复杂软弱煤层条件下高转速大扭矩钻探装备设计及试验研究

复杂软弱煤层的钻孔成孔效果对矿井瓦斯抽采具有重要意义。针对王坡煤矿复杂软弱煤层钻孔施工排渣难、事故率高、成孔难等问题;设计了一种具有高转速、大功率、大扭矩性能的ZDY6000LR型高转速履带式钻机,其最大扭矩6 000 N·m,最大转速400 r/min;通过对钻机的布局、动力头、调角机构、给进机身及液压系统的优化设计,确保在施工过程中能够有效地解决在钻进过程中出现的卡钻、塌孔等问题;开发具有强度高、不易崩齿等优点的Ø95/Ø60.3 mm宽翼片插接密封螺旋钻杆,以及具有强度高、断齿风险低等优点的Ø113 mm、Ø120 mm、Ø133mm三角梯齿PDC钻头。在王坡煤矿3 206工作面现场工业性试验表明:该套钻探装备及钻具组合有效解决了施工过程中存在的排渣难、喷孔顶钻等问题,提高了钻孔成孔率,百米以上钻孔成孔率超过70%,为矿井本煤层瓦斯抽采提供了重要支撑。

熔焊缝缺陷弱磁检测实验研究

为实现熔焊缝缺陷的检测,基于弱磁检测技术,采用测磁传感装置对S06材料的焊缝进行检测,同时提出利用上、下测磁线圈的磁感应强度梯度曲线阈值线区分应力集中和缺陷信号的数据处理算法。结果表明:下测磁线圈的磁感应强度曲线在应力集中和缺陷处均存在磁异常特征,而上测磁线圈的磁感应强度曲线只在应力集中处存在磁异常特征;在应力集中处,上、下测磁线圈的梯度曲线均超出各自上下阈值线,而在缺陷处,仅下测磁线圈的梯度曲线超出其阈值线。此外,将缺陷信号借助二维图像显示的可视化方式进行分析,可以更加直观地对缺陷进行定位。

考虑割理面时煤层造斜段坍塌压力变化规律研究

在武威盆地太原组水平井钻进作业时,依据井史数据调研发现,煤层段卡钻、井径扩大、钻具掉落等井壁坍塌导致的井下复杂事故发生,严重制约了煤层气勘探开发的进程。由于煤岩交错割理性(面割理、端割理)弱结构面发育,使煤岩在造斜钻进时井壁破坏在力学上呈现为非连续性和非均质性。建立了考虑弱面的井壁坍塌数学模型。通过分析煤岩矿物成分、微宏观结构,确定煤岩井壁坍塌为力学机制占主导因素,得出割理导致的煤岩碎裂成块是井壁失稳的根本原因,建议在后续煤层钻井中优化井眼轨迹、优化钻井液性能进行井壁防塌,并引入煤岩井壁坍塌实时监测系统。

NUMERIC ANALYSIS ON INFLUENCED FACTORS OF DISCONTINUOUS SURFACE DEFORMATION DUE TO STEEPLY-INCLINED SEAM MINING

This paper deals with the shape and influenced factors of surface non-continuous deformation due to mining. With finite element method, analysis are made to derive the relations between discontinuous deformation and mining affection, weak plane’s position & thickness, and mechanical property of weak-plane medium. The mutual affection of multiple weak-planes is also discussed. The results of the paper lay a foundation for constructing the calculation method of surface discontinuous deformation.

