Mechanics Principle and Engineering Application of Split Layer and Bed Separation of Mining Overburden

To control land surface subsidence caused the underground mineral exploitation and the catastrophic phenomena such as serious damage of buildings, waterbodies, cultivated lands, railways, bridges caused by land subsidence, bed separation grouting technology of overburden is put forward. To provide theoretical support for the technology, the characteristics and the mechanics mechanism of mining overburden from layer-split to formation of bed separation are studied. On the basis of elastic sheet board theory, calculation formula of rock sheet deflection is presented, and the mechanics criteria of the separation formation and the calculation formula of bed separation volume are set up. Finally, the applications and technics of bed separation grout technology of mining overburden to control land subsidence in china are introduced.

厚层坚硬岩浆岩下采空区注浆充填试验研究

针对煤层开采形成的厚层坚硬岩浆岩大面积悬顶问题,以海孜煤矿局部岩浆岩侵入体为研究对象,分析了地表岩移和岩浆岩体下离层的发育特征,开展了井下采空区注浆填充试验工作。研究成果表明,海孜煤矿二采区工作面回采后,实测的地表最大沉降量仅为487 mm,远低于无岩浆岩发育区的采动造成的地表沉降量;岩浆岩体未破断,采空区和岩浆岩体之间存在离层空间;通过对垮落带、裂隙带和离层带实施地面钻孔注浆,构建了人工柱体,消除了因厚层坚硬岩浆岩体的大面积悬顶形成的高应力集中现象。

煤矸石代替粉煤灰充填的研究与应用

“三下”压煤开采时,采用覆岩离层注浆充填工艺,通过注浆材料优化,对煤矸石和粉煤灰两种材料进行采样分析、地面沉降效果分析及经济效益对比,得出了采用煤矸石代替粉煤灰作为原材料进行覆岩离层注浆能够实现经济效益最大化的结论。

刘家梁煤矿采动覆岩垮落运移规律和离层注浆控制研究

刘家梁煤矿面临建筑物下采煤难题,提出采动覆岩离层区注入粉煤灰浆液充填工艺,实现无损开采和固废减排目标。以22101工作面为对象,采用理论分析、物理模拟和现场实测方法,研究厚煤层采动覆岩垮落运移规律、离层注浆控制机理和关键参数。结论如下:采动覆岩破坏持续向上传递,运动不同步使得在关键层和软弱层之间形成离层空间;及时在离层空间充填,关键层保持稳定不破断下沉,其上岩层直至地表就能保持小变形甚至微变形;提出覆岩离层注浆控制技术和参数,现场成功应用,取得了显著经济和社会效益。

覆岩离层注浆充填分带模型及工程应用

在现有“三带”理论、“四带”模型的基础上,对覆岩离层注浆充填后的覆岩状态沿工作面走向由下至上划分了破裂垮落重组带、安全隔离带、基岩完整带和松散层冲积层带的覆岩离层注浆充填“四带”。工程实践结果表明,采煤工作面覆岩离层注浆充填后,下沉值满足了“三下”采煤规范中建(构)筑物保护等级Ⅰ级标准,注浆预警区、过渡区未出现突然沉降、不均匀沉降等现象。该分带模型对同类覆岩离层注浆充填工程技术推广应用有一定的指导意义。

长壁开采覆岩离层产生的条件

研究了长壁采煤上覆岩层运动中层间脱开的条件、存在过程及其与岩层结构和采矿条件的关系．以理论分析、相似模拟和数值仿真为基础，提出了产生离层的覆岩结构类型，离层起始条件、扩展条件和离层量的预测方法．进一步提出了层间注浆的作用机理．

华丰矿冲击地压危险性预测及区域防治技术研究

针对华丰矿巨厚砾岩断裂会对采场造成冲击地压灾害且冲击地压主要发生在1411工作面回风巷的现象展开研究,并采用区域动力规划方法对巨厚砺岩断裂进行划分。通过分析围岩应变与应力的关系,提出工作面采用错层位内错式巷道布置形式的方案。同时,由于巷道布置形式的优化造成覆岩离层分区发生变化,为进一步通过控制砾岩的断裂运动降低发生冲击地压的危险性,提出覆岩离层注浆的新技术。工程实践表明:采用新方案后1411工作面回风巷上方为上区段采空区垮落的矸石,吸收了绝大部分砾岩断裂产生的能量,改变了1411工作面回风巷发生冲击地压的现象。从注浆效果来看,有效控制了砾岩运动及其引起的地表下沉,大幅度节省了注浆钻孔工程量。

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。

超深保护层开采巷道围岩控制技术研究

华丰煤矿1300 m超深保护层回采巷道稳定性控制是影响矿井安全高效生产的关键问题。基于现场地质力学综合测试、围岩非均匀性破坏机理研究,提出了超高强热处理预应力锚杆-锚注联合支护方案。研发了700 MPa级超高强热处理锚杆,其破断强度达850 MPa,冲击吸收功达100 J,并首次在1300 m埋深煤矿巷道进行了工业性试验。开展了巷道锚杆支护力、顶板四点离层与围岩钻孔应力等多参量变化在线监测,分析得出:超深巷道在爆破开挖扰动下,距离掘进工作面80 m后围岩整体变形基本稳定,但围岩深部应力仍然长期蠕变且呈现大幅值增降循环规律。试验结果表明,相比较于同巷顶板全锚索支护方式,锚杆⁃锚注联合支护下回采超前段巷道变形量整体降低了50%,掘进支护效率提高了20%。

岩巷特殊地段锚喷支护

分析了石台矿锚喷岩巷在特殊地段出现片帮、掉顶、底鼓等现象的原因 ,提出了注浆充填围岩空隙。

通过岩芯分析工作面覆岩离层层位和离层量

为确定离层注浆技术中离层层位和离层量,分析覆岩中离层发育的机理,应用梁式力学模型构建了覆岩离层量的计算公式,分析得出某矿3309工作面覆岩离层带为四层,离层量从下至上依次为2.75 m、2.49 m、2.01 m和2.57 m。设计注浆钻孔,并采用岩芯取样、钻孔摄影和物探三种方法对覆岩注浆后充填粉煤灰的分布情况进行分析,综合三种观测方法可以看出覆岩离层层位和离层量与理论计算结果高度吻合。说明该方法判断覆岩离层层位和离层量正确可行。