大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响

为研究大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响,以新疆焦煤集团2130煤矿25213工作面为研究对象,采用物理相似模拟实验、Rhino+Kubrix+FLAC 3D相结合的数值模拟及现场实测的方法,深入分析了大倾角大采高工作面不同夹矸层数、厚度下煤矸互层顶板失稳规律与顶板-支架相互作用特征。结果表明,煤矸互层顶板破坏是由于倾斜中部、靠近支架的煤线先产生局部压剪破坏,随之向附近软煤夹层、夹矸扩展,导致顶板非均衡破坏,诱发架前冒顶、煤壁片帮等现象。大倾角大采高煤矸互层顶板工作面支架工作阻力、顶板最大主应力及顶板变形均呈明显的非对称性,且随着夹矸层数增加,支架上方煤矸顶板集中应力影响范围、围岩变形影响范围及塑性破坏范围均有所增大。煤矸互层顶板支架与围岩有顶板与支架正接触、破断顶板作用于支架掩护梁、架间相互作用等3种作用特征。较一般顶板的大倾角工作面,煤矸互层顶板对支架作用力明显减小,支架工作阻力整体呈倾斜中、下部大于上部的特征;支架非对称受载表现为前柱侧向载荷大于后柱,但随夹矸厚度的增加,顶梁受载程度趋于均布化。结合研究结果,提出了缩短空顶时间、分区域控制、超前预爆破及工作面实时矿压监测等一系列大倾角大采高煤矸互层顶板稳定性控制措施,其中,重点控制工作面倾斜中部煤矸互层顶板的稳定性,来保证工作面的安全高效生产。

煤岩互层巷道模拟试验与控制对策

为研究斜梯形和直墙半圆拱形巷道断面对煤岩互层巷道的适应性,得到巷道断面的支护参数的优化方案,进行了相似模拟试验和数值模拟试验研究,改进后的巷道断面和支护参数利用钻孔探测进行检验.结果表明:斜梯形巷道断面对于煤岩互层巷道适应能力差,直墙半圆拱形巷道的水平应力和垂直应力同比斜梯形巷道小2倍以上,更适用于煤岩互层顶板;对直墙半圆拱形巷道进行了3种支护方案的模拟,确定最终的间排距为800 mm×800 mm;钻孔探测发现改进后的方案裂隙、破碎带大幅度减小.

工作面煤岩互层复合顶板深浅孔注浆加固技术研究

为了解决工作面煤岩互层复合顶板出现破碎松散、离层脱落、整体漏矸严重甚至大面积冒顶等难题,以新元煤矿9104工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析及数值模拟方法,研究了工作面煤岩互层复合顶板失稳破坏机理,划分了长度分别为3、25、23 m的基础治理区域、关键治理区域及重要治理区域,确定了工作面复合顶板分区、分重点加固的治理思路。基于此,提出了在回风巷进行"两深孔、一浅孔、两材料、三区域"的分区复合超前预注浆协同加固技术的方案,并依据现场工程实践、工程类比及理论计算公式确定了注浆材料及注浆关键参数。现场工程应用表明,该技术可有效解决工作面煤岩互层复合顶板破碎松软导致的大面积漏矸、冒顶及开采受阻等问题,确保工作面能以正常速度安全回采。

急倾斜煤岩互层巷道非对称变形特征及跨界锚注差异化支护技术

为解决急倾斜煤层巷道非对称大变形控制难题,以赵家坝矿急倾斜煤岩互层巷道为工程背景,采用现场观测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了急倾斜煤层巷道非对称变形机制,基于跨界支护原理提出了跨界锚注差异化支护技术。研究表明:急倾斜煤岩层赋存导致巷道围岩应力分布非对称,引起弧形顶侧煤岩剪切滑移变形,而直斜顶侧变形相对较小;以不同锚固长度、不同锚注方式建立两侧差异化跨界支护形式,构建围岩等效厚层锚固承载结构,模拟显示围岩应力得到优化,巷道变形显著降低,弧形顶下沉量降低39.0%,该侧巷帮收敛量降低41.6%;经现场验证,弧形顶最大裂隙深度由3.88 m普遍降至1.50 m以内,降低61.3%,直斜顶裂隙发育深度降低47.6%,围岩控制效果显著提升。

基于岩石力学性质测试的围岩稳定性分类

红一煤矿5#煤层含3层夹矸,属于煤岩互层结构,夹矸裂隙发育。鉴于5#煤层巷道地质条件复杂多变,在国内外研究巷道围岩稳定性分类的基础之上,提出多尺度的岩石力学测试与巷道地质条件相结合的围岩分类方法。

软硬互层煤岩体传统钻进工艺钻孔偏斜规律研究

为获得软硬互层条件下瓦斯抽采钻孔轨迹的偏斜规律,本文采用相似模拟的方法从实验室尺度上对钻孔的偏斜规律进行研究。根据具体的钻孔施工地质条件,在实验室搭建三维相似地质模型,为了研究软硬互层条件下的钻孔偏斜律,采用相似模拟实验的方法,在实验室搭建三维相似地质模型,分析了钻孔在不同岩性岩层、不同倾角岩层中的偏斜特征和钻孔轨迹,不同钻进速度、不同应力等条件下的钻孔偏斜规律。结果表明:①钻孔的偏斜与岩性密切相关,当岩性较软时,发生偏斜程度不大,当岩性较硬时,发生偏斜的程度就会相对较大。②钻孔的偏斜与钻速密切相关,当钻速较小时,此时钻进过程中,容易发生偏斜,发生偏斜程度相对较大,当钻速逐渐变大时,发生偏斜的程度就会相对较小。③钻孔的偏斜与钻进角度密切相关,当钻进角度较小时,此时钻进过程中,容易发生偏斜,发生偏斜程度相对较大,当钻进角度逐渐变大时,发生偏斜的程度就会相对较小。

基于正交试验煤岩互层顶板巷道失稳因素研究

通过现场调研、矿物组分分析和层状顶板力学模型计算,得到6个煤岩互层巷道失稳因素.对6种因素各取3个水平进行正交模拟试验,得到了各影响因素之间敏感性排序.结果表明:通过水对煤岩互层弱化程度是造成顶板表面、深部位移、高帮顶板下沉量以及两帮移近量变化大的最敏感因素,同时煤岩互层次数,煤岩互层单层厚度对3种下沉量造成了不同程度的影响;而巷道宽度、断面形状是造成两帮移近量的重要敏感因素.研究结果通过线性回归方程进行验证,与正交试验结果基本一致,并且提出了该地区煤岩互层顶板巷道失稳控制对策.