膨胀性软破岩层深竖井施工分级支护研究

境外某铜金矿千米深竖井在通过膨胀性软破岩层(泥灰岩)时,围岩遇水膨胀压力极大,先后出现两次井壁垮塌和开裂的情况,对施工进度及施工人员安全产生极大影响。为解决该问题,查找相关文献资料及国内外类似施工案例,对通过膨胀性软破岩层的井壁破裂机理进行分析,针对性地制定井壁破裂修复方案;在此基础上,进一步调查施工地点的工程地质和水文地质情况,通过分析与总结,提出深竖井不良岩层的施工及分级支护方案,对其所穿过的膨胀性软破岩层的围岩制定分级表,根据不同岩体等级分别提出相应的施工及具体支护方案。通过对两次破裂处井壁的修复,较长时间内未出现裂缝及漏水现象,修复效果良好,达到预期;此外,竖井井筒后续施工中在采用分级支护方案后,井筒顺利通过厚度超过500 m的不良岩层,且在工期、质量、安全三个方面都取得良好效果,保障该深竖井工程的施工质量与施工安全。该工程为膨胀性软破岩层中的深竖井掘进施工积累了宝贵经验,对类似工程具有一定的借鉴意义。

复杂破碎地层孔底驱动快速跟管钻进技术研究

跟管钻进技术因其可以保护孔壁,防止卡钻,防止漏失,提高套管作业效率等特点,被广泛应用于油气钻井领域,但由于煤矿井下地层条件的复杂性,以及井下空间和现有钻机设备限制,该技术在解决煤矿井下钻探复杂破碎地层下套管作业困难、作业效率低下等问题方面未有规模应用。针对这些问题,本文以河南赵固二矿为例,在分析复杂破碎地层下套管困难原因的基础上,提出孔底驱动跟管钻进技术,开发出了孔底传扭机构,并在赵固二矿进行了工业性试验,研究结果表明,孔底驱动跟管钻进技术解决了常规下套管工艺套管不转动、不排渣、易被卡死的问题,解决了复杂破碎地层套管作业效率低下和易形成废孔的问题,在穿越复杂破碎地层中应用具有较大优势。

富水软弱地层斜井围岩稳定控制技术研究

富水软弱地层斜井施工易引发围岩塌方、大变形和突涌水等地质灾害,威胁施工人员和机械设备安全,并延滞总体工程进度。以滇中引水工程香炉山隧洞5号施工支洞工程建设实践为背景,分析得出斜井的主要工程地质问题是围岩坍塌、软岩大变形及涌水突泥。结合围岩变形和支护结构受力监测成果论述了围岩的失稳破坏机制,主要分为顶拱坍塌、软弱带挤压外鼓、涌水突泥3种类型。基于对围岩破坏过程及其内蕴机理的认识,采用工程类比、现场应用效果反馈的方法,提出了针对不同失稳破坏机制的的斜井围岩灾害处置措施和稳定控制技术。相关成果可为类似地质条件下的斜井围岩稳定性控制提供借鉴。

岩石对喀斯特峰丛山体土壤水分布特征的影响

喀斯特峰丛山体土壤水是喀斯特地区水文循环及生态环境重要的影响因素。该地区各类岩体碎石类型较多,对土壤水运移及分布影响各不相同。研究岩石对土壤水的影响,对研究该地区水动力过程及水文生态效应具有重要意义。选取贵州省普定县岩溶区内典型的喀斯特峰丛山体,利用TDR测定不同类型岩石影响下的土壤含水率,分析了岩石对土壤含水率空间分布规律的影响。结果表明,由于对土壤水的阻碍作用,岩层下部土壤含水率较低,岩层上部土壤含水率较高;但岩层上部土层浅薄时,土壤含水率偏低。破碎岩块阻碍土壤水运动,土壤水在土壤与岩块表面溶蚀接触区域得到雨水集中补给,含水率较高。土壤中砾石增加了土壤透水性能,使土壤含水率较高,影响作用随埋深增加而减小。

深部厚松散层破碎围岩大巷支护参数优化研究

为了解决陈四楼矿深部厚松散层破碎围岩大巷支护难题,在对该矿-720 m辅助水平回风大巷地质条件和支护形式研究的基础上,采用数值模拟、理论分析和现场观测等方法对巷道支护的锚杆锚固长度、预紧力、锚杆长度、锚杆间排距等参数进行了优化研究,并进行了工业性试验。结果表明:-720 m辅助水平回风大巷合理的支护参数为锚杆的锚固长度至少应为锚杆长度的1/3、预紧力应达到锚杆承载力极限的50%~70%、锚杆长度为2.5 m、间排距为0.7 m×0.7 m,通过实施该优化方案有效地控制该回风大巷围岩变形,达到了预期的目标。

