垮落带直覆下采煤地面注浆加固顶板钻探技术研究

为解决垮落带直覆下采煤面临的破碎顶板问题,提出了地面注浆加固思路,重点对钻探技术进行了系统研究。根据实际地层分布以及钻孔穿过垮落带特点,为确保浆液顺利到达目标层位,设计出了二开结构钻孔并选用了优质低固相膨润土的冲洗液解决孔壁坍塌等事故,同时建立了孔内事故预防措施技术体系。在此基础上,以淮北矿业许疃煤矿7228工作面为工程实例对钻探效果进行了分析。研究结果表明设计的二开结构钻孔有效的保证了钻探的顺利施工,揭露的基岩位置与原有资料基本吻合|基本查明了71煤采空区影响地层范围及裂隙发育特征,同时通过简易水文观测也验证了采空区裂隙加固效果较好。研究成果为地面注浆改造破碎顶板的钻探工程提供了技术保障。     

垮落带直覆下采煤地面注浆加固顶板技术

为解决垮落带直覆下煤层破碎顶板加固问题,以许疃煤矿7228工作面为工程背景,提出地面注浆加固方案,从浆液选择、地面钻探技术、注浆工艺和注浆效果评价4个方面研究其施工工艺。通过设计浆液静置试验、浆液析水试验和浆液配比试验确定了水灰比1∶1、固相比2∶8的水泥-粉煤灰浆液配比方案;在钻探技术上设计了二开结构钻孔和二次掘进方案保证了成孔质量,使浆液顺利到达目的层;通过地面钻探、井下物探和井下回采实揭72煤层顶板验证了注浆效果。经过地面注浆加固,72煤层顶板强度和完整性得到了显著加强,解决了7228工作面里段回采所面临的工程地质问题,实现了7228工作面煤层的高效回采。     

高档工作面断层破碎带顶板注浆加固技术

提出采用顶板注浆加固技术预防断层破碎带顶板的垮落，分析了高水注浆加固材料的力学性能、注浆加固工艺及加固参数．现场实践表明，采用此项技术基本解决了断层破碎带顶板的垮落问题，取得了较好的技术经济效果．     

深埋薄基岩破碎顶板注浆加固技术

以东曲煤矿19105工作面为研究对象,通过现场观测分析,发现煤层原生节理、裂隙发育充分,易发生连续片帮、冒顶,提出采用顶板注浆加固技术预防薄基岩破碎顶板垮落,选择注浆加固材料,优化注浆加固工艺及加固参数。工作面注浆加固后,煤壁片帮及顶板冒落事故大幅减少,回采速度提高75%。注浆加固技术能够有效解决深埋薄基岩破碎顶板易冒落及煤壁易片帮的问题。     

地面定向钻注浆技术在掘进巷道过断层中的应用与研究

袁店一井煤矿东翼大巷施工范围内地质构造复杂,掘进巷道过aF1断层为大型断层(∠60°～70°,H=260～310 m),施工时会出现顶板垮落、断层突水等工程及水文地质问题,影响巷道掘进效率,且存在安全隐患。传统掘进巷道过断层技术措施多采用注浆支护复合措施,该技术受多种条件限制,耗费人力物力,且存在安全风险。地面定向钻注浆技术沿巷道顺巷钻进,最大限度揭露巷道围岩地层裂隙及断层破碎带,高压注浆加固巷道围岩裂隙及断层破碎带后,降低支护难度,消除潜在危害,使巷道掘进更加安全高效。     

南煤大阳泉公司8133工作面过断层区域围岩控制技术研究

为保障南煤集团大阳泉公司8133工作面顺利通过断层破碎带区域,通过分析端面顶板垮落机理,确定破碎带区域采用注浆加固技术,基于理论分析确定端面顶板注浆加固形成的厚度需大于2 m,结合工作面地质条件及断层破碎带特征,设计破碎带区域采用超前预注浆+架前注浆相结合的注浆方案,并在注浆方案实施后进行注浆效果的检测分析,结果表明:断层破碎带注浆加固后,破碎围岩体被有效胶结成一个整体,工作面通过断层区域时,无压架及大范围片帮冒顶现象出现,保障了工作面的安全回采。     

