厚煤层大断面沿空巷道变形破坏机理及控制技术

针对沿空巷道受多次采动叠加影响极易发生变形失稳破坏的难题,以某矿1505W工作面厚煤层综放开采工作面为研究背景,综合采用理论分析、现场实测、数值模拟等多种研究方法探讨分析了沿空巷道围岩失稳破坏机制,并提出了围岩“浅部、深部、表层”控制方案。现场试验结果表明,提出的控制方案能够使巷道浅、深部围岩形成统一的整体,有效抑制了沿空巷道围岩变形,提高了巷道的稳定性。

孤岛工作面沿空掘巷合理煤柱宽度数值模拟研究

随着煤矿开采深度的不断增加,井下生产环境逐渐变得恶劣。为了保障生产的正常接续,煤矿经常采用跳采的方式,造成了孤岛工作面的存在。基于已有的研究发现,留设合理宽度的护巷煤柱是维持巷道稳定性的主要方法之一。为了获取柴里煤矿263_下17工作面区段煤柱的合理宽度,采用数值模拟方法,研究了不同时期、不同煤柱宽度条件下,区段煤柱内应力分布情况和围岩表面位移变化情况,确定了263_下17工作面合理的区段煤柱宽度为6 m。经过现场实践验证,263_下17工作面巷道围岩控制方案合理有效,相关经验可以为相似工作面巷道维护提供借鉴。

相邻巷道断面形状选择及联合支护技术研究

为解决在高应力软岩条件下巷道围岩变形大、难支护等问题,以曙光矿2号煤为例,采用错层位外错式沿空掘巷布置方式。相邻巷道断面形状分别选取“矩形-矩形”、“矩形-异形”、“异形-异形”3种方式,采用数值模拟研究在下巷开挖后巷道围岩变形特征、围岩侧向支承压力分布和围岩塑性区分布规律。结果表明:“异形-异形”巷道相较于“矩形-异形”巷道和“矩形-矩形”巷道,其下巷巷道围岩位移、侧向支承应力和围岩塑性区都要小,故选择“异形-异形”巷道作为错层位外错式沿空掘巷巷道断面形状,相邻巷道间采用立体化联合支护技术,经现场监测,顶板最大下沉量为144 mm,底板最大鼓起量为91 mm,两帮最大移近量为315 mm,可减小下巷巷道围岩变形。

煤矿深部采空区大断面硐室围岩控制技术研究

针对排水系统硐室需在采空区下方开挖的问题,以晋圣永安宏泰煤业2301^(上)工作面开采布置及开挖系统、水文地质、实际涌水量等生产地质条件为研究背景,研究得到在2301^(上)采空区底板大范围卸压区内布置硐室可有效改善硐室围岩基本应力环境。分析了消除或减弱深部高应力及岩体流变特性对围岩持续大变形的影响,并针对采空区下大断面硐室围岩控制难题,提出了采用强力锚杆(索)支护、厚壁钢筋混凝土墙浇筑、墙后全断面调压注浆的综合控制技术。研究结果表明,该技术实现了深采空区下大断面硐室支护后不翻修的长期有效控制,丰富了深部巷道围岩控制理论与技术。

大断面巷道围岩变形机理及控制技术应用研究

为解决采空区下大断面巷道围岩稳定性差的问题,同德矿以5316工作面为工程背景,通过理论分析和数值模拟相结合的方法,对地质复杂条件下大断面巷道承载结构的应力环境变化、巷道变形破坏表现、顶板锚索破断深层次原因、巷道围岩控制技术展开研究。运用FLAC 3D对工作面开采后的破坏规律进行模拟,对支护参数进行优化,最终确定支护方案。通过现场变形监测,巷道围岩变形量得到了有效控制,在支护效果和成本控制方面新支护方案都较为理想。

