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。

松软厚煤层区段煤柱剪切滑块运动机理及协同控制技术

松软厚煤层区段煤柱高、煤壁暴露面积大,加之煤质松软、裂隙发育,强采动作用下极易造成煤柱失稳,巷道维护难度极大。以山西伏岩煤业3号煤层开采为工程背景,基于剪切滑块理论,探究采掘扰动下煤柱变形破坏机理,求解煤柱剪切滑块运动范围及应力分布规律,揭示煤柱侧帮剪切滑块运动机理,提出煤柱稳定性协同控制对策并在现场进行工程实践验证。结果表明:①采用极限平衡理论与叠加理论,确定了煤柱剪切滑块运动范围及煤柱垂直应力分布规律,阐明煤柱剪切滑块安全系数分布规律:0~1.26 m深度,煤柱上部安全系数较小;在1.26~3.95 m处,煤柱中线部分大面积安全系数较小,易受顶板来压破坏。②提出了1种以“注浆加固—锚索强化—切顶卸压”为主体的区段煤柱协同控制技术,煤柱侧裂隙较无支护条件及原支护条件分别减少62.89%和46.26%,巷道围岩完整性大幅提高,形成了强承载结构,有效控制了煤柱变形及底臌。③根据松软厚煤层区段煤柱条件,合理确定了协同控制设计参数,并对煤柱防控效果进行试验监测评估。现场试验结果表明,煤柱裂隙得到充分填充,注浆后煤体强度提高63%以上;巷道位移、锚杆索受力、离层等均在可控范围,表明协同控制技术明显提高了煤柱承载力,回采巷道围岩变形得到有效控制,为工作面安全高效开采提供了空间保障。

厚煤层软岩定向预裂切顶自成巷技术

为解决厚煤层软岩巷道沿空留巷巷道变形量大,不能满足施工要求的问题,通过对工作面地质条件分析,采用类比法,确定预裂爆破采用双向聚能管,装药结构采用4-2-2-1-0方式,钻孔设计倾角15°,孔间距1 m,孔深9 m。通过矿压监测,在采用顶板定向预裂切顶等技术后,16011工作面周期来压平均压力减小1 490 kN,降低25.9%,沿空留巷段巷道成型较好,变形量较小,能够满足巷道施工要求。

水力割缝对不同厚度“三软”煤层巷道围岩扰动影响研究

赵家寨煤矿开采煤层在水力割缝过程中受到较大扰动,围岩强度降低,导致煤厚较大且分布不均的“三软”煤层巷道更加难以控制。基于14205工作面岩石力学参数,理论分析确定水力割缝合理参数,借助COMSOL Multiphysics构建不同煤厚条件下水力割缝模型,数值模拟得到了水力割缝对煤层应力、位移影响规律。结果表明:顶煤厚度对于受水力割缝扰动后巷道顶板稳定性有着重要影响,应力特征的主要影响因素为割缝的形态、位置,煤层越厚其变形量越小,水力割缝对煤体的损伤范围主要与割缝位置相关,巷道受扰动范围为两帮各5 m,托顶煤为2 m厚时,顶部煤体受破坏程度最大,巷道稳定性最差,当托顶煤厚度超过4 m时巷道稳定性得到良好改善,在煤体损伤范围内巷道顶部变形量最大,需要加强支护力度。研究结果为不同厚度“三软”煤层水力割缝扰动下巷道围岩稳定性分析提供基础。

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。

深部顶板夹煤层巷道变形破坏分析及其控制

为了探究深部顶板夹煤层软岩巷道大变形破坏问题,以平煤六矿三水平戊二胶带运输巷为工程背景,开展夹煤层巷道围岩破坏分析及控制对策的研究。首先,构建原支护体系组合拱力学模型,推导出直墙半圆拱形巷道稳定判别式;其次,提出“锚网索-梁-注浆-组合砂浆锚索”联合返修控制对策,即沿戊8煤层顶板进行巷道扩刷,采用锚网索、梯子梁完成基本支护,对围岩进行深浅孔注浆加固、顶板及两帮关键部位布置组合砂浆锚索等加强支护,并通过数值模拟分析返修前后应力、位移场分布特征;最后,开展工业性试验,并监测矿压。结果表明:两帮及顶底板最大收敛量分别为93、112 mm,后期变形速率均低于1 mm/d,围岩变形得到有效控制,返修效果良好。

