特厚煤层小煤柱沿空掘巷支护技术研究

小煤柱沿空掘巷过程中易出现巷道围岩变形大、局部鼓出等现象,针对这一问题,采用理论分析、数值模拟、工程类比的方法,对巷道基本顶破断方式进行了判断,并采用数值模拟分析不同宽度下煤柱的应力及位移变化规律,初步确定了煤柱留设宽度为8 m;对比邻近矿井的沿空掘巷案例,采用工程类比法最终确定了煤柱宽度,并对巷道支护方案进行设计,现场应用效果良好。

厚煤层综放面切顶留巷关键参数研究及其工程应用

【目的】解决工作面采用混凝土柔模充填技术沿空留巷后巷道稳定性问题。【方法】采用“柔模充填+聚能爆破预裂技术”。基于工作面顶板覆岩特征,综合运用理论分析和数值模拟的方法,结合现场施工条件,确定了切顶高度20.5 m、切顶角度5°的深孔预裂爆破方案。【结果】研究结果表明,切顶后煤壁内弹塑性交界线内移,内应力场范围增大,高位砌体梁结构作用明显。随切顶高度的增加,充填体支护阻力和围岩变形量先减小后稳定;随切顶角度的增加,充填体支护阻力和围岩变形量不断增大。现场切顶施工后围岩变形量相比不切顶时顶底板移近量减少了56%,两帮移近量减少了72%,减少了后期维护成本,可为同类条件下煤矿切顶留巷提供经验参考。

深部煤层沿空掘巷小煤柱合理尺寸留设研究

采用实验室实验、数值模拟、现场实验等方式进行研究,确定深部煤层的沿空掘巷小煤柱合理尺寸。通过物理力学实验,获得了淮南矿区丁集矿1121(3)工作面煤岩的密度、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等参数。测量了该区域的地应力,为后续的理论计算、数值模拟提供了可靠的数据。采用数值模拟的方法研究,综合考虑沿空留巷煤柱的应力、竖向位移、塑性区分布特征情况,兼顾煤炭采出率及预防冲击现象,初步确定煤柱宽度为5 m较为合适。工业性实验监测数据显示顶板的位移范围最大值为86 mm,两帮最大范围为145 mm。在一定程度上达到了巷道围岩的控制要求,5 m煤柱尺寸具有一定的科学性与合理性。

综放工作面沿空留巷工艺和支护参数优化

为提高煤炭资源回采率、缓解矿井采掘接替紧张问题,提出将沿空留巷技术应用到3503轨道顺槽中,将巷道保留下来为邻近的采面生产服务。针对留巷段顶板及帮帮变形量大问题,提出采用锚索补强+巷旁充填方式对留巷工艺及支护参数进行优化,现场应用后,3503轨道顺槽留巷段锚杆、锚索及混凝土挡墙等受力较为均衡,支护体系未有失效情况,巷道顶底板、两帮最大收敛量分别为105mm、73mm,围岩变形量整体较小,取得较好优化效果。

低渗煤层瓦斯抽采顺层钻孔水力造穴卸压增透效果研究

为了揭示水力造穴参数对钻孔瓦斯抽采效果的影响规律,指导煤层水力造穴增透技术施工参数的合理选择。建立了煤层损伤-应力-渗流耦合模型,分析了不同造穴参数下煤层卸压增透效果,展开了顺层钻孔水力造穴现场工程试验,考察了不同造穴参数下钻孔瓦斯抽采效果,结果表明:采用水力造穴技术形成的孔穴能够有效降低其周围煤体应力,提高煤层渗透率,增加瓦斯钻孔抽采效果;造穴半径越大煤层的卸压程度越大,进而煤层渗透率增幅就越大,但在实际工程中过大的造穴半径会使得孔穴稳定性差,钻孔塌孔堵塞瓦斯涌出通道会使得钻孔瓦斯抽采量有所降低,试验矿井最优造穴半径为0.6 m;造穴间距对它们之间的应力降低区范围有着较大的影响,在一定距离条件下孔穴卸压有着明显的叠加效应,造穴间距越近叠加效应越明显,煤层应力越小,卸压增透效果越好。试验钻孔穴间距由8 m减小到6 m时,单孔平均瓦斯抽采纯量增加389.16%。

