基于极限平衡理论的陷落柱防水煤柱留设研究

为有效治理含水陷落柱的导水致灾现象,以平朔井工一矿4108工作面为背景,根据井下实际地质生产条件计算防水煤柱极限平衡宽度,从理论层面初步确定防水煤柱留设宽度,同时利用UDEC软件对不同宽度的煤柱塑性破坏进行数值模拟分析。模拟结果表明:当煤柱宽度达到40 m时,煤柱内的屈服区和周边裂隙带基本保持稳定,根据煤柱稳定性对弹性区宽度应大于14 m的要求,防水煤柱宽度应留设40 m;在煤柱宽度与弹性区宽度关系上,煤柱内弹性区的宽度随着煤柱宽度的增加而增加,当煤柱宽度大于40 m时,煤柱内屈服区与塑性区的宽度已基本稳定。4108工作面采用设计的绕过陷落柱方案,优化了绕过陷落柱工序,有效降低了煤炭资源的损失。

综采工作面过陷落柱毫秒延时松动爆破研究与应用

为了解决3203综采工作面过陷落柱困难的问题,结合陷落柱现场地质条件,提出基于毫秒延时起爆技术的松动爆破专项方案,并采用理论设计、数值模拟和现场试验相结合的方法,对比总结同时起爆模型和毫秒延时起爆模型的裂隙扩展模式和应力传播规律,分析在顶板处质点的振速和位移变化规律。研究表明:通过毫秒延时松动爆破可以使相邻炮孔间形成贯通裂隙,相比于同时起爆,延时起爆模型优先创造自由面,从而破碎陷落柱岩石并减少爆破飞石,解决了综采面过陷落柱困难的问题。毫秒延时起爆相比于同时起爆,对顶板的峰值合振速减小了9 cm/s,对顶板的峰值合位移减小了0.095 mm。现场试验发现,松动爆破对陷落柱的破碎效果明显,陷落柱岩石强度得到有效减弱。实践证明,毫秒延时松动爆破技术能够极大提高截煤作业效率,保护采煤区顶板,经济效益显著。

综放工作面过陷落柱底板注浆厚度研究

针对综放工作面过陷落柱等地质构造带时极易出现煤壁片帮、架前冒落、支架陷入底板等生产难题,为优化底板注浆加固厚度,结合某矿实际地质条件,通过UDEC数值模拟对比不同注浆厚度时的支架陷底量,推导了注浆加固厚度与支架载荷和加固体强度等参数的本构关系,计算结果显示:加固厚度应随着支架载荷的增大而增大,随着注浆体强度的增大而减小;综合分析确定:当注浆厚度为1m时,支架能够适应底板的条件。依据数值模拟和理论计算结果,设计了注浆主要参数,并完成施工,实现综放工作面安全经济通过陷落柱。

探地雷达在华阳一矿隐伏陷落柱构造探测中的应用

陷落柱构造破坏煤系地层、降低煤炭资源储量,采煤工作面通过陷落柱,增加采煤成本,带来突水、瓦斯积聚风险,有必要在采煤工作面开展隐伏陷落柱构造探测。目前,采煤工作面的主要物探方法有地震波法和电磁法两类,作为精细地质勘探方法,探地雷达技术在隐伏陷落柱构造探测中发挥了重要作用。本文针对华阳一矿地质特点分析了陷落柱类型及其成因,采用有限时域差分法模拟了无充填型和充水型两类陷落柱构造的探地雷达数据,分析了不同构造的数据特征。通过100 MHz探地雷达对矿区内隐伏陷落柱构造进行了探测,探测结果表明:通过探地雷达剖面的目标频率变化及衰减幅度等特征,能够判别出陷落柱类型,为风险源排查和工程作业提供参考。

