采空区下巷道布置与锚固增效控制技术

以黄玉川矿的地质条件为基础,针对煤层群下行式开采时采空区下回采巷道稳定性差的问题,利用理论分析与数值模拟手段,计算得出了上层煤开采后采空区底板的最大破坏深度计算公式。为避开应力增高区域和采空区底板破坏范围,合理布置下层煤巷道掘进位置,提出4种巷道内错距离布置方案,采用数值模拟方法研究了采空区下方区域垂直应力分布特点及4种巷道内错距离布置下巷道围岩塑性破坏范围变化特征。针对巷道支护困难问题,提出了优化支护方案及锚固增效控制技术,研究表明,上煤层遗留煤柱造成应力增高区域严重影响巷道围岩稳定性,采空区下巷道内错布置距离为4倍巷道宽度时处于应力降低区。采用优化支护方案及锚固增效控制技术后,巷道围岩应力状态良好,垂直应力逐渐降低,围岩塑性区减小,巷道表面位移得到有效控制。

受采空区和煤柱影响巷道支护技术应用研究

针对受采空区和煤柱影响巷道的稳定性问题,采用FLAC3D数值模拟的方法,对采空区巷道受2次采动和不同宽度煤柱影响下围岩的变形特征及应力分布规律进行研究,基于耦合支护技术提出了具体的支护方案。结果表明,底板岩层的应力分布受邻近采空区和煤柱叠加应力的影响,煤柱到采空区80 m范围内底板岩层受到剧烈影响,最大应力集中系数为3.9;当煤柱宽度增大时,巷道围岩塑性区随之减小。根据巷道的破坏特征及应力分布规律,提出“高强锚网索+浅深部围岩分次注浆加固+喷浆”分层耦合支护技术参数,在现场得到了成功应用。

采空区下综采工作面液压支架强度研究与实践

凉水井煤矿431303工作面位于4^(-2)煤层采空区下部,为了实现该工作面的安全高效生产,结合工作面地质条件,采用经验估算法、数值模拟法对液压支架的支护强度进行研究,确定了合理的液压支架型号。实践表明,选择的液压支架合理,保证了工作面的安全生产,为该矿其他类似工作面液压支架选型提供了参考。

回坡底矿近距离煤层回采巷道布置方式的确定

结合回坡底煤矿东区10#和11#近距离煤层开采地质条件,分析了10#煤层开采对下位11#煤层的影响,运用FLAC3D软件分析比较了下位煤层回采巷道外错式布置、重叠式布置、内错式布置方式的应力分布和塑性区情况。模拟结果和现场应用观测结果表明,采用重叠式布置方式是合理的,技术上可行。

近距离采空区下特厚煤层综放开采可行性研究

根据龙王沟矿煤层赋存条件及上覆岩层力学性质,研究近距离煤层上覆6上煤层已采对下覆6煤特厚煤层综放开采时支承压力的影响,进行了物理相似模拟实验研究。从围岩应力场分布角度对上覆已采煤层对下覆煤层综放面作用机理进行了分析。研究认为:该条件的近距离采空区下特厚煤层综放面在开采过程中,强矿压发生频率高,发生第二次周期来压后,每次周期来压发生时支架工作阻力超过模拟支架量程,达到24000k N以上,最大82952k N,对工作面危害大,支架上方顶煤破坏严重,煤壁片帮严重,支架超载、压架现象频繁,严重影响工作面的正常生产,所以采用垮落式采煤方法开采6上煤之后在采空区下一次开采21m厚的6煤,研究认为目前不可行。

新峪矿采空区下近距离巷道矿压特征研究

为研究采空区下近距离巷道的矿压特征,通过现场围岩变形监测分析了回采期间巷道的围岩变形规律,采用数值模拟的方法研究了巷道围岩应力的变化规律。结果表明:巷道的竖向收敛量是两帮收敛量的2.02~3.09倍;距工作面10 m的范围内,是采动影响的剧烈区,两帮在此区域受到的影响更为显著;巷道靠煤柱一侧围岩,竖向应力均呈现出一直增长的趋势,采空区的出现破坏了其下方围岩应力变化曲线的指数函数分布形式;上层采空导致了下层工作面的顶板不完整,支承压力作用明显减弱,影响范围仅为5~10 m,相比常规类型巷道,影响范围大大缩小;由于上层煤柱侧向支承压力的存在,帮部岩体易因受压膨胀而破坏,引起顶板整体下沉,采空区渗水会加剧铝质泥岩的底板隆起。

近距离煤层采空区下动压回采巷道合理布置研究

为解决近距离煤层采空区下和上区段工作面动压双重因素影响下的煤层回采巷道布置问题,以西曲矿29205工作面为工程背景,在巷道围岩地质力学测试的基础上,运用FLAC数值模拟软件对29205正巷不同布置方式下围岩应力分布和塑性破坏特征进行研究,并结合围岩控制方面提出合理的支护措施,确定最佳巷道布置方式。研究结果表明:综合考虑各因素,29205正巷采用内错距离为中对中7 m煤柱,实体煤柱为3 m的布置方式,布置于8#煤采空区下方。