厚煤层留小煤柱沿空掘巷支护技术研究

为研究厚煤层小煤柱沿空巷道的围岩变形特征及支护技术,解决巷道的失稳难题,以魏家地煤矿西2305运输顺槽为研究对象,采用理论分析及数值模拟对小煤柱巷道围岩结构形态及应力分布状态进行分析,采用现场实测的方式对沿空巷道围岩变形及支护参数展开研究。研究表明,小煤柱巷道围岩应力受一次回采影响呈非对称性,煤柱受力与上覆岩层载荷及悬露基本顶岩块长度成正比,与煤柱宽度成反比;小煤柱沿空巷道在掘进期间,围岩变形量相对较小,且变形沿巷道中轴线呈高度对称性;一次回采后,巷道围岩在煤柱侧变形和破坏较大,巷道变形呈非对称性。基于现场实测所得巷道围岩变形特征,提出了加强锚索进行小煤柱巷道的加固。通过现场工业性实验,加强支护后,煤柱侧帮部变形量减小至原来的58.3%,有效控制巷道围岩变形,减小煤柱帮部变形严重的问题。

倾斜煤层沿空煤柱合理宽度确定与稳定机制分析

为探究倾斜煤层中沿空掘巷煤柱合理宽度,分析煤柱稳定机制,基于FLAC~(3D)模拟分析了不同煤柱宽度的沿空掘巷数值模型。结果表明:沿空煤柱宽度不同,巷道围岩及煤柱破坏模式存在差异;缓倾斜煤层中沿空掘巷和采空区围岩变形分布总体上呈现采空区中间大两侧小的变化趋势,且呈现非对称变形特征;煤柱宽度增大,煤柱应力分布呈现拉向压应力转换趋势。煤柱宽度≥7 m时,沿空煤柱临近采空区两侧的塑性剪切带脱离沿空掘巷顶部围岩,向采空区转移,煤柱范围内应力分布呈现主压应力特征。煤柱宽度为7 m左右时,沿空煤柱临近采空区跨中变形最大,但缓倾斜煤层沿空掘巷护巷窄煤柱的安全性较高,可有效避免煤柱承载过大,将竖向压力向巷道实体煤侧诱导,达到减小巷道顶板拉伸破坏,将采空区剪切破坏带剥离沿空掘巷道的目的。

保安煤矿15108工作面沿空留巷技术研究及应用

针对保安煤矿15#煤层厚度大,留设大尺寸区段保护煤柱浪费大量煤炭资源的问题,提出了采用沿空留巷技术提高煤炭资源回收率,采用理论分析及工程类比的方法,提出了非对称的补强支护方案,在距离回采帮侧700 mm和1700 mm位置布置两列Φ21.8 mm×8300 mm的锚索,在距离非回采帮800 mm位置布置一列Φ21.8 mm×8300 mm的锚索,排距均为800 mm;采用理论计算及数值模拟的方法,确定了合理的巷旁充填体宽度为1.6 m。通过在15108回风巷进行现场试验监测数据显示,在补强支护方案条件下,当巷旁充填体宽度为1.6 m时,巷道围岩变形量不大,沿空巷道断面收敛率仅为13.7%,可以满足下一工作面的使用要求。

柔模混凝土充填留巷技术研究

沿空留巷可减少巷道据掘进工程量、增加采面煤炭资源回收率,对提升矿井经济效益有显著促进意义。1307工作面开采3#煤层厚度7 m,采用留设煤柱30 m方式护巷,为实现煤炭资源高效开采,提出将柔模混凝土充填留巷技术应用到1307轨道巷,通过沿空留巷将轨道巷保留下来,并实现30 m保护煤柱资源回收。对轨道巷柔模混凝土充填留巷技术应用方案及效果等进行分析。现场应用后,轨道巷留巷段围岩变形量较小,留巷效果较为显著。

高位顺层钻孔瓦斯抽放数值模拟

针对八连城煤矿19号煤层62.1%~71.6%的瓦斯来源于采空区的问题,提出高位顺层钻孔抽放采空区瓦斯的治理方案.基于关键层理论和＂O＂形圈理论,分析了采空区上覆岩层裂隙形态,对瓦斯在其中的运移规律进行了研究,认为在上覆岩层采动裂隙中瓦斯流动符合达西定律.利用商业软件COMSOL-Multiphysics对瓦斯抽放进行了数值模拟,直观展示了瓦斯抽采时的瓦斯分布状态.模拟结果表明瓦斯抽放有效降低了瓦斯压力,给现场瓦斯抽放提供了理论依据,具有重要的实践意义.

