Ground stability of underground gateroad with 1 km burial depth： A case study from Xingdong coal mine, China

本文采用数值模拟、案例分析、现场试验相结合的综合研究方法分析千米埋深煤矿巷道围岩稳定性。首先,在试验巷道进行了地应力监测与煤岩体力学性能测试;然后,通过FLAC^(3D)数值模拟软件分析了试验巷道围岩位移场、应力场、塑性区与锚杆受力特征。研究结果表明,软岩特性与高地应力是深部巷道失稳的主要因素,高应力引起的剪切滑移破坏是深部巷道围岩的主要破坏模式;不合理的支护方式,特别是锚杆索长度短且预紧力低、缺少高强二次支护、底板无支护等亦是巷道失稳的原因。基于上述研究,提出了集长锚杆索、可缩性环形支架、注浆加固于一体的联合加固措施,并通过现场监测验证了支护方案的合理性。本文研究成果为深入理解千米深井巷道破坏机制提供了借鉴。

Distribution of ground stress on Puhe Coal Mine

Puhe Coal Mine is a typical Tertiary coal in Shenbei mining area. With an increase in mining depth, tectonic stress field becomes more complex, leading to increased deformation and failure of the soft rock roadway. Stress becomes an important factor of mine safety and stability. This paper analyzes the distribution of the regional tectonic field, and determines the distribution of situ stress measurement through measuring the ground stress field in the main mining area level of Puhe Coal Mine using stress relief method. The acquired in situ stress data at different locations and depths provide a reference for the rational arrangement of the stop and mine roadway supporting design, which are of great significance for the efficient safety production of the mine.

露天矿顺倾软岩边坡内排追踪压帮治理工程——以贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮为例

软岩露天煤矿实现安全高效开采的重点是边坡稳定。为解决露天矿顺倾软岩边坡稳定性治理难题,在分析边坡稳定性主控因素的基础上,提出了露天矿顺倾软岩边坡内排追踪压帮治理工程。以贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮为工程背景,兼顾采场与内排土场边坡稳定性,采用极限平衡法和数值模拟相结合的手段,设计了采场边坡的空间形态,提出了采场与内排土场边坡协同治理方案,可最大限度地安全回收边坡压覆煤炭资源。研究结果表明:弱层暴露长度是露天矿顺倾软岩边坡稳定性的主控因素,控制采场与内排土场间的追踪距离是改善边坡稳定性的有效途径;随着追踪距离的增加,边坡破坏模式从以圆弧为侧界面、弱层为底界面的切层-顺层-剪出滑动逐渐过渡为以圆弧为侧界面、弱层为底界面的切层-顺层滑动,边坡稳定性逐渐下降;内排土场及其与采场构成的复合边坡稳定性随破坏底板弱层回填岩石范围的增大呈指数函数规律提高;贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮浅部边坡留设40 m运输平盘、15 m保安平盘,底帮深部边坡角29°,追踪距离控制在50 m之内时可满足安全要求;内排土场基底弱层完全破坏并回填岩石倾向长度60 m时可满足安全要求。研究成果为软岩露天煤矿边坡稳定性治理提供了新思路。

深井软岩注浆加固支护技术应用研究

本文以深井生产工作为例展开分析,结合设计情况分析巷道变形破坏原因,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,研究巷道围岩应力分布与变形破坏特征等,提出了采用注浆加固支护技术控制巷道围岩变形破坏的相关方法,并对巷道加固后的稳定性进行了监测。通过研究表明得出,采用注浆加固支护技术能有效控制巷道变形破坏,保证了巷道的稳定性和安全性。

