积水采空区破碎煤岩体渗流特性试验研究

掌握积水采空区破碎垮落带煤岩体渗流规律对矿井瓦斯安全高效开采至关重要。利用气水两相可调控流动试验系统,采用稳态渗透法开展了积水采空区破碎煤岩体应力-渗透率试验,得到了不同块径、不同积水量条件下渗透参数随轴向载荷的变化特征,揭示了积水采空区破碎煤岩体渗流规律。结果表明:煤样应变随着载荷应力的增加逐渐增大;相同积水量条件下,不同块径煤样渗透率随着载荷的增大呈指数式递减;相同块径条件下,不同积水量的煤样渗透率随载荷的增大呈减小的趋势,且随着载荷的增大,积水量对渗透率的影响逐渐减小。

采空区破碎煤岩体溶蚀作用及净水机理实验研究

开展地下水库采空区破碎煤岩体溶蚀作用及净水机理研究,是实现矿井地下水库安全高效运行的关键。本文以锦界煤矿31409工作面开采形成的地下水库为工程背景,选取采空区破碎煤岩体及去离子水进行污染物释放规律实验研究,分析了采空区破碎煤岩体溶蚀作用规律,探究了破碎煤岩体对水体特征影响机理,获得了破碎煤岩体在不同温度、风化条件下污染物释放规律,并分析了地下水库净水过程中的沉淀溶蚀作用。溶蚀作用及岩体中黏土矿物表面对可溶性有机质的吸附、沉淀作用等水岩作用决定了地下水库净水特征,在不同的时间范围里,溶蚀作用和吸附沉淀作用各自占主导作用,影响矿井水质。

采煤工作面过断层超前治理技术研究

某煤矿F116断层斜穿5302采煤工作面,在断层影响区内煤岩体破碎、稳定性较差,断层是制约5302采煤工作面高效回采的主要因素。为提高该矿采面过断层效率及安全保障能力,依据断层产状以及赋存参数,提出在进、回风巷内布置钻场、在钻场内施工深部钻孔向断层影响区进行注浆、在回风巷内施工平行钻孔进行浅部注浆、对超前注浆方案进行设计并进行工程应用。现场应用后,5302采煤工作面在过F116断层期间保持4.8 m/d推进速度,顶底板及煤壁围岩、液压支架等始终保持稳定,现场取得较好应用成果。

工作面过顶板易冒区注浆加固技术研究

为确保回采安全,提出使用注浆加固方式对工作面易冒区破碎煤岩体进行加固。以8103综采工作面为工程实例,对注浆加固钻孔布置参数进行设计,并在采面检修期间进行加固。现场应用后,工作面回采过易冒区时未出现顶板冒落、煤壁片帮等问题,同时采面仍保持4.0 m/d速度推进,现场取得较为显著的应用成果。

新型聚氨酯堵水注浆材料的研究及应用

为了对富含水、淋水状态下破碎煤岩体进行有效的化学加固,研制出新型聚氨酯堵水材料,在破碎煤岩体大范围淋水条件下,可以正常反应,凝胶时间1～10 min(可调),一次封堵裂隙水量达到95%以上;对含水破碎煤岩体具有良好的加固性能,对煤岩含水裂隙面黏结强度超过1 MPa、结石体抗压强度大于8 MPa。该材料填补了矿井大范围淋水条件下破碎煤岩体堵水与加固一次完成的技术空白,并通过在现场的应用过程中得到了验证。

煤矿地质异常及采动效应雷达探测研究

通过研究探地雷达在煤矿现场的应用，得出该手段可以科学准确地确定地质异常及采动效应的关键影响参数，为指导煤炭开采活动提供重要依据，拓展了探地雷达新的应用领域。

破碎煤岩体注浆加固效果综合评价技术及应用

破碎煤岩体注浆加固对于控制围岩稳定具有重要意义,注浆效果检测是保证注浆工程达到要求的重要环节。采用浆液填充率法、力学参数法、分段注水法、地质雷达法、钻孔电视法、取心检查法对评价指标进行定量化分析,提出了注浆效果综合评价表,并进行了应用研究。研究结果表明:浆液填充率、取心率要达到90%以上;注浆后其抗压强度、抗折强度至少分别达到未受影响的80%、75%;孔隙率应低于10%;地层钻孔漏失量低于4L/min;地层煤岩体中仅存在少量大于1mm的裂隙;巷道最大变形量不影响巷道正常使用,证实了注浆效果综合评价表的有效性。

