的施工孔主要是在煤体内部施工作业,且现场煤岩体裂隙分布复杂,导致目前还不能做到完全精确地控制注浆工艺流程,现场监测注浆扩散范围仍然没有精确的手段。

锚杆支护技术在破碎煤岩体巷道的应用

在破碎煤岩体巷道掘进时,针对现场不同情况,对锚杆支护技术进行了进一步的探索。

基于数学方法的破碎煤岩体注浆加固效果评价研究

针对破碎煤岩体注浆加固效果如何受多种因素的影响,运用改进的层次分析法确定指标权重,灰色关联确定参评与标准序列关联度,最大关联度对应的向量等级即为破碎煤岩体注浆加固效果评价效果等级.建立了以注浆施工效果评价为目标层的GRA和IAHP的综合评价体系,改进的层次分析法采用“三标度”确定判断矩阵,保证了矩阵的一致性,并对煤矿注浆施工工程进行了效果评价.研究结果表明,破碎煤岩体注浆加固工程效果为“良好”;人员和设备对破碎煤岩体注浆加固效果的影响较大,是破碎煤岩体注浆加固效果评价重点关注的对象;注浆后两帮移近量降低了606mm,降低比达到86.57%,底鼓量降低了928mm,降低比达到了84.36%.基本上达到了治理的目的与评价结果良好基本吻合,为提高注浆效果提供了科学依据.

软弱破碎煤岩体封注一体机理与新型封注装置设计

传统的封注装置及方法在软弱破碎煤岩体巷道的应用中存在操作烦琐、封孔效果差、注浆压力低等问题。设计一种新型封孔注浆装置,通过分析其封孔与注浆工作机理,分别建立新型封注装置及注浆孔受力力学模型,得到注浆压力及封孔长度的合理范围;采用理论分析与数值模拟相结合的方法,以封孔胶套受力、变形特征为主线,依据封孔胶套与孔壁接触特征,确定装置封孔段胶套几何尺寸与注浆孔径间的最佳匹配关系。结合工程实际,根据新型封注装置工作参数,模拟再现巷道帮部煤体注浆加固过程,揭示浆液流动规律及煤体应力、孔隙率变化规律,优化注浆孔孔深,形成一套较为具体的封孔注浆加固方案,在现场取得良好的应用,为类似条件下巷道围岩注浆加固提供了一定依据。

级配破碎煤岩体压实过程中再破碎特征研究

为研究承压破碎煤岩体压实与再破碎特征,根据破碎煤岩体的力学特征与孔隙结构的稳定性将破碎煤岩体的压实变形过程分为塑性失稳、应力恢复与类原岩应力3个阶段,再通过获有专利权带侧限的破碎煤岩体压缩实验系统以分级加载的方式对不同Talbol指数n的破碎煤样进行压实试验。研究表明:在整个压实过程中,由煤样颗粒位移重组引起的变形大于由破碎填充引起的变形;随着应力的增大,各组试样中小粒径的颗粒不断大幅增加,其中M-4组试样增幅最大,增加了389.4 g,其余大粒径的颗粒不同程度的减少,4组试样承载后的粒度分布均趋近于同一种稳定的级配结构;分形维数轴向应力间符合幂函数关系,且应力一样时,n越大,混合破碎煤样的分形维数变化率越大;给出破碎煤岩体承压过程中压缩模量的计算公式,并发现相同应力条件下n越大,破碎率变化率越大,混合破碎煤岩体的稳定性越差,为采空区安全治理与预防地表沉降提供了有力的理论指导。

煤岩体化学加固新工艺探讨

根据煤层顶板要求控制的压力，将所需的聚氨脂浆液通过钻孔注入煤岩层裂隙中，将其扩散范围内的破碎煤岩层胶结与原岩形成整体，起到固结围岩和全长锚固的作用，充分调动围岩本身的支撑能力，确保采掘工作面的安全生产。

采煤工作面过陷落柱技术研究

针对3605采煤工作面现场地质条件、X116陷落柱分布位置及特征,采用工程类比法确定采用平推硬过方式过陷落柱。针对X116陷落柱影响范围内煤岩体破碎,采面回采期间容易出现冒顶、片帮等问题,提出使用管棚构建人工假顶、采用注浆加固采面上部的破碎煤岩体,为过陷落柱创造良好的条件。现场应用后,3605采煤工作面过X116陷落柱期间顶板、煤壁始终保持稳定,未出现片帮、冒顶、顶板下沉量大等问题,为采面安全高效回采创造了良好条件。

新景矿15121回风巷过陷落柱影响区围岩控制技术研究

陷落柱影响范围内煤岩体破碎、稳定性差,巷道掘进过陷落柱时面临较大的安全风险。为确保回采巷道过陷落柱期间围岩稳定,以新景矿15121回风巷过XD13陷落柱为工程背景,结合现场情况提出以增强巷道顶板破碎不稳定岩体稳定性、增加围岩支护强度为核心的围岩控制技术方案,通过综合超前注浆、锚网索、钢架棚方式控制陷落柱影响区回风巷围岩变形量,并给出围岩支护参数。工程应用后,15121回风巷过XD13陷落柱期间围岩始终保持稳定,巷道顶底板位移量控制在93 mm以内,表明现场使用的围岩控制技术方案效果显著。该研究成果可为其他矿井类似巷道过陷落柱等地质构造围岩控制提供经验借鉴。

非常规地应力破碎顶板巷道支护技术

分析了锚杆支护对破碎煤岩体的作用机理,确定其采用数值模拟与工程类比的支护设计方法。并在Ⅱ1015机巷中进行了锚杆支护的设计与试验,得到了成功应用。对类似条件煤巷支护具有良好的推广和借鉴意义。