地质构造隐蔽致灾因素透明化勘查技术——以新疆屯宝煤矿为例

煤矿隐蔽致灾因素是制约矿井安全、高效、绿色、智能化开采的关键地质因素,透明地质是实现煤矿隐蔽致灾因素探测的重要技术手段,其中地质构造透明化勘查是重中之重。为建立适用于不同地质条件或煤矿区的地质构造隐蔽致灾因素透明化勘查技术体系,首先在对构造隐蔽致灾因素分析的基础上,提出了区域构造分析入手,地面、井下联合调查的构造隐蔽致灾因素快速排查技术体系,高效圈定矿井地质构造异常发育区、分析其分布规律;基于以往地面地质勘查钻孔资料和三维地震勘探数据初步分析全井田煤层厚度、断裂构造以及顶底板构造起伏形态;采用槽波勘探、定向钻探、超前物探、随采随掘地震、巷道快速写实等综合技术手段,对采掘工作面的地质构造逐级透明化;采用理论分析、工程类比、数值模拟、相似材料模拟、现场工程验证等方法,对地质构造类型、属性特征与煤层厚度、煤岩体结构、瓦斯涌出量、瓦斯压力、顶板矿压的相关性进行分析,研究在开采条件下采掘工作面过断裂构造不同区内的瓦斯参数、顶板/矿压灾害的响应规律,通过特征参数阈值选取实现工作面构造隐蔽致灾因素的监测和预警;利用数字化技术实现对不同地质构造及其灾害属性的数字化表达,通过建模软件实现对构造隐蔽致灾因素的三维透明化显示;构建了区域构造地质研究、隐蔽致灾因素精细勘查、致灾威胁性科学评价、地质构造透明化4个层级的地质构造隐蔽致灾因素逐级透明化勘查技术体系,并在屯宝煤矿进行了工程实践。研究结果表明:屯宝煤矿地质构造类型复杂,不仅发育有地堑式、地垒式、雁列式、挠曲等断裂构造样式,同时发育有小型冲刷带、断层及其破碎带等;复杂地质构造是诱发矿井瓦斯突出、顶板灾害、应力集中以及矿井冲击地压显现等矿井灾害的关键性地质因素,断层对巷道应力集中的影响范围为10~15 m,对工作面的影响范围为20~30 m;工作面内存在瓦斯富集区,瓦斯含量与瓦斯涌出量的分布具有明显分带性,且分带性受断层的控制;煤层瓦斯的含量、瓦斯涌出量随着工作面与断层的距离变化呈现对数相关性,在距离断层25 m处出现明显增加,在大于25 m区域变化不大,在小于25 m区域随着距离的减小呈指数型增大。工作面初次来压位置前后20 m、工作面见方前后30 m为中等冲击危险区域,采空区煤柱影响区、终采线前后50 m、落差大于4 m的断层前后30 m等区域为弱冲击危险区域;冲击地压、顶板和瓦斯等多种矿井灾害的隐蔽致灾因素叠合区域为灾害防治的重点区域。研究成果实现了构造复杂区域地质构造隐蔽致灾因素与矿井灾害透明化的无缝衔接,为煤矿区传统的地质勘查向数字化、智能化的发展提供了可行的技术路径。

屯宝煤矿综放巷道深部围岩动态变形与失稳监测

针对屯宝煤矿1193工作面综放巷道围岩变形严重,顶板下沉量大,局部顶板冒落等问题,采用多点位移计对综放巷道围岩动态变形实时监测,分析顶板岩层变形及失稳特征。结果表明:顶板上覆岩层在失稳前均出现任意相邻两个监测基点位移差h持续增加的现象,并辅于现场实践验证,提出采用多点位移计基点位移差h的持续增加作为顶板围岩失稳的前兆。

