赵楼煤矿1000m深孔水压致裂地应力测量及其应力场研究

赵楼煤矿是目前国内开采最深的非金属矿山之一,处于曹县—郓城活动断裂带上,区内地质构造较为复杂。为了掌握矿区原岩应力场分布规律,应用深孔水压致裂地应力测量技术开展地应力测量工作,获得该矿区2个钻孔中16个测段的应力状态。测量结果表明:矿区最大主应力随深度增加基本呈线性增大,且在800 m深度处应力值有所变化,最大水平主应力为28.45～45.75 MPa,方向NEE,反映出矿区地应力场以水平应力为主导的特点,测量结果可为矿山建设和开采设计提供科学依据。

千米深井大倾角煤层综放采场矿压显现实测研究

针对开滦赵各庄矿3237深部大倾角综放工作面的矿压显现和围岩活动规律进行了全面的实测研究,通过多种观测手段和研究方法,获得了大量的观测数据,初步掌握了大采深大倾角厚煤层条件下综放开采工作面矿压显现的基本规律与顶板的运移特征,得出了大采深与大倾角回采巷道变形与支承压力的分布特征。

我国深井快速建井综合技术

我国煤炭垣藏深度在1000—2000m的约占总储量的53．2％，深井建设的平均深度有加速增长的趋势。结合深井快速建井的几个代表性工程介绍钻井法和冻结法凿井技术在深井建设中的应用。探讨了深井建设中支护技术、通风降温技术、防治水技术、施工工艺与装备技术等问题。

千米深井巷道钢管混凝土支架支护技术应用

邢东矿二水平皮带下山巷埋深1 010～1 230 m,属千米深井巷道,巷道围岩荷载大,两帮煤体强度低,底鼓严重,巷道多次返修后仍无法稳定。为解决二水平皮带下山巷支护难题,在充分分析围岩地质条件及原有支护变形特征的基础上,设计了椭圆形钢管混凝土支架和深浅交叉式注浆加固复合支护方案,钢管混凝土支架分φ194×8基本型支架和φ194×10强化型支架2种型号,支护反力分别达到1.1 MPa和1.23 MPa。使用基于钢管混凝土支架的复合支护方案半年后,二水平皮带下山巷道稳定,无可见变形,完全满足使用条件。实践证明:钢管混凝土支架的高强承载能力在千米深井支护中具有突出优势,可以作为千米深井巷道支护的可靠架型。

千米深井复杂地质条件下煤层瓦斯压力测定

为了准确测定千米深井中煤层瓦斯压力,对现行钻孔封孔工艺的优缺点进行了分析,并把这些封孔工艺的优点结合起来,提出了三次注浆封孔工艺技术,结合主动测压技术,可快速准确地测定煤层瓦斯压力。该技术在梁宝寺井田进行试验,成功测定了梁宝寺井田的煤层瓦斯压力,对梁宝寺井田的瓦斯治理提供了理论依据。

千米深井强冲击倾向性煤层冲击地压防治实践

针对华丰煤矿开采深度达1150m的4号煤层具有强冲击倾向性、直接顶具有中等冲击倾向性,工作面开采过程中面临严重的冲击地压威胁等问题,为了防止开采期间冲击地压的发生,对准备工作面实施区域卸压,开采上下解放层,施工直径108mm、深度30m、孔间距2.5m的煤层大直径卸压钻孔等措施,当准备工作面煤层应力降低30%～50%后,再在工作面回采过程中通过微震监测、矿震监测、地音监测、应力监测和钻屑法监测等技术进行监测。实践证明,对准备工作面实施区域卸压和冲击地压监测技术,可有效防止破坏性冲击地压的发生。

超千米深井大巷多维联合支护技术

针对千米深井地压大、支护难以单一利用锚网支护解决这一难题,在详细分析邢东矿千米深井支护现存问题的基础上,对如何充分发挥锚网支护、环形支架和水泥注浆等支护技术优点和提高支护效果进行了研究,提出了多维联合支护技术,采用锚网梁支护配合U型钢环形支架、喷浆和巷道壁后注浆,使巷道支护体可以形成一个多层有效组合拱,达到提高围岩强度、改善锚网梁支护的综合效果。围岩平均变形速度由之前的2.9 mm/d降低到0.6 mm/d,大幅减少了巷道维修量,支护效果良好。

