Influence of Water Injection Fracturing on Crack Damage in Soft Coal and Application in Gas Extraction

In order to study the hypotonic and rheological particularity of “three soft” coal seam in west Henan, China, this paper explored the stress and damage characteristics of crack in coal under condition of water injection fracturing based on ABAQUS platform;The cohesive element in T-P damage evolution criterion was used to describe the approximately linear relationship between crack width and extending distance in soft coal. The simulation results show that stress evolution and crack damage in soft coal is a gradually developing process under condition of water injection fracturing. When the static pressure is 4 - 10 MPa, and the injection time is about 1 - 2 hours, the damage range of crack in soft coal can basically reach an ideal data of 80 - 100 m, and then greatly improve the hypotonic performance of “three soft” coal seam.

水力割缝对不同厚度“三软”煤层巷道围岩扰动影响研究

赵家寨煤矿开采煤层在水力割缝过程中受到较大扰动,围岩强度降低,导致煤厚较大且分布不均的“三软”煤层巷道更加难以控制。基于14205工作面岩石力学参数,理论分析确定水力割缝合理参数,借助COMSOL Multiphysics构建不同煤厚条件下水力割缝模型,数值模拟得到了水力割缝对煤层应力、位移影响规律。结果表明:顶煤厚度对于受水力割缝扰动后巷道顶板稳定性有着重要影响,应力特征的主要影响因素为割缝的形态、位置,煤层越厚其变形量越小,水力割缝对煤体的损伤范围主要与割缝位置相关,巷道受扰动范围为两帮各5 m,托顶煤为2 m厚时,顶部煤体受破坏程度最大,巷道稳定性最差,当托顶煤厚度超过4 m时巷道稳定性得到良好改善,在煤体损伤范围内巷道顶部变形量最大,需要加强支护力度。研究结果为不同厚度“三软”煤层水力割缝扰动下巷道围岩稳定性分析提供基础。

浅部三软煤层巷道锚杆支护参数对比及优化

针对五举煤矿三软煤层工作面回采巷道围岩变形量大、底鼓严重问题,根据矿井实际地质条件,通过工程类比分析对巷道支护参数进行初步设计,并应用数值模拟对锚杆(索)具体参数进一步确定,进而对深埋软岩巷道支护方案进行优化。优化参数为顶板锚杆与帮部锚杆预紧扭矩不小于300N·m,顶板锚索与帮部锚索张拉力不小于200 k N。现场应用结果表明,高强度锚杆(索)及其合理配套与布置对改善应力分布,巷道围岩变形控制效果显著。

三软煤层条件下工作面浅孔注水钻孔设置方式探索

针对告成煤矿三软煤层生产过程中,煤尘比较突出、劳动作业环境恶劣和容易诱发煤尘事故等问题,在23041综采工作面进行了工作面浅孔注水伪斜钻孔设置方法的试验和探索,并将该方法与现用的注水垂直钻孔设置方法进行了对比试验。实践证明,工作面浅孔注水伪斜钻孔设置方法可减少综采工作面生产过程中粉尘的产生量,对促进安全生产具有重要意义。

三软煤层托顶煤巷道支护技术

针对一矿井井下巷道施工中遇到的工程技术难题,采用钻孔触探法在巷道施工现场对煤层及顶板岩体进行了强度测试,并以工程现场调查为基础,定义了技术难题,分析了三软煤层托顶煤巷道的变形特征。针对三软煤层巷道在截割过程中顶煤冒落的难题提出超前管棚加固的控制方法,并配套采用双层加固、强护表预紧力扩散和平顶U型棚加固的方法形成成套的围岩控制技术开展工业试验。实践结果表明,该技术在三软煤层托顶煤巷道中能够有效控制围岩变形破坏。

