一种新型复合预应力锚杆在巷道二次加固中的应用

依据顺槽动载扰动下围岩变形显著的特征及现有锚杆的优、缺点进行分析,研制出一种新型复合预应力锚杆。该预应力锚杆由机械锚固段、浆液锚固段和杆体外露段组成,并建立复合预应力锚杆抗拔受力模型。基于锚杆-围岩的相互作用力学模型,对煤矿顺槽锚固围岩的变形范围进行反演分析,在此基础上提出复合预应力锚杆长度的计算方法。利用上述理论确定马蹄沟煤矿3506运输顺槽围岩变形范围和锚注关键参数,并对二次加固后顺槽围岩的稳定性进行现场监测。结果表明,马蹄沟3506运输顺槽顶板最大移近量88 mm,两帮最大移近量102 mm。运输顺槽围岩的变形量较二次加固前显著减小,围岩二次加固效果良好。

柔模墙沿空留巷灾害一体化防治技术研究

在煤炭保供和工作面限员双重压力下,将煤矿灾害分别进行治理的理念和技术已不能适应新时代煤矿发展要求。通过工业性试验研究提出一种紧跟回采工作面浇筑1道饱满密实接顶且可即时承载的柔模混凝土连续墙,密闭采空区,保留原有巷道,并将保留下来的巷道作为灾害一体化防治工程平台。给出了利用该平台进行矿井水、火、瓦斯、顶板、热害、强矿压等重大灾害综合治理的技术途径,总结了该技术的适用条件,介绍了该技术在国家能源集团、潞安化工集团、陕煤集团等单位的灾害一体化防治效果。

“砼墙-切顶-让压”沿空留巷技术分析及应用

采用理论分析,建立相应的沿空留巷巷旁支护力学模型,提出采用“砼墙-切顶-让压”沿空留巷技术,并以新集一矿360804综采工作面运输巷沿空留巷为背景,并进行工程实践和现场实测。结果表明:坚硬顶板、深部复杂矿井采用“柔模-切顶”沿空留巷仍然极有可能出现应力集中从而破坏柔模墙体的现象;“砼墙-切顶-让压”沿空留巷技术可以缓解顶板压力,防止墙体受压破坏,充分发挥围岩的自稳性能;新集一矿沿空留巷最大顶底板移近量为361 mm,最大两帮移近量为189 mm,巷道变形在允许范围内,留巷效果较好。该研究可以为相似工程提供借鉴。

充填体破坏特征的聚类分析及数值模拟

充填体破坏是影响矿山安全稳定的重要因素之一。为研究充填体的破坏特征,采用室内实验、机器学习层次聚类分析及数值模拟等方法,对矸石胶结充填体(GCPB)裂纹演化的全状态进行了研究。结果表明:当GCPB试样PC-5、PC-10、PC-15、PC-20的特征键平均键长能量分别大于35、50、60、150 ms·mV时,出现宏观主裂纹面,且主裂纹破坏面随水泥掺量的增加由张拉破坏面向剪切破坏面转变;破坏过程中特征键子集尺度Ω与损伤变量D之间呈负线性相关关系,Ω可表征充填体损伤演化程度;在应力达到峰值应力和破坏后残余强度前键长值特征空间相关长度ξ表现为明显增长,为充填体宏观损伤的开始及第1次破坏结束的前兆特征;通过颗粒流程序(PFC)数值模拟,可以有效观测到裂纹的类型和变化规律,数值模拟结果与聚类分析结果一致。

