深部软岩巷道支护对策研究

深部软岩围岩稳定性控制问题日益突出。以东周窑煤业为研究区,通过现场勘察获得了巷道变形破坏特征;通过数值模拟分析了巷道变形、围岩倾斜与软弱层位置之间的关系,得出了软岩巷道的变形破坏特征影响因素;基于数值模拟结果,提出了深部软岩巷道支护新型设计方案。结果表明,新型支护方案控制效果良好,对类似工程具有指导意义。

深埋三软巷道围岩变形力学测试与支护设计材料优选

针对深埋三软巷道支护围岩稳定性控制的问题,以五举煤矿13207工作面两顺槽为背景进行研究。首先,依据现场地质条件调查与现场监测结果分析了巷道围岩岩性;其次,通过对巷道围岩进行取样并进行力学试验研究分析了巷道围岩力学性质,分析结果显示巷道顶板与两帮岩性较强,底板岩性较差,导致开采过程中易发生底鼓现象;第三通过力学试验研究,对巷道围岩支护进行设计,设计主要采用三种材料,分别为微膨胀高强注浆材料,前锚后注式高预紧力锚杆与全长粘固锚索,并在巷道内进行合理布设,支护效果良好,巷道未发生较大变形,但后期应加强对巷道支护效果的观测,以避免存在隐患。

开采扰动下深井松软岩层巷道围岩变形特征及防控技术研究

针对深井松软煤巷围岩变形破碎、巷道支护困难等问题,以城郊煤矿21106工作面沿空巷道为工程背景,通过理论分析、数值模拟及现场试验,综合探究了巷道围岩变形破坏机制及防控策略。研究发现顶板横向受力、巷道等效跨度、厚硬顶板是巷道围岩损伤破坏影响因素。横向受力增大、等效跨度增长以及围岩强度降低都会加剧围岩破坏程度。基于巷道变形破坏主控因素,提出煤柱侧向切顶+注浆加固并对破碎区域补充锚索强化支护的防控策略,对后续工作面巷道支护提出全长锚固+顶板外侧补充2排锚索+煤柱侧补充2排锚索、顶板外侧补充2排锚索+煤柱侧向切顶2种防控方案。不同方案下巷道围岩变形及应力监测结果表明,方案二防治效果更佳,为深井松软围岩巷道变形控制提供了合理依据。

深井三软煤巷锚杆支护技术研究

深井三软煤巷是地压大围岩变形剧烈的一类极难维护回采巷道。分析该类巷道围岩的层状赋存特点及软弱破碎条件，提出加固帮角控制围岩稳定、高阻让压支护限制围岩变形和强化顶板保证安全的支护原理，并研究了合理的锚杆支护技术和帮顶锚固方式，包括顶板全长树脂锚固锚带网支护与两帮角小孔径加长树脂锚固可拉伸锚杆支护技术。

深部急倾斜煤层偏压巷道支护参数优化研究

深部急倾斜煤层由于受特殊的地质结构和高地应力影响,煤层巷道开挖后易出现地层错动、垮塌的特点,施工中冒顶、底臌现象异常突出,巷道支护极其困难。通过对新集三矿-700 m煤探巷道进行现场勘查与试验,针对该急倾斜软岩巷道变形非对称性,底臌严重、地层错动的破坏特点,提出了可缩性U型钢全断面封闭支护和非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护方案,通过大型有限元软件ABAQUS建立数值分析模型,与原支护方案进行了对比分析。研究表明,采用改进支护方案巷道底臌位移量减小了66%,最大拉应力从0.58 MPa减小到0.38 MPa,塑性区较原方案更小,支护结构受力更加均匀。其结果可为同类地质条件的巷道支护设计提供一定参考。

突出煤层深孔控制爆破时控制孔的作用

为进行煤层深孔爆破应力传播和有关控制孔作用的研究.以松藻煤电公司实际采用的爆破、炸药和煤层参数为基础.利用三维数值模拟方法,建立煤层长柱状药包爆破数值计算模型。分析了松软煤介质深孔爆破在有控制孔时应力波传播的特点和因爆破作用的抽放影响区域.研究表明:在距爆破孔10 m范围内。有控制孔的孔壁平均有效应力较没有控制孔相同条件下高48%～66%,并随着与爆破孔距离的增加.尽管煤体所受有效应力衰减.但有控制孔的平均有效应力值较无控制孔的比率增大。上述研究结果与现场爆破前后实际取得的瓦斯抽放数据相比基本吻合,证明了爆破前预先设置控制孔的必要性。

千米深井三软煤层智能开采关键技术与展望

基于我国淮南矿区三软煤层赋存条件及综采自动化技术发展现状,分析了千米深井三软煤层综采工作面实现智能化、少人化开采的制约因素与技术瓶颈。针对三软煤层易发生煤壁片帮与顶板冒漏等问题,提出了基于多参量监测与融合分析的液压支架智能自适应控制策略;通过分析采煤机精准定位与智能调高存在的技术瓶颈,提出了基于地质信息模型和随掘随采探测动态修正的采煤机采高智能调控策略;分析了刮板输送机发生上窜、下滑等异常工况的原因,提出了基于刮板输送机三向姿态智能监测的异常工况预警与调控策略,并辅以刮板输送机推移工序进行调整;针对综采工作面超前支护区域难以实现智能化推进的难题,研发设计了单元式智能自适应超前液压支架及自动搬移装置,提高了对大变形巷道的适应性及智能化控制水平;分析了综采装备群智能协同推进控制策略,对综采工作面智能化开采技术的发展方向进行了展望。

