Study on strata control by delay grouting in soft rock roadway

The properties of broken rock before and after grouting reinforcement are studied. Testing results show that grouting can raise the residual strength of broken rock, and the broken rockness by grouting can keep the steady supporting capacity within a relatively large deformation range. Revealing of the characteristics of stage deformation and damage process comes to the conclusion that the supporting of soft rock roadway should be analyzed in a dynamic view, and the grouting should be delayed at a proper occasion. Based on the above, the stepwise reinforcement technology characterized by immediate shotcreting, timely bolting and delay grouting is put forward and illustrated with a successful engineering practice.

采动力学与岩层控制关键理论及工程应用

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。

迎采动宽煤柱承载特性及矿压显现规律研究

单翼开采矿井为解决采掘接替紧张的问题,常会出现迎采对掘的情况,而迎采动掘巷期间,矿压显现规律和煤柱宽度的确定是巷道掘进及安全回采的关键。以炭窑坪煤业100303运输巷迎采掘巷期间为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,对煤柱的合理宽度及迎采期间的矿压显现规律进行研究分析。主要结论有:通过理论计算,煤柱在受到掘进扰动和工作面采动的双重影响下,确保煤柱不完全发生塑形破坏且存在弹性核的宽度至少为30 m。数值模拟发现,掘进迎头至相遇位置前方20~30 m时,围岩变形开始增大,煤柱帮和回采帮变形量均超过0.5 m。当掘进至采空区后方一定距离后,围岩因同时受掘进扰动与采空区侧向支承应力的叠加影响,变形增幅加快,煤柱帮变形严重,最大变形量超1 m。提出100303运输巷掘进距100302综采工作面70 m时,停止掘进,在迎采扰动范围内,优化支护参数,提高煤柱承载能力。现场监测表明,巷道顶底板和两帮均变形较小均在可控范围内,有效控制了迎采动工作面掘巷的围岩变形。

两次采动影响下小煤柱巷道切顶卸压围岩控制技术

为解决多次采动影响下留小煤柱巷道矿压显现剧烈、围岩变形量大的问题,提出了“切顶卸压+顶、帮锚索补强”联合控制技术。以贾家沟煤矿10115运输巷为工程背景,分析了切顶卸压位置、高度与巷道围岩垂直应力分布的关系,给出切顶卸压关键参数,并研究了留小煤柱巷道在切顶卸压后受两次采动影响下的矿压显现规律。结果表明:切顶卸压后,煤柱上的应力峰值随切顶深度的增加呈指数降低;10115运输巷在邻近工作面一次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出无变形、缓慢变形、快速变形和围岩稳定的变化规律,本工作面二次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出明显变形和剧烈变形的规律;巷道围岩在受二次采动影响时变形更加剧烈,巷道变形量为一次采动时的3.0~7.5倍。

矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术进展及应用

覆岩内部岩移原位监测技术具备适应深井高承压水特厚煤层开采复杂地质条件、多层位动态监测、高精度远程实时在线传输等技术特点,可为矿山企业开展顶板灾害防控提供有效的数据支撑。从煤炭开采应用实践背景出发,系统回顾了采动覆岩内部岩移原位监测技术的发展历程、技术进展和应用效果。结合我国矿压理论及岩移监测技术发展历史,全面介绍了矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术的重要阶段,阐述了该技术在多维实时协同监测、无人在线监测和深部岩移监测3个方面所取得的理论创新与技术突破。结合补连塔煤矿、同忻煤矿、高家堡煤矿等矿井监测工程实例,展示了采动覆岩内部岩移原位监测技术在实际工程应用中的有效性,并探讨了该技术在不同类型矿区、不同研究领域的应用前景。指出矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术的发展趋势为精确化、智能化和集成化,即通过优化传感器性能和布置方案等提高监测精度和准确性,利用人工智能、大数据和物联网技术实现自动化分析和预测,将原位监测技术与其他技术相结合以形成完整的监测系统。

模型试验在"矿山压力与岩层控制"课程教学中的辅助研究

针对"矿山压力与岩层控制"课程岩层空间位置抽象、岩层运移和支护理论难以理解的特点,该文从标准岩石试件受压变形破坏规律、岩层开挖运移规律和锚杆支护构件的作用原理等角度,实景展示矿山开采过程中的压力显现与岩层移动,对学生掌握课程核心知识点起到了较好的促进作用,加深了学生对"矿山压力与岩层控制"课程知识的理解,教学效果良好.

煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用

水力压裂技术在煤矿坚硬、完整顶板岩层弱化及高应力巷道卸压方面得到越来越广泛的应用。以陕西曹家滩煤矿特厚煤层综放开采工作面、特厚稳定顶板岩层为工程背景,开展了顶板岩层地质力学测试、可压性试验,水力裂缝扩展理论分析及三维数值模拟,提出井下工作面定向钻孔区域水力压裂顶板层位、压裂钻孔布置与参数确定方法及压裂工艺。在井下进行了工业性试验和系统的地面微震实时监测,获得了顶板水力压裂裂缝空间展布特征。同时,进行了液压支架工作阻力,工作面周期来压步距及持续距离,来压动载系数及顶板岩层破断能量监测与分析,综合评价了水力压裂效果。初步建立了集压裂层位确定与参数设计,井下定向钻孔压裂工艺与装备,水力裂缝空间展布监测与压裂效果综合评价为一体的煤矿井下定向钻孔水力压裂成套技术。井下试验结果表明:在曹家滩煤矿井下地应力状态下(最小主应力为垂直应力),水力裂缝以水平裂缝为主,沿钻孔两侧扩展平均距离为80 m左右,有效弱化了工作面范围内上覆坚硬、完整顶板,实现了区域顶板改造。压裂区域工作面强矿压显现显著减弱,确保了工作面安全生产。最后,分析了水力压裂存在的问题,展望了技术发展方向。

胜利村隧道陡倾岩层挤压大变形控制及支护技术研究

高地应力软岩是我国西部山区隧道建设过程中一种常见的不良地质,该类地层由于受较高地应力和特殊围岩力学特性的共同影响,在隧道施工过程中极易出现大变形灾害。系统总结目前国内外大变形隧道的处治思路和方法,并以乐汉高速胜利村隧道变形段为工程依托,根据结构变形破坏特征、地质条件、监测数据等,分析大变形原因,并提出胜利村隧道陡倾岩层挤压大变形处治原则和具体措施。研究结果表明:1)胜利村隧道发生大变形主要是构造应力、围岩软弱破碎、岩层倾角、隧道走向、地下水等因素共同作用导致的;2)陡倾岩层变形破坏具有明显的非对称性和不均匀性,拱腰处易发生弯折内鼓,水平收敛显著大于拱顶沉降,并具有长期蠕变特性;3)根据“放抗结合”的大变形处治思想,“一次开挖、多次支护、释放变形、加固围岩、加强结构”措施在现场对围岩变形取得了良好控制效果。

硬厚岩层下覆岩裂隙演化特征及其致灾机理分析

针对上覆岩层赋存硬厚岩层,采用相似材料模拟试验的方法,制作了工作面上覆硬厚岩层的相似模型,研究了硬厚岩层下覆岩结构和裂隙演化特征,分析了硬厚岩层破断致灾成因。研究结果表明,工作面推进后,上覆岩层走向断面上逐渐形成梯形结构,硬厚岩层的存在屏蔽了梯形结构的纵向发育;硬厚岩层下最大离层裂隙发育呈跳跃式上升,占据了煤层开采的大部分空间,为瓦斯积聚创造了空间;破断裂隙和离层裂隙相互贯通,在工作面侧和切眼侧的形成了双向互通的竖向破断裂隙区,为瓦斯运移提供了路径。开采煤层附近释放的瓦斯顺着两侧竖向破断裂隙区进入上覆岩层最大离层裂隙,最终积聚在占据了煤层开采大部分空间的硬厚岩层下最大离层裂隙。硬厚岩层破断后瓦斯空间急剧减小,瓦斯压力快速上升,瓦斯经两侧竖向破断裂隙区涌向工作面,易诱发瓦斯突涌等灾害。

兰州地区土岩组合地层深基坑支护及地下水控制方法

兰州地区为典型的两山夹一川的河谷盆地地貌,区内浅部为第四系松散堆积物,下部为新近系风化基岩。介绍了兰州地区土岩组合地层的基本分布情况及地下水分布规律,并根据下部风化基岩的胶结程度、透水性、单轴饱和抗压强度等特征,将土岩组合地层分为两类,一类系上部为松散堆积地层、下部为弱透水—中等透水性砂岩,二类系上部为松散堆积地层、下部为不透水性砂岩。针对两类不同的土岩组合地层,归纳总结了深基坑工程支护结构及地下水控制系统的选型,给出了两类土岩组合地层中深基坑设计的典型案例,可为同类地层深基坑工程设计与施工提供借鉴。

