水力割缝对不同厚度“三软”煤层巷道围岩扰动影响研究

赵家寨煤矿开采煤层在水力割缝过程中受到较大扰动,围岩强度降低,导致煤厚较大且分布不均的“三软”煤层巷道更加难以控制。基于14205工作面岩石力学参数,理论分析确定水力割缝合理参数,借助COMSOL Multiphysics构建不同煤厚条件下水力割缝模型,数值模拟得到了水力割缝对煤层应力、位移影响规律。结果表明:顶煤厚度对于受水力割缝扰动后巷道顶板稳定性有着重要影响,应力特征的主要影响因素为割缝的形态、位置,煤层越厚其变形量越小,水力割缝对煤体的损伤范围主要与割缝位置相关,巷道受扰动范围为两帮各5 m,托顶煤为2 m厚时,顶部煤体受破坏程度最大,巷道稳定性最差,当托顶煤厚度超过4 m时巷道稳定性得到良好改善,在煤体损伤范围内巷道顶部变形量最大,需要加强支护力度。研究结果为不同厚度“三软”煤层水力割缝扰动下巷道围岩稳定性分析提供基础。

基于ABAQUS有限元数值分析的软弱煤岩体巷道锚杆孔底扩孔力学特征研究

针对松软煤岩体巷道锚杆支护时出现锚固力低、锚固力衰减速度快等问题,基于ABAQUS有限元数值模拟软件,模拟分析了软煤和砂质泥岩两种情况下锚杆孔底扩孔后的孔壁围岩力学特征。结果表明:在相同围压作用下,扩孔段直径与围岩的强度呈负相关关系;相同岩性条件下,扩孔段最大直径与围压大小也呈负相关关系;验证了在煤及砂质泥岩中能达到较好的扩孔效果。在井下现场采用研制的单翼扩孔装置,分别在软煤和砂质泥岩条件下进行扩孔锚固试验,软煤和砂质泥岩扩孔锚固力显著大于不扩孔状态的锚固力。

不同硬度煤体孔裂隙分布的分形特征研究

为了研究松软煤样孔裂隙分布的分形特征,对硬度为0.16-0.88范围内的6个煤样进行了电镜扫描,并运用计盒维数法得到了煤样孔裂隙结构的分形维数。研究结果表明：松软煤样的孔裂隙结构具有明显的分形特征。建立了松软煤样孔裂隙的分形维数与煤样硬度之间的耦合关系式,发现随着煤样硬度的减小,煤样孔裂隙结构的分形维数不断增加,说明煤样的孔裂隙越发育。研究成果对于瓦斯抽采与灾害防治均有一定指导意义。

松软煤层综放面顶底板采动应力分布规律研究

以某矿综放采场为背景,通过现场实测、相似材料模拟等手段,研究了松软煤层综放开采中液压支架受力状态、两巷单体支柱受力特征和顶底板的采动应力分布规律,结果表明液压支架在工作面不同位置受力状态不同,处于中部位置的支架受力最大,同一支架前立柱受力大于后立柱;风巷围岩应力大于机巷围岩应力,两巷的超前采动应力峰值位置在工作面前3～11m;顶板岩层同一层位中采动应力分布随工作面的距离不同而不同;不同层位应力分布也不同,离煤层越近的岩层中应力集中系数越大;底板岩层在工作面前方6m左右处应力达到最大,在工作面处应力为零。该研究结果有效地指导了该矿井同一煤层综放面巷道布置、两巷支护及工作面顶板管理。

