Investigation into the deformation of a large span roadway in soft seams and its support technology

We investigated the deformation failure mechanism of surrounding rock from the aspect of engineering support for a roadway in seams with soft roofs and soft floors and observed the large displacement of the roadway in these soft seams.The result shows that the deformation area is quite large,and settlement of the roof is evident and displacement of the side walls is also obvious.We considered rock bolt-cable coupling for roadway support in seams with soft roofs and floors,in which the cable should be fixed at key positions.As well,we designed an optimal scheme to support a roadway in soft seams of the Shizuishan Second Mine in Ningxia,China.Field monitoring results show that bolt-cable coupling support has achieved the aims of roadway stability control and minimizes deformation.

特厚煤层底板断层破坏与顶板垮断联动效应的CFDEM模拟研究

特厚煤层采场空间大、覆岩扰动范围广,顶板垮断产生的强扰动加卸荷载易导致底板断层破坏加剧。通过数值模拟研究特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应机理规律是开展水害防治的基础,关键在于掌握加卸载下岩体渐进破坏与裂隙流耦合特征。构建加卸载下拉、剪损伤演化方程,结合有效偏/球应力为基本变量的屈服准则与塑性势函数,得到完整岩块的塑性损伤本构;建立拉/剪、混合型加卸载过程中塑性位移与强度劣化关系,以平方拉剪应力与B-K准则为初始、完全断裂准则,形成非贯通裂隙断裂本构;提出岩块分离、压缩、剪切判据,结合实验数据建立离散块体间挤压、剪切摩擦本构与剪胀方程。基于质量/动量守恒、状态方程,并结合流体体积与浸没边界方法,形成裂隙岩体气−水二相流模拟理论。由此形成CFDEM数值计算程序,并将加卸载下塑性损伤、断裂、挤压/摩擦、流体属性分别赋予实体单元(岩块)、黏聚力单元(非贯通裂隙)、接触对(贯通裂隙)、欧拉单元(水和气)。根据宁武煤田北部矿区工程地质条件,建立特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应数值计算模型。结果表明:①CFDEM耦合程序及相应的理论模型可数值实现特厚煤层覆岩及底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及地下水在裂隙中运移;②模拟条件下特厚煤层含断层底板的采动裂隙包络线呈w形,最深处超过55 m位于断层及其上盘,最浅处23 m位于断层下盘,而无构造底板处的破坏深度为24~36 m,已导通奥灰含水层;③特厚煤层底板普遍出现二次破坏现象。表现为无构造底板在超前工作面处破坏深度为24.0~29.3 m,但在采空区内普遍增加至31.5~36.0 m;断层及其上盘在超前工作面处裂隙总开度为0.34~0.86 m,但在采空区内迅速增加至3.6 m,形成突水优势通道。④底板断层突水与顶板垮断联动效应的根源在于覆岩高位关键岩层垮断失稳、砌体梁下沉与二次断裂,并导致底板二次破坏,突水风险加剧。

深部顶板夹煤层巷道变形破坏分析及其控制

为了探究深部顶板夹煤层软岩巷道大变形破坏问题,以平煤六矿三水平戊二胶带运输巷为工程背景,开展夹煤层巷道围岩破坏分析及控制对策的研究。首先,构建原支护体系组合拱力学模型,推导出直墙半圆拱形巷道稳定判别式;其次,提出“锚网索-梁-注浆-组合砂浆锚索”联合返修控制对策,即沿戊8煤层顶板进行巷道扩刷,采用锚网索、梯子梁完成基本支护,对围岩进行深浅孔注浆加固、顶板及两帮关键部位布置组合砂浆锚索等加强支护,并通过数值模拟分析返修前后应力、位移场分布特征;最后,开展工业性试验,并监测矿压。结果表明:两帮及顶底板最大收敛量分别为93、112 mm,后期变形速率均低于1 mm/d,围岩变形得到有效控制,返修效果良好。

