高地应力缓斜半煤岩巷道断面形状优化研究

为了优化高地应力缓斜半煤岩巷道的断面形状,以东欢坨矿3018工作面运道为工程背景展开研究。通过复变函数理论推导得出了倾斜煤层中不同断面形状的应力解析解,然后运用FLAC3D数值模拟求解了不同断面形状巷道的应力集中和塑性区情况,并以此为基础确定了巷道最优断面形状,最后结合现场工业性试验对研究结果的可靠性进行了验证。研究结果表明:高地应力作用下缓斜半煤岩巷道破坏呈现非对称形式;不管断面形状如何,巷道均在左、右两底角处呈现高应力集中,且应力集中程度矩形>梯形>直墙拱形;直墙拱形巷道稳定性最佳,梯形巷道次之,矩形稳定性最差,确定直墙拱形为最终巷道断面形状;现场巷道表面位移量监测结果表明,直墙拱形巷道更能满足现场安全生产要求。

大断面半煤岩巷道变形破坏机理研究及控制技术

针对大断面半煤岩巷道围岩变形控制难题,以小保当煤矿一号井大断面半煤岩巷道为研究背景,测试了巷道围岩岩层分布、围岩地应力分布及裂隙发育,分析了巷道围岩的变形破坏演化特征。通过实验室试验以及数值模拟分析了半煤岩组合体力学性能及其变形破坏形态,揭示了强度较低的煤体最先在煤岩交界面发生破裂、滑移,变形不断向深部延伸,随着煤岩体完整性及强度的持续弱化,造成巷帮由下而上的非均匀渐进性失稳破坏,揭示了提高大断面半煤岩巷道围岩稳定性的关键在于控制煤岩交界面非协调变形。基于此提出了采用高预应力锚杆支护与薄弱区域加强支护的变形控制思路,制定了小保当一号井大断面巷道半煤岩巷道围岩变形控制方案,并开展了井下工业试验,取得了较好的应用效果,在监测期内巷道顶板的位移量为28 mm,两帮的位移量为80 mm,底板的位移量为43 mm,随后围岩变形趋于稳定,巷帮煤岩交界处的变形控制效果显著,表明采用该方案可有效控制大断面半煤岩巷围岩变形。

顶强帮弱半煤岩巷道围岩变形特性及控制对策

针对“顶强帮弱”半煤岩巷道巷帮围岩塑性破坏范围大、锚杆支护强度不足等围岩控制难题,以某矿8#煤层回采巷道为工程背景,在围岩力学性能测试、钻孔可视化观测及声波法实测巷帮不同高度松动圈的基础上,对该类巷道围岩的力学及宏观变形特征进行了研究,得出巷帮煤层既是影响巷道整体稳定的“短板”,又是支护的“关键”。建立数值模型分析了“顶强帮弱”半煤岩巷道围岩受采动影响的变形特征、应力分布规律及承载特性,提出了强化帮部薄弱部位的围岩控制对策,并进行了工业性试验。结果表明:对“顶强帮弱”半煤岩巷道帮部煤层采用“锚杆+斜拉穿层锚索+强护表构件”的支护对策可使其处于三向压缩受力状态,约束其向巷道内挤出变形,发挥封闭及主动促稳作用。

极薄煤层半煤岩巷道切顶成巷矿压规律研究

针对禾草沟二号煤矿1105工作面回风巷出现的矿压显现异常、支护困难等现象,结合矿井实际情况,确定采用沿空留巷支护技术。通过数值模拟和现场实测相结合的方法对切顶成巷矿压规律进行研究,研究结果表明:切顶留巷后,巷道顶板垂直应力明显下降,工作面回采过程中,顶板应力变化呈单峰分布,工作面超前支承应力影响范围大于60 m,工作面侧向支承应力影响范围约为60 m,当工作面回采到90 m时,巷道顶板垂直应力变化达到最大。根据矿压监测结果,薄煤层切顶爆破之后,恒阻锚索受力明显减小,成巷效果良好,恒阻锚索和巷道围岩变形均呈现“稳定—快速—缓慢—稳定”的变化趋势。巷道顶底板最大变形位置为巷道中部,顶板在工作面回采110 m后达到稳定状态,底板在工作面回采80 m后达到稳定状态。

