【摘 要】
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针对深部条带开采覆岩具有富水、岩石电性差异小、数据解释难度高的问题,基于并行电法多方法的综合分析优势,对深部条带开采覆岩破坏特征进行立体探测、定量评价.分析了条带开采覆岩破坏带的电性特征,讨论了适用于深部条带开采孔间并行电法测试的理论准则,对条带开采后形成的“上两带”及“侧三带”进行定量评价.得到结论:覆岩“上两带”及残留煤柱“侧三带”视电阻率剖面形态因采动破坏程度的不同,由规则变为不规则,连续性变差,通过构建孔间岩体电场性质差异图像,其形态突变和数值界面可作为判定覆岩“上两带”及“侧三带”发育范围的依据
【机 构】
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中煤科工生态环境科技有限公司,北京100013;中煤科工鑫融科技创新发展有限公司,山东济宁272000
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针对深部条带开采覆岩具有富水、岩石电性差异小、数据解释难度高的问题,基于并行电法多方法的综合分析优势,对深部条带开采覆岩破坏特征进行立体探测、定量评价.分析了条带开采覆岩破坏带的电性特征,讨论了适用于深部条带开采孔间并行电法测试的理论准则,对条带开采后形成的“上两带”及“侧三带”进行定量评价.得到结论:覆岩“上两带”及残留煤柱“侧三带”视电阻率剖面形态因采动破坏程度的不同,由规则变为不规则,连续性变差,通过构建孔间岩体电场性质差异图像,其形态突变和数值界面可作为判定覆岩“上两带”及“侧三带”发育范围的依据;综合运用并行电法、钻探实测及数值模拟计算等方法,确定采50 m留50 m(采留比1∶1)条件下,垮落带发育高度为15.2 m,导水裂隙带发育高度为46.65 m;条带煤柱破碎区发育宽度为7m,塑性区发育宽度为19.5 m,弹性核区宽度为11 m.
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以张家峁煤矿22202工作面主运巷为工程背景,基于跨界厚层锚固原理提出了适合张家峁煤矿厚煤层大断面回采巷道的高效跨界支护方案,通过理论分析和数值模拟验证了该方案在浅埋厚煤层大断面巷道中应用的可行性,并成功开展了现场工业性试验,实现巷道掘进速度提高约78.6％,同时矿压观测结果表明新方案实施后相比原支护方案顶板下沉量和两帮收敛量分别降低77％和74.4％,顶板裂隙发育显著减少,实现了该类型煤巷围岩安全控制和掘进效率提升,为西部类似条件千万吨级别矿井实现安全高效开采提供了参考.
为探究孔径对钻孔卸压围岩整体力学性能的影响规律,对含不同钻孔标准试样进行数值模拟试验研究.研究表明:随孔径增加,围岩的破裂面与主应力方向夹角增大,内摩擦角减小,峰值应变减小,峰值强度降低,弹性模量几乎不变,围岩承载力弱化.提出孔径-试样宽度比(D/W),得到D/W合理范围为0.038～0.113.随孔径增加,D/W＞0.03,围岩整体强度稳定;0.019＜D/W＜0.113,围岩整体内摩擦角不变;0.038＜D/W＜0.175,围岩整体峰值应变降低减缓.卸压孔径-试样宽度比对整体强度的弱化存在定量关系,得
以深井粉砂岩巷道围岩大变形为研究对象,通过研究深部巷道围岩变形破坏机理,分析围岩破坏特征和变形规律,并结合现场实际,提出了采用“0”形全断面支护(锚网索+环U型钢)控制围岩变形的方法.现场工程试验表明,采用“0”形全断面支护方法后,最大两帮移近量为147 mm,巷道最大顶底板移近量为190 mm,与原锚网索支护方法相比,分别减小了53％及88.7％,说明该方法能有效控制深井巷道围岩大变形.