深部软岩巷道支护对策研究

深部软岩围岩稳定性控制问题日益突出。以东周窑煤业为研究区,通过现场勘察获得了巷道变形破坏特征;通过数值模拟分析了巷道变形、围岩倾斜与软弱层位置之间的关系,得出了软岩巷道的变形破坏特征影响因素;基于数值模拟结果,提出了深部软岩巷道支护新型设计方案。结果表明,新型支护方案控制效果良好,对类似工程具有指导意义。

“三软”巷道长短锚索联合支护控制变形研究

针对“三软”特厚煤层巷道围岩变形严重、控制难度大、掘进效率低、采掘接替困难的难题,提出了一种锚网索支护控制技术。采用现场超声波探测及钻孔窥视揭露方法,测定围岩松动圈塑性范围为2.4~3.0 m;采用数值模拟得到锚索不同间距下的支护效果,确定顶板采用锚网索、两帮采用锚杆的支护方案,设计合理的支护间距,并成功进行了工程应用。结果表明,长、短锚索联合支护可有效控制复合软岩巷道的变形。两帮和顶底板的移近量不大于30 mm;掘进期间顶锚索应力为60~170 kN,受力较为稳定。可见长短锚索联合控制技术可有效提高巷道围岩控制效果,而且生产实践表明,采用长短锚索联合控制技术后平均月进度突破143 m(架棚支护平均月进度60 m),掘进效率实现成倍增长,有效解决了采掘接替困难问题,经济社会效益显著。

厚煤层泥岩底板巷道底鼓控制技术应用分析

山西汾西正旺煤业31103综放工作面运输巷受矿压、底板软岩等多因素影响底鼓问题突出,给巷道使用及采面正常回采带来困难。若采用巷道底板卸压槽、底板注浆以及底板锚索等方式治理底鼓,则面临耗时长、影响巷道正常使用等问题。经分析研判,决定采用降低运输巷围岩应力为主的底鼓控制技术,即通过切顶卸压改善运输巷围岩受力与降低底板受力的方法。结合现场实际,拟定了切顶卸压技术实施方案,实际应用后,巷道底鼓量控制在102 mm以内,底鼓问题得到有效控制。

煤矿深井软弱围岩巷道锚架注支护施工技术研究

针对巷道在围岩应力作用下会产生较大的移近量,提出煤矿深井软弱围岩巷道锚架注支护施工技术,分别从锚杆设置、金属网铺设、钢支架架设以及注浆施工等方面进行设计,明确了具体的施工材料、方式及操作要点,并利用实例验证技术的先进性,结果显示,煤矿深井巷道两帮移近量和巷道顶底板移近量始终稳定在较低水平,应用效果较好。

车古211井抗高温防塌钻井液技术

车古211井是重点评价井,完钻井深5054.3m。车古区块地质结构复杂,地层发育超温,井底温度达180℃,勘探过程中复杂情况不断发生,车古区块一度成为勘探开发的禁区。通过优选复合盐防塌钻井液体系和抗高温无固相钻井液体系,配合现场钻井液维护处理工艺,保证了工程的顺利进行,钻井过程中井壁稳定,完井作业顺利,为该区块的进一步勘探开发提供了宝贵的技术参数和施工经验。

保安煤矿褶曲构造影响区三软煤层巷道变形特征及支护优化

保安煤矿运输巷在褶曲构造影响区掘进时,随着围岩破碎程度增加,受构造应力发育等影响,出现原有架棚支护无法有效控制围岩变形的问题。在综合地应力测定、认识围岩破碎分布范围及原支护围岩变形特征基础上,提出采用留断面+锚杆(索)+围岩注浆+钢架棚方式进行支护。通过适当增大巷道断面,允许围岩出现一定变形,以便释放部分围岩应力;通过注浆改善围岩承载能力及稳定性,提升锚杆(索)与围岩耦合效果;采用架棚+单体支柱+金属网,给巷道表面围岩施加较大作用力,并与锚杆(索)、围岩共同配合,控制围岩变形。经工程应用,运输巷围岩变形问题得以较好解决,为构造影响区三软煤层巷道围岩支护提供借鉴。

特厚煤层大断面软岩巷道底鼓治理措施与效果

以斜沟矿特厚煤层大断面软岩巷道反复强底鼓工程实际为背景,综合运用理论计算与现场监测方法,结合巷道底板岩层特性,判断巷道底鼓类型,引用巷道极限平衡理论,计算得出巷道极限平衡区最大深度为11.05 m,设计“双应力壳-梁”控制巷道底鼓措施。现场应用的监测结果表明,采用新的控制措施后,巷道底鼓量最大为17.49 cm,巷道底板围岩控制措施取得较好效果。