软弱煤岩体巷道围岩锚固力衰减特性研究

软弱煤岩体巷道围岩存在强度低、胶结程度差、遇水弱化等特点,正常树脂锚固时出现锚固力低、衰减速度快等问题,易造成巷道围岩严重变形破坏。利用自行研发的锚固孔底单翼倒楔形扩孔装置进行孔底扩孔锚固试验,分析了软弱煤岩体不同锚固状态下锚固力与位移的变化关系。试验结果表明:正常锚固和扩孔锚固状态下脱锚点发生前锚固力与位移曲线表现一致,脱锚点发生后正常锚固状态下残余锚固力瞬间衰减到几乎为0,而扩孔锚固状态下残余锚固力衰减程度较小,并出现残余锚固力大于脱锚力的情况;扩孔锚固状态下脱锚点处扩孔锚固的最大锚固力比正常锚固状态下平均提高2.8倍。软弱煤岩体锚固段发生脱锚界面为锚固剂与孔壁的交界面,脱锚后扩孔段锚固剂对倒楔形孔壁产生挤压破坏,从而提高了软弱煤岩体残余锚固力。试验结果为解决软弱煤岩体巷道锚网支护技术难题提供重要借鉴。

软厚煤层大采高工作面采场覆岩运移规律研究

卧龙湖煤矿8102回采工作面为软厚煤层大采高工作面,采用数值模拟、相似模拟与现场监测相结合的方法对其上覆岩层运移规律进行了分析研究,得出了裂隙带、垮落带高度、裂隙演化及亚关键层破断规律。

山东巨野煤田3煤顶底板软岩水稳性特征

从遇水作用后的结构状态稳定性角度,山东巨野煤田3煤顶底板软岩分为浸水碎解、泥化(Ⅰ类)、浸水裂解(Ⅱ类)和不崩解(Ⅲ类)3种水稳类型。应用X衍射和电镜扫描分析结果表明,这3种类型软岩的全岩物质成分、所含粘土矿物种类及含量都比较接近,但在微结构形态却差异明显,反映出其水稳性主要受控于微观结构。

松软破碎煤体瓦斯抽采钻场预加固技术研究与应用

针对松软破碎煤体施工大直径长距离瓦斯抽采钻孔容易出现塌孔、卡钻导致钻孔失效的难题,采用理论分析、现场测试和井下试验的方法,通过煤岩体强度和结构探测,得出了煤岩体的结构完整性和强度,并根据围岩特点确定了注浆机理以粘结松软煤体、增强松软煤体整体性为主,适当增加煤体强度,达到防止钻孔塌孔的目的,在此基础上设计了注浆加固参数和单孔全长分段注浆工艺,该工艺施工工程量小,工艺简单,加固速度快。井下试验表明,煤岩体注浆加固后围岩强度增加57%,完整性提高58.8%,钻孔无塌孔出现,有效保证了长钻孔的顺利实施。

基于扩孔锚固的参数优化分析及力学性能试验研究

针对软弱煤岩体锚固性能差、锚固力低的技术难题,提出采用锚固孔扩孔锚固的方法提高锚固力;采用数值模拟方法分析了钻孔围岩、锚固剂及锚杆的力学特征,并对扩孔参数进行优化分析;结合实验室树脂锚固剂的锚固效果试验,确定了扩孔段长度120 mm,最大扩孔直径58mm为最佳扩孔参数,并研发了扩孔装置。实验室锚杆拉拔对比试验表明:扩孔锚固所能提供的抗拔力显著高于正常锚固,平均锚固力增大1.63倍,且在锚固剂与钻孔围岩脱粘后,锚固力衰减较小;扩孔段锚固体对钻孔围岩具有“压密-破坏-压密”的循环过程,表现出“延性破坏”特性,避免锚固力出现较大幅度的衰减。