赵家寨煤矿三软煤层巷道智能化掘进系统研究

智能化掘进对煤矿企业安全、高效、稳定发展具有重要意义。根据赵家寨煤矿三软厚煤层实际生产条件,对三软煤层巷道掘进工艺进行简要介绍,并分析得到原有工艺下存在人工定位安全性低和以点代面(采用巷道某位置的围岩条件及应力环境)进行支护方案设计的工程现状。基于智能掘进技术的理论思想,设计了三软煤层巷道智能化掘进系统,包括控制系统、截割系统和支护系统。根据巷道设计参数及实际实时监测前方巷道围岩性质,并将监测数据上传智能巷道围岩智能控制系统(采用理论计算、数值分析等传统手段,实时确定掘进位置处围岩变形速度及最终变形量),确定合理巷道支护方式,实现三软煤层巷道掘进过程的安全、高效、合理、经济。

近距离滑动构造区破碎顶板回采巷道支护技术

近距离滑动构造区应力环境复杂、围岩破碎严重,回采巷道支护难度大。通过对嵩山煤矿近距离滑动构造区回采巷道围岩变形破坏特征分析,探析了极软破坏回采巷道围岩控制变形力学机制与控制对策,提出了近距离滑动构造区破碎顶板回采巷道围岩控制技术,并进行了现场工业性试验。试验结果表明,破碎顶板回采巷道围岩变形破坏特征主要表现为巷道围岩整体大变形“O”型收敛、顶板呈块体冒落、底板大凸型鼓出;局部应力集中、大深度破碎围岩与支护方式不合理是巷道围岩失稳的主要原因;嵩山煤矿滑动构造区破碎顶板回采巷道为典型物化膨胀型—高应力集中—节理化、软弱夹层破碎顶板软岩巷道,其控制对策力学转化机制为Ⅰ_(AB)ⅡABDⅢ_(ABC)→ⅡABDⅢA→Ⅱ_(BD)→Ⅱ_(B);提出了三软煤层回采巷道锚杆(索)+注浆+型钢棚耦合差异化支护方案,2112工作面回采巷道采用设计方案后,围岩应力得到释放,围岩强度得到强化,巷道断面收敛率小于17.4%,巷道围岩稳定。

多构造三软煤层回采巷道覆岩运动及控制分析

针对近距离多重滑动构造三软煤层回采巷道变形破坏严重支护困难的问题,采用相似模拟实验与现场调研监测相结合的研究方法,研究了多重滑动构造三软煤层回采巷道上覆岩层运动特征与回采过程中巷道围岩应力分布规律,提出了多重滑动构造三软煤层回采巷道基本支护方案。研究结果表明,在滑动构造影响下,上覆岩层随着工作面不断推进产生裂隙至裂隙叠加发展至不同岩体之间开始产生离层,随后呈台阶式下沉垮落;巷道顶板的初次来压步距为20 m,周期来压步距为15 m,顶板的最终破断形式为台阶式;巷道主应力为水平应力,应力集中出现在巷道的上下两帮,受滑动构造的影响,巷道围岩应力集中不均匀表现为上帮应力集中程度大于下帮;滑动构造影响下,巷道顶底板围岩破碎且围岩变形呈现明显的方向性,巷道上帮的变形量大于下帮;采用U型钢棚+锚索联合支护能够有效控制巷道围岩变形。

“三软”煤层采动覆岩下沉模式及机理研究

以梁北煤矿“三软”煤层11071典型综采工作面为研究对象,通过采用相似材料模拟实验和理论分析方法,阐述了“三软”煤层综放开采条件下导水裂缝带发育充分,地表下沉量大,地表裂缝显现明显的特殊移动变形规律。基于关键层理论,分析了“三软”煤层综采覆岩破断机理,明晰了工作面开采后采动覆岩断裂下沉破坏特征,研究结果为梁北煤矿“三软”煤层开采工作面优化设计及地表采动损害控制提供技术支撑。