平朔井工二矿1103采面初次来压数值模拟分析

针对平朔集团有限公司井工二矿1103采面11号煤层开采问题,采用综放采煤法回采,拟采用大采高一次采全高综采采煤法开采.为保证安全生产需进行初次来压分析.运用FLAC计算软件模拟分析研究初采阶段初次来压规律,分析判断来压位置和来压强度.结合研究理论分析总结老顶初次来压规律.研究结果对该矿具有重要意义,确保该矿继续安全高效生产,同时也为其它相似地质条件的矿井生产提供重要参考价值.

近距离采空区下大断面沿空掘巷支护技术研究

为了解决潘二矿近距离采空区下大断面沿空巷道支护难题,根据潘二矿12224工作面的工程地质条件,结合近距离采空区下沿空掘巷顶板承载能力低、稳定性差的特点,提出通过在巷道顶板两侧布置斜拉锚索形成类似桁架结构的支护方案,并通过数值模拟和现场实践对该方案进行论证。结果表明:方案的实施提高了顶板的承载力,有效地控制了巷道的变形。

利用采空区瓦斯流动规律进行瓦斯抽放的探讨

通过对采空区抽放瓦斯试验进行分析 ,找出了试验失败的原因 .在对采空区瓦斯流动规律分析研究的基础上 ,提出了采空区瓦斯抽放的设想 ,为采空区瓦斯抽放提出了新的理论依据 .研究认为 ,进行采空区瓦斯抽放不仅有利于大气环境保护和安全生产 ,而且还可以创造出可观的经济效益 .

采空区上边坡稳定问题

采空区上边坡稳定性有三种情况:产生滑坡或崩塌;虽然地表严重开裂但边坡和山体仍长期保持稳定;虽处采空塌陷区外侧,但因位于塌陷盆地外边缘鼓张区而发生地面隆起。文中系统地论述了稳定分析的基础工作,即“三下采煤”理论、方法的运用,工程地质条件的基本研究和岩体工程地质力学研究、分析与评价。指出了采空塌陷对其上或邻近边坡稳定性影响的三方面因素。系统地阐述了采空区上边坡稳定分析步骤、方法和评价原则及第四纪土质边坡的稳定性分析、评价要点。最后以三个典型实例介绍了采空区上边坡稳定性三种不同后果。

五阳矿西部扩区建筑物下压煤二次条带开采研究

针对五阳矿西部扩区建筑物下压煤资源需迫切回收的技术难题,结合五阳矿西部扩区的地质条件和条带开采实际,采用理论分析和数值模拟的研究方法对二次条带开采的可行性进行了系统研究,提出窄煤柱沿空掘巷的二次条带开采方案.结果表明:在条带开采地表移动变形稳定后对遗留煤柱进行二次条带开采是可行的;二次条带开采合理的采宽为40 m,留宽为55 m;二次条带开采后地表移动和变形值增大,但对建筑物的损坏仍然处于Ⅰ级损坏之内,遗留煤柱仍能长期保持稳定.二次条带开采为建筑物下压煤开采寻求到一条新途径.

综采工作面采空区下开采端头悬顶控顶技术

为了有效解决哈拉沟煤矿12103综采工作面回顺采空区悬顶问题,通过分析该巷道悬顶原因,提出了将锚索支护排距调整为4 m,每排3根锚索;工作面推进速度不超过1.1 m/d;提前在回顺顶板打一排炮眼,待炮眼推过回顺端头支架顶梁1 m后联线放炮放顶等悬顶控顶技术。

采空区下高精度三维地震勘探及奥灰富水性探测新技术

系统论述了大面积采空区下煤田地质勘探引进应用的石油地质高精度三维地震勘探及奥灰富水性探测新技术,并阐述一系列的针对诸多技术难点采取的精准关键技术对策,包括采集、处理、解释一体化地球物理勘探技术、优势地震采集观测系统、系列地震资料的关键处理技术和精细解释关键技术,分析总结并提出认识与建议。

公路下伏采空区注浆处治泡沫轻质土新型材料试验研究

为解决西北部地区公路经过采空区采用常规水泥粉煤灰浆液注浆处治存在的问题,采用阴、阳离子型泡沫剂,对水泥粉煤灰浆液进行发泡改性,研制出一种新型泡沫轻质土注浆新材料。研究结果表明:泡沫轻质土新材料强度和密度随着水固比的减小而增大,随着水泥占固相比的增大而增大,随着泡沫溶液掺量增加而减小。提出了两种适用于公路一般路基、桥梁、隧道下伏采空区注浆处治的新型轻质注浆材料配比范围。