屯宝煤矿逆断层破碎带巷道变形控制研究

针对屯宝煤矿逆断层破碎带煤柱侧巷道受采动影响造成的巷道变形量大、巷道底鼓、煤柱侧帮鼓、巷道顶板局部下沉等问题,采用锚杆测力计对锚杆应力进行监测,采用PASAT-M应力探测方法对逆断层煤柱侧巷道应力分布和巷道变形规律进行了研究。研究结果表明:胶带巷煤柱侧锚杆应力峰值出现在超前工作面10~15 m,轨道巷上帮锚杆应力峰值出现在超前工作面5~10 m;巷道不同位置的锚杆应力、围岩应力及巷道变形量均受T 2逆断层影响,应力和变形量集中分布在逆断层附近;距离逆断层25 m内围岩应力中等危险区分布相对集中。根据研究结果,提出了巷道补强支护和大孔径卸压综合治理措施,工程实践结果表明,该措施为围岩提供了稳定的支护力,适用于屯宝煤矿逆断层影响区域围岩变形的防治。

屯宝煤矿顶煤超前注水软化技术应用研究

针对屯堡煤矿1192工作面放顶煤开采顶煤硬度大、冒落性差等难题,通过对注水软化顶煤机理的分析,提出了屯堡煤矿注水软化方案,并成功地进行了屯宝煤矿复杂难采煤层注水软化试验。屯堡煤矿1192工作面煤层注水后效果实测表明,对煤体进行预注水软化可以提高厚硬煤层的顶煤冒放性,减少了煤体中能量积聚,工作面顶煤含水率提高,工作面粉尘浓度显著降低,瓦斯相对涌出量降低。

屯宝煤矿M4-5煤层自然发火标志气体及临界值研究

为确定国家能源集团新疆能源有限责任公司屯宝煤矿M4-5煤层自然发火标志气体及临界值,利用程序升温实验优选得到M4-5煤层自然发火标志气体,采取现场测试采空区及工作面不同区域气体体积分数的措施,经统计分析后综合确定标志气体临界值。研究结果表明:屯宝煤矿M4-5煤层的煤自然发火初期、加速阶段和激烈氧化阶段的标志气体分别为CO、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2);工作面正常回采期间自然发火标志气体CO体积分数临界值为散热带59×10^(-6)、氧化带为213×10^(-6)、回风隅角36×10^(-6)、回风流为8×10^(-6),为工作面开采防、灭火设计提供了科学依据。

沿空留巷动压承载区临时支护研究与应用

为实现沿空留巷动压承载区围岩的有效控制,以屯宝煤矿902工作面运输顺槽为研究背景,通过理论分析、现场实践等方法对沿空留巷动压承载区临时支护进行了研究。在分析沿空留巷开采技术条件的基础上,通过理论分析确定沿空留巷动压承载区1 m范围内所需的支护阻为2 464 kN;设计了ZQ4000/18/39D型强力单元式智能临时支护装置,给出了其主要技术参数与技术特征;结合沿空留巷开采技术条件,提出了具体的临时支护方案。实践表明,临时支护技术应用效果良好,可以满足沿空留巷动压承载区围岩控制的要求。

煤矿井下掘进工作面安全高效过断层方法

屯宝煤矿I0110502上顺槽掘进过程中遇7条断层。针对井下煤矿掘进过断层期间顶板管控的难题,对巷道施工工艺、支护方法进行优化,调整巷道坡度,加注加固材料,加密支护间距,增加U形钢支架补强支护。围岩变形监测数据表明,过断层期间顶板管控良好,巷道围岩稳定性高,未发生顶板事故,证明该方法有效。

煤矿井下综掘工作面临时支护技术改造及应用

针对煤矿井下综掘工作面临时支护防护效果差的问题,对屯宝煤矿WⅡ02040502工作面上顺槽掘进工作面巷道临时支护进行了技术改造,增加了液压前翻板、超前网及护帮前探梁。现场应用结果表明,掘进1100 m未发生任何工作面迎头冒顶、片帮、落煤现象及伤人情况。改造后的临时支护能够满足综掘工作面迎头临时支护安全要求。