半煤岩巷快速掘进技术研究

结合山西省某煤矿实际,合理选择掘进工艺与掘进设备、优化作业流程、优化巷道支护方式,在确保巷道稳定性的前提下,实现了对工作面半煤岩巷道的快速掘进作业,实际应用表明掘进速度提升效果显著。

半煤岩巷道掘进方案及支护设计

为解决采掘不协调影响煤矿生产效率的问题,针对薄煤层工作面的掘进需求,基于不同掘进方式对应的应力集中情况对比得出了挑顶的最佳、高效掘进方式;根据现场围岩条件确定采用炮掘方式并确定了相关参数;完成了掘进工作面的支护设计,采用锚杆+锚索联合支护方式。实践表明,针对半煤岩巷道采用挑顶+炮掘的综合方式极大地提升了掘进效率,达到了快速掘进的效果。

半煤岩综掘巷道综合防尘系统研究

山西省A煤矿3603工作面运输巷为半煤岩巷道。受截割断面大、速度快及截割煤岩含水率低等多因素影响,掘进迎头粉尘质量浓度较高,在一定程度制约了巷道快速掘进。为此,在分析运输巷掘进条件及产尘源的基础上,提出综合使用截割滚筒喷雾系统、机载控尘及除尘系统、风流净化装置进行粉尘治理,并对各降尘系统及装置布置情况进行详细分析。工程应用后,3603工作面运输巷综掘机司机位置全尘、呼吸性粉尘质量浓度分别降至55.99、31.32 mg/m^(3)以下,掘进迎头粉尘质量浓度高、环境恶劣问题得以显著改善,综合防尘系统应用效果显著。

机械通风参数对半煤岩巷道掘进面粉尘扩散特性的影响

为解决半煤岩巷道掘进面粉尘污染问题、有效降低掘进面粉尘浓度,以凉水井煤矿半煤岩巷道为研究对象,采用CFD-DPM数值模拟方法,对比研究了不同压抽比与轴径出风比对掘进面粉尘扩散特性的影响。结果表明:当压抽比不大于1且轴径比为1∶3和压抽比大于1且轴径比为1∶4时,工作面距离迎头10 m内会形成朝迎头方向的阻尘气流;当压抽比为0.8且轴径比为1∶3时,控尘效果最佳,粉尘浓度在距离迎头7.9 m范围内得到有效控制。

新鸿发煤矿薄煤层采煤工作面切顶卸压留巷技术

以贵州地区薄煤层、高瓦斯采煤工作面回采为工程背景,为了提高采面煤炭资源采收率、缓解矿井采掘接替紧张局面以及降低巷道掘进成本,提出将切顶卸压技术应用到回采巷道留巷中。结合新鸿发煤矿1k302运输巷现场地质条件、布置情况等,介绍了薄煤层工作面切顶卸压留巷的施工工艺等,并通过监测顶板下沉情况,分析切顶卸压留巷效果。工程应用表明,在1k302运输巷采用的切顶卸压留巷技术方案效果显著,留巷段顶板最大下沉量控制在146.4 mm以内,留巷效果显著,为矿井煤炭安全高效回采创造了良好条件。

山西东风煤矿平顶U型巷道支护应用分析

平顶U型巷道支护方案是针对软煤层(直壁)半圆拱巷道的优化支护技术。基于摩尔-库伦准则,可以确定半圆拱巷道与平顶U型巷道围岩的围岩塑性比例关系,即两种不同巷道围岩边缘位移分布规律相似,塑性面积占比近似相等。利用数值模拟方法,分析半圆拱巷道和平顶U型巷道中U型钢支架在围岩相互作用下的承载特性,认定U型钢支架可以满足上述两种巷道围岩支护的要求。通过在东风煤矿3204工作面回采巷道的应用以及对围岩位移的现场测量,验证了理论分析和数值模拟的准确性。

