“长掘长探”技术在TBM掘进巷道中的应用研究

针对韩城矿区所属煤矿普遍存在奥灰含水层积水、小窑积水等水害隐患对TBM掘进巷道安全构成严重威胁的情况,迫切需要一种适用于TBM掘进工程的新型水害超前探查技术。结合矿区实际情况,提出了一种适用于煤矿井下TBM掘进巷道的水害探查技术即“长掘长探”新技术。该技术将煤矿井下定向长钻孔钻进技术和井下孔内瞬变电磁技术进行有机地结合,分别对分支孔成孔技术和数据重构技术进行技术改良,通过优选工程技术方案,选取适配的设备及钻具,使用新型孔内瞬变电磁探测仪器,有效解决了韩城矿区TBM掘进巷道无法“随掘随探”的煤矿井下超前水害隐患探查技术难题,提高了巷道快速掘进地质超前的探测效率和成果精度。应用证明,该技术探测成功率高达95.11%,掩护成功率可达91.53%,同时节约了24%的工期,探得一处富水异常区误差最大仅有0.3 m,该技术适合在类似矿井巷道掘进中推广应用。

钻孔瞬变电磁法超前探测物理模拟试验研究

钻孔瞬变电磁法采用小型收发线圈在超前探水钻孔中发射脉冲一次场间歇观测感应“二次场”并对其进行数据处理解译,以达到探测钻孔周围含水异常体的目的。基于瞬变电磁基础理论及相似准则搭建了水槽物理模拟试验平台,采用物理模拟试验的方法分析了共轴装置钻孔轴向及径向不同距离异常体、共轴装置钻孔轴向不同角度板状异常体、共面装置钻孔径向多点探测异常体的响应特征,结果表明:当存在异常体时感应电动势升高,异常体距离越近,感应电动势越强,异常特征越明显。板状异常体在早、中期感应电动势升高,柱状、块状异常体全程均出现感应电动势升高现象。板状异常体倾角越小,感应电动势升高越明显,异常特征越明显。共面装置钻孔径向多点探测视电阻率成像结果中异常体的轮廓特征反映明显,物理模拟试验结果充分验证了方法的有效性。

下层煤开采水害超前防治技术研究与应用

92105掘进工作面上方采空区内存在大量积水。为了保证92105掘进工作面的安全施工,在92013胶带巷内施工远距离探水钻孔,并对91105采空区内的积水进行排放。在探放水时,共施工了7个钻孔。试验结果表明,在采用超前探水钻孔后,可以保证92105掘进工作面进尺552 m,节约工期46 d,节省成本4.8×105元。

软弱破碎围岩条件下大断面钻爆法隧道全断面机械化施工支护结构设计

为提高山岭隧道施工信息化、机械化水平,结合深汕合作区通港大道实际项目情况,研究在软弱破碎围岩条件下,适应大断面山岭隧道全断面机械化施工的支护结构设计。根据数值模拟分析,设计采用超前管棚支护、掌子面玻璃纤维筋加固等技术措施可加强隧道围岩整体稳定性,并有效控制掌子面变形,实现大断面隧道全机械化施工。后续结合实际现场监测数据反演,形成完整隧道机械化施工技术路线,为相关类似工程提供参考。

厚煤层大采高工作面沿墙掘巷支护技术应用

针对沿空留巷围岩变形剧烈的问题,以山西王庄煤业3310工作面条件为背景,采用理论分析、现场试验方法,分析了巷道围岩变形机理,针对性地优化了巷道支护设计方案,其中顶板采用全锚索支护方式,优化了锚索长度,并采用中空注浆锚索与巷帮喷浆护表措施增强巷道支护强度,同时采用超前顶板注浆措施充填顶板裂隙。根据优化设计后巷道掘进围岩变形情况,变形量均在可控范围内,表明优化后的支护方案能够提升巷道稳定性。

深部回采工作面超前应力演化研究

为研究超前应力分布对深部工作面开采的影响,以平岗煤矿底部层33^(#)层右一面为工程背景,结合理论分析、数值模拟和现场实测等方法,开展了采动影响下工作面超前区域的应力演化研究。结果表明:理论模型计算得出,在工作面煤壁前方8.53 m处超前支承应力峰值为20.71 MPa;数值模拟结果得出,工作面煤壁前方9 m左右峰值应力保持在20.7 MPa左右;钻孔应力计现场实测,工作面煤壁前方8.8 m处应力峰值为21.59 MPa,三者结果基本一致。该研究结果可为工作面超前支护以及巷道围岩控制初始设计提供支持。