近距离采空区下工作面矿压显现分区特征研究

针对神东矿区近距离采空区下工作面初采期间多次强烈矿压显现现象,采用现场实测、理论分析对初采期间不同区域矿压显现特征及其机理进行了分析。研究表明,相对于上位煤层常规工作面,下位煤层工作面矿压呈现明显的非周期性和分区演化特征,且采空下工作面初采期间来压位置与上覆单侧采空煤柱和关键层初次断裂位置相吻合,据此对初采期间矿压显现进行了分区。建立了工作面初采期间矿压显现各分区覆岩运动结构及其力学模型,分析了不同区域内矿压显现机理;工作面出上覆单侧采空煤柱阶段矿压显现受关键层破断与煤层间岩层的耦合作用,受层间距影响,工作面出现"偏态"矿压现象;工作面在采空区下回采时,由于煤层间岩层已破坏,其对来压期间矿压显现影响较小,对非来压期间矿压显现影响较大。提出了近距离采空区下工作面矿压防治措施,即在单侧采空煤柱下合理选择开切眼位置和合理提高工作面推进速度。

公路下伏采空区泡沫轻质土新型注浆材料施工性能试验研究

对采空区注浆处治常用的水泥粉煤灰浆液进行发泡改性,制成泡沫轻质土新型注浆材料,通过室内试验研究其施工性能及其影响因素。结果表明:在同一固相比条件下,浆液流动度随着水固比的减小而减小。新材料流动性随泡沫溶液掺量的增加而减小;随着水固比的减小和泡沫溶液掺量的增加,新材料的分离率逐渐减小;在相同固相比情况下,泡沫轻质土凝结时间随着水固比(水灰比)的减小而相应地缩短。水固比(水灰比)对泡沫轻质土的凝结时间有显著影响;提出了满足施工要求的公路下伏采空区泡沫轻质土新型注浆材料的配比范围。

房柱采空区下回采工作面覆岩运动规律研究

基于西部矿区某矿浅埋煤层采空区下开采条件,应用KJ768微震监测系统,分析了采场覆岩破裂特征,探讨了房柱采空区下上覆岩层运动规律,进行了上覆岩层大范围沉降运动预测研究与实践。结果表明:随工作面推进,微震事件表现为动态发展特征,微震事件超前工作面200 m左右分布,采空区顶板及下部工作面顶板岩层都有微震事件分布,根据多次顶板运动情况,依据确定的微震预警指标,进行了房柱采空区下工作面覆岩层运动的预测研究与实践。基于该研究成果,该矿有针对性地采取了降低工作面推进速度、合理控制采高等措施,确保了工作面安全生产。

近距离煤层采空区下巷道支护技术研究与应用

以平朔矿区11煤回采工作面巷道掘进为工程背景,详细介绍了矿区近距离煤层采空区下巷道支护成套技术及现场应用情况。在对矿区11煤围岩地质力学测试与评估、围岩可锚性试验和锚杆支护作用理论分析的基础上,根据煤层顶板层间距离的不同,提出了"锚杆+锚索"、"锚杆+短锚索"、"全长预应力锚杆"等以锚杆支护为主的巷道支护方案,彻底改变了近距离煤层巷道必须使用架棚支护的传统观念。实践证明,锚杆支护能够满足矿井近距离煤层采空区下巷道掘进与工作面回采的需要,在保证巷道支护安全的前提下,降低了支护成本和工人劳动强度,为提高巷道掘进速度创造条件。

高速公路下伏采空区安全深度的数值模拟研究

基于高速公路穿越煤矿采空区的工程案例逐渐增多,当采空区埋深小于某阈值时,车辆外荷载可能诱使下伏覆岩结构失稳、活化,威胁行车安全。为保障采空区上方高速公路的安全运营,本文在顾及车辆荷载具有周期循环动态加载特性的基础上,结合数值模拟实验研究了不同路堤高度、路面刚度、车辆载重及行车速度等多工况条件的车辆荷载扰动深度,基于回归统计分析给出了车辆荷载扰动深度经验表达式,并提出了高速公路下伏采空区安全深度的确定方法。研究结果表明:随着路堤高度、路面刚度及行车速度的增加,荷载扰动深度逐渐减小,而随着车辆载重的增加,荷载扰动深度逐渐增大;荷载扰动深度与路堤高度之间呈线性相关,与路面刚度、车辆载重及行车速度之间呈非线性相关;经验公式计算值相较于数值模拟实验值的残差介于0~2.8 m,均方根误差约为0.95 m;高速公路下伏采空区安全深度应大于车辆荷载扰动深度与导水裂隙带高度之和。最终,将上述研究成果应用于武云高速,结果表明武云高速下伏采空区的安全深度应超过104 m,该值小于研究区域最浅采空区埋深(158 m),即武云高速外荷载不会导致下伏采空区结构失稳、活化。