工作面过陷落柱覆岩垮落形态与支护技术研究

为解决新景公司芦北15号采区15231进风巷过陷落柱区域的支护设计问题,采用理论分析构建了陷落柱破坏判定式,并分析了陷落柱构造的力学致灾与防治机理。运用相似模拟实验探究了工作面过陷落柱区域时的覆岩垮落规律。结果表明:陷落柱的裂隙结构、应力强度因子等岩性特征参数越弱,构造复杂程度越高,陷落柱的失稳破坏强度越大。工作面通过陷落柱区域时会发生大面积的覆岩运移与顶板的急速下沉。推过陷落柱区域后,覆岩的破断高度沿陷落柱高度继续向上发育,周期来压步距表现为“揭露构造前大于揭露构造后”的特征。针对性地设计了“钢筋钢带+经纬网+锚索+锚杆+套29U型棚”联合支护方案,监测结果表明:两帮的变形量波动增加,顶底板的变形量缓慢增加,变形增量为25~35 mm.巷道未表现出明显的大变形与快速失稳的特征,侧面验证了支护优化设计方案具有可靠性。

“衰退—死亡”型陷落柱综合探查治理及发育特征研究

为了研究华北型煤田“衰退-死亡”型陷落柱发育特征及对采掘的影响,以肖家洼煤矿221302工作面运输巷陷落柱的探查与治理为例,通过井上下综合物探及钻探探明了岩溶陷落柱的分布位置及范围,采用X衍射和扫描电镜测试分析了陷落柱胶结物的主要成分,并根据钻孔涌水、注浆量及塌孔等异常现象推断了陷落柱的发育形态特征。结果表明:探查地质异常体为呈近似圆锥状的陷落柱;上部充填物压实胶结较好、导水性差,下部具有一般导水性,将其划分为“衰退—死亡”型,包含堆石段、过渡段、泥石浆段及岩块碎屑段;陷落柱注浆治理后,检验孔未出现异常,掘进面无涌水,底板隔水层有效厚度远大于掘进需要安全隔水层厚度,可确保巷道安全掘进。

综采工作面过陷落柱施工工艺及支护技术

基于龙顶山煤矿9102工作面过X4陷落柱期间,回采难度大、回采效率以及设备故障率高等技术难题,通过技术研究,决定对陷落区岩体采取松动爆破进行超前预裂施工工艺,并对过陷落区围岩提出了合理有效的支护技术,通过实际应用效果来看,超前预裂后降低了采煤机破岩难度,加快了工作面过陷落区速度,采煤机故障率降低至3%,设备维修费用减少了27.9万元;同时采取联合支护技术后,控制了陷落区顶板破碎、垮落现象,提高支架初撑力及工作阻力,取得了显著应用成效。

山西离柳矿区导水陷落柱井下定向注浆治理

随着煤矿开采深度的增加,矿井水害带来的危害也相应增加,导水陷落柱可联通顶底部含水层,造成矿井突水事故。以山西离柳矿区郭家山煤矿工作面X4-2陷落柱井下钻探注浆治理为例,系统总结了陷落柱井下定向注浆治理技术,采用探查、治理、验证“三位一体”方法,利用钻探、注浆手段对陷落柱柱体及周围裂隙进行全方位的注浆加固,最大程度的封堵导水裂隙,提高底板岩层的整体性。经效果检测孔、注浆前后物探对比分析,陷落柱底板有效加固厚度在35m以上,底板覆岩阻、隔水性能得到加强,治理区段最大突水系数为0.014MPa/m,注浆后加固、堵水效果明显,方法有效、可行,可保障矿井生产接续和安全生产。

综合探测技术在采煤工作面陷落柱探测中的应用

为精准掌握1301综采工作面内陷落柱分布位置并为采面后续生产提供详实地质资料,结合现场情况提出采用无线电透视技术对采面开采范围内进行全覆盖探测,对确定的异常区采用槽波勘探技术进行详细探测,然后通过钻探方式确定陷落柱位置进行验证并注浆加固、封堵。对物探、钻探技术布置方案及探测结果进行详细分析,结果表明,采用的探测手段可实现采面陷落柱位置精准定位,综合物探与钻探成果,采面可依据探测结果提前针对性采取超前加固、注浆等手段降低陷落柱对采面回采影响,为煤炭高效回采创造良好条件。

