Overburden fracture evolution laws and water-controlling technologies in mining very thick coal seam under water-rich roof

Considering the danger of water inrush in mining very thick coal seam under water-rich roof in Majialiang Coal Mine,the universal discrete element(UDEC)software was used to simulate the overburden fracture evolution laws when mining 4#coal seam.Besides,this study researched on the influence of face advancing length,speed and mining height on the height of the water flowing fractured zones(HWFFZ),and analyzed the correlation of face advancing length and change rules of aquifer water levels and goaf water inflow.Based on those mentioned above,this research proposed the following water-controlling technologies:draining the roof water before mining,draining goaf water,reasonable advancing speed and mining thickness.These water-controlling technologies were successfully used in the feld,thus ensured safely mining the very thick coal seam under water-rich roof.

富水顶板巷道围岩控制技术研究与应用

针对富水顶板巷道围岩软化、强度降低、裂隙发育等问题,现有方法难以有效揭示富水巷道裂隙发育情况,普通支护已不能满足实际生产要求。以宁东煤田红柳煤矿I010401工作面运输巷为工程背景,采用地质雷达探测方法,开展了富水顶板巷道围岩裂隙发育规律的研究,提出了高预应力锚杆+树脂加长(全长)锚固+喷砼封闭围岩的富水顶板巷道围岩控制技术,并采用FLAC数值模拟对巷道支护参数进行优化设计。回采期间巷道顶底板变形量最大值为180 mm,两帮变形量最大值为125 mm,巷道顶部破碎深度为1.70 m,开采帮为0.40 m,非开采帮无明显松动圈,巷道顶板、两帮表面无明显破坏现象,围岩控制效果较好,表明优化后的支护方案能够确保富水顶板巷道的安全稳定。

富水巷道泥质顶板围岩控制技术研究

针对五阳煤矿集中胶带大巷富水、泥质顶板、围岩软弱、变形破坏严重等特点,采用现场勘测、数值模拟和现场监测等手段系统地研究了富水巷道泥质顶板的破坏机理,总结了富水顶板变形失稳的影响因素,提出布置疏水孔、高强度锚杆(索)联合支护以及注浆加固的综合控制技术,对富水巷道泥质顶板围岩进行支护,并成功应用于现场工程实践。应用结果表明,采用该围岩综合控制技术后,减少了水对顶板的弱化作用,提高了顶板承载能力,实现了对富水巷道顶板的有效控制,保证其服务年限内的稳定性和安全使用。

煤层顶板水探放关键技术研究与探讨

顶板水疏放治理是采掘工作面水害治理的一个重要环节,疏放技术及治理效果对于各煤矿企业来说有自己的不同理解;随着科学技术的不断进步,更多地先进技术和理念应用到煤矿灾害治理中,降低了水、火、瓦斯、煤层、顶板等灾害事故,对灾害的预防和治理取得一定的成就;顶板水疏放方面更是因先进理念的引入有了不一样的解读和治理。根据《煤矿防治水细则》要求,可采用直流电阻率电测深、瞬变电磁等方法进行探测,采煤工作面应当选择两种以上方法,相互验证[1]。通过引进先进理念与技术,解决煤矿开采水害问题。

基于瞬变电磁法的煤矿富水区勘探研究

为了查明山西华宁焦煤有限公司煤矿富水区赋存形态,以满足矿井设计和开拓的要求,采用瞬变电磁法,基于研究区地质概况和地球物理特征,研究了工作方法与技术措施以及数据处理、资料解释,与三维地震解释出的煤层、构造信息进行综合分析,确定了区内煤层顶底板含水区域及构造赋水情况。研究得出,采用瞬变电磁勘探查明了2煤、10煤顶板富水区范围,其中圈定2煤顶板富水区7处,圈定10煤顶板富水区7处;查明了奥陶系灰岩的富水异常区,圈定奥灰富水异常区8处;查明了勘探区内主要断层的富水性,评价了断距大于5 m以上的11条较为可靠断层的富水性。