近距离采空区下大断面切眼支护技术应用

以9101采煤工作面为工程实例,该采面切眼跨度为8 m,且上覆为8^(#)煤层采空区及煤柱。切眼拟采用分次掘进方法施工,首先掘进巷道宽度4.5 m,后刷扩3.5 m;在掘进期间,通过探测切眼顶板与上覆8^(#)煤层采空区层间距,再设计切眼顶板支护方案;现场应用后,切眼顶底板、巷帮变形量分别为60 mm、73 mm,实现了近距离采空区下大断面切眼围岩变形有效控制。

缓倾斜厚煤层区段煤柱合理宽度研究

以缓倾斜厚煤层综放沿空掘巷区段煤柱合理留设宽度为研究对象,根据山寨煤矿井下现场实际生产地质条件,通过理论计算、数值模拟及现场工业性试验,确定区段煤柱宽度合理留设范围。研究结果表明:理论计算得到煤柱合理留设宽度为4.2~6.8 m;数值模拟软件分析对比不同煤柱宽度下煤柱内应力分布规律,采空区侧支承压力影响范围为80 m左右,距采空区0~10 m为应力降低区;煤柱宽度小于6 m时,煤柱塑性破坏,承载能力较小;煤柱宽度为6 m时,煤柱内形成了应力核区,自稳能力较强;煤柱宽度大于6 m时,应力峰值和应力范围较大导致支护困难;最终确定3506综放工作面区段煤柱最优宽度为6 m。现场矿压监测数据表明:沿空掘巷围岩变形控制效果良好。

高密度电阻率法在煤矿采空区中的应用:以鑫源煤矿为例

大倾角煤层的采空区问题是地质调查中存在的技术性难题.对中国新疆三塘湖鑫源煤矿采空区进行了研究,根据实际地质地形、岩性特征、煤矿露头走向、埋藏深度及采空区与围岩层之间存在的电性差异与其物理性质等条件,使用高密度电阻率法,针对地面150 m以浅范围内采空区分布及积水情况进行勘探,结果表明:该探测区内电性特征异常且分布复杂不均.采空区多呈现上覆岩层顶板部分下沉、岩层间破碎及断裂等特性,在空间位置上主要分布于治理区布控测线北侧,所处深度在30~80 m之间.通过钻探结果辅以验证,查明鑫源煤矿规划范围内采空区的大小范围、埋深情况及富水性等信息,证实高密度电阻率法用于探测倾角煤层中采空区的正确性与有效性.

随采随掘小煤柱巷道稳定性控制实践研究

基于晋能控股煤业集团晋华宫矿12#层8712工作面的地质条件,针对大采高工作面随采随掘条件下,安全高效实施小煤柱巷道掘进的问题进行深入研究。结合理论计算及分析结果,同时借鉴邻近工作面矿压控制经验,提出了“邻巷切顶卸压+本巷分段支护+辅助控制技术”的治理思路,在现场就相关参数及关键技术进行了相应的试验。实践表明:选择合理参数实施治理技术后,现场小煤柱巷道围岩得到了有效控制,提供安全工作环境的同时也大大降低巷道二次维护工程量,经济效益显著。研究成果为其他类似条件下巷道的优化、维护、矿压控制等方面工作提供了可参考的基础数据。

既有矿洞改扩建成地下实验室设计方案可行性研究

为解决高精度、高灵敏前沿物理实验室运行环境高稳定需求,以莫干山矿洞改扩建工程为实例,基于既有矿洞造价低、建设周期短、稳定性强、功能基本齐备等优势,对既有矿洞改扩建成公里级地下实验室的设计方案可行性展开研究,提出“因地制宜、特色突出、有限改造、同步建设、空间预留”的设计理念,创新性地采用高密度电法、地质雷达法等综合推演采空区数据,建立可靠性高的既有矿洞改扩建成地下实验室设计体系。研究结果表明:1)充分利用既有矿洞平纵横的空间条件,能够对南侧矿洞功能进行合理定位,并预留扩容条件;2)采用原位单侧和双侧2种改扩建形式,能够解决设计中断面选型的设计难点;3)采用上部注浆加固和下部综合治理方案,有利于解决采空区治理的难题;4)采用火灾的早期预测和其他控制措施,能够有效降低火灾发生频率及损失。

