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。

老空区瓦斯对小煤柱采面上隅角的影响与治理研究

为消除邻近老空区积存瓦斯对小煤柱回采工作面上隅角的影响,以山西三元煤业股份有限公司下霍煤矿2305回采工作面为原型,基于老空区瓦斯运移规律研究得出的结论,设计选用钻孔、并联现采采空区抽采支管、敷设专用管路3种方法进行抽采对比试验,分析不同抽采形式和抽采流量对老空区瓦斯的治理效果。结果表明:回采工作面进入8m小煤柱区域后,老空区瓦斯通过顶帮裂隙流向现采工作面,上隅角瓦斯体积分数明显上升;抽采前,老空区内瓦斯运移规律为回采工作面附近的瓦斯向现采采空区抽采口附近运移,抽采后,老空区内瓦斯运移规律为回采工作面附近的瓦斯仍有小部分向现采采空区抽采口附近运移,大部分由内侧向外侧抽采口运移;采用专用管路抽采老空区内积存瓦斯效果较好,可以明显改变老空区内瓦斯运移方向,现采埋管抽采瓦斯体积分数随老空区抽采管路瓦斯体积分数的下降而下降,两者具有强相关性,该抽采方式可有效消除小煤柱回采区域上隅角受老空区内积存瓦斯的影响。

NEMV技术在陈家山煤矿采空区探查中的应用

陈家山煤矿主采侏罗系延安组4^(-2)煤层,矿井自然条件复杂,煤、油、气共存,水、火、瓦斯、煤尘、顶板灾害俱全。该矿东南边界浅部4^(-2)煤层露头线附近分布较多小煤窑,使煤矿安全生产存在安全隐患;同时由于该区域地表山高坡陡,植被茂密,无法采用传统勘探技术进行探测。在此背景下,使用基于应力-自然电磁脉冲的NEMV勘探技术对该区域进行勘探,该技术可采用无人机进行数据采集,不受地面条件影响,能够准确查明煤层赋存、地质构造形态,并对采空区、积水区等水文条件不清的区域进行精细探查。通过煤层应力系数平面图中异常区分布进行划分,在研究区内共发现该矿采空区2处,小煤窑盗采区2处,有效解决了煤矿开采中的实际问题。

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。

闭坑煤矿采空区隐患高分辨率时序InSAR识别技术

在实际应用过程中,由于采空区隐患分布地质结构差异较大,传统InSAR识别技术在单位时序下处理相位信息量较大,且前期检测采集信息量巨大,造成所得识别结果出现偏差的概率明显增加。为解决这一问题,引入高分辨率时序InSAR识别技术,主要通过建立闭坑煤矿采空区隐患高分辨率数值模型、相干目标的高分辨率时序InSAR分析、特征值分解相位时序InSAR识别3部分,优化识别全局参量,提升识别环境变量的处理能力,实现快速识别隐患特征的效果。经过仿真数据的对比,实验表明,高分辨率时序InSAR识别技术具有识别能力强、处理速度快、隐患识别准的优秀能力,能够解决当下传统识别技术存在的不足,且未来发展前景广阔。

综放工作面小煤柱沿空掘巷煤柱尺寸留设研究

为合理留设综放工作面沿空掘巷煤柱,以山西某矿E4102-1工作面运输顺槽煤柱留设工程概况为例,通过进行调研分析与进行数值模拟分析,并结合工业性试验,得出窄煤柱沿空掘巷技术目前已相对较成熟,可把煤柱尺寸留设为5 m至8 m之间;通过对几种煤柱尺寸下的巷道围岩破坏状况进行数值模拟分析,得出该工作面巷道留设5 m宽的煤柱时,该巷道矿压不会出现明显显现,巷道变形量相对较小,巷道顶板也相对较稳定,能很好的满足矿井安全生产需求,更好地保障矿井安全生产。

