王坡矿3307工作面X45陷落柱超前弱化爆破治理

针对山西天地王坡煤矿3307综采工作面采煤机过陷落柱难题,结合X45陷落柱现场概况,提出深孔松动爆破超前弱化专项方案。采用数值模拟分析陷落柱爆破裂隙扩展过程,并对深孔松动爆破超前弱化专项方案进行工业性试验。结果表明,深孔松动爆破超前弱化后,陷落柱弱化效果明显,截齿的损耗率降低了约44%,采煤机的推进速度提高了约60%,可大幅提高采煤效率。研究成果可为类似陷落柱深孔松动爆破设计提供参考。

坚硬顶板动力灾害超前弱化治理技术

随着我国煤炭开采深度的不断增加,坚硬顶板开采条件引发的强矿压动力灾害日益加剧,严重威胁矿井的安全生产。针对神东矿区坚硬顶板发育典型灾害发生区域,综合采用物理模拟、数值分析,工程应用等手段,研究了厚硬顶板覆岩破断特征,提出了低位关键层“悬臂梁”回转破断促使动静叠加载荷过灾害阈值引发的矿压动力灾害发生的机理,揭示了顶板弱化治理强矿压动力灾害的有效性。据此研发了坚硬顶板分段水力压裂超前弱化治理技术,开发了基于孔内瞬变电磁的定向长钻孔(>400 m)的压裂影响范围的探测技术,并在神东布尔台煤矿典型的工作面开展了工程应用。单个钻场布置钻孔3个,钻孔长度330~600 m,钻孔孔径为96 mm,实现了单孔超过600 m分12段以上压裂的310 m工作面的全区域有效弱化,累计注水量达2957.25 m^3。应用结果表明,顶板分段水力压裂最高压力30.5 MPa,破裂压降最大达12.90 MPa,3.0 MPa以上压力降365次,形成了有效的压裂裂缝;探测压裂影响低阻异常区11个,判识压裂影响范围达35 m;与未压裂区域相比,压裂后工作面顶板来压步距、动载系数、支架峰值阻力分别降低18.90%~70.60%,5.79%~7.90%,13.65%~19.40%。工程实践表明坚硬顶板超前分段水力压裂,有效减弱了矿压显现强度,实现了坚硬顶板动力灾害的弱化解危。

坚硬顶板综放工作面超前弱化模拟研究

利用相似材料模拟和RFPA2D数值模拟方法研究了坚硬顶板超前预爆破顶板弱化技术,分析了不同顶板特性条件下综放开采引起覆岩结构变化过程,得出覆岩冒落特征并总结了综采工作面矿压显现规律、工作面超前支撑压力的分布形态及其发展变化趋势.在此基础上,得到超前预爆破顶板弱化技术能有效地解决坚硬顶板冲击矿压危害,有助于综放安全、高效开采和提高煤炭资源的回收率.

超前深孔预裂爆破弱化采煤工作面顶板及瓦斯治理技术研究

本文以河南能源新疆公司塔河矿业榆树泉煤矿1014综采工作面上隅角顶板大面积悬顶和上隅角瓦斯超限处理为研究对象,阐述综采工作面如何处理坚硬顶板和上隅角瓦斯超限问题,通过研究得出了可行性的技术参数,取得了显著的治理效果。

工作面过上覆遗留煤柱致灾机理及超前区域防治技术研究

浅埋近距离煤层下伏工作面开采通过上覆遗留煤柱时,易发生强矿压动力灾害,造成人员设备损伤,严重威胁矿井安全生产。采用特征归纳、数值模拟计算、力学模型分析等研究方法,明确浅埋近距离煤层上覆遗留煤柱灾害发生规律,揭示强矿压致灾机理。研究表明:上覆遗留煤柱强矿压致灾机理为工作面出煤柱时,煤柱及上覆承载体受扰动突然失稳,能量瞬间传递至采场,以动能形式释放,造成强矿压动力灾害。基于“垮落充填体支撑+关键岩层弱化+应力传递路径转移”防治理念,提出通过改造煤柱及承载体运移空间、弱化关键岩层、均布集中应力及转移应力传递路径的分段水力压裂超前区域弱化防治技术,并在典型工作面开展工程试验。工程试验结果表明:水力压裂实施过程中,泵注压力峰值达23.4 MPa,压力变化总体呈“锯齿状”波动且伴有压力突降,突降达60余次,岩体内部人造主裂缝与微裂缝持续交替发育,有效破坏了岩体的完整性;治理后,来压峰值及来压平均值分别降低15.41%,8.29%,动载系数峰值及平均动载系数分别降低17.39%,11.88%,立柱最大下沉量降幅达50.00%且小于0.4 m,工作面巷道顶板最大下沉量降幅33.33%。工作面安全通过上覆遗留煤柱影响区域,分段水力压裂超前区域弱化技术可实现浅埋近距离煤层上覆遗留煤柱强矿压灾害的有效防治。