顺煤层钻孔瓦斯抽采时空演化规律研究

为研究顺煤层钻孔瓦斯抽采效果与抽采半径、抽采时间的关系,基于渗流理论、气体状态方程及瓦斯含量计算方程,建立了本煤层瓦斯抽采时空演化规律数学模型,基于仲恒煤矿1320-11工作面的工程背景,采用Comsol数值模拟,得到不同抽采时间下单个钻孔径向范围的瓦斯压力分布,分析了抽采半径与抽采时间的动态变化关系,进而推导出瓦斯抽采时空演化规律对数函数关系式,进行了不同抽采半径条件下的钻孔瓦斯抽采对比试验,求算并验证了当抽采半径小于2 m或抽采时间在180 d以内时,瓦斯抽采时空演化规律函数关系式的合理性与正确性,符合现场实际抽采规律。

高瓦斯综采工作面瓦斯治理技术研究

W3227工作面为高瓦斯矿井首采工作面,针对该工作面瓦斯涌出量超限,制定了风巷高位钻场高位钻孔抽采采空区瓦斯、风巷埋管抽采上隅角及老塘瓦斯、机巷沿空掘巷抽采3213采空区瓦斯、顺层钻孔抽放本煤层瓦斯、风巷辅助高位边孔抽采采空区瓦斯等综采工作面瓦斯治理技术。实践结果表明,通过以上的瓦斯抽放方式,回风巷瓦斯体积分数完全可控制在0.5%以内。

A-B胶封孔工艺在煤矿顺层抽采钻孔中的应用性试验

针对目前煤矿常用的钻孔封孔工艺技术存在的不足,提出了A-B胶封孔工艺,并在松藻煤电公司打通一矿W2704顺层钻孔进行了封孔试验,结果表明,该工艺不仅操作简单、方便、节约成本,而且还可提高钻孔瓦斯抽采浓度。采用A-B胶封孔工艺后,钻孔抽采瓦斯的平均浓度为42.4%～60.2%,相比采用马丽散F封孔提高了12.2%～24.5%。

顺煤层钻孔风力排渣临界风速及压力损失研究

为探讨顺层钻孔钻进过程中风量和压力对排渣能力的影响,基于气固两相流理论,结合气力输送的经验及半经验公式,计算顺煤层钻孔风力排渣过程中钻屑颗粒群的临界风速。利用FLUENT数值模拟软件模拟钻孔风力排渣过程,得到不同固气比对应的临界风速,并对比计算、数值模拟与文献模拟试验3项结果,最后根据流体力学相关理论计算风力排渣的压力损失。结果表明:当钻屑粒径一定时,排渣所需的临界风速随着固气比的增大呈对数关系增大,两相流的压力损失也随之增大;气流在钻杆内孔中的压损是两相流在环空体中压损的数十倍,系统提供的能量大部分消耗在钻杆内孔中。

顺层钻孔预抽突出煤层瓦斯技术研究

选用新安煤矿17号煤层111706工作面作为本煤层顺层钻孔预抽瓦斯技术试验区,研究了17号煤层合理的预抽瓦斯技术参数值。结果表明:采用交叉布孔法的瓦斯预抽量可提高40%,94 mm大直径钻孔瓦斯预抽采量比直径65 mm钻孔提高34%;钻场内钻孔抽采瓦斯浓度比巷道钻孔抽采瓦斯浓度高将近1倍,封孔深度应不小于5 m。建议施工双向抽采钻孔来覆盖全工作面,掘进工作面钻孔深度控制在100 m内。

