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。

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。

顺倾软岩露天煤矿到界边坡参数及高效开采技术研究

针对顺倾软岩露天煤矿到界边坡参数问题,从经济、技术及安全等角度出发,结合高效开采技术,基于极限平衡法提出一种基于高效开采技术的顺倾软岩露天煤矿到界边坡参数研究方法,并以扎尼河露天矿为工程背景,对二采区西帮到界边坡参数及高效开采技术进行研究。结果表明:当西帮边坡同帷幕保持50 m安全距离时,边坡沿帷幕破坏的稳定系数满足到界边坡安全储备系数要求;而正常到界边坡参数满足安全储备系数要求但压覆煤量较大,通过对二采区西帮实施预应力锚索加固后,边坡角可提高约7°,资源回收率有极大的提升,剖面1和剖面2在单米宽度下可多采煤炭资源1.09万t、0.97万t,且边坡仍处于稳定状态。研究结果可为类似的顺倾软岩露天煤矿到界边坡参数的确定及原煤开采方法提供借鉴。

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。

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。

多弱层顺倾软岩边坡控制开采技术

针对多弱层顺倾软岩边坡下部压煤问题,从边坡变形风险可控以及资源回收最大化角度出发,在分析地质资料和弱层层位的基础上,结合单一弱层的控制开采技术,提出了多弱层顺倾软岩边坡控制开采技术;以扎尼河露天矿北端帮边坡为工程背景,基于极限平衡理论,分析了北端帮边坡的稳定性,对多弱层控制的顺倾软岩边坡控制开采方案进行了研究。研究表明:通过多弱层顺倾软岩边坡控制开采技术的实施,可在采场深部增加内排物料形成“中间桥”工艺,对深部弱层形成“压覆”,对整体边坡形成“支撑”,保证边坡沿各弱层滑动均得以控制,实现多弱层顺倾软岩边坡煤炭高效回收以及蠕动形变的稳定性控制。

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。

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。

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。

高应力软岩巷道非对称变形规律及围岩控制技术研究

为了缓解高应力软岩巷道围岩变形严重的问题,以西部某煤矿区某软岩巷道为研究对象,在分析其工程地质概况的基础上,开展了高应力软岩巷道非对称变形规律及围岩控制技术研究,分析了煤层倾角对巷道非对称变形规律的影响,提出了采用改性树脂类注浆材料进行注浆加固的围岩控制方案,并进行了现场应用。结果表明:煤层倾角的变化对巷道顶板、底板及左右两帮的位移量影响较大,进而使巷道产生非对称性变形的现象;改性树脂类注浆材料能够显著提升目标高应力软岩巷道岩石的强度,起到良好的加固效果;目标高应力软岩巷道采用注浆加固措施60 d后,顶板、底板及左右两帮的位移量均比较小,围岩巷道变形现象得到了较好的缓解,现场应用效果较好。

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。

高应力区软岩煤层巷道掘进支护优化

基于长平煤矿53101巷掘进期间受地质构造应力影响,围岩出现破碎、巷帮垮落现象,分析了围岩破碎机理,对垮落巷帮采取柔性注浆加固技术,对顶板采取“桁架锚索+L型拉棚+梯形钢棚”联合支护,从现场实际应用效果来看,通过对巷帮及顶板采取联合支护技术后,提高了巷道围岩稳定性,两帮最大收缩量为0.32 m,顶底板移近量为0.21 m,取得了显著应用成效。

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。