通合煤业2103掘进工作面过采空区超前预注浆技术研究

通合煤业2103掘进工作面前方出现部分面采空区,若不做针对性处理,在采面过采空区时出现冒顶、顶板脱落、顶板垮塌的概率会大幅度上升,为煤矿安全生产埋下严重隐患。为此,根据掘进工作面过采空区面临的实际问题,本文提出采用注浆方式加固采空区垮落岩层,并依据采面、采空区现场情况设计注浆加固参数为控制顶板冒落,减少顶板破碎冒落的支护工作,故对其掘进面采用无机加固材料进行超前预注浆,顶板强度增加,顶板稳定性增强,顶板破碎得到控制,提高了支护效果,避免了漏顶、冒顶事故的发生,使得掘进工作面安全顺畅,推进了掘进工作进度。     

塔山矿地面L型钻孔抽采瓦斯技术应用

为了验证地面L型钻孔抽采采空区瓦斯效果，以塔山矿8214综放工作面为研究对象，采用数值模拟和理论分析相结合的方法，确定了抽放钻孔布置位置和钻孔结构，设计了L钻孔抽采瓦斯方案。研究结果表明：塔山矿8214综放工作面垮落带高度为35m，裂隙带高度为60m，顶板最大悬露空顶长度为45m，垮落角为45°国钻孔应布置在距采煤工作面顶板40～60m，距帮26～30m，有效解决了工作面上隅角和低位抽采巷的瓦斯超限的问题|钻孔的终孔始终位于工作面上隅角的后上方，有效解决了钻孔与工作面推进在瓦斯治理中的时空匹配问题，达到了高效稳定治理采空区瓦斯的目的。     

双切顶成巷条件下采空区瓦斯综合治理体系研究

为了探索双切顶成巷条件下采空区瓦斯综合治理方法，采用理论分析、数值模拟等方法，对双切顶成巷条件下顶板运移规律和采空区瓦斯分布规律进行研究，并提出了双切顶成巷条件下采空区瓦斯综合治理体系。研究结果表明，由于基本顶被切断，基本顶及其控制的覆岩充分垮落，采空区垮落带高度明显增加。当工作面回采过后，在预裂爆破切顶的影响下，与传统开采方法相比，采空区顶板岩层更快垮落，采空区上覆岩层更快趋于稳定；超高位裂隙带、靠近沿空留巷胶带巷处以及靠近采空区后部尾巷处为瓦斯主要聚集区域。4502工作面综合采用高位定向长钻孔抽采、留巷顶管抽采和采空区后补切眼钻孔抽采等方式，对采空区瓦斯进行治理，有效解决了采空区瓦斯超限问题。     

采空区下近距离煤层综采工作面支架载荷分析

基于采空区下近距离煤层采高和顶板岩层结构,按照支架的力源将采空区下近距离煤层开采时顶板分为"直接顶岩层+垮落带岩层"、"直接顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层"、"直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层"、"直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层"4种类型。针对不同类型顶板结构,运用相应的力学模型分析其支架-围岩关系,计算采空区下近距离煤层工作面载荷,确定支架的工作阻力,给出定量的计算公式。     

综放工作面过断层构造带注浆加固技术应用

针对宝雨山煤矿12141工作面过断层构造带回采期间，工作面出现顶煤松散破碎、煤墙片帮严重，工作面支护难度大，顶板维护管理困难等问题，根据煤体注浆加固技术机理，提出超前在工作面上下巷道超前切眼向断层破碎带影响范围内的煤体中施工注浆钻孔，向钻孔内灌注注浆液对煤体进行超前注浆加固的技术方案，同时根据注浆孔的位置、深度、角度等参数的不同，提出了4种注浆孔布置设计方案。通过对4种方案进行分析比较后，选取了混合布置注浆孔的方式对顶部煤层进行注浆加固，结合现场实际情况，合理了设计注浆孔参数和施工方案。现场实践和观测结果表明，对破碎的煤体提前进行注浆加固以后，提高了煤岩体的完整性和稳定性，增强了煤岩体的抗拉和抗压强度，提高了煤岩体承压能力，工作面煤墙和顶板得到有效控制，确保了工作面安全正常回采。该技术方案的提出为类似地质条件下工作面过构造带提供了参考。     