层理劣化影响下破碎顶板巷道变形机理及控制研究

为解决层理劣化的破碎顶板下巷道支护难题,以辛置煤矿东四运输延伸巷为工程背景,研究了该巷道层理劣化的顶板变形破坏规律,提出了相应的支护对策,并进行了现场应用。采用FLAC3D中的interface单元,建立了含层理的巷道顶板模型,分析了层理影响下破碎顶板变形破坏特征,对比了不同支护方案的巷道围岩变形规律。对层理劣化的顶板,高预应力锚杆能充分提高顶板自承载能力,进而降低锚杆支护密度,既能控制巷道围岩变形,亦能提高掘进速度。最终,将提出的支护对策应用于现场,监测数据表明:该支护对策能保证巷道围岩稳定,且有利于提高巷道掘进速度,对类似的层理劣化的破碎顶板下巷道支护提供了参考。

煤矿井下钻孔雷达技术在煤层顶底板探测中的应用

智能开采工作面地质透明化是实现煤炭资源智能精准开采的前提和保障。介绍了钻孔雷达技术在探测煤层顶底板起伏中的应用,主要分析了钻孔雷达探测煤层顶底板界面的原理以及应用开展情况。在山西A井工煤矿顺煤层钻孔探测煤层顶底板起伏中对钻孔雷达技术进行了应用。结果表明:预测煤层顶底板界面与实际煤层顶底板界面吻合度较高,对工作面的回采具有重要指导意义。

动压影响区松软留顶煤巷道支护技术研究

厚煤层开采工作面回采巷道断面普遍较大,随着矿井采掘深度和开采范围的不断增大,回采巷道围岩控制难度增加,这就需要做好动压巷道围岩变形控制。本文以某煤矿11307回顺为研究对象,分析动压影响下松软留顶煤巷道围岩变形特征及影响因素,并提出具体支护方案。总体来说,采用锚杆索、注浆、钢筋托梁及金属网组合支护顶板,采用锚杆索、金属网组合支护巷帮。工程应用后,11307回顺巷道位移变形量较小,可满足使用需要。

特厚煤层大断面软岩巷道底鼓治理措施与效果

以斜沟矿特厚煤层大断面软岩巷道反复强底鼓工程实际为背景,综合运用理论计算与现场监测方法,结合巷道底板岩层特性,判断巷道底鼓类型,引用巷道极限平衡理论,计算得出巷道极限平衡区最大深度为11.05 m,设计“双应力壳-梁”控制巷道底鼓措施。现场应用的监测结果表明,采用新的控制措施后,巷道底鼓量最大为17.49 cm,巷道底板围岩控制措施取得较好效果。

The relation between modes of lithologic association and interlayer-gliding structures in coal mine

As a case study of the Panji No.1 Coal Mine in Anhui Province, based on thesite measured and statistical data, summarized the lithologic associations, characteristicsand distribution laws of interlayer-gliding structures and tectonic coal in the No.11-2 coalseams.The results show that 9 modes of lithologic association can form interlayer-glidingstructures.It is more easy for rock slip to occur when the lithologic associations are mainroof + coal seam + immediate floor type, compound roof+immediate roof + coal seam +immediate floor type and immediate roof + coal seam + immediate floor type.Lithologicassociations of roof and floor are the precondition to the formation of interlayer-glidingstructures.

矿山采动突水危险源划分与致灾危险性评价研究

为了实现工作面开采过程中对煤层顶底板突水危险性进行动态评价,依据西北型、华北型煤矿区水文地质结构、突水主控因素、突水致灾模式、水害类型的分析,建立了水源、通道和采动三准则来表征煤层顶/底板突水危险源与致灾危险性之间的关联,构建了煤层顶/底板突水危险性的关键危险源的评价指标体系,将指标体系中随着工作面开采具有动态变化的指标因素(含水层水压、应力-应变、导裂带高度/破坏带深度)作为危险源动态特征辨识的目标,建立多场-多参数的工作面突水危险性动态评价概念模型,提出了矿井突水的临界判别准则,依托深度学习/强化学习的海量参数分析计算能力,为煤层顶/底板突水危险性动态评价分区提供理论支撑。