破碎地层预应力锚索灌浆技术

在破碎地层上进行预应力锚索灌浆是锚索施工过程中的重点和难点。总结归纳了3种在破碎地层的锚索灌浆技术:处理锚索孔破碎带、使用包裹土工布的无粘结钢绞线和变换灌浆方式,并指出其相应的优缺点和适用范围。

塔中古隆起碳酸盐岩断裂破碎带构造样式及其石油地质意义

通过野外地质露头调查、三维地震资料解释及钻井资料分析,建立塔中古隆起碳酸盐岩破碎带构造样式及分布方式,揭示断裂破碎带内油气富集规律。野外露头建模表明碳酸盐岩断裂破碎带系统由断层核、分支断层与破碎带3部分组成。破碎带受控于主断层的活动性质,沿主断层破碎带平面样式及规模具有明显差异。三维地震剖面揭示塔中古隆起碳酸盐岩地层内发育走滑型、冲断型及叠合型3种类型断裂破碎带,走滑型破碎带剖面上表现为"三花六带"的结构特征,平面上可以划分为线性带、斜列带、羽状带及马尾带4种亚类;冲断型可以划分为断背斜型、背斜型及斜坡型3个亚类;叠合型破碎带是上述两种破碎带叠加而成,表现为交叉型、围绕型和透入型3种样式。单井岩心及油气地球化学资料反映出油气具有沿主断层走向及侧向两种运移方式。走滑型破碎带内的羽状带、冲断型破碎带内的断背斜型及叠加型破碎带内交叉型是高产高效井部署的有利区域。

采高及复合关键层效应对采场来压步距的影响

运用有限元数值分析方法，详细研究了采高变化及关键层复合效应对关键层破断，即采场来压步距的影响，并建立了相应的采场来压步距估算公式图６，表５。

综采工作面覆岩破坏高度实测研究

确定导水裂缝带发育高度对于确保煤矿水体下安全生产以及地表水、地下水资源等的保护都具有十分重要的意义。陕蒙交界处某煤矿为了确保生产安全,在2201综采工作面上方,布置了2个钻孔,采用钻孔冲洗液消耗观测法和钻孔电视观测法,对覆岩破坏状态进行了实测。通过对实际观测资料的总结分析,获得了该区综采条件下的导水裂缝带、垮落带发育规律并进行了相关对比研究,研究成果为条件类似矿井缩小防水煤柱、提高采煤上限等提供了参考。

破碎顶板回撤通道围岩运动规律和支护适应性研究

为提高破碎顶板工作面末采及回撤期间回撤通道顶板控制效果，采用现场实测和理论计算的方法，对末采及回撤期间顶板来压特征及支架合理支护阻力进行研究。结果表明：在工作面逐渐靠近回撤通道的过程中，顶板运动分为相对稳定、突变运动及显著运动3个阶段，且支架工作阻力突变位置超前顶板下沉量突增位置3～5m，距回撤通道10m或支架工作阻力突变时应采取措施补强支护；现有垛式支架工作阻力偏低，支架工作阻力不足导致煤壁承受压力增加造成顶板下沉量和煤壁片帮较剧烈．经理论计算垛式支架合理支架工作阻力应不小于14398kN．

煤矿覆岩离层注浆减缓地表沉降技术的应用

地表沉陷控制的关键是治理覆岩破坏。控制覆岩破坏的途径有多种,覆岩离层注浆减沉技术是一种控制覆岩破坏的新方法。本文介绍了该技术在国内外的应用情况,论述了注浆减沉的理论基础和减沉机理,并提出了下一步要解决的问题,为提高减沉率和推广该技术奠定了基础。

地表沉陷控制新途径

地表沉陷控制的根本是治理覆岩破坏。而控制覆岩破坏的途径归纳为部分开采和充填开采。部分开采 ,影响采区布置 ,不易达到高产高效 ,煤炭采出率低 ;充填开采增加矿井设备和生产成本 ,且充填材料来源在某些矿区比较缺乏。由此提出利用国内外最新的技术 :覆岩离层注浆充填和采空区局部膏体充填 ,结合工作面优化设计技术 ,扬长避短 ,是一种技术上可行、经济有效的覆岩破坏控制新方法。

