深部开采复合顶板巷道围岩优化支护技术研究

针对深部开采复合顶板巷道围岩变形量大、支护难度高等问题,以山西A矿11205进风顺槽为研究对象,通过应用顶板离层监测技术及钻孔摄像探测仪,对原有支护方案下围岩控制效果不佳的情况进行了分析,发现了锚杆及锚索锚固区未在稳定岩层内,且锚固区均处于顶板离层量较大的区域,从而导致顶板下沉量变大。因此,提出了增加锚索长度,提高锚杆、锚索的支护密度及强度,以及使用高强度护表材料等方式优化围岩支护方案,现场监测表明,11205进风顺槽采用该优化支护方案后效果显著,可有效解决深部开采复合顶板巷道围岩变形严重的问题。

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。

水平层状岩体内小断面拱形隧洞稳定性的层厚效应研究

为了探明水平层状岩体层厚对小断面拱形隧洞稳定性的影响规律,以某引水隧洞工程为工程背景,通过有限元软件Midas GTS对多种工况进行数值模拟。分析比较了不同工况下的隧洞变形位移、应力及应变计算结果,从而总结出了相应的影响规律。结果表明:层状顶板中拱部拱顶的位置是影响水平层状岩体小断面拱形隧洞变形的重要因素;当层厚H一定时,隧洞的变形随着拱部矢高与层厚比值(L/H)的增大而增大,但L/H超过0.5时,变形发生突变;在研究水平层状岩体层厚H对小断面拱形隧洞稳定性的影响时,所有工况的L/H必须保持一致才有意义;当L/H一定时,隧洞的变形位移、应力及应变分布范围均随着层厚H的增大而减小。即当L/H一定时,层厚H越大,越有利于水平层状岩体小断面拱形隧洞的稳定。

不充分保护层卸压工作面冲击地压防治技术优化

为有效防控不充分保护层卸压工作面开采过程中产生的冲击地压问题,以宽沟煤矿I010203工作面为工程背景,采用数值模拟等方法,研究了该工作面开采期间的应力分布规律,分析了工作面潜在的冲击危险区域,结果表明:位于上保护层边界下方的煤柱区域应力高度集中,具有较高的冲击危险性。提出采用顶板预裂爆破卸压措施,消除煤柱应力集中的条件,现场实践表明,该措施有效可行,实现了工作面安全回采。

顶板“人造解放层”防治冲击地压方法、机理及应用

冲击地压矿井开展解放层(保护层)开采,能够根本性的改造采掘工作面应力集中程度,从而大范围降低采掘活动空间冲击危险性。针对无解放层可采的单一煤层矿井,为了实现冲击地压煤层区域性卸压目标,提出了煤层上覆主导致灾层位厚硬顶板区域水力压裂“人造解放层”卸压防治冲击地压方法,并建立了工程力学模型,综合采用理论分析、工程验证等方法进行区域性卸压机理及工程试验研究。结果表明,在冲击地压发生载荷供给历程中,通过区域性改造煤层上覆岩层结构与载荷,可以改变冲击地压发生必须的基础静载荷集聚;针对顶板控制型冲击地压矿井,在开拓、准备、回采不同阶段,针对影响冲击地压发生的厚硬顶板开展区域性水力压裂改造覆岩结构与载荷分布,使得巷道掘进及工作面回采期间均处于压裂覆盖范围下的低应力区,实现冲击地压单一煤层顶板产生“人造解放层”效应;顶板区域水力压裂人造解放层卸压防治冲击地压机理为:与压裂前相比,煤层上覆厚硬顶板人为区域性致裂,在走向上使其长梁变短梁,大块变小块,从而不具备大面积悬臂功能,降低由悬空面积增大的顶板断裂带来的动载荷;在倾向方向上也使得其上覆载荷由硬传递变为软传递,降低了压裂区域下方煤层的整体静载水平;在陕西孟村煤矿401102综放工作面首次进行地面区域压裂“人造解放层”技术试验后,工作面回采期间微震事件呈现高频低能分布,顶板岩层断裂块度减小,顶板水均匀降落在采空区,工作面涌水量降低,采场及两巷压力及变形量降低显著,实现了解放层卸压效果。

煤矿极软岩巷道锚杆支护技术分析与应用

针对煤矿井下采用的不同巷道支护形式进行分析,开展煤矿极软岩巷道锚杆支护的相关研究。介绍了巷道支护理论的发展,根据不同巷道支护技术的特点选择合适的技术,并开展极软岩巷道支护研究。研究结果表明,采用的巷道支护技术能够提高巷道支护效果,增强煤矿顶板层的安全性,有利于煤矿的安全生产。