侏罗纪煤田延安组煤层顶板含水层富水性评价

侏罗系中统的直罗组风化基岩裂隙含水层和延安组烧变岩含水层是神南矿区煤矿生产面临的主要充水含水层,以柠条塔煤矿南翼1^(-2上)煤层隐伏火烧区内开采2^(-2)煤面临的顶板多层含水层水害现状,选取了影响风化基岩和烧变岩含水层富水性的补给条件、烧变岩厚度、风化基岩厚度、岩芯采取率、风化指数、岩性组合指数6个指标,采用组合赋权法与富水性指数法对单层含水层富水性进行评价与分区,而后进行叠加,对叠加后的含水层富水性进行评价分区,最后采用单位涌水量进行富水性分区结果验证。

矿井瞬变电磁法对某矿顶板富水性的探测研究

金属矿产在开采过程中上覆岩层发生破坏,沟通顶板富水区,严重危害安全生产。为预防水害,应用矿井瞬变电磁法透视顶板区域,从而圈定富水区域。通过瞬变电磁法采集数据,经数据反演后,直观展示顶板高阻异常与低阻异常的分布范围。通过分析高阻异常与低阻异常分布,查明并圈定了富水区域11个,其中强富水性区域5个,中等富水性区域2个,弱富水性区域4个。结果表明:矿井瞬变电磁法应用于顶板富水区域探测、富水性研究效果良好,准确性较高,能够为水害预警提供可靠资料。

侏罗系地层巷道淋水顶板破坏机理及治理研究

我国西部侏罗系主采煤层顶板普遍赋存低层位弱富水层,导致巷道顶板尤其是顶板锚索孔长时间淋水,降低顶板围岩强度和顶板支护效果,影响矿井煤巷顶板安全。为了研究淋水顶板破坏机理及治理措施,以内蒙古双欣矿业杨家村煤矿414106辅助运输巷淋水区为研究对象,通过现场调研和顶板钻孔取样可知,向斜区巷道顶板4 m以上区域存在明显导水裂隙,锚索孔流水呈线性淋水状态,顶板围岩弯离层程度大,部分锚索锚固段脱离围岩失效。矿物成分分析和水理试验表明,顶板砂质泥岩的黏土矿物中高岭石含量高达73%,软化系数为0.162,具有明显的遇水软化特性。淋水区巷道顶板围岩初期以静水压力破坏为主,遇水软化特性降低了裂隙结构面的力学性能,在静水压力作用下围岩裂隙的尺寸剪性扩张;后期以动水压力破坏为主,主要表现为裂隙结构面变形扩展、裂隙充填物位移、管涌等,顶板围岩破坏速度也逐步加快。结合巷道淋水顶板围岩由矿压显现变形和裂隙软化扩张发展到管涌冲刷破坏的全过程分析,按照顶板钻孔围岩破坏主要形式(物理软化、渗流破坏、吸蚀扩容破坏、冲刷变形破坏)划分为4个不同阶段,形成了以顶板钻孔围岩破坏主要形式、顶板锚索孔流水状态、顶板围岩裂隙发育特征和治水加固原则为关键指标的巷道淋水顶板破坏发展阶段判定准则。结合现场条件,确定了414106运输巷淋水区为淋水顶板破坏发展第Ⅲ阶段,提出了淋水区巷道顶板锚索封孔注浆(疏水)结构形式和“深孔疏水+浅部封水+深部加固+高预应力支护”原则,制定了淋水区巷道顶板高预紧力长锚索补强与封孔注浆相结合的锚封注一体化补强方案,通过现场工业性试验和矿压监测可知,达到顶板治水和围岩加固的效果。

基于红外辐射的富水复合顶板巷道围岩稳定性无损监测研究

为了实现对煤岩体长周期、高效率的监测预警,利用红外辐射监测技术,研究了红柳煤矿I010401工作面和I020308工作面运输巷在观测周期内的红外热像图、平均红外辐射温度(AIRT)和差分红外辐射温度(VSMIT)变化特征,得到了红柳煤矿I010401工作面和I020308工作面运输巷的VSMIT判定阈值。研究成果表明,红外辐射监测技术在现场监测应用是可行的,可对红外辐射监测技术在矿山围岩稳定性监测的应用提供借鉴。

