松软煤层大采高工作面煤壁片帮机理及深浅孔交替超前预注浆加固技术研究

目的为探究松软煤层大采高工作面煤壁片帮机理,并对片帮严重的松软煤层大采高工作面煤壁进行有效控制,方法利用材料力学理论得到煤壁片帮的频发位置,引入煤壁剪切破坏准则,得出松软煤体煤壁片帮的主控因素。并以李村煤矿1305工作面为例,通过FLAC3D建立数值模型,以煤壁最大位移、煤体破坏深度、支承压力大小和支承压力峰值位置4个因素作为参考比较对象,通过引入正交试验法,研究了煤层埋深、内摩擦角、黏聚力、抗拉强度以及支护强度对煤壁片帮的影响程度。结果结果表明:煤体自身的物理力学性质(内摩擦角和黏聚力)是影响煤壁片帮的主要因素,其次煤体的赋存条件(埋深)也是一个较为关键的影响因素。结论工业性试验基于正交试验结果提出了大采高综采工作面深浅孔交替超前预注浆加固技术,有效控制了李村煤矿1305工作面煤壁片帮严重情况,为其他类似地质条件大采高综采工作面煤壁片帮控制提供了借鉴。

三软煤层沿空留巷顶板结构模型及合理支护研究

为了揭示三软煤层沿空留巷围岩变形机理,探索适用于三软煤层巷道围岩控制的新技术,通过切顶沿空留巷物理相似模拟实验,研究了不切顶普通支护、切顶高强支护和切顶普通支护3种条件下顶板岩层断裂演化过程,构建了三软煤层切顶留巷顶板结构力学模型,给出了支护阻力计算方法,在韩城矿区象山煤矿进行了现场工业性试验验证。研究表明:切顶技术切断了顶板的应力传递,巷内采用高强支护,使顶板形成稳定的“短悬臂-砌体梁”结构。现场监测结果显示,不切顶普通支护的留巷顶底板平均移近量1000~1200 mm,两帮平均移近量600~700 mm;切顶高强单体支护的留巷顶底板平均移近量200~300 mm,两帮平均移近量200~300 mm;切顶组合式支架支护的留巷顶底板平均移近量50~100 mm,两帮平均移近量100~200 mm。组合式支架高强支护能够较好地控制三软煤层沿空切顶留巷围岩变形,可实现留巷二次复用无返修。

松软厚煤层超高巷道围岩失稳因素分析与控制技术

安阳主焦煤矿2301综放工作面回风巷沿煤层顶板布置,但在回采过程中,存在上端头三角煤损失和巷道底板煤层无法回收问题。为此,提出了回风巷超前底煤回收工艺,但面临着超前超高回采巷道围岩控制问题。支承压力高、煤体软弱、巷道超高和超前架反复支撑等因素导致超高巷道变形严重;结合回收底煤工艺和巷道变形破坏特征,提出了主被动联合支护、强化巷帮支护的控制策略和强力锚网索+超前超高液压支架联合支护方法。采用离散元数值模拟方法,分析了不同支承压力下巷道围岩塑性区、位移和应力场分布特征,验证了支护方案的合理性。现场工业性试验表明,补打锚杆、强化超前支架护帮等措施,能够有效控制巷道片帮现象。采用超高巷道围岩控制方法可多回收煤炭资源2.44万t,直接经济效益2.19亿元,具有较强的技术经济前景。

松软煤层水力割缝缝槽形态控制技术研究及应用

为解决松软煤层(f>0.2)超高压水力割缝期间缝槽发育难控制、易垮孔等问题,通过理论分析手段,分析了割缝缝槽周围煤体应力分布规律,获得了割缝缝槽周围煤体塑性区分布影响因素。研究了高压水射流破煤规律,得到了影响割缝缝槽形态的主要因素为割缝压力、喷嘴直径及煤体自身硬度。提出了基于松软煤层特点的超高压水力割缝缝槽形态控制技术,获得了控制松软煤层缝槽深度、宽度以及发育速度的关键参数为割缝压力、喷嘴直径及压力调节速度。通过现场应用表明,针对松软煤层其缝槽形态控制合理参数为:割缝喷嘴直径2.5~3.0 mm,割缝压力70 MPa,割缝调压间隔3~5 min。验证了松软煤层水力割缝缝槽形态控制技术适用性,可效提高松软煤层水力割缝施工成功率及安全性。

碎软煤层高速螺旋钻探装备研制与实践

针对王坡煤矿碎软煤层钻孔施工排渣难、事故率高、成孔难等问题,设计了高转速履带式钻机、配套螺旋钻杆及三角梯齿钻头,能够有效地解决在钻进过程中出现的卡钻、塌孔等问题。现场工业性试验表明,该套钻探装备有效解决了施工过程中存在的排渣难、喷孔顶钻等问题,提高了钻孔成孔率,为矿井本煤层瓦斯抽采提供了重要支撑。