老空水影响区煤柱力学特性分析及稳定性控制技术研究

开展老空水影响区煤柱的稳定性研究,对于防治采空区衍生水害和保障煤柱侧巷道的安全稳定意义重大。针对大南湖一矿1103工作面区段煤柱因老空水影响而导致的稳定性下降,运用探孔物探法获取了老空水的水压演化过程,分析老空水来源及特征,结合声发射技术开展老空水影响区煤柱试样的力学特性实验,通过对比自然及饱水煤柱试样在不同区域的破裂形态及应力、声发射能量特性,得出受水影响下煤柱试样的强度劣化过程、软化程度及裂隙演化特征。以此为基础,针对性地提出抽水卸压与马丽散注浆加固措施,使得巷道变形程度大大降低,煤柱稳定性得以提升,确保工作面安全回采。

柔膜混凝土墙在工作面采终大断面巷道密闭的应用

海湾煤矿三号井综采工作面的采终密闭巷道断面均大于25 m^(2),传统采终密闭墙工程量大、效率较低且存在一定风险作业,15 d内很难完成采终密闭墙的施工。为提升大断面巷道密闭墙施工效率,以2201工作面采终密闭巷道为研究背景,借鉴柔膜混凝土支护沿空留巷技术中的柔膜袋泵注混凝土工艺,将传统采终密闭墙结构中的砖混墙用柔膜混凝土墙替代。利用柔膜袋支模、混凝土输送泵注砼施工密闭墙,降低作业难度,使采终密闭墙施工的工期缩短了7 d,一方面提高了施工效率,另一方面有利于矿井采空区防灭火,为类似矿井大断面巷道密闭墙施工提供借鉴意义。

窄煤柱分区非对称支护工艺在塔山煤矿的应用

针对塔山煤矿4305工作面胶带巷在掘进阶段和回采阶段沿空掘巷围岩可能面临的围岩变形破坏,分析了其主控因素和关键部位,结合窄煤柱沿空巷道围岩变形呈现的分期、非对称特点,设计了锚杆(索)支护、分区分期补强加固工艺以及超前支护工艺,矿压监测表明该非对称支护工艺能够有效保持巷道综采阶段巷道稳定。

韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区下开采动载研究

为研究韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区及煤柱下开采的动载矿压,运用理论分析方法和物理相似模拟实验,采用应力和位移的监测手段,对综采工作面过房柱式采空区及煤柱进行模拟研究。研究表明,房柱式采空区下,工作面覆岩会随着下煤层关键层的破断而依次破坏,矿压显现较一般浅埋煤层开采剧烈,但未发生动载。而在进入区段煤柱期间,工作面只表现出比单一煤层开采时工作面压力较大,在出煤柱时则普遍存在动载矿压现象,动载易发区域在煤柱中的最后一次周期来压后10 m范围内。研究成果在韩家湾煤矿2405工作面进行了动载预测和防治。

迎采动工作面沿空掘巷动态分段围岩控制技术

为解决神华蒙西矿区单翼开采矿井采掘接替紧张的难题,采用现场观测和数值计算的方法对迎采动工作面沿空掘巷上覆岩层运动和围岩变形的时空效应进行研究,得出迎采动阶段巷道围岩变形量与采掘工作面之间的距离呈逻辑斯蒂函数关系,沿空掘巷阶段巷道围岩变形量与巷道掘进距离呈指数函数关系。在此基础上,确定并调整了各段巷道的掘进时机和支护参数,提出了"高阻支护、动态监测、分段控制、固结煤帮、稳控顶板"的动态分段控制原理和"分段锚网索梁联合强力支护,重点时段窄煤柱注浆加固、单体支柱π钢梁加强支护顶板"的动态分段控制技术。现场实践表明,巷道顶底板和两帮变形量均小于900 mm,有效控制了迎采动工作面沿空掘巷的变形破坏。