半煤岩巷快速掘进综合除尘技术

陕北矿业有限公司韩家湾煤矿井下半煤岩巷快速掘进过程粉尘浓度较大,已严重影响作业人员身体健康,制约矿井高产高效生产安全。通过分析半煤岩掘进巷道除尘能力水平,发现掘进工作面粉尘颗粒细且多为岩尘,现有的通风除尘设备无法及时排出。通过优化除尘设备,采用长压短抽综合除尘技术,数值模拟分析得出其除尘效率高,能进一步降低粉尘浓度,掘进头粉尘浓度降至5 mg/m 3以下,满足矿井安全生产需求。该技术为矿井掘进工作面质量标准化作业以及施工环境安全提升奠定坚实基础,具有显著的经济与社会效益。

液压张裂掘进法在半煤岩巷掘进中的应用

针对辛置煤矿东区地质条件复杂,已施工的轨道大巷和皮带大巷之间层位差别大,在设计时常需要在两条大巷之间施工断面较小、长度较短的联络巷作为回风、行人或运料通道,传统的炮掘法受政策影响和安全性较难控制等原因不宜使用,综掘法受巷道客观条件制约发挥不出机械优势等问题,通过利用断面中较软的含煤层更易人工创造充足的凌空面或自由面这一特点,提出采用液压张裂掘进法进行施工。结果表明,在半煤岩巷或巷道断面岩层占4/5以上的含煤岩巷中利用液压张裂掘进法掘进,单进水平满足要求,并在很大程度上减轻了职工的劳动强度。

浅埋大断面半煤岩巷道锚网索梁联合支护技术

针对中厚煤层大断面半煤岩巷道围岩破碎严重、易发生冒顶片帮事故的问题,以杨家村煤矿5-1_上煤层工作面顺槽为工程背景,采用工程类比、FLAC3D数值模拟及工业性应用等技术手段,开展了浅埋中厚煤层大断面半煤岩巷道围岩稳定性控制技术研究及应用效果评价。采用围岩松动圈钻孔成像仪对顺槽不同深度处围岩的破裂形态进行了探测,围岩破裂区范围为0~1.8 m,属于中大松动圈范围。采用CMW3.7矿用本安型锚杆无损检测仪开展了锚杆受力无损快速检测,锚杆轴力为设计锚固力的60.47%~88.71%,锚杆受力适中。矿压监测结果表明,锚网索梁支护结构有效地控制了大断面半煤岩巷道的变形,顺槽顶板下沉量为63~76 mm、两帮移近量为41~59 mm,可满足安全使用的要求。

迎采半煤岩巷切顶卸压围岩控制技术研究

为解决半煤岩巷道受侧向悬顶作用力与工作面超前支承力的叠加影响,以煤矿迎采对掘巷道为研究对象,利用理论分析、数值模拟研究迎采动工作面切顶留窄煤柱掘巷围岩变形规律,提出穿层锚杆+锚网索梯联合支护的支护方法。结果表明:迎采巷道在超前临近工作面前方10m到滞后30m阶段受工作面回采扰动影响大,需要加强支护以控制围岩变形;切顶对控制掘巷围岩变形作用明显,在煤岩分界面布置倾斜角度为20°的穿层锚杆,可以改善巷帮应力条件,有效控制帮底煤体变形。