许疃矿72煤工作面破碎顶板超前预注浆加固控制技术研究

 本文以淮北矿区许疃煤矿71、72煤层为工程实例,根据其分叉合并、层间距变化大、采空区下顶板破碎等特点,采用实验室力学实验、现场实测、理论分析等方法,对71煤层开采后底板的破坏深度、工作面破碎顶板的有效控制方式进行了研究;设计了破碎顶板的注浆参数,并采用“更换钻头”与“跟管钻进”埋设注浆套管的新方法,解决了破碎顶板钻孔、埋设注浆套管难的问题。通过未注浆工作面于注浆工作面的矿压显现与巷道表面位移对比,总结了顶板控制效果,得到72煤破碎顶板的有效控制技术,为淮北矿区72煤破碎顶板控制提供了理论依据。     

综采工作面过陷落柱深孔预注浆加固技术

针对成庄矿5308大采高工作面过陷落柱影响区域大概率出现片帮冒顶等问题,采用超前深孔注浆加固破碎带煤体,通过确定合理的注浆孔布置参数、注浆工艺,确保工作面正常回采作业。实践表明,经过预注浆处理后,陷落柱影响区域煤体强度得到有效加强,有效防止了架前片帮和冒顶,取得了良好的经济效益。     

霍尔辛赫煤矿3207大采高工作面顶板注浆加固技术

为解决山西霍尔辛赫煤矿3207大采高工作面松软破碎顶板厚煤层的开采问题,总结分析了注浆加固的作用机理,通过设计合理的注浆方案,确定了注浆设备及参数,优化了注浆施工工艺。现场注浆实践表明:该注浆加固技术取得了良好的效果,明显提高了破碎煤体的完整性,为3207大采高工作面的顺利安全回采提供了技术保障。     

近距离煤层工作面坚硬顶板水力压裂应用研究

针对石圪台煤矿31306工作面3-1煤层上覆采空区厚坚硬顶板不能及时垮落，致使工作面矿压显现剧烈等问题，本文在31306工作面应用水力压裂方法，并通过理论计算，合理地设计了钻孔的施工参数和布设方案，确定最优钻孔布设位置为基本顶细粒砂岩中部即煤层顶板上20m处，钻孔参数为1#钻场共2个孔径96mm且单孔长度为260m~510m的钻孔。现场监测结果表明：第一段钻孔总压裂时间为64min，总注水量为34立方，共出现3次明显的破裂点，在实施水力压裂后，工作面顶板来压明显破降33次，单段孔形成多组大规模的联通裂隙，顶板整体性大幅度降低，工作面可顺利进入采空区，水力压裂有效地解决了31306工作面上覆采空区坚硬顶板悬顶、矿压显现剧烈等问题。     

综放工作面过陷落柱注浆技术研究

通过槽波探测、钻探分析、FLAC3D数值计算,得出JDX16陷落柱治理的重点区域.采用浅孔和深孔配合的方法,浅孔注浆封堵表层裂隙,形成止浆层,防止深孔漏浆,并加固浅层煤体;深孔注浆加固JDX16陷落柱与煤体交界面附近区域及陷落柱内部,终孔位置在回采高度中上部及上部顶板,水平投影覆盖陷落柱边界15 m范围.2309工作面通过采取注浆方案治理后,安全通过陷落柱影响区域,加固效果显著,对类似工程条件工作面安全回采具有一定的借鉴意义.     