梁家煤矿铁-木组合托盘锚杆支护性能模拟研究

针对三软煤层矿井开采中巷道围岩大变形、支护失效等问题,以梁家煤矿1610工作面运输巷为背景,采用ANSYS数值模拟软件建立铁-木组合托盘锚杆模型,研究铁-木组合托盘锚杆支护性能,揭示铁-木组合托盘锚杆支护机理。结果表明:与普通锚杆支护相比,铁-木组合托盘锚杆支护条件下铁托盘、锚杆、巷道围岩应力分别降低了30%、15%、37%;变形减小了34%、26%、49%。铁-木组合托盘锚杆在铁托盘与围岩之间增加了木托盘,巷道围岩变形时,铁托盘挤压木托盘使木托盘承载一定的变形,木托盘拥有了让压属性,同时木托盘增大了托盘与围岩接触面积,提高接触面围岩整体刚度,增强围岩承载能力,降低锚杆载荷,改善锚杆支护效果。模拟结果得到了梁家煤矿1610工作面运输巷实测数据的验证。

三软煤层综采工作面超前异型上架钢棚支护技术

针对嵩山矿2200工作面运输巷后期受采动影响剧烈,断面收缩非常明显,需多次翻修等问题,以嵩山矿2200工作面运输巷沿空留巷工程条件为背景,使用36U型钢棚替代Π型钢梁支护,再以打设锁梁锚索,在顶梁两侧各施工1根锚索(?21.6 mm×5.5 m),配合卡缆前盖进行加固顶梁,36U型钢棚支护配合锚索+锁梁锚索为主要研究点,通过现场典型工业性试验印证支护技术是否先进,支护参数是否合理,并可运用工业性试验的反馈信息进一步优化巷道支护参数,找到嵩山煤矿工作面超前段最优支护参数,以便全矿推广应用。研究减少了维修巷道工程量,减少了围岩松动圈的扩大,维修费用具体减少了385万元,减少了一个替棚茬口,为采煤工作面上、下三角区顶板的控制创造了条件。

“三软”煤层大采高工作面回撤期间综合防灭火技术研究与应用

针对华亭大柳煤矿“三软”煤层大采高工作面回撤期间自然发火隐患进行分析,合理的制定了综合的防灭火技术。对工作面防灭火技术取得的实效进行总结,确保1404工作面回撤期间的安全性。并对制定的综合防灭火技术从安全效益、经济效益、社会效益进行论证。结果表明华亭大柳煤矿“三软”煤层大采高工作面回撤期间综合防灭火技术取得了显著的经济效益,对“三软”煤层大采高工作面煤自燃防治工作具有重要的指导意义。

滑动构造下高应力“三软”煤层巷道支护技术

矿井因受滑动构造应力影响且处于“三软”煤层地质条件下,煤巷支护十分困难,常常需要频繁返修。为了解决巷道容易变形的问题,通过在煤巷采用不同的支护方式进行对比分析,摸索出一套适合矿井该特殊地质条件下的围岩综合控制技术,采用锚网索+U36钢棚复合支护方式有效控制了巷道变形速度,实现了长距离巷道不返修,解决了矿井因煤巷变形快严重影响安全生产的问题。同时,该技术的研究与应用也为滑动构造下高应力“三软”煤巷支护提供了借鉴。

塔拉壕矿井优化设计与扩能改造

为了提升塔拉壕矿井生产能力,依据矿井现场地质条件,论述了塔拉壕矿井基本情况,并分别从工业场地选择、地形利用、开拓方式、井筒支护、辅助运输、巷道布置、永磁电机应用、工作面产量等8个方面对矿井进行了优化设计,研究应用了1个钻孔向多层巷道下料、掘锚一体机软岩应用、三软地层长距离工作面巷道支护等技术,给出了三软地层矿井生产能力提高的途径和决定参数,为今后同类型矿井建设和优化设计提供了宝贵经验。

三软煤层巷道掘进防漏的顶预防性注浆技术研究

某矿3130巷沿着13号煤层底板掘进,13号煤层为典型的三软煤层,顶板冒落及变形量大问题较为明显,特别是3130巷掘进至1 560~1 620 m范围内时,受区域褶曲构造影响顶板破碎、裂隙发育,巷道冒顶风险更为突出。因此,提出采用注浆方式对顶板进行超前加固的预防性措施,提高顶板稳定性及承载能力。依据3130巷围岩特点并结合以往注浆经验,提出使用管棚注浆方式加固顶板岩体,并具体设计超前注浆加固技术方案。现场应用后,巷道掘进期间顶板始终保持稳定,未出现冒顶、片帮等问题,同时巷道围岩变形量整体较小,围岩变形控制效果显著。