深部高应力半煤岩巷变形机理及跨界高强支护技术

针对深部高应力半煤岩巷围岩变形持续时间长、变形量大及支护构件损伤破断等围岩控制难题,以渝阳矿N3702运输巷为工程背景,综合采用现场测试、理论分析、数值模拟和工程试验的方法,对半煤岩巷围岩变形机理和控制对策展开研究。通过巷道矿压监测与松动破坏范围测试,量化了半煤岩巷的矿压显现特征,揭示了半煤岩巷顶板泥页岩抗变形能力弱、锚索锚入坚硬硅质灰岩的深度较浅甚至未锚入、巷道所处高应力环境且其轴向近乎垂直于最大水平主应力是造成矿压显现剧烈的根源;基于自然垮落拱理论的成拱形态、锚杆组合梁和悬吊理论的组合压缩作用与悬吊作用,阐明了矩形断面巷道锚杆锚索支护时顶板低位“显形压缩梁”结构和高位“隐形压缩拱”结构的形成机制;在分析锚索锚固段所处位置岩性、自由段长度及锚尾施加预紧力大小对“梁-拱”锚固结构承载能力影响规律的基础上,提出了矩形断面半煤岩巷以锚杆配合锚索为主体支护构件的跨界高强支护技术方案,并开展了现场应用。实践结果表明:该技术有效地控制了深部高应力半煤岩巷持续变形,保证了围岩与支护构件的稳定与安全。

薄煤层半煤岩巷道变形破坏规律研究

为明确薄煤层半煤岩巷道变形破坏规律,以岔河联营煤矿为工程背景,通过理论分析研究了导致半煤岩巷道变形破坏的根本原因,通过数值模拟分析了不同煤岩比例下的半煤岩巷道破坏变形规律。结果表明:半煤岩巷道变形破坏很大程度取决于巷道埋深和围岩内聚力,且巷道两帮煤层部分最先发生破坏,其破坏深度大于巷道其他部分围岩;随半煤岩巷道煤岩比例的增加,巷道围岩形成的塑性区范围也越来越大,巷道围岩形成的高应力范围越大,巷道两帮水平位移明显增加,位移峰值主要集中在巷道两帮煤层部分,巷道围岩整体位移量也逐渐增加,特别是巷道两帮煤层部分。因此,半煤岩巷道煤岩比例的增加更容易造成巷道结构失稳,研究成果可半煤岩巷道参数布置提供一定的理论指导。

晋圣上孔煤业半煤岩巷支护方案与应用

晋圣上孔煤业1903工作面轨道巷为半煤岩巷,受巷道围岩非均质性影响,原支护方案下巷道变形破坏较严重。为有效控制巷道围岩,分析1903工作面轨道巷半煤岩巷支护技术与失效原因,并结合地质条件设计了锚(索)网喷联合支护方案。FLAC3D模拟和现场应用结果表明,改进后的支护方案使巷道顶底板、两帮移近量分别减少了8.69 mm、27.04 mm,锚杆(索)受力和围岩变形量均在可控范围内。

干河煤矿半煤岩巷大排距锚网索支护技术研究

以干河煤矿2^(#)煤层2-3011巷为背景,通过现场实测、数值模拟等手段,探究提高单根锚杆支护效能的措施,确定锚杆、锚索的最优布置参数,通过矿压监测验证优化方案的可行性,结果表明:优化条件下,掘巷期间和工作面回采期间巷道围岩稳定性好,掘进速度提高1.4倍,在经济、安全、技术等方面均取得很好效益。

深部大变形半煤岩巷切槽嵌合卸压支护技术应用研究

为解决茂通煤业2^(#)煤层回风大巷支护的难题,综合运用矿压监测、实验室试验测试、数值模拟等手段,对其原有支护方案条件下矿压特征进行分析探讨,设计切槽嵌合卸压技术方案,采用FLAC^(3D)软件优化支护参数并验证可行性,在新掘巷段进行工业应用试验。结果表明,巷道变形量、锚杆受力在设计范围内,围岩整体稳定。

深部开采巷道断面优化设计与应用研究

文章从巷道断面形状优化方面着手研究,将直墙拱形断面与封闭拱形断面融合在一起,形成半封闭巷道,这样巷道施工简单,不影响巷道使用效能,最为重要的是能够改善巷道围岩的应力分布状态,减小巷道围岩的破坏范围,提高自身承载能力,有利于巷道的支护与维护。在东海煤矿千米以下巷道掘进得到了成功的应用。理论分析和现场实验都证实了半封闭巷道有着很高的应用价值,值得推广。