三软煤层托顶煤巷道支护技术

针对一矿井井下巷道施工中遇到的工程技术难题,采用钻孔触探法在巷道施工现场对煤层及顶板岩体进行了强度测试,并以工程现场调查为基础,定义了技术难题,分析了三软煤层托顶煤巷道的变形特征。针对三软煤层巷道在截割过程中顶煤冒落的难题提出超前管棚加固的控制方法,并配套采用双层加固、强护表预紧力扩散和平顶U型棚加固的方法形成成套的围岩控制技术开展工业试验。实践结果表明,该技术在三软煤层托顶煤巷道中能够有效控制围岩变形破坏。

倾斜软硬交互岩层双基本顶切顶留巷围岩控制技术研究

对倾斜软硬交互岩层双基本顶切顶留巷围岩控制难题,阐明了该地质条件下采空侧-顶板-实体煤帮综合护巷机理,针对性地提出了采空区侧“U型钢插顶插底+高强锚索补强+金属网挡矸护帮”、留巷顶板“槽钢桁架锚索+切顶锚索+单体柱撑顶”、实体煤帮“槽钢桁架锚索强力锚固”的综合控制技术;提出了布孔形式、布孔间距及角度、布孔深度、装药参数及封泥长度等爆破切顶参数。现场结果表明:9.5 m深度的切顶孔利于倾斜软硬交互岩层切顶留巷围岩控制,切缝侧顶板与实体煤帮稳定后的最终变形量约为192 mm与119 mm,保证了下工作面安全回采。

特厚煤层综采面瓦斯涌出规律及优化治理技术研究

针对魏家地煤矿1号特厚瓦斯突出煤层在回采过程中瓦斯涌出易造成工作面上隅角瓦斯超限问题,开展了工作面瓦斯运移涌出、储集规律及定向钻孔瓦斯综合治理技术研究。通过分析定向长钻孔施工过程中存在的问题,对定向钻孔施工工艺和封孔工艺进行优化,实现了定向钻孔的快速、安全钻进。通过分析卸压瓦斯涌出及运移规律,得出1号煤层开采后,2号煤层处于底板裂缝带范围,卸压瓦斯大量上涌,采空区顶板上方40~65 m范围内发育大量离层裂隙,为卸压瓦斯的富集提供了储存空间;下覆2号煤层的部分瓦斯在扩散和升浮的作用下向上扩散,最后聚集在1号煤层上方的离层裂隙中,形成瓦斯富集区域。针对分析结果,在应用技术优化前提下开展了现场试验研究,结果表明:采用优化后的顶底板定向钻孔技术后,工作面瓦斯涌出量由原来的32 m^(3)/min降至15 m^(3)/min,瓦斯浓度由0.75%开始降低并稳定在0.23%,有效保障了工作面的安全高效生产。

三软煤层巷道掘进防漏的顶预防性注浆技术研究

某矿3130巷沿着13号煤层底板掘进,13号煤层为典型的三软煤层,顶板冒落及变形量大问题较为明显,特别是3130巷掘进至1 560~1 620 m范围内时,受区域褶曲构造影响顶板破碎、裂隙发育,巷道冒顶风险更为突出。因此,提出采用注浆方式对顶板进行超前加固的预防性措施,提高顶板稳定性及承载能力。依据3130巷围岩特点并结合以往注浆经验,提出使用管棚注浆方式加固顶板岩体,并具体设计超前注浆加固技术方案。现场应用后,巷道掘进期间顶板始终保持稳定,未出现冒顶、片帮等问题,同时巷道围岩变形量整体较小,围岩变形控制效果显著。

山西三元煤业4326工作面煤层顶底板富水性探测与分析

为了查明三元煤业工作面勘探范围内顺煤层及煤层顶底板上下煤岩段富水性,保证工作面安全生产,采用音频电透视物探方法探查工作面顺煤层及顶底板方向的富水性情况。探测结果表明:在底板0~80m范围内存在3处电性异常区,2处异常区分布在向斜轴部区域附近,为受向斜轴部影响煤层底板砂岩和灰岩含水层局部富水所致;1处异常区为底板K7砂岩含水层局部富水所致。分析结果对工作面安全回采及防治水工作起到指导作用。

