回采面超前应力区顺槽底鼓治理技术实践

针对龙顶山煤业9103工作面回采至630 m处时,回风顺槽距工作面40 m范围内出现严重底鼓,导致顺槽设备安装难度大、顺槽成型效果差以及回采难度大的问题,通过分析巷道底鼓机理,拟定采用“深孔卸压+注浆锚索+起底浇筑”联合控制技术解决巷道底鼓问题。经实际应用表明,采取联合控制技术后,9103工作面回风顺槽底鼓量由原来的0.52 m控制在0.22 m以下,取得了显著应用成效。

煤矿巷道底板锚固孔排渣机理及应用

针对煤矿巷道底板锚固孔钻进过程中排渣困难的问题,分析了底板锚固孔钻进过程中的排渣过程,提出了底板锚固孔钻进排渣困难是由于"钻渣三区"的存在,得出"钻渣三区"是动态的依次逐步形成的,并最终同时存在;利用流体力学的基本原理,推导了冲洗液循环过程的沿程水力损失及在固液耦合作用下钻渣在冲洗液中上返的力学公式。根据现场基本情况,得出冲洗液在冲洗钻孔及排渣过程中的沿程水力损失对钻渣上返的速度vt影响极小,并确定了"钻渣三区"形成的条件。结果表明:在底板锚固孔钻进过程中,钻孔机具的选择、冲洗液流量的要求以及钻机转速、钻压的控制必须协调一致,控制钻渣聚集区的形成,在很大程度上避免钻渣聚集区的形成是加快钻进速度的关键。

气动式底板钻机多相耦合排渣机理及应用

针对气动式钻机在煤矿巷道底板排渣效率低、成孔困难的问题,基于两相流态变化进行了气-液-固多相耦合排渣机理分析,并从钻渣运移动力路径的角度对成孔困难原因进行阐释。结果表明:在底板水影响下,孔内先后经历“静态-泡状流-段塞流-环空雾流”等两相流态,约75%的钻渣在泡状流与段塞流阶段以较快速率排出,剩余钻渣需在环空雾流阶段以较低效率缓慢排出;底板水侵蚀引发的孔口外扩是成孔困难的主要原因。结合益新煤矿-250机道石门底板锚固工程实际,提出了“套管束流”排渣法并优化了原钻孔工艺,现场应用效果良好。

分体履带底板锚固钻机的研制及应用

为提高煤矿巷道底板锚固孔的施工效率,针对现有钻探装备存在的问题并结合底板锚固孔施工工艺特点,设计研发了一款机身窄、移动灵活、稳固调角速度快、定位精准的分体履带钻机,并对钻机的集成式回转器、二次给进机构、多自由度姿态调整机构及带有双层钻杆扶正装置的手动夹持器4个关键部件的设计进行了研究,简要介绍了各部分结构的设计情况。型式试验及新元煤矿的现场工业性试验表明:钻机结构设计合理,液压系统可靠,各项性能参数指标均满足设计及行业标准要求,巷道适应性强,钻孔效率显著提高,为煤矿巷道底板锚固施工提供了可靠的装备保障。

软岩巷道底鼓机理及支护技术研究

基于某矿东翼轨道石门巷道底板为软弱砂质泥岩,巷道开挖后底鼓变形严重的问题,通过FLAC3D数值模拟对无支护、锚索支护、深浅孔锚索注浆加固进行效果对比分析,现场施工提出了"反底拱配合深浅孔注浆"的支护方案,通过工业性试验,取得良好的治理效果,为该类巷道的支护提供了一定的借鉴意义。

软岩巷道复合型底鼓破坏机理及控制对策

针对软岩巷道变形严重,返修率高且维护困难的问题,通过地质调查及理论分析得出其为剪切滑移-物化膨胀型的复合型底鼓。通过数值模拟对不同支护方案效果进行分析,得出深浅孔锚索注浆加固方案治理效果最为明显。现场施工中,在进行反底拱施工后配合深浅孔锚索注浆加固,巷道最终底鼓变形量控制在30 mm左右,有效维护了巷道的稳定性。

巷道底板锚索孔钻进粉渣运移特征及现场试验

针对煤矿巷道底板锚索孔钻进困难的问题,分析了正反循环钻进过程中粉渣运移特征,得出"钻渣三区"的相互作用是制约底板锚索孔快速钻进的根本原因,并提出了泵吸反循环钻进可以有效防止"钻渣三区"的形成。利用固液流体力学原理,推导了冲洗液沿程水力损失及钻渣液上返流速的力学公式。根据现场实际,得出底板锚索孔泵吸反循环钻进时钻孔深度、泵的真空度及钻渣液的上返速度与钻渣体积含量之间的关系,结果表明泵吸反循环对底板锚索孔的快速钻进是可行的。研制了一套泵吸反循环钻进系统,实现了底板锚索孔钻进与排渣同时作业。现场试验表明,钻进深度5.6 m的底板锚索孔有效钻进时间可以控制在30 min内,解决了底板锚索孔深孔钻进的难题,净化了作业环境。

巷道底板锚固孔排渣影响因素分析及参数优化

利用欧拉模型的固、液两相流理论中标准K-ε三维湍流模型,对不同条件下小孔径底板锚固孔内钻渣运移过程进行三维动态分析,得出不同影响因素组合条件下排渣效果.利用相关理论计算钻渣运移过程中的压力损失,与数值分析结果对比误差较小.利用正交分析中的极差分析方法,得出决定排渣效果的影响因素由高到低依次为:排渣通道压力、进水通道孔径、机具长度、进水通道压力、排渣通道孔径.确定了底板锚固孔直径为28mm,钻孔深4m时,排渣通道压力为-3.0MPa、进水通道孔径为4mm、进水通道压力为5.0MPa、排渣通道孔径为8mm是最合理参数组合.

巷道底板小孔径锚固孔深孔钻进强力排渣机理研究

为了解决煤矿巷道底板锚固孔钻进困难的问题,本文提出采用高压水流正循环钻进可以有效避免"钻渣三区"的形成,并研发了一套巷道底板锚固孔深孔强力排渣系统。利用固液两相耦合流体力学理论,推导出冲洗液压力与钻渣颗粒半径、钻渣浓度和钻孔深度之间的关系式以及钻孔深度、钻渣上返速度与冲洗液压力之间的计算公式。结果表明:随着钻渣浓度的提高及钻渣半径的增大,能量消耗的频度和强度就会增加,所需要的冲洗液压力也会增大;冲洗液压力随着钻孔深度的增加而逐渐增大,当钻孔深度为8m时,要求冲洗液压力大于1.9MPa,另外降低钻机推进速度及增大钻头钻速,是保证锚固孔钻进强力排渣的关键。

巷道底板冲击地压卸支耦合防治技术研究

通过分析煤矿巷道底板冲击地压的破坏特点及其影响因素,提出基于卸支耦合原理的深孔区间爆破+底板锚注的底板冲击地压防治技术,利用有限差分软件FLAC^(3D)对比分析了底板无支护、底板锚注和深孔区间爆破+底板锚注时的巷道围岩应力分布及变形特征,并通过现场试验论证了深孔区间爆破+底板锚注的卸支耦合防治技术对治理底板冲击地压的可行性。结果显示,深孔区间爆破+底板锚注的卸支耦合防治技术可避免高水平应力导致底板浅部围岩能量集聚,并能有效地控制底板和两帮变形,从而防止煤矿巷道底板冲击地压的发生。