急倾斜水平分段放顶煤开采应力分布规律及冲击地压防治

为了揭示急倾斜煤层水平分段放顶煤开采应力场分布特征及冲击地压显现规律,以王家山煤矿东一采区为工程背景;理论分析了急倾斜水平分段开采冲击地压显现特征,数值模拟分析了急倾斜煤层水平分段开采应力场演化规律;揭示了急倾斜煤层水平分段开采矿震动载扰动诱发底煤冲击地压显现的规律。结果表明:随着开采分段数增加,工作面采动应力持续增大,顶板巷应力集中程度高于底板巷,最大主应力由原水平方向分布转为沿垂直煤层倾向分布,导致顶板巷周围煤体水平应力集中程度高;工作面煤体水平应力场倾向方向呈现先增大再减小的趋势,且顶板侧水平应力明显高于底板侧水平应力,应力峰值与开采深度呈线性正相关关系,顶板巷冲击危险性明显较高。根据冲击地压发生规律,针对性制定了急倾斜水平分段开采冲击地压防治方案并进行了防治实践,监测表明防冲效果显著。

顶板多层位定向割缝高压致裂防冲技术

为了实现坚硬顶板型冲击地压防治的安全高效可控,研究了多层位定向割缝高压致裂技术。采用UDEC数值模拟研究了顶板定向致裂前后的运动与能量释放规律。结果表明:坚硬顶板经倾斜与分层定向致裂后,来压步距分别降低了7.7%与17%;系统动能释放降低了47.8%与50%,系统总能量释放降低了28%与41%,从而减弱了对煤体的冲击效应。顶板分层以及多层位定向致裂防冲效果优于倾斜切顶。通过改进供液与送管工艺,实现此技术的自动化与孔深限制,拓展了技术的效率与安全性,最大孔深达到20 m,致裂半径10 m以上。现场钻屑法与微震监测结果表明,致裂顶板区域,钻屑量较致裂前明显减少,并均低于临界值,致裂期间与区域内震动频次与震动能量降低,尤其是大能量震动信号显著减少,表明冲击危险性显著降低,证明此技术防治顶板冲击地压的有效性。

锚杆支护巷道顶板离层机理与监测

提出了广义顶板离层的概念 ,对锚杆支护巷道顶板离层的主要形式和影响因素进行了分析 。

东荣二矿回采巷道特类复合顶板活动规律分析

在现场勘测和实验研究基础上,界定出东荣二矿17号煤层回采巷道顶板属于顶板各组成分层内部隐含有众多超薄子分层的一种特殊类型的复合顶板,即超薄复层特殊复合顶板,分析得出了该类顶板具有双重属性的结论,即在顶板各分层相对完整状态下呈现复合顶板变形特征,而在顶板完整性遭到破坏后,呈现类似散体的软岩变形特征。指出该类复合顶板的控制关键是时间和空间控制。这项研究的成功实践对国内煤矿同类顶板条件下的锚杆应用具有重要的参考价值和指导意义。

巷道顶板蝶叶塑性区穿透致冒机理与控制方法

针对高偏应力环境下层状顶板巷道冒顶事故频发、支护困难等问题,采用理论分析、数值模拟、现场探测和现场工程试验等综合研究方法,揭示了层状顶板巷道蝶叶塑性区的分布规律,阐明了蝶叶塑性区穿透分布致使巷道冒顶的力学机制,结果表明:蝶叶塑性区具有隔层穿透发育的特征,未发生塑性破坏岩层的存在不能阻断蝶叶塑性区在软弱岩层形成;顶板蝶叶塑性区穿透分布伴有强烈的变形压力,使软弱岩层塑性区下位未发生塑性破坏岩层受到持续巨大的"挤压"载荷,致使其发生断裂破坏,是巷道存在冒顶隐患的内在原因。据此提出了防止此类巷道冒顶的关键在于维护塑性区围岩稳定,需锚杆(索)长度大于塑性区边界,且具备可承受大变形而不破断的能力。基于以上研究,对神东保德矿81306二号回风巷进行了支护补强设计和试验,试验结果表明该支护对策能够有效维持巷道顶板稳定。

沿空巷层状顶板变形特征及对锚固结构的影响

从理论上分析了沿空巷道顶板的变形机理;运用数值分析方法研究了沿空巷道层状顶板的变形特征及其影响因素;对沿空巷道顶板变形对锚固结构的影响进行了分析,得出了以下主要结论:(1)沿空巷道顶板的变形主要是由于老顶回转引起的;(2)沿空巷道层状顶板的横向变形较为显著;(3)层状顶板的横向错动变形增大了对锚固结构的剪切应力,对锚杆及锚固结构提出了新的要求。

层状复合顶板巷道稳定性分析

采用ANSYS有限元计算模型对层状结构岩层巷道开挖施工进行了弹塑性二维分析,发现巷道底板和煤帮中点位移随着巷道宽度的增加而增加,增加基本按照线性规律,增加幅度比较平缓,即底板和煤帮中点的位移对巷道宽度的变化不敏感.同时对巷道上部层状顶板建立两端固支的力学模型,得到巷道顶板下沉的解析解,由此研究不同高跨比的围岩变形、应力变化模式和破坏特征,对层状岩层巷道的安全评价和支护有一定的指导意义.