关键柱柱旁充填岩层控制基础理论

采空区遗留煤柱群链式失稳表现出明显的联动致灾效应。运用遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论,提出了关键柱柱旁充填岩层控制的技术方法,揭示了关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理,确定了柱旁充填体材料、强度、宽度和形态等技术参数,评价了关键柱柱旁充填岩层控制的效果,并对其潜在的应用范围与领域进行了展望。结果表明:①关键柱柱旁充填岩层控制技术方法通过在采空区煤柱群体系的关键柱旁边实施柱旁双侧全部充填、柱旁双侧部分充填、柱旁单侧全部充填或柱旁单侧部分充填等工艺,使采空区中形成的柱旁充填体不仅能对关键柱起到侧护作用,还能形成“关键柱-柱旁充填体”的协同承载结构体,进而实现采场岩层移动的有效控制,并保障煤炭资源的安全高效绿色开采。②关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理主要体现在4个方面:关键柱与柱旁充填体的耦合承载、柱旁充填体对关键柱产生侧向约束、关键柱受力状态向应变强化的转变、关键柱强度的长期劣化减弱。③关键柱柱旁充填体的材料以返井固废充填材料和原位固废充填材料为主,柱旁充填体的极限抗压强度应大于或等于其分担的载荷,柱旁充填后“遗留煤柱-柱旁充填体”耦合承载体中屈服区的宽度不能扩展与延伸至“关键柱”的原始弹性核区内,柱旁充填体的形态主要包括矩式、梯式、台阶式和多级梯式四大类。④柱旁充填后关键柱的应力集中程度会降低,其两侧塑性核区的宽度减小,且中央区域弹性核区的宽度增大;“关键柱-柱旁充填体”的应力分布与塑性区分布特征表明关键柱柱旁充填岩层控制的效果良好。⑤关键柱柱旁充填岩层控制基础理论不仅可以用于采空区遗留煤柱群链式失稳的防控,还能应用于优质遗留煤炭资源复采和地下空间维护与利用等技术领域,更能推广于非煤矿山资源开采技术领域。

采场覆岩中复合关键层的形成条件与判别方法

在采场覆岩运动中起主要控制作用的岩层为关键层,而有时关键层是由2层或2层以上岩层形成的复合岩层所组成,我们称其为复合关键层.本文在深入揭示复合岩层形成机理的基础上,给出了形成复合岩层的力学条件与数学表达式,进而建立了采场覆岩中复合关键层的判别方法,并编写了复合关键层的判别程序.实例分析表明,复合关键层在岩层运动中是客观存在的,比同组岩层分开后的单一岩层的控制作用的线性叠加要大得多.本项研究是岩层控制的关键层理论研究的深入和发展,将有力促进岩层控制理论和技术的发展.

特厚煤层大采高开采覆岩运动与矿压显现特征分析

为更深入了解特厚煤层大采高开采覆岩运动与矿压显现特征,采用数值模拟以及现场矿压监测方法,分析了大柳塔煤矿大采高开采覆岩移动、矿压显现以及支架工作阻力特征。结果表明:支架顶梁应力振幅可用于判断采场支架来压状态和覆岩破断剧烈程度;工作面推进50 m处基本顶小范围分层破坏;爆破预裂使基本顶形成不对称拱结构,拱结构破坏使基本顶岩层内水平应力减小,垂直应力升高,形成工作面初次来压,来压步距88 m;基本顶上部铰接结构使基本顶岩层内水平应力升高,垂直应力降低,下部悬臂结构破断导致第2次来压,来压步距25 m;铰接结构破坏使基本顶岩层内水平应力和垂直应力均升高导致第3次来压,来压步距20 m;基本顶拱结构和铰接结构失稳引起来压强烈,覆岩破断延伸至地表。

煤矿支护设备技术标准体系与试验装置研究

介绍了我国煤矿支护设备、围岩控制技术发展与标准化的相互促进过程及煤矿支护设备与围岩控制技术标准化体系框架和标准制修订工作;论述了液压支架技术和标准的发展,分析了液压支架通用技术条件以及立柱、千斤顶技术标准;最后对重型液压支架试验台、立柱和千斤顶试验台和大流量安全阀模拟试验系统研制概况进行了说明。

煤炭地下气化空间扩展规律及控制方法研究综述

在介绍煤炭地下气化特点的基础上 ,对地下气化空间扩展及气化过程影响进行了分析 ,综述了国内外在煤炭地下气化空间扩展规律及控制方法的研究进展 ,结合中国的气化工艺特点 。