采动影响下陷落柱突水治理与效果评价

为了减少陷落柱对煤矿生产安全的危害,以某矿3103工作面为工程背景,提出挤密劈裂注浆加固技术,采用UDEC方法模拟采动影响下注浆前后陷落柱塑性扩展及应力分布过程,并结合现场实践观测陷落柱注浆治理情况。结果显示,在采动影响下,采空区两侧及顶底板区域都形成了明显的岩层破坏,陷落柱内部塑性区在左侧边界处发育高度最大,陷落柱内部塑性区发育范围及破坏程度大于完整地层,但是通过对比注浆段发现并未形成明显塑性破坏区域,注浆效果对阻止岩层破坏有一定的作用;垂直应力发生改变并重新分布,在采空区位置形成应力卸压区,在采空区两侧形成应力集中区,应力变化区域并未影响到陷落柱边界及内部,故此时对陷落柱的影响较小;与未注浆对比分析,陷落柱注浆段应力变化更小,说明注浆对陷落柱内部岩体起到了一定的加固作用。现场实践结果表明,浆液将陷落柱大部分空洞、裂隙充填满,浆液形成网络骨架将陷落柱冒落的煤岩体黏结在一起,注浆效果良好。     

地面L型定向分支孔注浆加固煤层顶板厚风氧化带技术研究

针对薄基岩、厚风氧化带下综采工作面顶板压力大,易形成出水、压架事故的工程问题,采用一种新型L型定向分支孔结构对顶板厚风氧化带进行了地面预注浆,设计了合理的注浆参数和施工技术措施。工程实践结果表明：采用地面多渗透源的注浆方式加固顶板风氧化带,注浆压力大,改善了上覆围岩结构的力学行为,封堵了砂岩裂隙水和上部含水层的导水通道,配套高强液压支架,实现了安全回采,为同类地质条件下工作面开采提供了一种新的技术途径。     

沿煤层硬分层水平井钻井关键技术

针对沁水盆地东南部赵庄矿区煤层地质构造特征,为解决煤层气水平井沿3#煤层硬分层水平优快钻进、造斜段安全着陆、水平段井眼轨迹控制、煤层井壁防塌及固完井等问题,通过理论分析和实践经验,形成了以煤层气水平井二开井身结构设计、无导眼精准着陆、井眼轨迹精细控制、钻井液优化及分级箍固完井的成套技术体系。通过实钻验证,有效解决了煤层气水平井沿煤层硬分层水平钻进诸多问题,缩短了施工周期、降低了作业风险。研究成果对于开发3#煤层软-硬分层煤层气水平井钻井提供了技术指导,对该区域煤层气的高效开发具有参考意义。     

面向绿色矿山的注浆关键技术与工程示范

针对地表塌陷、水资源破坏、煤基固废堆积等问题,系统性提出了煤炭绿色开采“减沉、增载、处废、控水”一体化的多元耦合注浆技术体系,并成功示范。具体内容有:(1)综合利用理论分析、数值模拟、现场探测(钻探、超声成像、井下电视、光纤监测)等手段,研究了采动空隙空间与原生裂隙空间发育演化规律,尤其是将分布式光纤技术应用于离层空间探测,实现了注浆空间的精准识别。(2)利用煤基固废(煤矸石、粉煤灰)等制备了应用于不同场景的多源无机高性能注浆材料,将煤矸石作为离层注浆材料实现了规模化处置,同时研发了具有水下抗分散性、高体积系数、高塑性强度的新型KEP注浆堵水材料。(3)将丛式井技术运用到离层注浆孔钻探施工,有效规避采动超前破坏;集成研制了全天候、高泵压、大流量智能化注浆系统;应用补强注浆工艺,强化注浆减沉效果。(4)提出了注浆效果监测检测技术体系,重点阐述了钻探取芯与测井相结合的钻孔检测方法。(5)形成了以离层注浆减沉处废、垮落带注浆处废、老空区注浆增载处废和顶板裂隙注浆控水为核心的智能化技术体系,并在夏店煤矿、新浦磷矿、曹家滩煤矿、高家堡煤矿进行了工程示范,为我国绿色矿山建设提供了新思路。