深井“三软”煤层煤与瓦斯突出防治技术及应用

在区域性防突技术中,通常采用"四位一体"防突预测,而在"四位一体"综合防突工艺中,关键是准确的预测预报。为了进一步防止无突出危险区突然升级,对煤层巷道掘进期间按突出威胁区进行管理,采用钻孔钻屑指标法和钻孔瓦斯涌出初速度法,对工作面的突出危险性进行预测验证。

高突矿井松软煤层瓦斯抽采钻孔的深孔钻进技术

高突矿井煤层松软、地质条件复杂使煤层预抽钻孔钻进困难。针对瓦斯抽放钻孔施工过程中存在塌孔、压钻、喷孔等异常症状,分析松软煤层无法施工长钻孔的原因,在赵庄矿使用分别安装光面、螺旋、浅槽和三棱钻杆的ZDY6000L钻机,测试其钻进深孔的效果。结果表明,三棱钻杆平均钻进深度为125.1 m,比螺旋钻杆钻进深度提高了近69.9%;钻孔下筛管长度比螺旋钻杆延长了近70 m,基本解决了全程下筛管难题。该研究完善了松软煤层的打钻工艺,实现了松软煤层钻孔深度上的技术突破。

大倾角三软煤层放顶煤支架选型及三机配套

在深入分析大倾角煤层放顶煤开采液压支架选型及三机配套的关键技术问题,特别是三软煤层开采技术的基础上,结合实际生产和使用情况,对4种液压支架的使用进行比较,并对采煤机和刮板输送机防滑等难点进行分析,为支架选型及三机配套提供了可借鉴的经验。

大埋深强突出三软煤层快速揭煤防突技术

针对新义煤矿二1煤层突出危险性大的问题,通过分析石门揭煤工作面各种防突技术措施的优缺点,采取巷旁截流、巷内交叉钻孔抽放结合短导硐震动爆破的措施快速揭开严重突出三软煤层。结果表明:经过40 d的抽放后,揭煤工作面瓦斯抽放率达到34.6%;揭煤前原始瓦斯含量为6.37～12.84 m3/t,采取集中抽放的防突措施后,残存瓦斯含量为6.50～8.00 m3/t;揭煤前防突措施效果检验中揭煤工作面钻屑瓦斯解吸指标Δh2最大值为80 Pa。由以上测试指标可看出,采用严重突出三软煤层快速揭煤技术后揭煤工作面的突出危险性已消除。震动爆破揭煤后瓦斯体积分数最大值仅0.04%,安全顺利地揭露了二1煤层。

深孔预裂爆破技术在松软突出煤层井筒揭煤中的应用研究

针对松软突出煤层快速井筒揭煤,应用深孔预裂爆破技术实施揭煤区域的瓦斯治理;为了确定深孔预裂爆破实施区域位置,应用FLAC3D软件分别模拟了揭煤前后煤层应力场变化,根据应力带分布范围,确立了深孔欲裂爆破位置区域;通过在现场试验检验,预裂爆破后,瓦斯抽采体积分数由7.52%提高到9.79%,抽采纯流量增大了30%,揭煤工期大大缩短,取得了良好的经济效益和安全效益。

深井“三软”煤层回采巷道耦合支护技术研究

以平煤股份六矿深井条件下三软煤层回采巷道为研究背景,将巷道变形原因主要归纳为高复合应力、围岩结构差、支护设计不耦合3个方面,确定了巷道耦合支护技术方案,实现了支护系统在结构和时间上的强度耦合,并对支护后巷道变形进行了现场监测。监测结果表明,巷道未产生显著变形,支护效果较好,锚网索+U形钢拱形支架耦合支护技术较为科学合理。

软煤应变强度硬化冲击灾变

煤与瓦斯突出软煤层不具冲击倾向性,但在深部开采中却发生了软煤层冲击灾变动力现象.为探索软煤冲击灾变的成因,通过文献研究和工程案例实证分析,证明了软煤层冲击灾变现象的客观存在;通过煤样无侧限单轴压缩试验和冲击倾向性测定,得知试验煤样无冲击倾向性,极限载荷后单调应变强度软化;模拟工程背景现场与掘进工作面和采煤工作面中部相同的边界约束和加载条件,开展单自由度边界承压试验,考察灾变全程应力、应变、声发射特征,研究软煤冲击灾变机理.结果表明:单自由度边界条件下加载,3个煤样均出现应变强度软化-硬化-灾变过程,甚至反复软化-硬化;经应变强度硬化,灾变前煤样抗压强度均超过冲击倾向性的阈值条件;定义了应变强度软化、应变强度硬化系数,灾变前应变强度硬化系数分别为1. 26,1. 53,2. 25,应变强度硬化程度比较显著;软煤在单自由度约束条件下承压,应变硬化达到煤样冲击破坏强度条件时,可发生类似硬煤的冲击灾变,合理解释了现场软煤层冲击灾变的成因.深部高应力条件下,煤与瓦斯突出软煤掘进和开采,要对应变强度硬化导致煤层冲击灾变引起重视;工程上,这种冲击灾变的强度一般不高,但其可诱导煤与瓦斯突出或瓦斯异常涌出,危害性很高.