露天煤矿顺倾软岩边坡形态“三段式”优化研究

针对露天煤矿顺倾软岩边坡空间形态问题,从控制边坡稳定性角度出发,在分析地层岩性差异以及弱层层位的基础上,结合采场深部横采内排追踪压帮的三维效应,突破传统等分平盘线性边坡设计方法,将边坡划分为3段,提出了顺倾软岩边坡形态“三段式”优化设计方法;以扎哈淖尔露天煤矿煤岩破碎站区段南帮边坡为工程背景,基于极限平衡理论与数值模拟相结合的方法,分析了南帮边坡二维、三维稳定性,对顺倾软岩边坡空间形态参数进行了优化,并分析了边坡形态“三段式”优化带来的经济效益。研究表明:扎哈淖尔露天煤矿煤岩破碎站区段南帮横采内排追踪距离需控制在50 m内,深部断面形态以运输平盘30 m、保安平盘5 m组合形式进行设计;采用“三段式”边坡设计比等分平盘线性边坡设计及仅考虑断面形态效应的逐阶段边坡设计在断面上沿走向每单位长度分别可多出煤9271.82 t和7623.89 t,剥采比为0.48 m3/t和0.89 m3/t,有利于实现煤炭资源的安全高效回收。

矿井软岩巷道锚杆支护技术的研究

针对巷道支护的问题,通过分析软岩巷道的结构以及锚杆支护方式,提出了矿井软岩巷道的锚杆支护的方法,具体研究了锚杆支护技术以及锚杆参数的选择,并进行了实际应用。结果表明,通过锚杆支护后,顶板的位移量为33 mm、两帮位移量为274 mm,提高了巷道围岩的强度,保证了开采的安全性。

煤矿极软岩巷道锚杆支护技术分析与应用

针对煤矿井下采用的不同巷道支护形式进行分析,开展煤矿极软岩巷道锚杆支护的相关研究。介绍了巷道支护理论的发展,根据不同巷道支护技术的特点选择合适的技术,并开展极软岩巷道支护研究。研究结果表明,采用的巷道支护技术能够提高巷道支护效果,增强煤矿顶板层的安全性,有利于煤矿的安全生产。

松软煤层瓦斯抽采钻孔煤岩层位识别关键技术研究与应用

煤矿瓦斯抽采钻孔在施工过程中无法明确清楚轨迹和钻头层位,通过人工经验判断法,根据钻孔泥浆颜色、排渣特征、钻机参数变化情况等信息来进行岩层或煤层识别,这种方法受工人经验积累程度、信息滞后、干扰因素多的影响,判断结果往往具有一定偏差、延迟和误差,无效进尺过多、钻孔效率低的弊端。为了实现准确、快速地识别钻孔当前所在层位,解决底抽巷穿层钻孔施工时无法识别钻孔轨迹和钻头层位问题,开发了一套钻机数据采集装备,加以配套的专用软件可以对钻孔过程中的钻进参数进行记录,进一步计算做功能量,再通过能量的变化来识别地层变化,将确定的数据阈值输入数据分析系统中;施工过程中该系统自动计算并识别钻进时的能量变化过程,最终给出煤岩地层信息变化的提示信息。研究为瓦斯抽采钻孔的施工提供了科学依据,辅助底抽巷穿层钻孔进行穿层判定,避免因施工不到位导致的钻孔空白带,可为煤矿的安全生产提供技术支撑。

三道岭露天煤矿逆倾软岩边坡变形破坏治理方案研究

为解决三道岭露天矿西采区南帮逆倾软岩边坡滑坡规模大、治理困难的问题,基于已有监测数据,明确了最危险滑坡区域范围,通过滑坡变形反分析,确定了岩土体物理力学参数;基于极限平衡法及数值模拟方法,研究了不同压帮高度条件下边坡稳定性变化规律,提出了逆倾软岩边坡变形治理措施;根据压帮后监测数据,对南帮边坡治理效果进行了评价。结果表明:极限平衡法与数值模拟法研究结果具有很好的一致性,边坡稳定性均随内排压帮高度增加而增大;当内排压帮高度为28 m时,边坡稳定系数达到1. 11,满足安全储备系数要求;实施内排压帮后,各地表监测点基本处于等速变形阶段,边坡治理方案效果显著。