软弱富水地层大断面隧道挑顶施工技术研究

复杂地质条件大断面隧道斜井进正洞挑顶施工风险高,交叉口处空间结构复杂、应力转化频繁,支护结构强度难以有效抑制围岩变形,导致塌方事故威胁施工安全。为了提高软弱富水地层大断面隧道挑顶施工的安全性,本研究以三清高速公路西山营隧道斜井进正洞段挑顶施工为例,提出了在交叉口处采用门架上部拱架和门架加强环联合支护的新型支护结构,优化了门架加强环支护强度及挑顶施工工艺,阐述了垂直挑顶进洞施工方案、施工流程和施工要点。研究结果表明,所提的新型支护结构减少了开挖面围岩的超挖面积与变形量,加强了应力集中部位的支护强度与稳定性。所提工法的施工用时仅20余天,相较于传统工法节约近一倍工期,通过合理组织工序加快了斜井进正洞段交叉口处的施工进度。隧道现场监测结果表明,挑顶施工期间交叉口处围岩收敛变形及稳定性控制满足施工要求。总体上所提工法的技术原理简单、实际操作性强,可为类似工程地质条件下大断面隧道挑顶施工提供经验参考与技术指导。

富水条件复合顶板巷道围岩控制技术研究

某矿1305运输巷顶板为复合顶板(煤层及泥岩互层),具有承载能力差、容易变形等特点,同时上覆岩层存在有裂隙水,增加顶板控制难度。依据1305运输巷顶板岩层特征,综合使用长锚索、短锚索对顶板进行支护,并具体设计围岩控制技术方案。现场应用后,1305运输巷围岩变形得以有效控制,采用的支护技术方案可实现运输巷长期使用安全。

富水泥化顶板条件下开切眼围岩控制技术研究

基于富水泥化顶板大断面巷道掘进、支护困难的问题,以申家庄煤业N11511综采工作面开切眼为例,研究了富水泥化大断面开切眼掘进支护技术,结合现场实际地质条件研究确定了大断面开切眼支护所需锚杆和锚索长度、直径以及间排距等参数,优化工作面顺槽前期顶板注浆加固、切眼一次贯通、二次扩巷等工序。结果表明,注浆区域采用锚梁悬吊替换单体柱,节省占用空间,为搬家创造条件,二次扩巷提前打设中柱,有效防止围压增大,做到了有效管控,为类似地质条件下的大断面巷道掘进与支护以及后续综合利用提供借鉴。

富水顶板大变形破坏特征及分区动态支护技术研究

富水顶板对回采巷道开挖及服务期间均具有较强影响,巷道顶板吸水或失水过程都将弱化其完整性,造成巷道发生大变形,影响工作面安全高效生产。以布尔台煤矿22204工作面为研究对象,采用理论分析、现场探测、数值模拟综合研究方法明确了不同区段巷道塑性区分布特征,认为无支护条件下含水区段塑性区发育范围约为5 m,明显大于正常区段塑性区范围2 m,且塑性区均呈明显非对称分布形态,同时提高支护强度可显著控制含水巷道塑性区半径。在此基础上提出了对顶板富水区段巷道进行“锚索+钢带”补强支护的分区动态支护方案,并进行了工业性实践,围岩控制效果显著。

瞬变电磁法在煤层顶板含水层富水性勘查中的应用研究

采用地面瞬变电磁法勘探技术,在主要大巷、首采面、次采面范围内对影响主要煤层开采的含水层的富水性进行探测,研究得出了探测区内延安组、直罗组、安定组及基岩风化带岩层低阻异常分布,圈定了异常区范围;分析了探测区内主采煤层(2煤)及其顶板砂岩低阻异常分布,圈定了异常范围;获得了不同异常区的平面、垂向联系以及探测区内主要断层构造的富水性情况。研究可为井筒、巷道开拓以及生产阶段煤层的安全回采提供参考。