碎裂矿段开采与空区处理协同研究

为在生产高效和作业安全上取得系统整体最优,将碎裂矿段的空区处理微观问题纳入采矿方法创新设计宏观问题中,开展2种问题的协同研究:首先,针对广西高峰矿105号矿体碎裂矿段的赋存特点和开采技术条件,考虑对各种规模空区适应性,基于采矿环境再造和连续采矿理论,提出采矿环境再造无底柱分段分条连续采矿法;然后,根据采空区规模、围岩状况和原岩应力场等条件的差异,在所有采空区中选择具有代表性的空区,运用离散元程序对其稳定性进行计算分析;最后,在稳定性分析的基础上,灵活调整开采布局,将采空区调整为部分切割工程、自由爆破空间或采场,从而确定出各种规模空区的处理方案。研究结果表明:碎裂矿段开采与空区处理协同研究可为类似矿床的安全高效开采提供参考。

复杂采空区三角网模型任意方向剖面生成算法

三维激光探测技术能有效探测并获取采空区复杂形态的点云数据,进而可构建采空区三角网模型。采空区三角网模型及其剖面能够在空区相邻采场设计、周围构筑物安全分析等方面提供依据。由于采空区实际形态复杂,如何精确生成其剖面轮廓线并有效封闭模型断面成为基于复杂采空区三角网模型任意方向剖面生成技术研究的关键。研究形成了一种新的复杂采空区三角网模型任意方向剖面生成算法,实现了确定任意剖切平面的多种交互方式、基于简化判据的相交判断和交线的提取、交线首尾相邻判断的剖面轮廓线生成,以及结合切耳法、插值和线圈间三角剖分的模型断面封闭等主要功能。实际应用表明:所建立的算法剖面生成效率及生成剖面轮廓线精度高,模型断面封闭结构完整。

子陵铺石膏矿段采空区稳定性分析及对策研究

荆门子陵铺石膏矿关停后,地面塌陷频率加快,对地表水利设施及公路交通造成重大影响。根据采空区空间尺度及围岩性质,从预留矿柱大小、护顶层厚度、上覆岩层厚度判定该矿段采空区是不稳定的,危险状态评估属Ⅱ级重大危险源,具有重大危险性。提出了充填治理、监测预警和合理避让相结合的综合防治措施。

倾向主断面地表残余移动变形数学模型

目的研究走向长壁冒落式开采的老采区地表沉陷盆地倾向主断面残余移动变形.方法通过对倾向主断面覆岩冒落、断裂、离层、弯曲过程的机理分析,采用概率积分法、随机介质理论和等影响原理构造了倾向主断面地表残余移动变形的数学模型,并采用实际观测数据与预测数据对比、不同数学模型分析对比两种方式进行了数学模型的验证.结果缓倾斜煤层和大倾角煤层倾向主断面实际观测数据与预测模型计算的误差均在允许范围10%以内.得出倾向主断面地表残余下沉、倾向主断面地表残余倾斜变形、倾向主断面地表残余曲率变形、倾向主断面地表残余水平移动、倾向主断面地表残余水平变形数学模型.结论各数学模型不仅能够把矿区已有岩移参数转化为残余移动变形预测参数,而且可以定量描述倾斜煤层倾向主断面地表残余移动变形规律,可推广性强.

近距离采空区下大断面沿空掘巷支护技术研究

为了解决潘二矿近距离采空区下大断面沿空巷道支护难题,根据潘二矿12224工作面的工程地质条件,结合近距离采空区下沿空掘巷顶板承载能力低、稳定性差的特点,提出通过在巷道顶板两侧布置斜拉锚索形成类似桁架结构的支护方案,并通过数值模拟和现场实践对该方案进行论证。结果表明:方案的实施提高了顶板的承载力,有效地控制了巷道的变形。