软煤厚煤层工作面底三角煤高效回收技术

针对软煤厚煤层沿顶掘进顺槽底三角煤丢失严重问题,设计2次落底、2次顶部充填工艺,采用速凝早强高水充填材料,混合浆约15 min失去流动性,30 min完全固化,3 d达最终强度3.8 MPa。效果考察表明:每天一班充填,可以满足5 d的推进需求,实现了底三角煤安全高效回收,实际经济效益达到1610万元,延长了矿井服务年限,缓解了采掘衔接紧张。

极松软厚煤层超高巷道顶部高泡材料充填体强度确定

极松软厚煤层超高巷道采用顶部充填方式控制围岩稳定已取得了显著的技术效果,已有实践表明,顶部充填体强度对支护效果影响重大。为进一步提升该技术的综合经济效益,增加矿井焦煤产出率,提出采用高泡材料进行顶部充填,以减少材料用量和优化支护效果。通过建立超高巷道顶部充填体受力模型,得到了巷道顶部充填体水平及垂直方向的受载强度,确定了顶部充填体所需的强度及变形能;根据不同水灰比、发泡剂含量条件下高泡材料的力学特性,采用数值模拟方法确定了高泡材料的最佳配比,通过工业试验验证了支护效果。研究结果表明,巷道高度为3~6 m时,顶部充填体水平及垂直方向最大受力载荷分别为0.48 MPa和1.37 MPa;巷道高度为6 m时,顶部充填体所需变形能应大于1.17 MPa;将水灰比为3∶1、发泡剂含量为0.03%的充填体充填至巷道顶部,数值模拟及现场的巷道两帮最大位移分别为220 mm和163 mm,满足工作面安全开采要求。研究结果可为类似条件的巷道围岩控制提供借鉴。

碎软煤层超高压水力割缝增渗技术及应用

为了解决矿井高构造应力区域瓦斯抽采效果差、钻孔垮孔严重、瓦斯抽采浓度低等问题,以赵家寨煤矿14201工作面为研究对象,在预抽煤层瓦斯时采用水力割缝增渗技术,分析了该技术的增透原理,并在14201工作面回风巷进行了对比试验。结果表明:水力割缝增渗技术明显比未割缝抽采技术的渗透性好,增渗区域瓦斯含量明显降低,提高了瓦斯抽采浓度和抽采效果。采用水力割缝工艺后,瓦斯抽采日纯量平均为130 m^(3)/min,是未割缝区域钻孔的瓦斯抽采纯量51.42 m^(3)/min的2.5倍,同时割缝抽采28 d后,瓦斯含量由8.91 m^(3)/t降低到5.74 m^(3)/t,达到了突出煤层消突的目的。

水-胶共同作用下松软厚煤层煤壁片帮防治研究

松软厚煤层煤体具有强度低的特点,煤壁易发生片帮、冒顶,给工作面安全生产带来严重威胁。依据Ⅱ831综放工作面松软厚煤层易片帮的特点,提出了在松软煤体内注水+硅溶胶的方法,实现水-胶共同作用下松软煤体强度和变形能力的提升。煤体注水和硅溶胶力学实验表明,煤体含水率控制在5.5%~7.0%内,硅溶胶含量为20%左右,凝结时间≥10 h时具有较好的煤壁片帮控制效果。Ⅱ831综放工作面应用实践表明,松软煤体注水和硅溶胶后,煤壁片帮次数、冒顶次数明显减少,并在类似条件工作面进行了应用,取得了较好的煤壁片帮治理效果。

松软厚煤层留顶煤动压巷道支护技术研究

针对松软厚煤层留顶煤动压巷道,在前期巷道地质力学参数测试基础上,分析巷道变形破坏的影响因素,通过围岩应力数值模拟分析,提出了针对性的松软厚煤层留顶煤巷道的高预应力注浆锚杆锚索支护方案。井下实践表明,采用高强度、高刚度、低密度的注浆锚杆锚索组合支护技术,可有效地控制巷道围岩变形,实现工作面安全回采。

大倾角“三软”煤层巷道围岩控制技术研究与应用

通过对某煤矿202运输顺槽的顶底板、应力环境及煤层的岩性特征进行分析,结合该矿的支护现状,采用理论分析和数值模拟的手段,对回采巷道支护提出了优化方案。理论分析表明,巷道顶板垂直应力通过岩层间传递作用于巷道底板,造成底板出现持续性底鼓现象,同时顶板各岩层界面处容易发生离层现象。数值模拟结果表明,巷道开挖后拉应力区的范围为1.8 m,若支护范围选择不合理的话巷道容易发生整体变形。针对上述情况,提出高强高预应力支护设计思路,确定锚杆长度选择为2.6 m,同时对该工作面的运输顺槽进行锚网索+W型钢带+喷浆的支护改进。经现场实测,采用该种方案对巷道进行支护,煤层工作面在高应力环境下回采巷道较为稳定,能够保证工作面安全回采。