深井软底沿空留巷围岩变形及控制分析

为解决深井软底沿空巷道在高应力环境下变形严重等问题,以杜儿坪矿43209工作面为例,针对围岩变形特征,提出了“超前弱化钻孔+顶板高强锚注+反底拱让压填充+底板注浆+巷旁柔模充填体”的支护方案,通过施工超前工作面弱化钻孔,结合注浆及底板填充让压材料,实现柔性支护。现场试验结果表明,采用优化后的支护方案后,顶板位移量由327 mm减小至108 mm,底板位移量由614 mm减小至149 mm,煤帮位移量由294 mm减小至62 mm,巷道收敛率明显减小,达到了良好的效果。

浅埋近距离上覆遗留煤柱应力集中灾害压裂治理技术研究

针对浅埋近距离上覆遗留煤柱造成的动力灾害问题,基于“垮落填充体+上覆煤柱”支撑理念,结合定向长钻孔精准成孔技术,提出了顶板分段压裂超前弱化治理技术。综合采用理论分析、技术开发、工程实践等方法,研究了顶板分段压裂超前弱化治理机理,并在典型矿井开展了工程应用。结果表明:分段压裂施工过程最高注水压力为21.20 MPa,最大破裂压降为7.60 MPa,出现3.00 MPa以上压力降50余次;压裂后顶板来压步距、动载系数、最高压力较未压裂段分别降低了13.58%、13.77%、25.49%,验证了压裂技术的有效性。该治理技术可有效控制由上覆遗留煤柱引起的动力灾害。

煤层坚硬顶板定向长孔水力压裂技术研究及应用

针对煤层顶板坚硬采空区大面积悬顶后突然垮落易引发强矿压动力灾害等问题,采用定向长钻孔分段水力压裂技术弱化煤层顶板,并在布尔台煤矿42108工作面进行现场应用,分别从压裂层位选择、压裂钻孔布置、定向钻孔施工、分段水力压力施工等方面论述了定向长钻孔水力压裂技术,现场结果表明,超前治理工作面中部坚硬顶板面积230.1万m^(2),压裂后顶板来压步距降低了20.83%~27.27%,动载系数较未压裂段降低了5.03%~10.32%,同时利用音频电透视方法对压裂效果检测,判识单个压裂段的弱化影响范围30 m左右,单个压裂钻场弱化影响范围为走向300 m,倾向230 m,实现了对整个工作面坚硬顶板区域性有效弱化治理。

井下定向长钻孔水力预裂顶板防治强矿压技术研究与应用

为了解决神东矿区坚硬顶板和上覆遗留煤柱及埋深大于400m带来的强矿压问题,以布尔台煤矿42煤层为研究对象,采用数值分析、工程应用等方法,研究了坚硬顶板和过上覆集中煤柱强矿压灾害发生机理,研发了井下坚硬顶板定向长钻孔分段水力压裂超前弱化治理技术,对压裂目标层位选择、钻孔布置、压裂段间距、泵注排量、钻孔数量等参数进行研究和优化,采用孔内窥视、音频电透视、孔内瞬变电磁、压裂施工数据分析等手段对压裂裂缝进行监测,采用矿压数据分析、顺槽应力监测及变形特征分析等方法对强矿压治理效果进行评价,并在布尔台煤矿典型工作面进行了工程应用。应用结果表明:对坚硬顶板实施水力压裂治理后,与未治理区域相比,来压步距、动载系数、最高压力较未压裂区域分别降低了20.00%~69.70%、5.79%~7.90%、13.44%~18.64%,顺槽围岩应力降幅为22.22%~32.05%;上覆应力集中煤柱进行压裂卸压弱化后,顶板来压步距、动载系数、最高压力分别降低13.58%、13.77%、25.49%。定向长钻孔分段水力压裂超前弱化治理技术解决了强矿压灾害治理难题,取得了良好效果。

郭庄矿井下新型水力压裂技术的应用分析

为了解决郭庄矿综采作业过程中顶板难以自然垮落,给井下综采带来严重安全隐患的难题,提出了一种新型定向长钻孔双封单卡多点拖动分段水力压裂顶板弱化技术,实现对顶板的超前弱化。实际应用表明,该技术能够有效提高坚硬顶板的裂隙发育程度,可将平均来压步距比优化前降低62.8%,避免了采空区大面积悬顶导致的井下安全事故。