寺河煤矿2301(上)工作面沿空巷道无煤柱开采技术

针对寺河煤矿孤岛煤柱工作面工程条件,根据关键层理论,对孤岛煤柱工作面开采上覆岩体破断结构特征进行分析,寺河煤矿在巷道掘进支护时,上覆岩体可能存在砌体梁或者伪砌体梁结构,该结构会影响巷道的稳定性,同时由于采用分层方法进行2次回采,煤柱两侧采空区上覆岩层破坏较为严重,由此提出U型钢+柔模墙体支护的窄小煤柱沿空掘巷方案和锚碹基本支护的零煤柱沿空送巷方案,通过对比,最终确定在寺河煤矿2301(上)工作面选用窄小煤柱沿空掘巷方案进行工程试验。试验结果表明,不仅解决了矿井掘进及低回收率问题,避免井下煤柱的应力集中,而且实现区段无煤柱开采,回收留设的40 m煤柱,增加了矿井的可采储量,利于矿区可持续发展。

金凤煤矿沿空留巷挂模装置的运输与安装

为了解决金凤煤矿011815沿空留巷工作面机械自移式挂模装置的运输与安装问题,结合金凤煤矿现有的辅助运输设备及条件,提前制定了详细的运输安装方案,并采取了一系列的安全技术措施,保证了挂模装置的运输安装工作安全顺利进行,为今后金凤煤矿在留巷工作面大型设备的运输安装工作提供了一些参考。

超长沿空留巷挡矸支架安全回撤技术

针对日推采12~15 m工作面沿空留巷工艺要求,在结合理论计算和实际工况的基础上研发了长达19 m、控顶面积达38 m^(2)、挡矸面积达61 m^(2)的庞大组合体挡矸支架。针对该庞大支架的回撤难题,通过现场试验研究出一种边采煤边回撤的新方法,距离停采线35 m时开始在综采支架前铺网护顶,距离停采线20 m时开始在综采支架间打设锚索,距离停采线5 m时拆除端头支架尾部的活动挡矸板并同步打设戗棚和木垛,当工作面推采至停采线时回撤端头T3和T4铺网支架,并同步将挡矸支架前移至停采线,然后将挡矸支架分前中后3段依次回撤。实践证明,该方法安全可靠,实现了采煤—回撤—留巷一体化,未对工作面采煤、回撤和留巷速度产生明显影响,满足陕北矿区和神东矿区高产高效工作面沿空留巷要求。

超长沿空留巷挡矸支架随采随装技术研究

针对刀把型双工作面无法提前安装挡矸支架的难题,提出一种挡矸支架随采随装新方法,采取“架前柔性网+架间锚索+架后戗棚和木垛”防护措施隔离采空区,及时浇筑转角区横向和走向柔模砼墙彻底切断采空区,借助挡矸支架的横向自移功能将20.5 m长挡矸支架快速安装复位。实践证明,该方法能够安全快速地将超长挡矸支架安装复位,满足陕北矿区日推采12~18 m沿空留巷工作面的生产要求。

大埋深工作面回采巷道底鼓防治技术

针对羊场湾煤矿130208工作面泄水巷巷道底鼓量大、巷道变形严重的问题,采用计算机数值模拟分析,得到回采工作面应力分布特征与巷道围岩塑性区范围,提出巷道支护优化方案并现场监测。结果表明:①通过改变巷道底板岩性或对巷道底板卸压,增加围岩强度、减少巷道的形变量,在大埋深高地应力巷道更有效;②通过采用底板卸压及锚索支护,有效控制巷道底鼓,改善回采期间巷道形变量。

煤层瓦斯测压下向钻孔自动排水实验装置研制

煤层瓦斯测压下向钻孔积水会导致测压不准,研究既能排水又不影响测压进程和测压结果的装置是下向钻孔测压亟待解决的难题。设计了自动排水装置,利用弹性膜实时感知排水时机,实现了自动化排水;试验研究了弹性膜弹性参数,确定膜的最佳厚度为0.3~1.0 mm;基于气体压力差与毛细作用力原理,推算了最优排水区间;在此基础上研制出一种煤层瓦斯测压下向钻孔自动排水实验装置并开展排水试验。试验结果表明:在测压气室气压为0.152×10^(5)Pa,排水管管径为15 mm,毛细管内径为0.2 mm、数量为950根时,排水速度为0.444 3 cm^(3)/s,该装置可以实现连续缓慢排水。