多煤层开采煤矸互层顶板动压巷道围岩稳定性研究与控制

为了解决多煤层开采煤矸互层顶板动压巷道围岩稳定性问题,以东荣一矿为工程背景,分析18层煤回采对20煤层巷道掘进的影响。对20煤层地应力环境、顶板强度及结构进行测试,建立数值模型进行分析并得出围岩控制方案,并结合现场矿压监测数据进行方案验证。研究结果表明:上层煤回采工作面与下层煤掘进工作面的水平错距是影响多煤层开采中下层煤巷道围岩稳定性的关键因素;数值模拟结果表明,当水平错距为40 m时,20煤层掘进工作面已进入增压区,应力集中系数达到2.5,现场矿压监测显示,当回采工作面距离测站40 m,锚杆锚索受力开始明显增加;通过实施高预应力强力锚杆锚索组合支护方案,20煤层右三片下料道未发生锚杆锚索破断现象,顶板最大下沉量为182 mm,两帮最大变形量为120 mm,巷道变形量大幅度减小,围岩稳定性得到较大提高。

中间岩层和节理弱面厚度对上行开采的影响

为了探究中间岩层厚度和节理弱面厚度对上行开采的影响,以甘肃平凉某矿为背景,利用块状离散元软件3DEC对中间岩层厚度比值为5.5、6.5、7.5、8.5、9.5以及节理弱面厚度从0至布满中间岩层的模型进行分析,得到了模型在不同中间岩层厚度比值以及不同节理弱面厚度下的塑性区分布图,同时得到了煤层1在不同工况下的下沉量。结果表明:随着中间岩层厚度比值的增加,煤层1在稳定区的下沉量分别减小了18.11%、24.48%、33.06%、42.09%,这意味着更厚的中间岩层有着更小的上部煤层变形和更大的下部煤层开采长度;同时,随着节理弱面厚度的增加,煤层1下部和上部岩层先后经过煤层1下部岩层未完全屈服;煤层1下部岩层屈服,但煤层1上部岩层尚未屈服;煤层1上、下岩层均屈服且发生离层的3个阶段,使得煤层1的下沉量发生2次突变,并先以较缓的趋势线性增加,随后以较快的趋势线性增加,最终演化为非线性变化趋势。

弱固结地层特厚煤层综放开采覆岩破坏及水害防控研究

为解决多重含水层下弱固结特厚煤层水害防治问题,本文采用类比分析法、数值模拟法和相似模拟法,研究了灵东煤矿采空区下Ⅱ3特厚煤层顶分层开采的覆岩破坏特征,分析了导水裂缝带发育特征,提出了“物探+钻探”的方式提前疏放导水裂缝带内含水层的控水采煤方法。研究结果表明,位于Ⅱ3特厚煤层上覆的Ⅱ2特厚煤层回采时,覆岩破坏呈现“阶梯式”垮塌特征,Ⅱ3特厚煤层顶分层回采时,在工作面初次来压后,覆岩呈现出与Ⅱ2-1煤层层间岩层同步协调弯曲下沉的现象;预计导水裂缝带未波及Ⅱ2-1煤层采空区,采用“音频电透视+瞬变电磁”探测得出一含、二含(1)的采空区的富水异常区,重点针对富水异常区进行钻孔探测,兼顾非富水异常区,最终实现了首采工作面的安全回采。

软弱厚煤层“三沿”布置技术应用研究

软弱厚煤层工作面掘进回采巷道,通常采用沿底掘进,存在冒顶风险,且不易推广无煤柱开采。针对煤层厚度变化和煤层软弱的特点,提出一种“三沿”技术,即利用煤层顶板较为坚硬的特点,采用主动锚网索支护的方式进行回采巷道的“沿顶掘进”,使用定向预裂爆破技术实现切顶卸压“沿空留巷”,以及采用“主动锚网索+木垛+U型钢支架”的支护方式进行超前卧底形成超高巷道来实现煤炭最大程度的“沿底回采”。根据工作面开采动压影响和切顶卸压原理,在距离工作面不同距离范围内分别设计了6个阶段的动态支护参数。工程实践表明,沿顶掘进有利于巷道稳定和沿空留巷技术的应用,同时能够最大程度地回收煤炭资源。该技术解决了软弱厚煤层沿底掘进巷道支护困难、留设煤柱浪费资源等问题。