新型材料在掘进巷道冒顶事故中的应用实践

为了安全高效地解决富水软岩掘进巷道冒顶问题,提出采用新型注浆加固材料马丽散KS对巷道围岩进行注浆加固。该材料除了具有极好的黏结能力外,还可以与水发生反应而膨胀,在北辛窑矿2#层掘进巷道冒顶治理现场应用后,起到了对顶板的止水、充填和加固作用,实现了对冒顶区域的安全高效治理。

瞬变电磁法在矿井顶板低阻岩层富水性探测中的应用

为了验证瞬变电磁法在燕子山矿综采工作面顶板低阻岩层富水性探测中的应用效果,阐述了矿井瞬变电磁法原理,采用建立三维地质模型的方法分析电磁响应特征。通过现场实际应用效果来看,瞬变电磁法能够准确圈定低阻异常范围,为精准探测工作面富水区提供实践依据,有效杜绝水害事故发生,保障了煤矿安全高效生产。

虎龙沟煤矿81517工作面顶底板富水性探测

采用矿井音频电透视法对挖金湾虎龙沟煤矿81517工作面内煤层顶底板的富水性进行勘测,采用16 Hz和128 Hz视电导率分别探测50~100 m和0~50 m煤层顶板、底板煤岩层段含水情况,通过综合解释成果图解读发现位于工作面距巷口790~870 m处底板和位于工作面距巷口130~300 m处顶板,有两处富水异常区,根据探测结果提出相应的防治水措施。

顶板破碎富水矿山的机械化上向水平分层充填采矿法

针对华东某铜矿矿体顶板破碎,采场容易冒顶,采场富水,底板多次突水的问题,在矿山原有的点柱式分层充填开采的基础上,提出了机械化充填开采新方案。方案充分利用上向水平分层充填法矿石损失贫化小,地压管理效果明显,能有效防止冒顶、片帮、突水等矿山灾害的特性,结合机械化开采生产效率高、开采成本低、作业安全和工作环境好的特点,采用机械化上向水平分层充填采矿法。充填方案采用胶结与全尾砂充填间隔充填,进行连续开采,胶结材料为复合型高水速凝材料及尾砂。矿山生产表明:新方案使矿山采矿效率提升1/3,矿石回收率提高4%,贫化率降低0.4%,也为矿山作业安全提供了强大保障,有效克服了矿山冒顶、突水、生产效率低等问题,可为其他类似矿山开采提供一定的参考与借鉴。

管棚注浆预支护技术在富水砂层地铁施工中的应用

管棚注浆法是地下结构工程浅埋暗挖时通常采用的一种超前支护方法.以青岛地铁一期(3号线)土建10标段河西站—河东站区间工程暗挖隧道所处的富水砂层地质条件为例,应用MIDAS/GTS有限元软件分别模拟分析了不采用和采用管棚注浆时围岩的位移场情况,说明采用管棚注浆法能显著抑制富水砂层的变形,减少隧道支护结构的变形,避免浅埋流砂层开挖中塌方现象的产生.

组合赋权法在含水层富水性评价中的应用

侏罗系中统基岩裂隙含水层是神南矿区煤矿生产面临的主要充水含水层,以张家峁井田为例,选取了影响含水层富水性的砂岩等效厚度、砂泥岩厚度比、岩芯采取率和砂泥岩互层层数等4个指标,采用层次分析法和变异系数法求取各指标组合权重,改进了传统的富水性结构指数的数学模型,对张家峁井田煤层顶板侏罗系中统基岩裂隙含水层的富水性进行评价。研究表明:组合赋权法既可以避免主观赋权过程中人为因素干扰过重的缺点,又可以避免客观赋权过程中权重与实际不符的缺点;以富水性结构指数G′=0.06、0.13作为侏罗系中统基岩裂隙含水层富水性强弱的分区阈值,所取得的评价结果可以更客观、准确地评价煤层顶板富水性,为矿井防治水工作提供参考依据。