高瓦斯低透气性松软煤层瓦斯治理技术研究

高瓦斯低透气性松软煤层是煤炭开采中的一大难题,这类煤层具有显著的瓦斯富集特点,瓦斯储量大,但由于其透气性极差,使得瓦斯难以有效排放。同时,松软的煤体结构使得煤层在开采过程中容易产生大量瓦斯,增加了矿井安全的隐患。低透气性往往与煤体内部的裂隙发育不良、孔隙结构闭合等因素有关,导致瓦斯不能顺利通过煤体排出。这种煤层的开采既需要高效的瓦斯抽排技术,又需确保煤层的稳定性,防止瓦斯与空气混合达到爆炸范围。

极软厚煤层大采高台阶式综采端面煤岩稳定性控制研究

基于对极软突出厚煤层大采高综采工作面端面煤岩稳定性的有效控制,提出了台阶式采煤工艺,采用台阶式割煤方式;用数值模拟分析了台阶式割煤的防片帮机理.现场实测分析了大采高开采工作面在采用台阶式回采工艺条件下端面煤岩的失稳特征.研究表明:台阶式割煤工艺改善了煤壁区域的应力状态,减少了工作面煤壁片帮和端面冒顶的发生不同台阶高度比割煤所引起的围岩破坏程度不同,上下台阶高度比为1∶2时煤壁塑性破坏区最小;极软厚煤层大采高开采煤壁片帮主要以剪切滑移引起的三角斜面片帮为主,超高开采是端面顶板冒落的主因.

三软煤层大倾角综放工作面倒架原因及对策

为解决杜家村煤矿1201工作面三软煤层大倾角综放工作面倒架、咬架等难题,基于对支架稳定性和现场地质条件及设备情况的分析,建立起支架工作时的力学模型,得出了支架倒架是由于支架上方空顶、工作面倾角大、底板软、顶梁铰接与前梁缺少侧护板和缺少防倒装置等因素综合作用引起的。通过对顶煤铺网、加快推进速度、加设防倒装置、沿煤层底板推进、合理有序移架及工序配合等防治措施,使工作面支架咬架、倒架现象明显减少。

淮北矿区三软合并煤层大采高液压支架设计

介绍淮北矿区三软合并煤层赋存条件开采工艺及液压支架选型,针对矿区煤层赋存特点,提出大采高一次采全高的开采方式,针对三软合并煤层的特性对大采高综采液压支架的支护强度、护帮机构、稳定性以及底板比压等问题进行了改进,在三软合并煤层上实现了大采高开采。

近距离采空区下松软破碎煤层巷道锚杆锚索支护技术研究

在地质力学现场测试和岩石成分分析的基础上,分析了近距离采空区下松软破碎煤层巷道破坏的主要原因和影响因素,指出原有锚杆支护系统预应力偏低、护表构件不合理是造成巷道破坏的主要原因,提出了采用高预应力全长锚固锚杆和锚索支护并加大护表构件的面积和强度的方法进行此类巷道的支护。以红庙煤矿五区5-2S一片工作面回风巷为工程实例,详细介绍了高预应力锚杆锚索支护方案并进行了现场工业性试验。研究结果表明,高预应力锚杆锚索支护系统能够控制此类巷道的强烈变形,支护效果比较理想,为类似条件下巷道支护提供了有效手段。

大倾角硬顶软底软煤走向长壁综放开采集成技术

针对硬顶软底软煤大倾角煤层埋藏条件复杂、开采难度大的条件,通过工作面"三机"配套、超前预爆破、回采工艺、巷道优化布置、矿山压力监测、工作面安全管理保障技术集成体系的应用,解决了该类煤层走向长壁综放开采难题,取得了良好经济社会效益。

极复杂煤层条件下倾斜长壁大采高综采技术

针对张集矿开采高瓦斯三软厚煤层的极复杂地质和技术条件,结合倾斜长壁和大采高采煤法特点,开展地质条件保障系统、采煤方法、围岩控制理论与技术、工作面瓦斯综合治理技术、矿井生产系统可靠性及工作面参数优化综合技术研究,实现了高瓦斯三软厚煤层应用倾斜长壁大采高的安全高产高效。

层理发育硬煤层煤壁片帮机理及防治技术

为了分析层理发育硬煤层煤壁片帮机理,通过现场调研、试验室试验和理论分析的方法研究了煤体物理力学性质、节理裂隙分布对煤壁稳定性的影响,并提出了超高压注水防片帮技术。现场应用结果表明:横向层理发育硬煤层煤壁片帮发生在层理面,破坏形式以拉伸破坏为主;增大注水压力可增大硬煤湿润半径,缩短注水时间,增大注水孔距。应用过程中大块煤明显减少、开机率提高显著、煤壁片帮有效减缓,工作面推进速度得到提高。

极软厚煤层煤壁片帮与防治机理

详细分析了极软煤层煤壁片帮与防治机理,提出了减缓煤壁压力和提高煤体抗剪强度是防治极软煤层煤壁片帮的主要技术途径.研究表明:放顶煤开采、提高支架工作阻力可以减缓煤壁压力,煤体合理注水可以提高煤体黏聚力与抗剪强度,它们是防治极软煤层煤壁片帮的有效措施.加快工作面推进度、适当降低采高也有利于防治煤壁片帮.