倾斜煤层含矸煤柱区应力状态及防冲技术研究

针对倾斜煤层分层开采综放工作面临空侧含夹矸层巷道变形量大、冲击危险性高的问题,构建了侧向悬顶临空煤柱受力模型,运用数值模拟方法对工作面回采过程中煤柱区域围岩应力场和塑性区变化进行研究。研究结果表明:在煤柱弹性变形阶段,煤柱支撑力、变形量、煤柱积聚弹性能随着悬顶长度的增大而增大;临空煤柱在巷道区域存在夹矸弱层时,沿夹矸面产生的应力集中区致使巷道变形量增大,诱使周围煤岩运动加剧;当临空侧煤柱上方巷道顶板不易发生破坏时,可形成弹性能的良好载体和传递通道,造成巷道应力集中,加剧冲击地压发生危险性。同时,针对含矸临空煤柱自身抗破坏能力较差问题,提出远近结合、分批次的卸压方式,制定了顶板预裂、煤体爆破方案,有效降低巷道帮鼓变形量,微震震动点向远离工作面方向上方顶板偏移,冲击地压危险程度明显降低,有效保证工作面安全回采。

软弱煤层大采高工作面区段煤柱留设研究

该文以长平煤业4203大采高工作面为背景,通过FLAC数值模拟软件,分析煤柱内部应力及塑性区分布情况,最终确定区段煤柱留设宽度为25 m。经现场实测,回采工作面推进前方侧向支承压力呈“马鞍形”稳定分布,4203工作面回风顺槽巷道表面变形观测顶底板最大移近量57 mm,两帮最大变形量38 mm,满足维持巷道稳定要求。

精细化预测条件下的弱突出煤层动态防突技术分析

针对某些煤层存在煤和瓦斯的弱突出问题,依靠精细化检测设备、公式,对即将开拓的工作面予以块段划分,并在煤巷具体掘进过程中,对每一块段进行关于煤层与瓦斯突出危险性的精准预测分析,提出相对应的有效措施,以此来避免防突措施的盲目性。基于此,以精细化预测条件下的弱突出煤层动态防突技术为主题进行了深入分析,旨在对煤层实况进行更科学全面分析、精细化预测,避免灾害事故的发生。

深部煤层巷道帮部软弱煤岩合理支护选择

选择合理支护形式及参数,对保持深部煤层巷道帮部软弱煤岩变形稳定具有重要工程应用意义。针对埋深为700.0~1100.0m、黏结力为0.6~1.2MPa、内摩擦角为18°~28°的深部煤层矩形或梯形巷道,采用多点位移计实测深部煤层巷道两帮煤岩位移梯度分布,依此量化选择巷道帮部软弱煤岩合理的锚杆(索)支护参数,并为工程应用提供了依据。

重庆涪陵五中滑坡特征及成因分析

重庆涪陵五中滑坡(130×104m3)发生于2008年1月3日,该滑坡位于涪陵五中西南的迎宾大道内侧,属单斜顺层岩质滑坡。通过详细的现场调查和室内资料分析后认为:中倾坡外的顺层结构、碎裂结构的岩体为滑坡的孕育和发生提供了物质基础和结构条件,是滑坡发生的结构性因素;泥质砂岩和泥岩属中等膨胀性岩石,遇水极易软化,加之历史上构造应力的作用,形成层间泥化夹层,泥化夹层含膨胀性粘土矿物蒙脱石和伊利石,是造成滑坡发生的控制性因素。诱发因素主要有两个:一是由于水的作用,坡体岩层间泥化夹层发生软化,降低了力学强度;二是修建公路开挖坡脚进行人工切坡形成有效临空面,坡体具备了临空剪出的条件。随着坡体的蠕动变形,在各种因素的综合作用下,层间剪切带逐渐贯通,最终导致滑坡发生。