大倾角“三软”煤层巷道围岩控制技术研究与应用

通过对某煤矿202运输顺槽的顶底板、应力环境及煤层的岩性特征进行分析,结合该矿的支护现状,采用理论分析和数值模拟的手段,对回采巷道支护提出了优化方案。理论分析表明,巷道顶板垂直应力通过岩层间传递作用于巷道底板,造成底板出现持续性底鼓现象,同时顶板各岩层界面处容易发生离层现象。数值模拟结果表明,巷道开挖后拉应力区的范围为1.8 m,若支护范围选择不合理的话巷道容易发生整体变形。针对上述情况,提出高强高预应力支护设计思路,确定锚杆长度选择为2.6 m,同时对该工作面的运输顺槽进行锚网索+W型钢带+喷浆的支护改进。经现场实测,采用该种方案对巷道进行支护,煤层工作面在高应力环境下回采巷道较为稳定,能够保证工作面安全回采。

“三软”厚煤层大倾角综采工作面快速安装实践

在泉店煤矿开切眼平均坡度30°,局部最大坡度40°的二_(1)-11080综采工作面安装过程中,通过工作面设计、运输系统及设备布置的优化,对矿井传统的解体运输工艺进行了改造,成功实现整架运输,在人身设备及运输安全零事故的前提下成功缩短工期9 d。

“三软”特厚煤层巷道锚网支护技术与实践

[目的]针对焦家寨煤矿特厚煤层完整性差、松散易冒顶等突出问题,分析影响顶板冒漏的主要因素。[方法]通过现场煤层可锚性测试,确定了锚网支护的可行性;提出了长短锚索层次控制技术,优化了巷道支护方式;采用顶板超前“龙骨”预支护结构,有效防止顶煤漏冒。[结果]现场实践表明:顶板锚索受力稳定,支护效果良好,防止了顶板冒漏现象。顶底板最大移近量156 mm,两帮最大移近量82 mm,巷道变形量均在允许范围内。[结论]本研究成功实现了“三软”特厚煤层的锚网索应用。

三软煤层巷道综掘机转角施工及交叉口处支护工艺

大则勒煤矿三采区胶带机大巷布置在13号煤层底板的软岩中,采用一台三一重工EBZ160半煤岩型综掘机施工。为解决通风、运料,需掘进联络巷连接胶带机大巷和单轨吊大巷。在联络巷转角开口位置,针对转角处综掘机直角转弯困难,综掘机转角后形成较大的抹角断面导致支护困难等问题,采用CAD绘图软件建模确定截割曲线、分次截割成巷的方法,解决了综掘机直角转弯的难题;采用工字钢抬棚加锚杆、锚索梁喷浆联合支护的方式,解决了联络巷交叉口处的支护难题。此次采用综掘机转角施工提高了施工效率。经过三个月的巷道变形位移量监测,监测结果显示巷道围岩形变与破坏控制在允许范围内。

风力卸压增透技术在提高“三软”煤层瓦斯透气性方面的应用

在“三软”煤层中施工水力冲孔期间,极易发生喷孔、瓦斯超限、封孔困难、抽采浓度低、消突缓慢等难题,为了解决上述难题,在梁北煤矿二1煤层21071运输巷底抽巷施工穿层钻孔,穿煤结束后利用压风从顶板向下全段均匀冲孔,保证穿煤段全程冲孔。现场应用结果表明,实施高负压风力卸压增透作用后,抽采钻孔封孔联网预抽时,钻孔初始浓度均达到70%以上,90 d后稳定抽采阶段瓦斯抽采浓度仍在90%左右,钻孔单孔纯流量达0.02 m^(3)/min。与传统水力卸压技术相比,风力卸压技术不仅能有效改善松软煤层抽采瓦斯钻孔塌孔问题,降低过度浸润煤体堵孔概率和施工过程中喷孔概率,节约水资源,降低废水污染。实践表明,利用风力卸压增透技术来提高“三软”煤层瓦斯透气性能取得很好的效果。