煤岩裂隙高位注浆浆液扩散规律

大规模高强度回采和深部开采常导致顶部裂隙煤岩体失稳、漏风及其次生灾害。钻孔注浆是封堵裂隙和加固煤岩体的主要手段之一。由于煤岩裂隙高位注浆研究相对滞后,井下高位注浆施工设计缺少足够的依据。为探究煤岩裂隙高位注浆浆液扩散规律,以任意倾斜有限边界的光滑平板裂隙和宾汉流体为研究对象,建立裂隙高位注浆扩散数学模型并进行数值模拟求解,分析不同裂隙倾角和注浆速率下浆液在裂隙流动过程中的扩散锋面、流量分配及压力场变化规律;在此基础上,建立浆液高位流动数学模型,并推导恒定注浆速率工况下的解析解。研究结果表明:根据扩散锋面的演变规律,浆液流动过程可分为自由扩散阶段、过渡阶段和受限堆积阶段3个阶段。裂隙倾角对高位扩散距离的影响程度随着流动阶段的演化逐渐减小,注浆流速对高位扩散距离的影响程度随着流动阶段的演化逐渐增大。过大的裂隙倾角加大了高位流量的损耗并加快了流动阶段的转变,而过大的注浆速率减缓了高位流量的损耗并加快了流动阶段的转变。注浆速率和裂隙倾角的增大均会导致注浆压力增加,且在浆液进入受限堆积阶段后注浆压力发生突变。以高位流动扩散形态的等效圆半径临界状态为界,高位流动可划分为扩散阶段与堆积阶段,不同阶段内反演得出的等效圆心角与注浆速率、裂隙倾角和注浆时间具有较好的相关性。根据对比分析结果,浆液高位流动数学模型中相对误差低于20%的样本占97%,相对误差低于10%的样本占78.4%,表明浆液高位流动数学模型具有一定的合理性。浆液在不同时间段内向高位裂隙深部扩散的范围受到裂隙边界影响,只有当底部裂隙空间被填充完毕后浆液才会在裂隙边界的支撑下向深部堆积,因此在现场高位注浆设计时应先探明裂隙区域的边界范围。针对上覆煤岩表层区域范围的裂隙封堵时可采用较低的注浆速率以延长自由扩散阶段时长,实现底部裂隙空间的快速封堵。对煤岩裂隙深部区域进行注浆充填时可先使用较高的注浆速率进行注浆,当压力表发生突变后表明浆液已进入受限堆积阶段,此时可降低注浆速率,使注浆压力控制在安全可控范围内。

综放开采矸石注浆充填技术的研究与应用

阐述了鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司龙王沟煤矿特厚煤层放顶煤开采条件下冒落带矸石注浆充填技术的研究及其工程应用。对大颗粒矸石浆体材料流变特性进行了试验测定和分析,选定低于3 mm的大颗粒矸石为主要原料,加水制成浓度为55%~60%的矸石浆体;研究了特厚煤层综放开采采空区的空间规律,运用高压泵送技术将浆体注入井下空间进行充填,具有系统独立、充采平行、安全高效等优势。工程应用表明,该充填技术工艺妥善解决了传统矸石回填处理能力低、影响生产的问题,可为特厚煤层综放开采工艺的矸石处置提供参考。

综放工作面停采撤架期间综合防灭火技术研究

针对秦源煤矿S205综放工作面在停采撤架期间出现CO浓度超限,可能发生采空区遗煤自燃的问题,从工作面地质构造、遗煤量、漏风等方面分析了回风流CO浓度超限的原因,并针对该工作面的实际情况和各种防灭火技术的特点,按照尽快减少采空区漏风、降低采空区氧浓度、消除高温点的原则,采取了以局部通风、高位钻孔注浆和架前钻孔注高分子胶体为主的综合防灭火技术,使回风流CO体积分数降到了24×10-6以下,保证了工作面支架的安全撤出。

新维矿8102工作面自然发火防治技术

针对川南矿区近距离煤层群开采过程中面临的自然发火防治难题,以新维矿8#煤层首采工作面为例,通过8102工作面回采期间面临的自然发火危险因素分析,得出高位遗煤与采空区遗煤是自然发火的高危区域。提出以自然发火预测预报为先导,以堵漏控风、开区注氮和高位注浆为核心的综合防灭火技术措施,根本上降低了煤层自然发火概率。回采过程中工作面及采空区各地点CO浓度始终保持在20×10^-6以下,保障了工作面的安全回采。

综放工作面停采撤架期间的防灭火技术研究

通过研究羊场湾煤矿S205综放工作面停采撤架期间一氧化碳浓度超限、采煤区自燃问题。从地质构造、遗煤量、漏风等3个角度分析了一氧化碳浓度超限的原因。在此基础上,根据煤矿工作面的实际情况,结合防灭火的基本原则,综合运用局部通风、高位钻孔注浆和架前钻孔注高分子胶体等综合防灭火技术,使得一氧化碳的浓度降低到合理、安全的区间,从而保证工作面相关设施安全撤出。

综放工作面停采撤架期间煤自燃防治技术研究

针对郭家河煤矿1308综放工作面在停采期间采空区域内遗煤发生自燃、架间及回风流的CO浓度超出安全范围等问题,采取了局部正压通风、封堵减漏、架间插管注凝胶、高位钻孔灌注高分子材料等综合性预防灭火技术和措施,解决了采空区域内的遗煤自燃难题,使工作面架间CO浓度下降至合理、安全的区间,确保综放工作面支架的安全回撤。

近距离煤层群开采高位遗煤自然发火防治技术

川南矿区多以开采近距离易自然煤层群为主,因地质赋存条件及开采方法的限制使得部分煤体无法采出,在下部煤层开采过程中形成高位遗煤,受采动影响垮入采空区后时常发生严重自然发火事故,给矿井的安全生产带来严重威胁。基于此,以船景煤矿118^(-1)2工作面为例,开展近距离煤层开采过程中高位遗煤自然发火防治技术研究,在分析工作面自然发火影响因素的基础上,提出以工作面架间高位插管注浆为核心灭火技术方案。在保障本工作面安全回采的基础上,根本上消除了遗煤对下覆煤层开采的二次影响。