深井大断面松软破碎围岩巷道稳定性控制技术

针对孙村煤矿埋深1 300 m的-1 100 m水平西大巷围岩松软破碎现状,为改善大巷掘进期间矿压显现强烈的状况和降低巷道开掘后围岩的流变速度,使巷道围岩变形得到有效控制,通过采取高强让压锚杆、增加锚杆长度、锚杆安装时施加预紧力等措施,使用快速高预紧力高强度新型锚索实施二次支护,并使用管缝式锚杆对西大巷实施超前支护及先喷后锚的施工顺序。试验结果表明:巷道开掘70 d后,顶板最大下沉量65 mm,最大底鼓量312 mm,两帮最大移近量111 mm,巷道两帮移近速度大多控制在1.0 mm/d以下,极松软破碎段控制在1.5 mm/d以下,埋深1 300 m的大断面松软破碎巷道围岩变形巷道得到有效控制。

深井软岩巷道“三位一体”充填式复合支护技术研究

国投新集公司口孜东矿属千米深井,覆盖层厚,巷道断面大,围岩岩性软,地应力高,巷道支护极其困难。经反复研究实践,采用"三位一体"充填式复合支护形式,有效控制了巷道围岩变形。同时自主研究了充填支护材料,创造性地采用了从地面到井下的远距离充填材料自动化输送系统,并对掘进机械化设备进行升级,确保了支护的连续性和及时性,取得了较好的支护效果和经济效益。

千米深井充填开采技术及装备研究与应用

针对深部煤炭开采产生的地压大、巷道围岩变形剧烈、冲击地压强度和频率增加等问题,冀中能源集团从千米深井充填开采的矿压显现规律研究入手,设计开发了具有密实推压功能的充填液压支架、采充平行作业充填工艺和大垂深充填材料输送系统,并针对千米深井的开采实际,运用高水材料进行充填开采,形成了千米深井充填开采的完整技术体系。在邢东矿的实践表明:千米深井充填开采技术及装备的应用,有效控制了巷道围岩变形,解决了大埋深煤层开采对地表破坏面积大的难题,保护了生态环境。

高瓦斯千米深井安全高效绿色开采技术研究

为解决煤矿深部开采瓦斯含量大、瓦斯压力大、突出危险性高、煤层透气性低,以及开采极薄煤层作为保护层产生大量矸石和薄煤层无法有效回收利用等问题,针对十二矿复杂煤层动力灾害机理、煤与瓦斯协同安全高效开采以及采动环境低损害开采进行研究,实施薄煤层开采作为保护层,实现多煤层开采的区域消突和煤矿瓦斯的综合抽采利用。在此基础上,配套井下岩石分选工艺及回填开采工艺,在实现安全高效开采的同时,减少采动环境损害,解决大量矸石污染环境的问题。保护层开采治理的工作面在单产上,较低位巷冲孔治理工作面单产量提高30%;煤矸分选回填年减投增效和瓦斯发电及余热利用经济效益显著,实现千米深井安全高效绿色开采。

千米深井保护层开采对下部巷道稳定性影响分析

为研究深井高应力、倾斜岩层条件下,保护层开采对下部巷道稳定性的影响,根据平煤十二矿地质情况,基于相似材料试验对保护层己14煤层开采过程中,下部己15煤层回采工作面的矿压规律进行了模拟研究。结果表明:在保护层开采前后,处于保护层采场外侧的回风巷始终受到高水平应力作用,在开挖60 cm后因采场初次来压影响,巷道下帮水平方向压应力由3.42 kPa增至50kPa,两帮变形较大;而处于保护层采场正下方的运输巷在保护层开采过程中顶板变形破坏较为严重,但保护层开采后,顶板垂直应力由最大值42 kPa降至拉应力-17 kPa,卸压效果非常明显,巷道稳定性好。

深井巷道围岩L型钻孔地面预注浆加固技术

为提高深井巷道围岩的稳定性和支护体系的安全性,提出采用定向钻进L型钻孔地面预注浆加固技术,其关键技术包括L型钻孔技术、水平孔止浆技术、新型加固浆液研制等,重点介绍了L型钻孔技术中的钻孔装备、测斜定向装备和钻井泥浆质量控制技术。应用此技术对信湖煤矿井底车场的中央泵房、变电所进行了注浆加固,实现了垂深999 m水平段注浆加固距离200 m。结果表明该技术可在明显减少地面预注浆孔数的基础上,大幅提高单孔注浆范围和注浆效果,单孔造斜段注浆量可达1 459 m3,水平加固段注浆量可达955.5 m3,确保了深井巷道围岩的稳定性。

千米深井大口径直排孔施工关键技术研究与实践

基于千米深井大口径直排孔施工中遇到的钻探、管材提吊、套管的下放、焊接、套管固管工艺等新的问题,结合羊东矿生产经验,分析总结出了一套切合实际的钻探施工工艺,通过管理、技术、设备等手段,确保了近千米深条件下大口径直排孔的圆满完成,为类似矿井大采深矿井大口径直排孔的施工提供了借鉴经验。