盘城岭煤矿150105工作面回风顺槽过X08陷落柱防治水技术研究

陷落柱周边的水害问题一直是制约煤矿安全高效生产的关键,将盘城岭煤矿150105工作面遇到的X08陷落柱作为研究对象,使用音频电穿透勘探技术对该陷落柱的导水性进行了全面分析,可知其导水性较差,因此,为了更好地提升150105工作面回采的安全性,对X08陷落柱采取了注浆堵水的治理措施,并通过后续的地质勘察,明确了X08陷落柱水害治理效果良好。

丛式定向井技术在探查陷落柱范围中的应用

金桥煤矿四采区东部发育一陷落柱,为了进一步探明陷落柱发育形态及范围,优化采区设计,消除奥灰水通过陷落柱进入矿井造成水害隐患,采用地面丛式定向井钻探技术(1个主孔,4个分支孔)对陷落柱发育范围进行探查。通过对钻探取芯、岩屑录井、数字化测井资料进行综合分析判断,探明了陷落柱发育范围,陷落柱长轴长约68 m,短轴长约47 m,面积约0.00255 km^(2),比三维地震探勘范围减少了0.00393 km^(2)。为了验证地面丛式定向井探查的可靠程度,施工了7个井下验证钻孔,累计完成钻探工程量590 m。钻探资料表明,两者所探查范围基本一致,地面丛式定向井探查技术精度达到米级。结果表明,地面丛式定向井技术实现了小型陷落柱发育范围的精准探查,为探查陷落柱的范围提供了一种有效的手段。

煤矿井下导水陷落柱注浆加固技术研究

以山西某矿60903综采工作面内X12导水陷落柱治理为研究背景,结合钻探、物探资料,提出采用注浆加固方式封堵陷落柱导水裂隙、隔断底板含水层与陷落柱间水力联系并加固煤层底板强度,为采面回采过陷落柱创造良好条件。对陷落柱内注浆加固布置方案进行详细设计并应用,现场应用后,60903综采工作面过X12陷落柱期间及过陷落柱后均未出现涌水情况,煤层底板保持稳定,未出现开采设备下陷等问题,表明采用的注浆加固技术取得较好应用效果。

综采工作面过陷落柱支护技术

基于盛泰煤矿15203工作面过X4陷落柱期间,回采煤柱垮落严重,导致工作面推进速度慢,陷落柱区支架阻力大、支架出现陷底现象,盛泰煤矿通过技术研究,对陷落柱区顶板及围岩采取"铺设柔性纤维网+顶梁架棚搭顶+水力膨胀锚杆"联合支护技术,通过实际应用效果来看,采取联合支护技术后有效控制了陷落柱区顶板破碎现象,取得了显著应用成效.

基于地-电-磁联合超前探测方法的运输巷陷落柱探究

华北型煤田水文地质条件复杂,受陷落柱、断层等构造水害威胁严重。为了精确查明陷落柱的发育形态及富水性,综合考虑地质体的地-电条件,组合一套陷落柱超前探测方法。以七五煤业3_上717运输巷陷落柱为研究对象,采用瞬变电磁法、并行电法、地震波进行联合超前探测,并对物探异常区进行钻孔探查。结果表明:陷落柱在水平方向上呈类椭圆形,长轴46.7 m,短轴28.6 m,面积约946 m^(2)。探查范围内整体富水性较弱,仅在迎头方向圈定YC1、YC2低阻异常区,其中陷落柱局部位于YC2范围内。两异常区均位于3_(上)煤层底板下方,主要受底板砂岩含水层影响。井下钻探揭露陷落柱发育范围、富水性情况与物探解译结果基本一致,验证了联合探查结果准确可靠,为今后类似条件地区的陷落柱发育形态及富水性超前探测提供实践依据。