露天煤矿边坡相对稳定性判据研究与应用

针对软岩露天矿边坡滑坡数量多、规模大、难于防治的问题,以白音华1号露天矿东南帮顺倾软岩边坡为工程背景,基于极限平衡理论,确定边坡滑体几何形态,通过滑坡变形反分析获取弱层指标参数;采用FLAC3D数值模拟,揭示边坡岩土体应力-应变演化规律及破坏机制,提出边坡相对稳定性判据,进而确定合理的横采内排追踪距离与降深位置。结果表明：该矿东南帮边坡稳定性随留煤柱宽度的增加逐渐增大,随追踪距离的增加逐渐降低;当留煤柱宽度大于或等于180 m,追踪距离在50-300 m范围内时,东南帮可以安全降深;留煤柱宽度取180 m,追踪距离取50 m,可实现资源采出最大化。

基于CDEM露天煤矿顺倾软岩边坡三维稳定性分析

为解决露天煤矿顺倾层状软岩边坡稳定性这一技术难题,基于连续介质离散元数值模拟方法,从理论上探讨了降深与清帮至不同位置对顺倾软岩边坡稳定性的影响。结合白音华一号矿南帮工程实例,针对各煤层降深及清帮方案,基于CDEM数值算法对边坡稳定性进行计算,对比分析了坡体位移、应力分布及演化特征,进而阐明多个弱层对复合边坡产生的叠加效应,以及清帮减载对边坡稳定性的影响。结果表明,白音华一号矿首采区南帮边坡变形不会对南排土场稳定性造成影响,揭露多个弱层对边坡变形与稳定性下降有一定的叠加效应,清帮不能显著提高边坡稳定性,但可减小作用在弱层上的法向应力和剪切应力,进而减缓滑坡发生的过程,提高边坡动态发展过程中的安全性。

煤矿软岩巷道矿压显现与控制

本文系统地总结了我国煤矿巷道在软岩分类、软岩属性及软岩判定等方面的研究成果 ;并根据软岩巷道的围岩变形规律和压力特点 ,针对煤矿巷道使用及安全等方面的要求 ,论述了煤矿软岩巷道支护的基本原则 ,重点介绍了U型钢金属可缩性支架壁后充填、锚注加固等一些非常规性的 。

含顺倾煤层软岩边坡滑动区稳定性分析与工程治理实践

针对顺倾煤层软岩边坡滑动现状,结合GPS监测数据,研究了其滑动机理与工程治理措施。结果表明,软岩边坡滑动机理为滑体前缘剪出,滑体后缘产生张拉裂隙,中部主滑段切断岩层沿弱层产生切层—顺层滑动。运用SLOPE/W软件及监测数据进行了滑动区边坡工程治理前、后的稳定性评价,评价结果表明:治理前其滑动区边坡稳定系数为0.976、0.996,监测位移逐渐增大,说明其处于不稳定状态;实施工程治理措施后,达到了安全储备系数1.2的要求,监测位移趋于近水平,说明工程治理措施选择方法恰当,可为其他顺倾煤层软岩边坡滑动变形及治理措施选择提供指导。

露天煤矿顺倾软岩到界边坡空间形态优化

针对露天煤矿顺倾软岩到界边坡空间形态优化问题,以霍林河北露天煤矿三采区为工程背景,基于极限平衡理论与数值模拟相结合的方法,分析了纵采与横采开采方式下边坡二维与三维稳定性,优化设计了顺倾软岩到界边坡空间形态。结果表明:顺倾软岩边坡二维稳定性与平盘宽度近似呈正相关一次函数关系,与岩柱宽度近似呈正相关指数函数关系;当追踪距离小于100 m时,开挖位置、开挖角度对顺倾软岩边坡三维稳定性影响较小,当追踪距离大于100 m时,边坡三维稳定性系数与开挖角度呈正相关一次函数关系;当追踪距离大于200 m、岩柱宽度小于60 m时,边坡三维稳定性系数随追踪距离增大呈线性减小趋势;霍林河北露天煤矿三采区到界边坡最优空间形态为追踪距离50 m、沿底鼓区坡顶线以39°边坡角横采降深至24煤底板。