永红煤矿小煤柱沿空掘巷围岩控制技术应用研究

针对永红煤矿工作面之间留设较宽煤柱时巷道因应力集中而破坏严重及资源浪费的问题,通过理论分析和数值模拟等方法,研究了沿空掘巷覆岩结构特征,提出小煤柱巷道围岩非对称耦合支护技术。研究表明,3306运输顺槽合理煤柱宽度为9 m,采用高强加长锚杆索对顶板和煤柱帮进行强力支护,有效控制巷道底鼓和非对称变形难题;掘进期间巷道变形不明显,回采期间顶底板收缩最大586 mm、两帮收缩最大972 mm,巷道围岩变形可控,说明强力支护技术对小煤柱巷道的控制有效,确保了工作面安全回采,也为相似条件下工程实践提供技术参考。

厚煤层小煤柱沿空掘巷相邻采空区防灭火实践

针对赵楼煤矿7304工作面存在厚煤层综放小煤柱沿空掘巷相邻采空区自燃的风险问题,通过分析小煤柱损伤特性和透气性变化,揭示小煤柱在采空区侧向支承压力作用下的变形破坏及其对空气渗透性的影响;通过研究采空区氧化带分布特征,确定了自燃防治的重点区域。基于此,提出了封堵漏风通道、灌注黄土固结剂和注氮等综合防治措施。封堵漏风通道通过切断连续漏风供氧通道,降低氧气供应;灌注黄土固结剂通过增加煤体密实性,减少漏风;注氮技术通过降低破碎煤体周围的氧气含量和温度,延长煤的氧化时间,减少了自燃的可能性。实践结果表明,以上措施显著降低了采空区自燃风险,确保了矿井的安全生产。

4310工作面沿空掘巷围岩变形控制技术研究

针对彭庄煤矿4310工作面沿空掘巷矿压显现剧烈、围岩变形严重,沿空巷道维护困难,严重影响高效安全工作面的建设问题,采用FLAC^(3D)数值模拟软件,结合理论分析和现场试验,对小煤柱合理宽度进行确定,优化沿空掘巷支护参数。研究结果表明:通过调整小煤柱宽度为15 m,能有效降低围岩应力集中,减少巷道围岩变形量,能有效保障巷道整体稳定性;支护方案优化后,采用Φ20 mm×2500 mm锚杆和Φ21.8 mm×9600 mm锚索,能够显著提高巷道围岩的稳定性。4310运输顺槽沿空掘巷采用15 m小煤柱及以上支护方案进行工业性试验,巷道表面位移和锚杆受力监测结果表明巷道围岩变形量控制在较小范围,支护系统能充分发挥作用。

小煤柱沿空掘巷支护技术实践

针对小煤柱沿空掘巷巷道支护困难的问题,以大方绿塘煤矿26_中06工作面小煤柱沿空掘巷为工程背景,通过现场观测和理论分析,探明了煤层赋存情况及围岩结构,明确了巷道变形破坏的原因为煤岩体强度低、完整性差、支护参数不合理以及动压影响。结合26_中06工作面的地质条件,提出了优化的支护设计方案和补强支护设计,并进行了现场工业性应用。现场监测结果表明,采用优化的支护设计方案后,巷道顶底板移近量最大为130 mm,相较于原始支护方案下,巷道变形量降低54%左右,巷道变形均在可控范围内,达到预期支护效果,验证了优化设计的可行性和有效性。

测氡法在小煤窑采空区勘察中的应用研究

研究目的:小煤窑采空区具有年代较早、多为私挖滥采、无采空资料可供参考等特点,且小煤窑采空区的变形和不均匀沉降会对铁路的施工和运营构成巨大威胁和隐患。要查明采空区的影响范围仅仅依靠调查和钻探,具有周期长、费用大、难以查清的缺点,部分物探方法又受人文因素干扰严重。本文研究如何利用测氡技术,并充分发挥其不受电磁、车辆等因素干扰的优势,结合少量钻探资料,以达到查明采空区影响范围、解决小煤窑采空区勘察问题的目的。研究结论:通过对小煤窑采空区勘察中测氡技术的应用范例可知:(1)氡气在小煤窑采空区及其产生裂隙处浓度明显升高;(2)氡气浓度异常与储气时间长短无直接关系;(3)在小煤窑采空中氡气浓度曲线表现为单、多峰值的高比值的异常;(4)测氡技术对类似年代较早、私挖滥采、无采空资料可供参考的小煤窑采空区勘察工作具有良好的应用效果。