基于OVT域的五维高密度地震数据陷落柱识别应用

陷落柱水害对煤矿安全生产存在威胁,针对陷落柱的特殊性问题,采用全数字高密度三维地震勘探技术,其主要运用基于OVT域的五维地震解释技术。通过OVT域地震数据差异分析,按不同方位角、偏移距进行叠加,并深入分析叠加剖面地震反射特征,以探寻陷落柱响应特征更敏感的优势方位。研究证明,相较于常规叠加剖面,优势方位角剖面更能有效反映陷落柱地质目标的各向异性特性,近偏移距剖面表现出更高、更宽的频带范围,进一步准确地识别陷落柱的分布情况,从而提高陷落柱钻探成功率。为从不同角度、不同偏移距研究陷落柱的地震反射特征提供了指导,突破了原有单一剖面分析的限制,增强了陷落柱地震反射特征的可靠性,进一步提高了陷落柱识别的准确性和可靠性。在疑似陷落柱区域展示了该技术在地质异常探测方面的优越性。

陷落柱构造影响工作面瞬变电磁监测技术应用研究

李村煤矿1306回采工作面水文地质、构造条件复杂,对含水构造的探查提出了较高的要求。为保障矿井的安全生产,开展矿井瞬变电磁监测技术应用试验研究。在1306进风巷掘进工作面进行超前监测定位研究,提高富水异常区定位的准确性以及钻探疏放的精确度,保证工作效率;在工作面开展陷落柱疏放水监测研究,通过对比验证保证了低阻异常区圈定结果的可靠性,并验证疏放水效果,为工作面的水害防治提供了可靠信息。

新景煤矿15226综放工作面陷落柱超深孔扩裂爆破研究

陷落柱是煤矿开采中经常遇到的地质构造,对安全回采效率产生不利的影响。新景煤矿15226工作面揭露了X3、X4、X5和X6陷落柱,为保证工作面安全回采,提高开采效率,采用超深孔扩裂爆破的方法对陷落柱进行处理。结合地质资料和物探资料确定4个陷落柱的位置及形态,并确定了超深孔的布置方式及参数,分析了超深钻孔的施工工艺并探讨了超深孔爆破时的安全措施。实践表明,15226工作面顺利通过X5和X6陷落柱,且与未做深孔爆破处理时相比,截齿的消耗速度下降了74.21%,工作面的推进速度提升了16.1%,说明超深孔爆破技术保障了工作面的安全高效开采。

基于沿空留巷技术的工作面过陷落柱工程实践

矿井采掘工作揭露陷落柱等地质构造时,往往会带来较多潜在隐患,可能导通含水层、造成瓦斯超限和形成支护难题等。针对6102工作面揭露大型陷落柱影响区的技术难题,矿方根据陷落柱产状及潜在的隐患情况,结合矿井较成熟的沿空留巷理论及经验,成功实施了基于沿空留巷技术的过陷落柱工程实践,在损失一定保护煤柱的代价下,确保了工作面安全快速跳过陷落柱影响区域,沿空留巷技术优势得到验证。

定向分支钻井技术在张集煤矿陷落柱中的应用

单县张集煤矿存在岩溶陷落柱地质灾害,为了确保采区开采安全,开展3#异常区地面探查工作。该文通过地质、钻孔等资料合理分析了煤矿的基本情况以及陷落柱发育特征,对单县张集煤矿进行了地面定向探查钻孔布置。根据定向分支井设计主要工程难点,总结了施工设备、井身结构、钻具组合、钻井设计参数、钻井液体、施工步骤等定向分支钻井施工关键技术,并且记录剩余分支孔的实钻轨迹与理论轨迹,统计定向钻进过程中多条轨迹的最大钻进偏差。结果表明:测得的6个分支孔定向钻进轨迹最大偏差均未超过0.1 mm,实现对钻进轨迹进行高精度控制,从而安全有效地实现对陷落柱边界的准确探测,保障煤矿的安全高效生产。

胡底煤业X6陷落柱综合探查及水害防治研究

从陷落柱的特性、水文地质资料探查手段、探测方法和构造水害防治措施几个方面进行论述;通过探查X6陷落柱,查清了X6陷落柱及其区域是否存在异常,最后通过系统的分析,结合煤矿陷落柱水害特征,提出了针对陷落柱水害的防治措施,进而为矿井安全生产提供了有力保障。