井底煤仓修复设计及工程实践

井底煤仓是矿井煤炭运输关键环节之一,其修复治理难度大。在分析了干河煤矿井底煤仓破损垮塌的原因基础上,提出了合理可行的修复设计方案,即以"锚索网+内套双层钢筋混凝土仓壁复合支护"为主,壁后垮塌空间混凝土充填,对铝质泥岩段岩层特殊处理。研究了新旧仓壁及围岩各关键点位连接形式,明确了施工步骤,并给出了效果评价。结果表明,设计可保障施工人员、设备安全,改善仓壁受力状态,修复后井底煤仓稳定耐用,确保矿井的安全生产。

年产1400万t大采高工作面关键技术研究

基于神东矿区浅埋深大采高工作面年产1 400万t的生产经验,在分析工作面地质条件的基础上,介绍了大采高工作面巷道布置和设备配套情况,并对大采高工作面顶板岩层控制、巷道支护、末采贯通、两端头垂直过渡、巷道底鼓治理、防止煤壁片帮等关键技术进行研究。结果表明:末采贯通期间对挂网工艺进行优化,将大采高工作面末采挂网时间由原来的7 d缩短为2.5 d;大采高工作面两端头采用垂直过渡后单工作面多采出煤炭约120万t,煤炭采出率提高约2%;通过采用超前起底+预制混凝土块+密集单体+帮部加固联合治理底鼓的工艺,工作面在底鼓段的推进速度提高了10倍。通过采取一系列的关键技术,保证了工作面安全高效回采,实现了单工作面年产1 400万t的目标。

小官庄铁矿采场地压控制方法的研究

针对小官庄铁矿软破矿岩性质,在总结原有控压方法的基础上,提出了高应力采场应全面实施卸压开采的设想,并对卸压开采的必要性及可行性进行了论证。介绍了卸压方法的选择及卸压工程的具体实施,实现了小官庄铁矿高应力难采矿块的顺利回采。

我国煤炭开采与岩层控制技术发展40a及展望

开采方法与装备及岩层控制技术是保证煤炭正常生产的核心技术。介绍了改革开放40 a来我国采煤方法与装备、岩层控制理论与技术、特殊采煤与矿区生态环境保护技术的发展历程。基于煤炭科学研究总院开采研究分院主持和参与的科研项目,总结了40 a来煤炭开采与岩层控制技术取得的研究成果。包括薄及中厚煤层、厚煤层一次采全高综采技术与装备,厚及特厚煤层综采放顶煤开采技术与装备,及智能化开采技术与装备;采场覆岩运动与破断规律,岩层结构假说,液压支架与围压相互作用关系,及坚硬和破碎顶板控制技术;巷道锚杆支护理论与成套技术,破碎围岩注浆加固技术,及高应力、强采动巷道水力压裂卸压技术;冲击地压发生机理,冲击危险区域评价技术,冲击地压实时监测、预警及综合防治技术;开采沉陷理论,建(构)筑物下、近水体下、承压水上开采等特殊采煤技术,及矿区生态环境保护技术。40 a的研究与实践表明,我国煤矿已形成具有中国特色的煤炭开采与岩层控制成套技术体系,为煤矿安全、高效、绿色开采提供了可靠的技术保障。最后,提出了煤炭开采与岩层控制技术的发展方向与建议。

四川盆地海相地层烃源岩特征

震旦纪至中三叠世四川盆地发育海相地层,共发育5套区域性烃源岩:上震旦统陡山沱组、下寒武统筇竹寺组、下志留统龙马溪组都发育泥质岩烃源岩,中二叠统栖霞组和上二叠统吴家坪组则为泥质岩和碳酸盐岩2种类型的烃源岩。研究发现:陡山沱组生烃中心位于重庆涪陵地区,筇竹寺组生烃中心位于成都-自贡地区,龙马溪组以万县地区和泸州-綦江地区为主要生烃中心,栖霞组具有成都-资阳、广元-仪陇、万县3个生烃中心,吴家坪组以万县-巫山地区为主要生烃中心;同时资料显示,盆地烃源岩总体热演化成熟度较高,成熟至过成熟阶段,其生烃强度主要由有机碳丰度和烃源岩厚度决定。二级层序海平面上升期有利于区域性烃源岩形成,沉积环境控制着烃源岩的岩石类型、有机质类型和有机质丰度,构造运动则影响着烃源岩发育范围和后期有机质成熟度演化。