某水电站左岸坝肩边坡软弱夹层的工程特性及其对边坡稳定性的影响

西南某大型水电站左岸坝肩边坡分布有多层二叠系凝灰岩软弱夹层,其中对该边坡稳定性影响最大的是标记为A3的软弱夹层。本文从A3的空间展布、成因、工程分类、物质组成、物理性质、力学性质等因素进行分析,认为A3可能构成该边坡的潜在的滑动面,对该边坡的稳定性影响很大。从影响边坡稳定的因素和边坡的整体稳定性计算两个方面分析后,得出虽然A3构成该边坡潜在的滑动面,但边坡整体是稳定的。

软弱夹层对斜坡稳定性的影响分析

三峡库区斜坡变形失稳事例很多 ,对斜坡的有效治理是库区移民迁建中的主要技术问题 ,文中以龙角镇新选地址为例进行了相关分析 .随着新镇建设的展开 ,出现了一些基岩斜坡的滑移破坏 ,这些破坏受斜坡体岩性、软弱 (泥化 )夹层、结构面及其组合、坡向坡型等多种因素的影响 ,其中软弱夹层是主控因素 .新集镇斜坡目前整体处于稳定状态 ,作为搬迁新址是成立的 ,但存在局部滑移破坏的可能性 ,为保证移民迁建的顺利进行及居民的安全 。

含软弱夹层煤巷层状顶板失稳机理与分类

运用复合梁原理对含软弱夹层的煤巷层状顶板失稳模式进行理论分析,随着软弱夹层厚度的增加,顶板所受的最大拉应力逐渐变小,而且呈双曲线规律变化.软弱夹层厚度变化与围岩水平应力、位移和塑性区之间的关系进行数值模拟,研究了软弱夹层对锚杆支护煤巷层状顶板稳定性的影响.根据研究结果,以软弱夹层的厚度与其在顶板内的位置为指标对顶板进行分类,为煤巷锚杆支护参数设计提供了理论依据.

南方复杂条件下的薄煤层开采巷道围岩支护问题及对策

针对复杂地质条件下南方薄煤层开采巷道出现的大变形与控制等问题,开展了一系列现场调查、理论分析和试验等研究。首先,分析了南方煤层地质条件、巷道变形特点和支护中存在的突出问题,同时进行了大量巷道变形的现场调研;然后,研究了薄煤层巷道变形破坏的影响因素和作用机理,主要体现在泥质岩类的物化膨胀与裂隙扩容、半煤岩巷道接触面滑移、水平构造应力挤压、工程扰动偏应力影响和高瓦斯孔隙压力弱化作用等;最后,阐明了复杂条件下薄煤层开采巷道的控制原理,强调应重视发挥巷道深部稳定岩体的承载能力,增强巷道围岩侧向支护作用,实现高阻让压和改善巷道围岩的整体力学强度等。提出了高强度自动让压桁架锚索支护系统和叠加拱"长、短"密集锚索支护技术,并分别进行了软弱半煤岩巷道的返修控制和松散煤岩体巷道支护技术的现场试验研究。监测表明,支护后的巷道围岩变形量都在可控范围之内,满足生产要求。

软弱夹层几何参数对试样力学行为影响颗粒元模拟研究

基于离散元理论的颗粒元程序,采用颗粒接触连接模型和滑动模型,建立了含软弱夹层试样的颗粒元模型。通过数值模型实验,对不同软弱夹层几何参数试样进行加载模拟,探讨了不同夹层厚度及不同倾角条件下试样的破坏过程和破坏形式,并分析其对试样强度的影响。模拟结果表明,裂隙首先产生于软弱夹层处,随着荷载的增加,再逐渐扩展,呈现渐进性破坏特征;夹层越厚,倾角越大,试样沿软弱夹层呈现较强的滑动特征,如果夹层薄且缓,软弱夹层成为试样破坏的非控制因素;软弱夹层厚度和夹角对试样的峰值强度都有影响,随软弱夹层厚度和夹角的增大,试样的峰值强度降低。