综合物探方法在磁铁矿山巷道水害超前探测的应用

针对矿体和含水层的分布特征以及现场施工条件开展巷道综合性地球物理超前探测研究,可确保井巷安全掘进和矿山安全开采。分别基于瞬变电磁法、TSP超前预报、钻孔地质雷达开展巷道超前探测,综合解析掌子面前方不良地质情况,同时验证各项技术的适用性。结果表明:综合物探技术在试验巷道掌子面前方准确探测出强含水性的断层破碎带及次级破碎带或裂隙。瞬变电磁法和钻孔地质雷达对含水体敏感;瞬变电磁法能确定产状位置,但是存在浅部盲区;TSP超前预报对弹性分界面判断效果较好。

矿用钻孔瞬变电磁仪在矿井水害探测中的应用

钻孔瞬变电磁作为一种新型技术可有效利用井下钻孔进行探测,避免常规探测方法中锚网及金属设备等带来的干扰。可在煤矿井下开展钻孔瞬变电磁三分量探测,降低对施工环境要求,同时提高了井下瞬变电磁探测技术的抗干扰能力,为矿井地质安全提供了有力的技术保障。

非在线式随掘地震与钻爆法超前探测技术对比研究

地面钻探与三维地震成果显示山东某矿103_(下)03工作面东侧发育1条最大落差近300m的边界断层,利用YTZ3(B)型自记式地震仪在103_(下)03工作面运输巷开展非在线式随掘地震与钻爆法超前探测断层的对比试验,非在线式随掘地震解释断层上盘与设计切眼最近距离110m,断层面较平直,走向约62°;钻爆法超前解释断层上盘与设计切眼最近距离108 m,断层面较平直,走向约61°。试验结果显示:非在线式随掘地震、钻爆法超前探测与地面钻探与三维地震综合解释的断层边界基本一致,3种独立的探测方法互相印证,提高了断层边界位置的探测精度,也表明了非在线式随掘地震探测巷道前方断层的有效性。

下层煤开采水害超前防治技术研究与应用

榆树坡煤业92105掘进工作面的上方91105采空区内存在大量的积水。为了保证92105掘进工作面的安全施工,在92103胶带巷内施工远距离探水钻孔,对91105采空区内的积水进行探放,共设计施工了7个钻孔。实践结果表明,在采用超前探水钻孔后,可以保证92105掘进工作面进尺552 m,节约工期约46 d,节省费用约48万元,保证了巷道安全高效掘进。

地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用

为了解决赵固一矿18采区煤层底板灰岩含水层水害威胁,在传统的井下注浆堵水技术基础上,结合地面定向水平孔技术,提出了煤层底板水害地面区域超前治理技术,介绍了赵固一矿二1煤底板L8灰岩地面区域水害治理方案,总结了施工过程中的钻孔和注浆关键技术及其实施过程。采用分支孔“跳孔”注浆技术,在治理区域共注浆43次,注入干料94277.30 t,水泥33317.70 t,黏土46892 m^(3)。区域水害治理施工参数能够较好地反映底板灰岩改性加固效果,在两侧分支孔注浆施工后,中间孔每米注入干料和钻孔单位吸水率均大幅减小,表明前序孔通过注浆施工后,已经对该孔附近的裂隙进行了一定程度的充填和加固,地层的渗透性明显降低,间接验证注浆效果。探孔作业结果表明,应用地面区域水害治理技术已将L8灰岩改造成了弱含水层,治理效果良好。研究成果可为赵固一矿及其他矿区煤层底板含水层治理提供依据。

永安宏泰煤业煤巷掘进工作面防突措施分析

针对永安宏泰煤业煤巷掘进工作面可能存在的煤与瓦斯突出安全风险,制定了煤巷掘进区域综合防突措施和局部综合防突措施。煤巷掘进工作面采取定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施,抽采效果检验21个测点的残余瓦斯含量为4.13~7.54 m^(3)/t,小于临界值8 m^(3)/t,在掘进过程中再采取超前排放煤层瓦斯钻孔的局部防突措施,能够满足安全生产要求。

TSP超前地质预报在圆梁山隧道施工中的应用

介绍了TSP超前地质预报系统的技术特点和基本测量原理,结合渝(重庆)怀(化)线圆梁山隧道的实例,将TSP系统和超前地质钻孔预报结果进行对比,显示了该系统的实用性。