深部三软煤层支护体系建设研究

超化煤矿工作面两巷和采动影响区域巷道均采用郑州矿区常规的U型钢支护方式。随着采掘地点不断延深,两巷架棚巷道150 d的顶底板表面位移量达到720 mm,出现了前掘后扩现象。因此超化煤矿开展了深部三软煤层支护体系建设研究工作,基于自然平衡拱理论通过分析围岩的工程地质条件,优化支护参数,率先在郑州矿区试验了三软煤层全锚网支护。经过现场实施、效果观测,深部三软煤巷150 d的顶底板表面位移量由U型钢支护的720 mm降低到锚网支护的413 mm,建成了与矿井围岩地质相匹配的深部三软煤层支护体系,延长了巷道维修周期,为郑州矿区其他三软煤层矿井提供了参考。

SDQ-73型深孔取样装置在松软高突煤层中的适用性研究

煤层瓦斯含量井下直接测定结果的准确性很大程度上取决于所取煤样的质量。针对松软高突煤层中取样问题的现状,展开了SDQ-73型深孔取样装置在松软高突煤层的适用性研究。通过在首山一矿二1煤层12050、12061工作面的井下试验,分别完成了SDQ-73取样适用性试验及孔口接粉取样试验,并对两种取样方法的测试结果进行对比分析,得出该深孔快速取样装置可实现在松软高突煤层中的深孔、定点、快速取样,且取样质量明显高于传统的孔口接粉取样,完全符合GB/T23250《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》的取样要求。

综采工艺在“三软、大倾角、大采高”工作面的研究与应用

该文主要探讨了祥达煤矿在大倾角、大采高、三软工作面条件下采用综采工艺,对其主要技术、关键工艺进行了深入分析与介绍。

松软煤层多孔爆破的裂纹分布及区域电阻率响应实验研究

为获得松软煤层多孔爆破的裂纹分布及区域电阻率响应特征,利用岩体和煤体的三层物理模型,开展松软煤层多孔模型爆破实验,借助图像处理与电阻率层析成像技术,分析松软煤层多孔爆破的裂纹分布特征,得出爆破前后电阻率的响应规律。结果表明:在爆生裂隙形成的同时,控制孔内侧煤体呈现出断裂式和非断裂式2种位移现象,部分抵消了爆破孔扩腔带来的挤压作用;提出采用爆生裂隙、控制孔及爆破孔面积变化三者的综合值(S)分析爆破效果,单孔爆破时,S<0,煤层裂隙分形维数变化率仅5%,控制区域呈现压实现象,电阻率降低约20%;多孔爆破时,爆生裂隙丰富、煤体发生充分位移,裂隙分形维数变化率达到21.28%,爆破孔空腔的负效应被抵消(S>0),控制区域内电阻率普遍增大1~30倍;与单孔爆破模型相比,多孔爆破更符合煤矿现场,且能有效实现控制区域内的增透,电阻率普遍呈现增大现象。

深井三软煤层复合顶板下的沿空留巷

顾桥1115(1)工作面是典型的深井三软煤层,通过分析地质条件,采用锚杆锚索支护巷旁与顶板,使沿空留巷技术得以实现。结果显示,巷道前方顶板下沉量为257 mm,底鼓量为201 mm,两帮移近量在337 mm,后方顶板下沉量为238 mm,底鼓量为278 mm,两帮移近量为709 mm,移近量满足生产要求。

深部松软煤层瓦斯抽采钻孔钻护一体化技术研究

针对平顶山矿区深部煤层煤质松软,瓦斯抽采钻孔变形和坍塌现象普遍,瓦斯抽采困难的问题,开展了钻护一体化技术与装备研究。利用有限元软件ANSYS的广义Kelvin蠕变模型,分析了不同时间煤体蠕变对钻孔应力分布的影响规律,得到了软煤钻孔周围最大垂直应力分布范围。蠕变效应造成的平均(取竖直内径与水平内径的平均值)钻孔收缩量约为61%,平均作用周期约为20 d。以上述数值分析为基础,研发了磁吸牙片限位翻转式PDC通管钻头和内附导向衬管式通管钻杆,优选PE管作为护孔管,并在平顶山矿区的首山一矿进行现场试验。试验结果表明:采用深部松软煤层瓦斯抽采钻孔钻护一体化技术后,单孔平均百米瓦斯纯流量由0.003 6 m^3/(min·hm)提高至0.010 82m^3/(min·hm),瓦斯抽采效果明显。