松软煤层综放面顶底板采动应力分布规律研究

以某矿综放采场为背景,通过现场实测、相似材料模拟等手段,研究了松软煤层综放开采中液压支架受力状态、两巷单体支柱受力特征和顶底板的采动应力分布规律,结果表明液压支架在工作面不同位置受力状态不同,处于中部位置的支架受力最大,同一支架前立柱受力大于后立柱;风巷围岩应力大于机巷围岩应力,两巷的超前采动应力峰值位置在工作面前3～11m;顶板岩层同一层位中采动应力分布随工作面的距离不同而不同;不同层位应力分布也不同,离煤层越近的岩层中应力集中系数越大;底板岩层在工作面前方6m左右处应力达到最大,在工作面处应力为零。该研究结果有效地指导了该矿井同一煤层综放面巷道布置、两巷支护及工作面顶板管理。

高应力区穿层大巷围岩变形特征及其控制

高应力区巷道支护技术成为制约煤矿安全生产的难题之一。魏家地煤矿1070运输大巷受高应力软岩及穿层构造的影响,经过多次返修,仍然处于不稳定状态,变形严重,影响巷道的安全使用。分析了高应力来源,1070运输大巷的破坏特征和形成原因,基于不同特征段围岩松动圈测试结果,提出了以锚网(索)加锚注为主的返修方案。现场试验表明:返修后巷道变形稳定且在允许的范围内,该返修支护方案是合理的。

深井高应力三软煤层巷道围岩支护参数优化

为了解决任楼矿深井高应力三软煤层巷道围岩变形量大、煤岩皆松软易破碎的难题,通过理论分析、FLAC^(3D)数值模拟和现场矿压监测相结合的方法,分析了高应力三软煤层巷道围岩变形机理,并提出了新的锚网索支护技术方案。

红石岩煤矿巷道底鼓原因分析及其治理

红石岩煤矿Ⅳ采区12406回风巷底板经常发生大变形破坏,为此分析了软岩巷道变形破坏原因,提出巷帮加固、底板卸压的治理思路控制底鼓。采用数值模拟的方法,对巷道未支护、原支护方案,以及注浆加固+卸压槽联合支护新方案的顶底板位移、应力分布进行了对比研究,模拟结果表明:采用注浆加固+卸压槽联合支护,巷道底鼓量比原支护减小了一半,对底鼓的控制作用明显。对注浆参数、卸压槽参数等进行了计算分析,联合支护实施效果表明,控制了围岩的强烈变形,平均底鼓量由原支护的1 200～1 500 mm减小到245 mm,保证了巷道的稳定。

千米深井三软煤层智能开采关键技术与展望

基于我国淮南矿区三软煤层赋存条件及综采自动化技术发展现状,分析了千米深井三软煤层综采工作面实现智能化、少人化开采的制约因素与技术瓶颈。针对三软煤层易发生煤壁片帮与顶板冒漏等问题,提出了基于多参量监测与融合分析的液压支架智能自适应控制策略;通过分析采煤机精准定位与智能调高存在的技术瓶颈,提出了基于地质信息模型和随掘随采探测动态修正的采煤机采高智能调控策略;分析了刮板输送机发生上窜、下滑等异常工况的原因,提出了基于刮板输送机三向姿态智能监测的异常工况预警与调控策略,并辅以刮板输送机推移工序进行调整;针对综采工作面超前支护区域难以实现智能化推进的难题,研发设计了单元式智能自适应超前液压支架及自动搬移装置,提高了对大变形巷道的适应性及智能化控制水平;分析了综采装备群智能协同推进控制策略,对综采工作面智能化开采技术的发展方向进行了展望。

千米深井软岩煤巷支护方式数值模拟研究

采用数值模拟软件FLAC5.0对淮南矿业集团朱集矿-870m煤层回风大巷不同的支护方案进行了模拟,对比分析不同支护方案的围岩塑性区分布情况、围岩应力分布特征以及围岩变形特点,得出深井高应力巷道安全控制应以组合支护为主,并提出在巷道周边围岩构建闭式承载结构的思路,对深部巷道的围岩稳定性控制具有一定的指导意义。