软硬互层煤岩体传统钻进工艺钻孔偏斜规律研究

为获得软硬互层条件下瓦斯抽采钻孔轨迹的偏斜规律,本文采用相似模拟的方法从实验室尺度上对钻孔的偏斜规律进行研究。根据具体的钻孔施工地质条件,在实验室搭建三维相似地质模型,为了研究软硬互层条件下的钻孔偏斜律,采用相似模拟实验的方法,在实验室搭建三维相似地质模型,分析了钻孔在不同岩性岩层、不同倾角岩层中的偏斜特征和钻孔轨迹,不同钻进速度、不同应力等条件下的钻孔偏斜规律。结果表明:①钻孔的偏斜与岩性密切相关,当岩性较软时,发生偏斜程度不大,当岩性较硬时,发生偏斜的程度就会相对较大。②钻孔的偏斜与钻速密切相关,当钻速较小时,此时钻进过程中,容易发生偏斜,发生偏斜程度相对较大,当钻速逐渐变大时,发生偏斜的程度就会相对较小。③钻孔的偏斜与钻进角度密切相关,当钻进角度较小时,此时钻进过程中,容易发生偏斜,发生偏斜程度相对较大,当钻进角度逐渐变大时,发生偏斜的程度就会相对较小。

松软低透煤层高压射流造穴强化抽采技术研究

为促进低透气性煤层瓦斯的预抽,消除煤层煤与瓦斯突出危险,采用高压射流冲孔造穴技术措施,构建高压射流冲孔造穴过程的煤体渗透率演化模型,并通过解算得到冲孔后煤体渗透率的演化及煤体内瓦斯运移的规律,即钻孔周围煤体的增透区半径随钻孔半径增加而线性增加。在新景矿进行冲孔造穴现场试验,结果表明:相较于直接预抽煤层瓦斯,采用高压射流冲孔造穴结合瓦斯抽采的措施可节省钻孔工程量,强化瓦斯抽采效果,且掘进过程中消除突出危险更有效,提高巷道的掘进速度,能够保证矿井安全生产。

压裂煤体煤与瓦斯突出敏感指标及其临界值的确定

为了确定新景煤矿压裂区域的煤与瓦斯突出预测敏感性指标及其临界值,并确定其适用条件,基于现场突出预测指标跟踪考察数据,采用模糊数学方法,分析确定钻屑瓦斯解吸指标K 1、钻屑量S为敏感指标。在保证突出预测准确率达65%的基础上,运用“三率法”确定突出预测指标临界值:钻屑瓦斯解吸指标K 1临界值为0.4 mL/(g·min 1/2),钻屑量S临界值为6 kg/m;引入含水率作为敏感指标临界值的适用条件,统计分析了考察范围内压裂钻孔径向范围15 m煤体的基础含水率,确定其临界值为7.43%。

山西塔山煤矿近距离软岩煤层巷道掘进技术方案

为确保近距离软岩煤层过巷掘进施工安全,山西塔山煤矿三盘区5307巷在近距离软岩煤层过巷掘进施工时,采取分层留底掘进施工工艺,对上标高巷道过巷处底板采取人工起底、铺设密集工字钢梁、浇筑以及悬吊锚索横梁等措施进行加固,对下标高巷道过巷段顶板近距离煤层采取架设U29型工字钢棚进行维护。研究表明:分层留底法掘进施工工艺有效提高了近距离煤层过巷掘进效率,保证了巷道施工安全;对过巷段近距离软岩煤层采取联合支护方案,有效提高了软岩薄煤层的稳定性,解决了软岩薄煤层预留难度大、支护困难等难题,取得了显著成效。

一种基于烟气软测量的SCR脱硝控制系统优化

介绍了基于给煤量的烟气软测量的SCR脱硝控制系统方案,对氨逃逸过大、控制系统时滞大和煤质多变等特性进行了优化处理。实践表明:经优化后NOx排放质量浓度可控制在160～200mg/m3,误差在±15mg/m3以内。

考虑流变特性的抽放钻孔应力分布和移动变形规律研究

为了研究抽放钻孔周围煤体的应力分布及移动变形规律,分析了钻孔周围煤体的力学特性,建立了考虑煤的塑性软化和扩容特性的黏弹塑性模型,得到了煤体应力、位移、孔径变化和卸压范围的表达式,对比分析了软硬煤层钻孔的应力分布及卸压效果,研究了抽放钻孔孔径变化规律,解释了软煤层钻孔抽放体积分数快速衰减的原因。研究结果表明:钻孔周围煤体具有塑性软化、扩容和流变特性,软煤层钻孔具有更好的卸压效果,蠕变变形更为剧烈,在短时间内就可能发生失稳破坏,阻塞瓦斯抽放的通道,致使瓦斯抽采体积分数迅速下降;硬煤层钻孔直径虽有缩小但仍处于稳定状态,并不发生堵孔现象,但是到井田深部由于应力增大,蠕变变形加剧,就有可能发生失稳破坏。研究成果与生产实践具有较好的一致性,可以为瓦斯抽采参数的确定提供理论指导。