急倾斜极软厚煤层走向长壁综放开采技术研究

以峰峰集团山西大远煤业1201急倾斜工作面为背景,系统研究了急倾斜厚煤层走向长壁综放开采的基本问题,指出支架的合理设计是该类煤层成功开采的首要条件,支架设计要充分考虑急倾斜厚煤层综放开采的顶板活动规律,以工作面上部顶板的冲击载荷确定支架的工作阻力。同时急倾斜支架要有足够的抗侧向挤压能力,结合工作面采放工艺确定侧护板的抗挤压能力。急倾斜厚煤层综放开采的顶煤放出体与煤岩分界面具有明显的不对称性。结合顶煤放出规律、支架稳定性等综合确定采放工艺,提出"下行动态分段、段内上行放煤"的采放工艺,适用于急倾斜厚煤层走向长壁综放开采,可最大限度地减少采放过程中对支架的不利影响,并可获得较高的顶煤采出率。工作面安装前需对软弱底板进行加固。

顺煤层钻孔聚氨酯长距离快速封孔测压技术

顺煤层长钻孔采用聚氨醋封孔必须解决聚氨醋初始发泡时间、注入方式、封堵方式等关健工艺问题。通过在南庄12号煤层的现场试验，采用35 m封孔段长度、1： 1.25的聚氨醋黑白料配比、两堵一注封孔方式，侧得煤层瓦斯压力为0. 39～0.74 MPa，成功解决了顺煤层钻孔侧不出煤层瓦斯压力的问题，其最大侧值比瓦斯压力反演值低19.57%，说明聚氨醋封孔本煤层侧压仍存在技术难度大、侧值偏低等问题，但研究结果对于同类条件下瓦斯压力的准确侧定具有指导意义。

本煤层瓦斯抽采半径测定技术研究与实践

为快速准确测定顺层钻孔的瓦斯抽采半径,采用SF_6气体示踪法作为测试方法,在唐山矿T_3285工作面沿煤壁布置平行试验钻孔,选定两端的其中一个钻孔作为SF_6气体的释放孔,其余作为抽采检测孔,在一定的抽采负压下,依次检测SF_4气体在抽采检测孔中出现的时间,可确定瓦斯抽采半径。结果表明,瓦斯抽采时间与抽采半径呈现幂函数关系,钻孔直径75 mm,抽采负压14 kPa条件下,抽采30 d时瓦斯抽采半径为4.2 m,当钻孔间距大于4.2 m时抽采所需天数可通过回归的方法计算得出。

松软煤层快速全孔筛管护孔高效瓦斯抽采技术

针对松软煤层钻孔抽采瓦斯浓度低、抽采量小且易坍塌堵塞的现状,提出了松软煤层快速全孔筛管护孔高效抽采瓦斯技术,并介绍了相关的关键装备。淮南矿区典型矿井现场应用表明:通过使用该技术,75%的钻孔可在1 h以内完成,所有钻孔在2 h内完成,85%的钻孔筛管可安设至孔深的81%以上;单孔抽采瓦斯体积分数由30%增至60%,抽采瓦斯纯量由0.03 m3/min增至0.06 m3/min;评价单元抽采瓦斯体积分数提高约120%,瓦斯抽采纯流量由2.0 m3/min增至4.2 m3/min。该技术的使用避免了因钻孔坍塌导致的钻孔失效,大幅提高了钻孔预抽瓦斯的可靠性,保证了工作面瓦斯预抽的效果。

厚煤层窄煤柱沿空掘巷中煤柱极限核区计算

本文基于厚煤层放顶煤开采中窄煤柱沿空掘巷煤柱所处的特殊环境,考虑煤体材料的应变软化特性,基于黏性材料的SMP(Spatially Mobilized Plane,简称SMP)破坏准则,并依据厚煤层窄煤柱沿空掘巷煤柱在开采过程中所受的支承压力的分布规律,推导出了基于SMP破坏准则的厚煤层开采时煤柱中部极限核区宽度计算公式,并将上述计算公式应用到潞安王庄矿厚煤层窄煤柱放顶煤开采中,实现了厚煤层放顶煤条件下区段窄煤柱沿空掘巷的成功开采,完善了厚煤层下区段窄煤柱稳定的理论,对我国厚煤层窄煤柱开采具有重要的指导意义。