隧(巷)道掘进工作面-钻孔瞬变电磁超前探测方法物理模拟试验研究

隧(巷)道掘进工作面-钻孔瞬变电磁超前探测方法是在隧(巷)道超前钻孔的基础上,将接收传感器置于钻孔之中,沿钻孔不同深度进行测量,形成瞬变电磁响应的深度-时间剖面曲线,进而判定掘进工作面前方是否存在含水构造。物理模拟试验显示:在使用较小发送磁矩情况下,深部很难观测到有效信号;使用较大发送磁矩激发时,晚期时间和深部会出现感应电压方向反号的现象,利于判断异常体的存在,且掘进工作面前方存在高阻或低阻目标时观测曲线在幅值和方向反号时间上均存在明显差异,可以判断掘进工作面前方是否存在异常构造。该方法利用已有钻孔开展探测,不需要增加额外成本,可提高判定灾害源是否存在的精度。

矿井瞬变电磁法在水文钻孔探测中的应用

探讨了用矿井瞬变电磁法探测采煤工作面内部和掘进巷道前方的水文钻孔的位置,对其富水性进行了定性评价,总结出水文钻孔在视电阻率断面图上的响应特征,即在顺煤层方向呈圆形异常反映,而在煤层顶、底板方向呈狭长椭圆形特征。该方法在探测隐伏含水陷落柱构造方面也有较好的应用前景。

基于瓦斯流动理论的超前钻孔有效排放半径研究

为了准确测定超前钻孔的有效排放半径,从煤层瓦斯流动规律的角度探讨了排放钻孔的影响因素,发现在一定煤层内,由于受条件限制,采用改变钻孔直径和长度及煤层透气性系数等方法提高排放效果是有限的。根据钻孔瓦斯涌出量与排放时间的关系,基于新集一矿的现场实际,通过计算钻孔瓦斯涌出量的变化率准确判定了超前钻孔的有效排放半径,得出在13-1煤层91 mm超前钻孔的有效排放半径为0.8 m。

大采深矿井地面区域治理奥灰水害关键技术研究

为安全开采邯邢矿区深部煤炭资源,提出了"区域超前治理"奥灰岩溶水害理念,开展了华北型煤田大采深高承压水安全开采成套技术研究课题;从理论上研究得出"分带分时段突破"底板突水机理;采用阻水系数法评价试采区底板隔水层承压能力;成功地研究出地面多分支近水平定向钻探关键技术;从岩石力学和水动力学阐述了裂隙含水层中水平孔注浆浆液扩散机理,并给出了孔距计算公式;对于钻遇岩溶或断裂构造状况,研究出了铺底浆液控制技术。地面区域超前治理奥灰水害成套技术在九龙矿成功应用,取得了显著技术经济与环境效果。

电磁波随钻遥测技术在钻井中的应用与发展

随着钻井技术的发展,需要了解的井下信息越来越多,泥浆脉冲随钻信息传输难以满足智能化钻井要求。钻井液气体较多时泥浆脉冲方法也难以应用,而电磁波随钻遥测技术作为一种替代技术近年来发展很快。概述了电磁波发射传输的基本方式,对比分析了螺线管发射、环形线圈偶合与直接偶合方法的特点。同时,简介了国外电磁波随钻测量技术发展史、应用情况及研究进展。

时空效应下不同孔径超前钻孔有效排放半径研究

为解决煤矿在施工过程中局部防突问题,进行现场实测并结合数值模拟计算,研究瓦斯排放钻孔影响半径在不同排放时间和不同超前钻孔直径影响下的变化规律。研究结果表明:对于同一孔径的钻孔,在一定时间内影响半径随着时间的增加而增加,不同直径的钻孔呈不同的函数关系;对于不同的孔径,影响半径随着钻孔直径的增加而增加,研究结果可为矿井作业中治理煤与瓦斯局部突出提供重要参考。

地面水平分支孔注浆超前治理奥灰底板突水技术

为解决煤层底板高承压奥灰水的突水问题,九龙矿采用区域超前治理方法对15445N工作面的奥灰含水层进行底板突水防治。通过地面水平定向分支钻孔注浆,封堵含水层顶部的导水通道,增加隔水层厚度,并在回采工作面外围巷道构筑防水闸门,实施疏水降压;并经对底板承压含水层的水压和水质检测监控,及时掌握涌水水源及水质变化情况,并验证封堵效果。试验结果表明:15445N工作面安全回采400 m后,3号钻孔的最大涌水量从30 m3/h下降为18 m3/h,回采期间工作面正常涌水量降为48 m3/h,对该区域奥灰水超前治理取得了良好效果,实现了带压安全开采的目标。