预置矸石充填带置换小煤柱的无煤柱开采技术

为实现无煤柱开采,通过在上区段运输巷掘出后,在靠近下区段轨道巷的煤壁侧沿运输巷预置矸石充填带,待上工作面回采结束围岩稳定后,下区段轨道巷掘进时,紧沿预置的矸石充填带进行掘进,不再留设区段煤柱,用矸石充填带把上下2个区段之间应留设的煤柱置换出来,从而实现无煤柱开采。针对高庄煤矿3上507工作面地质条件,建立了预置矸石充填带沿空掘巷的围岩结构力学模型,对充填带的稳定性进行了非线性数值计算分析。根据矸石充填带稳定性的要求,确定现场充填带强度等级为C20,带宽为1 600 mm,高为4 000 mm,预留约1 100 mm厚顶煤,充填带与顶煤间留有100 mm间隙。工程实施效果验证了方案的合理性,取得了良好的经济与社会效益。

综放开采沿空掘巷小煤柱宽度留设及支护技术研究

为合理确定区段小煤柱宽度及沿空巷道支护方式,以阳泉五矿8407综放工作面为例,基于采空侧基本顶断裂力学模型及围岩极限平衡理论,理论计算了合理煤柱宽度的上下限值,采用钻孔应力监测方法,对回采过程中煤柱内部应力分布进行了实测,进而确定沿空巷道支护参数。研究结果表明:沿空掘巷小煤柱宽度合理范围为9.03~11.80 m,取10 m为宜,煤柱侧0~3 m范围煤体发生塑形破坏、3~6 m范围为弹性核区、6~10 m范围靠近8409采空区承载能力弱,因而在8407回风巷掘巷期间采用锚杆+长短锚索一次支护,回采期间对煤柱帮进行3 m钻孔注浆加固二次支护,现场实测数据显示,8407回风巷沿空掘进期间围岩变形量较小,回采期间顶板、注浆加固煤柱帮、实体煤帮最大变形量分别为0.20、0.05、1.00 m,围岩变形处于可控范围,实现了综放工作面安全高效回采。

赵各庄矿极复杂区域保护煤柱留设数值模拟研究

针对赵各庄急倾斜、大断层和采空区下极复杂区域煤层开采中煤柱留设宽度问题,理论分析了极复杂区域煤柱留设条件:一是作为断层保护煤柱,二是作为9煤老空区保护煤柱。将断层煤柱划分为采空区一侧煤体塑性区、有效隔水煤柱的弹性区和断层处煤体裂隙带三个区域,分别计算煤柱宽度。在理论分析和数值模拟基础上,建立了极复杂区域老空区下急倾斜煤层开采保护煤柱数值模型,模拟分析了工作面无煤柱、煤柱距离32m和64m三种不同情况开采时工作面围岩应力变化、围岩位移变化和塑性破坏区等情况,直观分析解释煤柱留设的依据。结合现场地质条件,计算赵各庄3839区域煤层开采煤柱留设宽度为66.2m。

高速公路隧道下伏小煤窑采空区洞内注浆处治技术

高速公路隧道下伏小煤窑采空区对衬砌结构稳定影响较大,给隧道施工带来较大风险与潜在危害,按现行技术细则要求对下伏采空区处治范围大、费用高、施工难。笔者以鱼洞Ⅰ号隧道为实例,根据下伏小煤窑采空区规模和特点提出隧道开挖后洞内注浆进行处治措施,通过洞内物探、钻探等手段探明采空区具体位置,采用数值模拟对洞内注浆处治效果进行分析,通过工程实践保证了隧道施工及结构安全。结果表明:隧道下伏采空区对隧道围岩及衬砌结构稳定性影响较大,使得隧道围岩及支护结构最大竖向位移分别达到-0.223 8 m和+0.312 2 m,隧道底板与采空区顶板之间的围岩大部分处于塑性变形状态;现行隧道下伏采空区稳定性评价及处治范围偏于保守,地表注浆处治费用高、难度大;隧道洞内注浆处治下伏小煤窑采空区具有较好效果,隧道结构变形处于可接受范围,可保证隧道施工及结构安全。对于无序开采、资料匮乏、回采率低等隧道下伏小煤窑采空区,采取洞内注浆措施进行处治,可显著减小采空区处治费用及施工难度,为类似工程建设提供参考和借鉴。