以邢东矿深部大采高窄煤柱沿空掘巷为工程背景,采用FLAC3D模拟研究深部大采高窄煤柱沿空掘巷掘进期间和本工作面回采期间的围岩变形破坏特征.结果 表明:沿空掘巷的掘进影响范围约为20 m,围岩变形总体上呈先增长而后趋稳的趋势,塑性区扩展以底板右下侧和实体煤帮为主:基于沿空掘巷围岩变形破坏特征提出了强力锚网索支护和双排单体柱加铰接顶梁超前支护,并阐明了其支护机理.现场实践表明,采用强力锚网索和双排单体柱加铰接顶梁超前支护,有效控制了沿空掘巷的围岩变形,保障了其生产服务期间的使用要求.
为确定赵固二矿含水层下厚煤层合理开采方法,采用相似模拟、理论分析和数值模拟方法,分析了分层开采和大采高综采时的“两带”高度、顶板破断和支承压力分布特征.结果 表明:相似模拟试验得到的分层开采和大采高综采冒落带高度分别为15 m和22 m;大采高综采工作面两带高度超过65 m,并且分层开采工作面两带高度不超过50 m;大采高综采工作面支承压力影响范围和到工作面煤壁距离均大于分层开采工作面,考虑到含水层高度,该厚煤层应采用分层开采.研究结果可以指导现场生产,并对其他厚煤层开采矿井有一定借鉴作用.
针对龙滩矿弱黏结复合顶板半煤岩巷岩层组合变化大易冒顶漏顶严重掘进工作面掘进速度等问题,通过现场调研、理论分析实验室实验及现场工业性试验等方法系统揭示弱黏结复合顶板巷道掘进工作面围岩破坏机理并进行顶板稳定性研究,研发掘进工作面快速掘进强力掩护装备,提高掘进工作面顶板完整性及巷道锚固质量,对于提升弱黏结复合顶板巷道掘进支护速度,缓解矿井紧张采掘关系,具有重要意义.
为解决内蒙古上海庙矿区长城二矿1301N工作面浅埋极近距离老空区下开采撤面支护的难题,采取了煤机自割回撤通道,提前下卧工作面层位,托顶煤,人为增加顶板高度.采用以高预应力锚索+注浆+钢丝绳+抬棚为核心的支护技术.通过在支架顶梁超前铺金属菱形网、使用注浆锚索加固老空区破碎顶板、安设倾向钢丝绳实现整体柔性支护、每架敷设抬棚被动加固等施工方案,实现了回撤通道的支护安全.矿压观测表明,主动+被动支护,刚性+柔性支护的设计方案有效地控制了极近距离老空区下撤面切眼变形,保证了支架撤除期间的安全,实现了1个月完成工作面
厚硬基本顶综放工作面开采强度高、基本顶厚度大,区段煤柱的稳定性直接影响着巷道的安全稳定,针对这一影响因素,采用理论分析、数值模拟的方法计算分析沿空巷道的覆岩结构特征及应力位移变化情况,确定合理煤柱宽度.结果 表明:厚硬基本顶主要破断方式为两端拉断作用下破坏,计算得到巷道煤柱的留设宽度为7.5 m以上,分析了不同宽度煤柱下的垂直应力及形变量,最终确定煤柱合理留设宽度应为8m.
为了解决地下水作用下人工冻结壁交圈时间增加甚至无法交圈的工程问题,考虑水流与传热的相互作用.拟在冻结管的上游位置增加1排冻结管对冻结方案进行优化设计,采用COMSOL分析软件,建立热流耦合模型,对优化后的冻结方案展开研究,分析在不同的地下水流速下,增加的冻结管与井筒中心距离的不同,冻结温度场的发展变化规律.结果 发现:增加的冻结管与井筒中心的距离越远,冻结壁交圈时间越短,上游冻结壁的厚度越厚.
针对千米深井易自燃煤层综放工作面沿空巷道围岩应力高、变形量大、漏风严重、瓦斯易超限等难题,分析了巷道变形破坏及瓦斯超限机理;在此基础上,提出高强高预紧力锚杆(索)+W宽钢带的大断面沿空巷道围岩强化支护技术.与原方案相比,该支护方案能够有效提高围岩整体刚度、减小巷道变形量和塑性区发育范围.现场工业性试验表明,采用高强高预紧力锚杆(索)+W宽钢带支护技术,巷道整体变形量小、瓦斯超限现象消失,有效保障了工作面的安全回采.