动载扰动开切巷支护设备及工艺改造研究

针对巷道掘进期间动力扰动影响下破碎顶板控制问题,以某煤矿倾斜煤层开切巷为工程背景,结合工作面永久支护和临时支护实际情况,从支护、护表及施工工序三方面进行了设备及工艺优化,分析了各优化后的设备及工艺的优点。工程实践表明:永久支护通过增加锚索梁和液压单体加强了顶板支护强度,临时支护通过增加护板加强了护表强度和范围,基于安全角度优化了施工顺序,从而有效控制了顶板变形,其锚杆(索)压力波动小于2 kN,提高了综掘工作面支护作业过程中的安全系数,为类似条件下的巷道围岩控制问题提供了技术支持。

屯宝煤矿青年员工成长成才路径研究

青年是推动创新改革发展的宝贵人力资源,重视和关心青年一代的健康成长,是企业发展赢得未来的必然要求。因此,培养造就青年成长成才是企业人才队伍建设的一项重要战略任务,必须加大培养力度,完善培养机制,采取及早选苗、重点扶持、跟踪培养等特殊措施,促使青年成长起来,从而更好地为企业服务。屯宝煤矿从战略的高度充分认识到青年工作的重要性,理解、支持、培养、服务、引导、维护青年,为青年员工创造好的平台、营造好的环境,让他们努力实践、大胆工作,尽快成长成才。

近距离自燃煤层回撤工作面防灭火技术研究

为解决采空区浮煤自燃条件适宜,极易升温自燃,给工作面的回撤带来安全隐患的问题,文章以神华新疆能源有限公司屯宝煤矿I011402综放工作面安全回撤为例,对综放工作面自燃危险区域进行了详细的分析。通过建立自然发火预警体系,采取注氮、注浆和钻孔灌注史达夫材料等综合防灭火技术措施来消除遗煤自然发火隐患。通过以上措施的实施在整个回撤周期中工作面及采空区气体一直保持在正常范围内,没有出现遗煤自然发火征兆,工作面顺利完成回撤。

特厚煤层综放工作面高位钻孔优化布置及效果分析

介绍了高位钻孔瓦斯抽采是有效解决工作面上隅角瓦斯超限的重要措施,但钻孔层位布置将直接影响工作面瓦斯治理效果。针对屯宝煤矿特厚煤层综放工作面高位钻孔抽采现状,通过现场考察高位钻孔瓦斯抽采效果,对比分析并不断优化调整高位钻孔布置方式,最终确定了合理的钻孔布置方式。结果表明:高位钻孔布置层位为7~9倍采高时,可以有效保证瓦斯抽采效果,工作面瓦斯抽采率达到60%以上,上隅角瓦斯得到了有效控制,瓦斯治理效果良好。

综放工作面煤柱周围应力分布特征研究

对高瓦斯及断层赋存的综放工作面来说,合理宽度的留设煤柱不仅可以起到支撑上覆岩层压力的作用,还能隔绝采空区瓦斯,减少瓦斯扩散。但目前缺乏对不同煤柱合理留设宽度条件下围岩应力分布特征的研究,同时不同矿井影响煤柱宽度的因素各异,造成煤柱留设宽度的计算依据难以准确确定。针对上述问题,以屯宝煤矿综放工作面M9-10煤层为工程背景,采用理论计算方式得到煤柱留设宽度的最小值,采用数值模拟方式对M9-10煤层不同宽度的煤柱周围应力分布特征进行研究。研究结果表明:煤柱的合理留设宽度为30~40m;煤柱内的水平应力随着煤柱宽度加大趋向于采空区侧,说明加大煤柱宽度可以转移水平应力对巷道的影响,从而提高巷道稳定性;煤柱垂直应力具有双波峰特征,巷道侧和采空区侧垂直应力峰值与应力集中系数均随煤柱宽度的加大而降低;巷道侧应力峰值在距巷道2.5m处,之后随着距巷道距离的增加,垂直应力先急速减小,然后缓慢增加,在采空区侧出现应力峰值后缓慢减小。为验证40m煤柱宽度的合理性,在该综放工作面进行钻孔应力及瓦斯浓度现场监测,结果表明,40m煤柱留设宽度能够满足巷道支护强度和瓦斯扩散实际要求。