小煤柱沿空掘巷围岩控制技术试验研究

针对软岩地层4600工作面下顺槽留小煤柱沿空掘巷出现锚杆拉断、底鼓、U形钢支架扭曲变形等破坏,采用钻孔窥视仪观测围岩内部裂隙发育情况及对巷道站点进行矿压观测。建立了小煤柱沿空掘巷覆岩破断结构模型,探讨了小煤柱沿空掘巷巷道变形特征及围岩控制技术。

北京地区浅层采空区高密度电法探测应用分析

高密度电法已广泛应用于煤层采空区探测之中,采空区充填性质的不同造成其在高密度电法数据剖面中的表现特征也不相同。本文主要介绍运用高密度电法进行浅层小煤窑采空区探测的一些经验和案例。采用高密度电法中的温纳装置对门头沟地区未充填、部分充填的小煤窑巷道和石景山区富水充填的小煤窑采空区的探测,取得了很好的效果。探测结果显示,未充填和部分充填的小煤窑巷道表现为高视电阻率异常,位置与测线周边发现的小煤窑窑口位置相对应。而富水充填的小煤窑采空区表现为低视电阻率异常,经钻探验证,采空区内充填有富含水的粉末状的煤灰,含坑木。需注意在山区进行高密度电法测试时,台阶状的地形对高密度电法测试的干扰影响较大,以温纳装置为例,测试数据在台阶地形处表现为高低阻相邻的八字形干扰,且电极距越小,干扰越明显。

特厚煤层综放沿空掘巷煤柱尺寸优化研究

以东周窑煤矿8205工作面回风巷为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场实测相结合的研究方法分析了特厚煤层综放开采沿空掘巷煤柱宽度的合理尺寸。研究表明:理论分析知煤柱宽度在6.9 m以下可确保8205工作面回风巷处于应力降低区,有利于巷道围岩的稳定;数值模拟分析知煤柱宽度达到6 m以上时,巷道在掘进、回采期间围岩变形量不再随煤柱宽度增大明显降低,因此最终确定使用6 m煤柱;现场观测表明,留设6 m煤柱,8205回风巷道在掘进期间最大两帮移近量为65 mm,最大顶底板移近量为57 mm,钻孔窥视仪观测结果显示,煤柱0~1.5 m内煤体较破碎、裂隙较发育,1.5~2.5 m内煤体裂隙发育程度降低,2.5~4.5 m内煤柱整体较完整,4.5~6.0 m内煤体破碎,煤柱整体处于弹性状态,可以有效支撑顶板,控制围岩变形。

小煤窑采空区物探技术在铁路工程地质勘察中的应用

综合勘探阶段的实际情况、探测深度和探测精度等因素,探讨了物探方法的选择及其组合特点,归纳了各种物探资料对应的小煤窑采空区的异常特征。通过单一或综合物探方法,结合地质调查及钻探资料,可划分出小煤窑采空区的发育段落并指导钻探孔位的布置,部分或比较宏观地解决了小煤窑采空区的勘察问题。同时,根据物探资料可对采空区的工程地质条件进行评价。

沿空掘巷合理窄煤柱宽度确定与围岩控制技术

进一步掌握沿空掘巷围岩控制技术.以枣泉煤矿12203工作面为研究对象,通过理论计算与数值模拟相结合的方法,确定窄煤柱的宽度为6 m,以沿空掘巷围岩大、小结构的稳定性为理论基础,认为解决沿空巷道围岩稳定问题必须使得围岩小结构与其外部大结构保持相互协调,而保持小结构的稳定性是沿结果表明:空掘巷稳定的根本,根据围岩强度强化理论,采用高强度高预应力锚网索联合支护,并在窄煤柱侧进行注浆加固.经过现场工业性试验,该方法能够有效控制巷道的变形,实现该类巷道的稳定.