软弱破碎煤岩体封注一体机理与新型封注装置设计

传统的封注装置及方法在软弱破碎煤岩体巷道的应用中存在操作烦琐、封孔效果差、注浆压力低等问题。设计一种新型封孔注浆装置,通过分析其封孔与注浆工作机理,分别建立新型封注装置及注浆孔受力力学模型,得到注浆压力及封孔长度的合理范围;采用理论分析与数值模拟相结合的方法,以封孔胶套受力、变形特征为主线,依据封孔胶套与孔壁接触特征,确定装置封孔段胶套几何尺寸与注浆孔径间的最佳匹配关系。结合工程实际,根据新型封注装置工作参数,模拟再现巷道帮部煤体注浆加固过程,揭示浆液流动规律及煤体应力、孔隙率变化规律,优化注浆孔孔深,形成一套较为具体的封孔注浆加固方案,在现场取得良好的应用,为类似条件下巷道围岩注浆加固提供了一定依据。

硬软煤质量比变化对煤吸附甲烷的影响

在单一煤体吸附甲烷的基础上,选用山西某煤矿同一进风巷硬软煤,按不同质量比进行分层混合。运用Langmuir单分子层吸附理论,对硬软煤处于不同质量比条件下混合煤样对其吸附特性的影响进行了实验研究。得出吸附量随硬软煤质量比变化的关系曲线、吸附常数a,b随硬软煤质量比变化关系式及瓦斯放散初速度ΔP随硬软煤质量比变化关系式,对瓦斯涌出受硬软煤质量比变化的影响进行了理论分析。分析结果表明软煤质量和其上部硬煤质量近似相等时,吸附常数a及放散初速度ΔP达到最大值,吸附常数b达到最小值。这一发现说明了在此情况下,煤对甲烷的吸附量及其压力均达到最大值,一旦扰动此类煤层,便会形成较大的压力梯度及浓度梯度,发生大量瓦斯涌出,研究结果对煤与瓦斯突出机理提供了理论基础。

软弱煤岩体扩孔锚固力学特性与试验研究

针对软弱煤岩体锚固性能差、锚固力低的技术难题,提出锚固孔孔底扩孔锚固提高锚固力的方法,并对扩孔锚固锚杆荷载传递过程和钻孔围岩应力分布特征等进行理论分析、实验室试验和数值模拟研究。研究结果表明:扩孔锚固增强了锚固体与钻孔围岩的相互作用,提高了锚杆锚固力,在拉拔荷载作用下扩孔锚固所能提供的锚固力显著高于正常锚固,锚固失效后扩孔段钻孔围岩经历"压密-破坏-再压密"循环变化过程,锚固力衰减较缓慢,且保持较高水平的残余锚固力;在动压荷载作用下,扩孔锚固状态下锚固力衰减少,具有较好的抵抗动压扰动破坏的特性,对解决动压软弱煤岩体巷道锚杆支护具有重要指导意义。

深部下组煤底板软岩与水的相互作用试验

为了探讨济北矿区深部下组煤底板岩石与水相互作用规律,以岱庄煤矿首采工作面底板2种不同岩性的岩样为研究对象,在纯净水浸泡条件下进行了为期57 d的电导率和质量损失率的连续测试。结果表明:岩样在纯净水中的电导率变化存在一定的规律,整体呈随时间延长而增长的趋势,且2种岩样变化规律相似;岩样电导率和质量损失率呈正相关关系。