综放工作面快速过断层方法——预掘爆破巷

断层是影响采煤工作面实现正常回采的一个重要因素。为解决1152综放工作面所遇落差为3.6m正断层的快速过断层问题,经深入研究分析,在该工作面运输巷预掘爆破巷,然后对巷道两帮坚硬岩石进行打眼、松动爆破,提前对影响工作面推进范围内的岩石进行处理。现场实践表明,消除了坚硬底板岩石对工作面正常推进的影响,实现了综放工作面快速过断层。

高瓦斯矿井低含量煤层工作面瓦斯预抽必要性论证

针对屯宝煤矿部分煤层由于原始瓦斯含量本身较小是否有必要进行采前预抽的问题,从实现工作面瓦斯抽采的精细化管理出发,提出了瓦斯预抽必要性论证方法。在准确测定煤层瓦斯含量、分析工作面瓦斯涌出分布规律基础上,围绕工作面是否需要进行抽采、瓦斯治理措施保障能力、瓦斯治理能力等方面对采煤工作面瓦斯预抽的必要性进行了分析论证。通过在屯宝煤矿II02040501工作面进行实践应用,得出II02040501工作面采前不预抽情况下,工作面生产条件不变,回采期间采用高位钻孔结合风排治理瓦斯完全可以满足工作面安全生产的要求。

缓倾斜煤层综放工作面瓦斯综合治理技术实践

针对屯宝煤矿缓倾斜煤层综放工作面产量高、瓦斯涌出量大的问题,在对I011402综放工作面瓦斯涌出来源分析基础上,根据工作面采掘部署及瓦斯地质条件,提出了以采前煤层瓦斯超前预抽、回采期间边采边抽以及采空区高位钻孔抽采为主,通风稀释瓦斯为辅的综放工作面瓦斯综合治理技术,并进行了现场应用。研究结果表明,工作面瓦斯抽采率达到了60%以上,上隅角最大瓦斯浓度仅为0.42%,回风最大瓦斯浓度为0.36%,有效解决了回采工作面瓦斯治理问题,保证了工作面安全回采。

炮掘工作面超前支护应用研究

针对炮掘工作面常规超前支护笨重、存在支护盲区等问题,对矿井原有炮掘工作面超前支护设备及支护工艺进行了优化,将原来的单片前探梁改造成两片,增加了支护面积;设计了滑道并将前探梁由升降调整为滑移,将间断性支护工艺改成了连续性支护工艺,降低了劳动强度,增强了支护作业的安全性,提高了单进水平。

容易自燃厚煤层综放工作面回撤阶段防灭火技术

针对容易自燃厚煤层综放工作面回撤期间存在采空区遗煤多、回撤周期长、煤层自然发火期短,工作面回撤过程存在较高发火风险等问题,通过优化回撤期间防灭火工作流程,实行分阶段、多措并举的综合防灭火治理思路,将回撤工作分三个阶段进行,根据每个阶段防灭火特点采取针对性的控风防火、注氮、注新型注浆材料等治理措施,并加强监测预报等,保证了工作面安全回撤。

复杂条件下合理支架架型分析

本文以某煤矿1351工作面为例,根据该工作面的具体地质条件,通过分析,确定了合理的支架工作阻力,并确定相应的支护参数。通过对工作面支架初撑力和工作阻力统计分析,可以明显的看到,在复杂煤层的地质条件下,选择的支架在使用过程中控制了断层切割破坏型顶板,支架的承载性能也得到充分发挥,受力状况良好,并能确保工作面安全生产,大幅度提高煤的回收率。该研究成果在同类复杂地质条件下的其它煤矿具有重要参考价值,对复杂的地质条件下综采机械化开采具有指导意义。

半煤岩软底巷道底鼓综合治理技术

基于某矿复杂水文地质条件下半煤岩软底轨道大巷底鼓变形导致支护失效的问题,运用现场实测、数值模拟和理论分析相结合的方法,研究了复杂水文地质条件下半煤岩软底轨道大巷变形破坏的机理,提出了复杂水文地质条件下半煤岩软底轨道大巷的支护对策,确定采用锚网索喷+锚注+混凝土反拱联合支护技术,并确定了联合支护的参数和工艺。