采高对浅埋煤层老顶岩层破断距的影响

煤层的开采高度对关键层的破坏有重要影响,为了研究采高对组合关键层破坏的影响,运用数值分析方法分析组合关键层有关参数的基础上,研究了采高变化对组合关键破断的影响,即对采场来压步距的影响,进而修正了浅埋煤层开采采场初次来压步距的计算公式。结果表明,以该修正的组合关键层破断距公式计算的大柳塔1203工作面的初次来压步距与实测非常接近。该公式对于地表厚松散层浅埋煤层中的组合关键层的破断距计算具有一定的适应性。

采场覆岩的流固耦合损伤分析

在分析浅埋煤层中潜水渗流场与工程开挖应力场相互影响的基础上,建立了厚松散层富含潜水浅埋煤层组合关键层的岩体水力学模型;提出了流固耦合损伤因子,分析了采动覆岩中组合关键层在流固耦合损伤作用下的破坏规律。对浅埋煤层采场来压步距的计算公式进行了修正。以修正公式计算的大柳塔1203工作面的初次来压步距与实测非常接近。这证明该公式对于地表厚松散层浅埋煤层中的组合关键层的破断距计算具有一定的适应性。

大断面软弱煤帮巷道注浆加固支护技术

为解决曙光煤矿轨道巷矿压显现剧烈、巷道变形严重等问题,通过优化合理的注浆参数,采用深、浅孔注浆与锚索联合方式对巷道软弱煤帮进行加固支护,对巷道稳定性进行了研究。研究结果表明:软弱煤帮注浆加固支护使巷道原来破碎的围岩形成一个整体,提高了围岩其自承载能力,减轻了巷道顶板承载压力;采用深浅孔相结合的注浆方式对浅部巷道围岩实现封闭,使锚索能在深部围岩产生了有效的拉力;采用对两帮注浆加固方式的巷道两帮移近量较一帮注浆方式降低约50%,较巷道原有支护方式,降低约85%,巷道围岩整体变形得到了有效控制。

急倾斜煤巷锚网支护的应力分析

介绍急倾斜煤层巷道锚网支护时的应力显现与失稳形态,结合数值模拟与松动圈测试给出控制失稳的方法。

综采覆岩破坏离散元数值模拟分析

采用离散元数值模拟的方法研究煤层综放开采覆岩破坏规律,对数值模型的计算结果分析得出:通过提高综采支架支护阻力,可抑制工作面控顶区附近顶板采动裂隙发育高度,使其不波及松散含水层,从而实现高承压松散含水层下,提高上限安全开采目的,为高承压松散含水体下缩小安全煤岩柱开采,合理解放和回收防水煤柱内所呆滞的煤炭资源提供了理论基础。

高破碎覆岩下放矿方案研究与应用

矿床赋存于高破碎覆岩条件下时,采用有底柱分段崩落法采矿方法,容易造成出矿时提前贫化、矿石回收率低等问题。本文提出利用注浆和放矿控制的手段,对此类工程地质条件下的矿床进行治理,并结合工程实际分析研究。

极软弱破碎富水地层TBM脱困应对方法与措施研究

某铁路隧道工程平导洞TBM在穿越软弱破碎富水地层时出现涌水溜坍,在地质探测和管棚施工过程中存在钻孔压力过大、泥浆裹钻、孔内喷涌等异常情况,盾尾左侧突发涌水并携带大量泥沙涌出,造成盾体及主梁区域围岩变形,TBM被困,风险极大。为应对现场出现的问题,使TBM快速脱困,采取了超前钻探、注浆加固、高位支洞泄水、安装双速减速机以及超前管棚支护和护盾周边扩挖的方法,最终实现了TBM的安全脱困。这些方法的联合使用,为极端软弱破碎富水地层TBM的施工与险情处理提供了可靠的借鉴方案。

弱胶结地层条件下垮落带岩层破碎冒落特征与压实变形规律试验研究

采空区顶板岩层的破碎、冒落、压实、类固结等性能是影响垮落带高度变化的重要因素。通过破碎岩石压缩实验和岩石崩解实验,研究了不同类型岩石的破碎、崩解性能,分析了岩石膨胀变形—破碎冒落—充填压实—蠕变固结的变形过程及特征,揭示了我国东部和西部矿区岩石变形破坏的差异性。研究结果表明:弱胶结岩石具有强碎胀、易崩解的特性,西部弱胶结岩石较中东部岩石更易破碎,耐崩解指数较中东部岩石偏小,岩石耐崩解指数随崩解循环次数增加呈线性递减关系;相同采高条件下,西部弱胶结地层工作面初始垮落带高度较中东部岩层工作面小,弱胶结地层工作面垮落带趋于稳定后垮落带高度的变化量大,弱胶结岩石的胶结性越差这种特性越强。相似模拟试验结果证明了理论分析的可靠性。