沿空留巷技术在软岩顶底板煤层中的应用

沿空留巷技术已成熟,在老母坡煤业2、3号煤层工作面连续使用。2020年,老母坡煤业开采太原组5号煤层,相比于2号煤层和3号煤层,5号煤层顶底板岩层强度低,且较为破碎,对沿空留巷应用带来了挑战。为继续此先进工艺,采取了喷浆注浆、切顶卸压、增长复合铁鞋行程,增大铁鞋等措施,使得沿空留巷在软岩顶底板条件下得到了成功实施,为类似地质条件下沿空留巷应用提供重要借鉴。

大倾角三软厚煤层综采工作面旋转开采技术

为减少煤炭资源损失,对潘北煤矿在大倾角(30°)三软厚煤层工作面进行旋转开采技术,设计了进刀比为1∶3的旋采方法及旋采关键技术方案,即对运输巷和回风巷进行超前刷扩和单体挑棚支护,以便调整转载机与带式输送机方向,保持工作面等长;在液压支架与刮板输送机间连接防滑千斤顶和锚链,以减少刮板输送机下滑量,保持综采机组整体稳定性;采用顶板铺链网并在架头连接工字钢,加强顶板管理,防止片帮、冒顶发生。实践结果表明,旋转开采技术的实施保证了大倾角三软厚煤层工作面的安全高效开采。旋采期间日产量达正常综采期间的93.1%,旋转开采经济效果良好。

三软煤层综放工作面覆岩垮落及裂隙导水特征分析

通过大南湖一矿三软煤层工程地质条件及煤岩物理力学参数的综合分析与测定,开展了对应条件下的物理相似模拟,分析了综放工作面围岩运移及覆岩破坏高度,探索了现场支架实测阻力与覆岩裂隙导水位置、导水量间的关系。综合分析表明:1303综放工作面顶板垮落带高度为20 m,模型表面裂隙延伸高度观测结果与3D钻孔电视合成的钻孔内壁破裂剖面揭示出的裂隙延伸高度均为98 m,与经验公式计算基本一致。工作面超前影响范围随开采范围而增大,最终趋于稳定。1303综放面工作面划分为两个较为明显的压力集中区,工作面裂隙导水量、导水位置与压力集中区中支架压力变化相关,覆岩裂隙导水显现的位置处在工作面中下部顶板压力集中显现区(2区)的位置几率较大。建议1303工作面提前疏放上覆含水层以及老窑积水的同时,加强对两个压力集中区(1区和2区)的监测,尤其是2区,密切关注架后顶板垮落情况与工作面淋水量变化,及时的给出来压预警与导水位置及导水量预测。

超化煤矿“三软”煤层采动底板变形破坏的实测研究

通过现场应变实测系统研究了郑州矿区超化煤矿"三软"煤层底板采动变形破坏的深度及其受采动煤壁前方影响的范围。得出了在正常采动情况下厚的软煤和软底对应力和变形的传播具有一定的缓冲作用,受超前应力集中的影响,竖直应力的变化比水平应力大。揭示了中段灰岩组对应力分布和变形破坏的重要控制作用,为豫西煤炭资源向深部开采所引起的底板水防治提供了部分参考的依据。

特殊条件下大采高工作面回撤通道稳定性控制研究

为了实现特殊条件下大采高工作面设备快速安全回撤,以赵庄矿5310工作面回撤通道为工程背景,综合采用现场调研、数值模拟、理论分析等方法,研究了基本顶不同断裂位置和周期来压步距对回撤通道的影响,进而确定合理的回撤通道位置;根据回撤通道赋存特征和围岩条件,坚持"顶帮协同控制"的原则,在提高支架初撑力的基础上,顶板采用全锚索支护、煤帮为锚网索联合支护。现场监测表明,该支护方案能够实现工作面设备顺利回撤,可为类似条件下工作面回撤通道的稳定性控制提供借鉴和参考。