采煤工作面遇断层煤壁控制技术研究

针对3305采煤工作面遇断层出现煤壁片帮、冒顶等问题,采用COMSOL软件及现场实测方法对断层影响范围内应力分布情况进行分析,并确定采用注浆方法提高断层影响范围内煤岩体强度。为降低注浆对采面生产影响,在运输巷超前3305采面200 m处布置钻场,在钻场内施工长距离注浆孔,注浆浆液采用水泥单液浆。现场应用后,采面在回采过断层期间未出现片帮、冒顶等情况,同时采面液压支架接顶良好、支架压力分布平稳,实现了采面安全高效过断层。

采煤工作面过断层煤岩协同控制技术研究

为实现采煤工作面安全回采,针对11305采煤工作面过F103断层破碎带期间存在顶板冒落、煤壁片帮等问题,采用以注浆、锚杆(索)支护为核心的协调控制技术对断层破碎带煤岩体进行支护。依据11305采面、F103断层位置关系以及地质条件,对注浆、锚杆(索)布置参数进行设计,并辅助采用强化液压支架管理、降低采高等方式对顶板及煤壁进行管理。现场应用后,采面过断层期间未出现顶板冒落问题,同时煤壁仅出现深度在0.3 m以内的片帮,不会给采面回采安全带来威胁,现场取得较好应用成果。

软弱破碎煤岩体封注一体机理与新型封注装置设计

传统的封注装置及方法在软弱破碎煤岩体巷道的应用中存在操作烦琐、封孔效果差、注浆压力低等问题。设计一种新型封孔注浆装置,通过分析其封孔与注浆工作机理,分别建立新型封注装置及注浆孔受力力学模型,得到注浆压力及封孔长度的合理范围;采用理论分析与数值模拟相结合的方法,以封孔胶套受力、变形特征为主线,依据封孔胶套与孔壁接触特征,确定装置封孔段胶套几何尺寸与注浆孔径间的最佳匹配关系。结合工程实际,根据新型封注装置工作参数,模拟再现巷道帮部煤体注浆加固过程,揭示浆液流动规律及煤体应力、孔隙率变化规律,优化注浆孔孔深,形成一套较为具体的封孔注浆加固方案,在现场取得良好的应用,为类似条件下巷道围岩注浆加固提供了一定依据。

级配破碎煤岩体压实过程中再破碎特征研究

为研究承压破碎煤岩体压实与再破碎特征,根据破碎煤岩体的力学特征与孔隙结构的稳定性将破碎煤岩体的压实变形过程分为塑性失稳、应力恢复与类原岩应力3个阶段,再通过获有专利权带侧限的破碎煤岩体压缩实验系统以分级加载的方式对不同Talbol指数n的破碎煤样进行压实试验。研究表明:在整个压实过程中,由煤样颗粒位移重组引起的变形大于由破碎填充引起的变形;随着应力的增大,各组试样中小粒径的颗粒不断大幅增加,其中M-4组试样增幅最大,增加了389.4 g,其余大粒径的颗粒不同程度的减少,4组试样承载后的粒度分布均趋近于同一种稳定的级配结构;分形维数轴向应力间符合幂函数关系,且应力一样时,n越大,混合破碎煤样的分形维数变化率越大;给出破碎煤岩体承压过程中压缩模量的计算公式,并发现相同应力条件下n越大,破碎率变化率越大,混合破碎煤岩体的稳定性越差,为采空区安全治理与预防地表沉降提供了有力的理论指导。