千米深井大断面一次爆破成巷及围岩控制技术

为解决千米深井高应力大断面巷道掘进速度缓慢及巷道围岩控制难度大的问题,采用地应力测试、数值模拟及现场观测的方法,分别对大断面巷道分阶梯爆破成巷和一次爆破成巷的围岩应力、位移及塑性破坏特征进行了研究,并对2种成巷方式采用同种支护条件下巷道表面位移进行观测。结果表明:一次爆破成巷避免了爆破扰动对巷道围岩多次爆破扰动破坏,巷道围岩变形相对容易控制,且施工工艺较简单,掘进速度可由0.67 m/d提高至2.00～3.00 m/d。

千米立井大冻深快速凿井施工技术

在口孜东煤矿千米深冻结主井施工过程中,为使井筒安全顺利地穿过深厚冻结表土段和大段高冻结深风化基岩段,并快速建成大冻深千米立井工程,通过改进冻结法凿井机械化设备配套技术、优化井筒内的布局并加强井帮温度预测控制、提高掘砌质量速度和冻土挖掘能力、增加冻结壁承载能力等,有效解决了深井冻结地压大、大断面井筒施工速度慢、井壁易变形破坏和冻结管断管漏盐水等施工技术难题。井筒掘砌速度连续3个月超130m,最高月进尺达158.6m。

超千米深井施工组织设计

针对超千米深井磁西一号煤矿地压大、高瓦斯突出的特点,在以井巷工程为主,机电安装工程服从井巷工程,土建工程服从井巷工程和机电安装工程的原则下,按照施工区个数的不同,编制了2个可行性施工方案。综合考虑工期、安全、经济和现场施工等诸多因素,最终决定选用方案1施工。矿井建设施工期间,各阶段施工任务完成时间与方案1中预计时间基本吻合,基本可以按期完成施工任务,工期安排科学合理,达到了预期效果。

千米深井煤与瓦斯协调安全高效开采技术

以平煤股份千米深井十二矿己15-31010工作面的煤与瓦斯协调安全高效开采为例,提出并实施了极薄煤层上保护层开采技术,分别进行了上覆极薄煤层己14煤层卸压瓦斯、采空区瓦斯及己15煤层本煤层瓦斯抽采。实践结果表明:将己14、己15煤层合并计算,抽采瓦斯平均纯量8.5 m3/min,风排瓦斯平均纯量4.03 m3/min,累计风排瓦斯纯量269.5万m3,累计抽采瓦斯纯量553.44万m3,瓦斯涌出量822.94万m3,瓦斯抽采率平均达到65.94%,己15-31010工作面回风流平均瓦斯体积分数0.167%。实现了千米深井突出煤层煤与瓦斯协调安全高效开采。研究成果对类似条件矿井的瓦斯治理和煤与瓦斯协调安全高效开采有借鉴意义。

胶东焦家成矿带超千米深部金矿勘查突破及意义——以纱岭矿区为例

纱岭矿区超千米深部找矿突破是科学预测与勇于探索有机结合的结果。结合地球物理探测、阶梯式成矿模式、趋势外推及矿体空间分布规律等,在纱岭矿区预测并圈定了3处深部找矿靶区,按照"整体部署、分段实施"及"边施工、边研究、边调整"的原则分3个阶段完成了靶区验证和勘查工作。所取得的深部找矿突破有:在纱岭矿区共探获工业矿体77个,新增金金属量389 t;Ⅰ-2号主矿体单矿体资源量超过300 t,赋矿标高为-940^-2 030 m,矿体最大走向长1 680 m,最大倾斜长2 180 m,最大控制垂深为1 039 m,厚度为1.16~125.64 m。纱岭金矿床赋存于焦家断裂下盘,主矿体与其浅部相邻矿区矿体连续延深的垂向距离>2 km,远远超过了浅成低温热液金矿的形成深度,表明胶东型金矿与浅成低温热液型矿床的形成环境明显不同,预测其深部找矿潜力巨大。进一步分析表明,纱岭矿区南侧的前陈—上杨家预测区和深部的招贤预测区仍有较大的找矿潜力。

千米深井巷道支护失效机理及支护方案研究

为探讨千米深井巷道支护失效机理,解决巷道支护难题,对巨野矿区赵楼煤矿千米深井巷道——1304工作面轨道巷变形破坏规律进行了监测分析;在此基础上,采用有线差分软件FLAC3D,进行支护方案和参数优化;最后通过现场监测,对优化方案效果进行了验证。现场监测表明,优化方案现场支护效果良好,顶板沉降量比原支护方案减小30%以上,且经受住了回采考验,达到了预期目标。