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。

刘桥矿区6煤层顶板稳定性评价

通过对刘桥矿区6煤层顶板岩层的岩性和岩性组合结构的分析,确定了不同区域的稳定性情况。该评价结果有助于在煤矿开采过程中加强不同区域煤层顶板的管理及科学地指导工作。

煤层气封闭体系及其与煤层气富集的关系

研究封闭体系对煤层气富集的控制作用对于指导煤层气勘探开发具有重要的意义。为此,分析了煤层气富集与封隔层(包括区域盖层、区域底板和直接顶底板)、后期构造调整、地层产状等地质要素的关系,结果发现具有区域性泥岩盖层及底板分布稳定、成藏期后构造抬升—回返幅度小,地层平缓且处于均势状态的地区煤层气易于富集。进一步结合多年来国内外煤层气的勘探开发实践,提出了封闭体系的概念,即具有阻止气体向上、下运移的封盖层和侧向稳定带组成的地质单元,在封闭体系环境中不仅煤层气富集,而且煤系气也可以富集成藏。最后根据煤层(系)气的封闭体系要素配置关系,划分了"三明治"式煤层气藏、煤层气—砂岩气共生气藏及煤成砂岩气藏等3种气藏类型,提出了煤层气勘探思路应由单纯的煤层气勘探向煤层气与煤系气立体勘探的方向转变,同时建立了煤层(系)气地质选区评价指标体系,指出在准噶尔盆地与鄂尔多斯盆地东缘开展煤层气与煤系气立体勘探有可能取得良好的应用效果。

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．

浅埋煤层长壁开采顶板岩层灾害控制研究

根据浅埋煤层顶板岩层的赋存特点和长壁开采时基岩老顶的断裂下沉特征,应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了初次来压期间基岩老顶的灾害机制和灾害控制,补充了基岩老顶破断后控制岩块滑落失稳的充分条件和岩块触矸前后台阶下沉的判据,确定了台阶下沉量,给出了控制台阶下沉和维持顶板稳定的支护力计算公式,并以神东矿区大柳塔1203工作面为例给出了工程实例。研究发现,顶板破断后岩块处于不平衡状态,台阶下沉的机制是结构的滑落失稳;岩块触矸前后的台阶下沉分别与断裂下沉和开采高度之间存在着确定的关系;顶板强烈来压主要是由结构滑落失稳造成的,控制台阶下沉的实质是控制岩块沿煤壁的滑落失稳。研究结果表明,综合应用初始后屈曲理论和突变理论,可根据顶板结构的赋存状况和结构特征,确定基岩老顶触矸前是否会出现全厚度切落;根据工作面的开采高度和采空区有效充填厚度等,可确定基岩老顶触矸后岩块的运动形式;根据顶板的破断步距、断裂下沉量和岩块摩擦因数等,可确定岩块触矸前后控制台阶下沉的支护力。

新兴煤矿采空积水区下采煤的防水煤岩柱设计

在采空积水区下采煤的防水煤岩柱设计关系到矿井的安全生产和资源开发的合理性,需要在一定的理论指导下完成。文章以新兴煤矿的延深设计为例,通过分析覆岩破坏规律,分别计算冒落带、裂隙带的最大高度和保护层高度,最终确定以+150^+180 m水平之间煤岩柱作为防水煤岩柱,并采取必要的开采技术措施,为±0m水平的安全开采提供了可靠的科学依据。

破碎软岩中长锚索支护参数设计及其应用

云南某铜矿地质条件复杂,矿体和围岩均较破碎且含泥量高,需对其进行大量加固支护。综合分析后,考虑采用长锚索加固技术,对4#矿体进行围岩预支护、分层整体锚固及顶板长锚索加固。根据矿岩性质及采场结构,进行了锚索支护参数设计。试验结果表明,长锚索加固技术对于厚大破碎矿体适用性强,能有效防止围岩冒落、顶板垮塌及维护巷道完整性。矿石回收率比现用采矿方法提高近20%,矿石贫化率降低8%,经济效益显著。