寺河二号井松软煤层巷道控制技术优化与应用

针对寺河二号井松软煤层巷道变形量大、维护困难、巷修任务重的问题,对巷道煤帮强度与泥岩成分进行分析,优化巷道支护参数,采用全长锚固与W钢带加强帮部支护强度,同时滞后掘进头进行浅孔注浆加固。优化巷道支护方案实施后,经现场矿压监测可知:巷道形得到有效控制,顶底板移近量最大值133.6 mm,两帮移近量最大值71.8 mm,满足现场回采要求。

三软厚煤层锚杆索联合支护技术实践

三软煤层的围岩强度较低,巷道围岩变形较大,易导致安全隐患。为解决三软厚煤层的巷道失稳难题,以魏家地煤矿东1100回风顺槽为研究对象,采用理论分析法对巷道支护参数进行计算分析,并结合数值模拟及现场实测结果对三软煤层巷道围岩变形及控制展开研究,提出了针对性的锚杆索联合支护的设计方案。研究结果表明,三软厚煤层巷道不稳定围岩范围较大,锚杆支护范围无法有效控制围岩结构,需采用锚杆索联合支护方案。数值模拟及现场应用结果显示,锚杆索联合支护方案控制巷道围岩变形效果明显,围岩变形及巷道稳定性能够满足安全生产的要求。

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。

深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用

针对深埋软岩巷道揭煤段掘进过程中围岩变形控制的问题,以石垭口煤矿1790回风石门为背景开展研究。首先,依据现场工程地质调查与实测结果分析了巷道揭煤段变形破坏特征;其次,采用理论分析与数值模拟等综合研究手段,揭示了深埋软岩巷道揭煤段大变形破坏机理;第三,基于开挖补偿力学效应和NPR(negative Poisson's ratio)长、短锚索耦合控制机理,提出了以NPR长、短锚索为核心的高预应力恒阻耦合控制技术;最后,通过数值模拟的手段验证了该方案的合理性。研究结果表明:巷道存在围岩变形严重、支护结构破断失效和巷道维护成本高等特征;巷道失稳破坏的根源在于围岩强度低且破碎严重、原支护结构不耦合以及支护强度不足;本文提出全断面“NPR长、短锚索+底角注浆锚杆+反底拱”的控制方案与参数。现场工业性试验中,NPR支护段较普通支护段围岩变形减小300~500 mm,NPR锚索受力最终稳定为340 kN左右。高预应力恒阻耦合支护方案可有效控制深埋软岩巷道揭煤段围岩大变形,为揭煤段围岩安全稳定控制提供了新支护手段。

赵家寨煤矿三软煤层巷道智能化掘进系统研究

智能化掘进对煤矿企业安全、高效、稳定发展具有重要意义。根据赵家寨煤矿三软厚煤层实际生产条件,对三软煤层巷道掘进工艺进行简要介绍,并分析得到原有工艺下存在人工定位安全性低和以点代面(采用巷道某位置的围岩条件及应力环境)进行支护方案设计的工程现状。基于智能掘进技术的理论思想,设计了三软煤层巷道智能化掘进系统,包括控制系统、截割系统和支护系统。根据巷道设计参数及实际实时监测前方巷道围岩性质,并将监测数据上传智能巷道围岩智能控制系统(采用理论计算、数值分析等传统手段,实时确定掘进位置处围岩变形速度及最终变形量),确定合理巷道支护方式,实现三软煤层巷道掘进过程的安全、高效、合理、经济。

近距离下煤层首采面开采对软弱煤岩破坏变形特征的影响

为研究近距离下煤层首采工作面开采对软弱煤岩破坏变形特征的影响,以熊家湾煤矿20903首采工作面为研究背景,基于数值模拟、理论分析和现场观测等手段分析近距离首采工作面开采对软弱煤岩(C8煤层)的裂隙发育、应力变化以及膨胀变形等特征的影响。研究表明:随首采工作面推进,煤体裂隙网格持续发育,表现为裂隙产生到裂隙稳定发育、裂隙稳定发育到弯曲下沉和弯曲下沉到裂隙压实阶段;C8煤层膨胀变形呈“压缩→膨胀→稳定”的变化规律,其煤层最大膨胀变形值为12.1 mm和11 mm,位于卸压膨胀稳定区内;根据现场观测可知,C8煤层软弱煤岩整体稳定,部分煤岩体存在破碎裂隙区,局部顶板岩石虽已发生松动,但对岩层稳定无太大影响。