新型复合结构墩柱支护关键技术研究与应用

当煤炭开采工程中存在空巷时,工作面与空巷上方的岩体易发生断裂,给煤矿的生产施工带来重大风险,对空巷进行支护,改善上部岩体的受力状态,是保障其稳定性的有效措施。目前,墩柱支护技术是空巷支护的主要措施之一,根据现场经验表明,采用该结构时提高墩柱的承载能力会严重影响煤机截齿的使用寿命和工作面的推进速度。为解决上述问题,本文通过分析空巷-工作面附近岩体的变形机制,研发了由"充填材料-内部结构-外部模具"组成的新型复合结构墩柱,并开展比例为1∶1的室内试验,测试新型复合结构墩柱的承载能力。结果表明,将新型复合结构墩柱应用在实际工程,工作面推进过程中顶板上方岩体完整性较好,未出现断裂破坏现象,同时综放工作面通过空巷的用时由15d缩短至3d,极大地提高了生产效率。     

厚黄土覆盖层下覆岩采动裂缝闭合特征及应用研究

为科学评价老采空区作为新村址的地基稳定性,采用钻孔冲洗液漏失量观测、彩色钻孔电视观测、理论计算方法对厚黄土覆盖层条件下煤层开采16a后覆岩采动裂缝闭合特征进行研究。结果表明:经过多年移动变形,采空区上覆岩层中未发现离层、空洞,采动裂缝已基本闭合,工作面煤柱上方未发现明显裂缝,隔离煤柱有效控制了覆岩裂缝发育。采动裂缝宽度与采空区距离呈现远小近大的特征,距离采空区较近的覆岩裂缝宽度相对较大,距离采空区较远的覆岩裂缝已基本完全闭合,导水裂缝带高度最大减少了21%。分析认为,建筑物附加载荷对老采空区的扰动、残留空隙二次压缩和地表残余变形对新村址影响较小,地基具有较好的稳定性。     

废弃矿井潜在地质灾害、防控技术及资源利用途径研究

随着煤炭经历的大规模高强度开采和当今煤炭产业结构调整,大量资源枯竭和过剩产能矿井将关闭,废弃矿井潜在的地质灾害隐患与废弃矿井资源浪费问题将会越来越突出。根据2000年以来我国生产矿井数量和近年新建矿井数量,得出2000—2016年每年废弃矿井数量和累计废弃矿井总数;系统分析了废弃矿井潜在地质灾害隐患问题;提出不同地质灾害的防控技术和关键对策,并针对废弃矿井地下和地面资源的特点,探索了废弃矿井地下与地面资源的利用途径。     

含硬煤夹层厚煤层综放面矿压显现规律研究

通过对秦源煤矿S204工作面现场矿山压力观测,研究了含硬煤夹层厚煤层综放面的矿压显现规律。研究结果表明:由于硬煤夹层的影响,与不含硬煤夹层综放工作面相比,其周期来压步距、平均动压系数都有不同程度的增大;工作面支架性能完全能够满足工作面支护强度的要求;由于硬煤夹层的存在,工作面超前支承压力分布呈现出较硬煤层的特征,即超前支承压力的分布范围和峰值点距煤壁的距离并不大。     

王台铺煤矿高水膨胀材料充填管路布置研究

为了提高王台铺煤矿高水膨胀材料的充满率,采用理论计算和技术分析探讨了充填干路管选型、布置和工作面管路布置方式,并进行了试充填工业性试验。研究表明:在垂深235m的情况下,内径139mm的充填管路满足120m3/h的充填能力要求;在采高2.6m的条件下,充填干路管和工作面充填管沿顶板布置稳定可靠;工作面管路出浆口布置是影响支巷充满率的一个重要可控因素,布置在支巷最高点处比布置在巷口更有利于充满率的提高,试充填中两者的充满率分别达到了100%和93%。     

充填采场巷道端头模袋式快速成型密闭挡墙结构的研究与应用

为解决连采充填工作面充填与采煤接续较快,充填采场巷道端头密闭挡墙的快速修建等问题,提升连采工作面产能,提出了模袋式快速成型密闭挡墙的设计理念,进行了模袋式快速成型密闭挡墙结构的分析、研究与设计。现场试验表明,模袋式密闭挡墙提高了施工效率,降低了生产成本。     

分阶段充填开采应力演化与地表减沉效果研究

为研究分阶段充填开采应力演化及地表沉陷特征,采用数值模拟和现场实测方法,对各阶段充填开采的采动应力与位移特点进行模拟和实测分析。结果表明:第1阶段开采时,煤柱为主要支护体,充填体为被动支护体,主要起到应力传递的作用,随顶板下沉开始逐渐承载,充填体与煤柱形成统一支护体,相互提高了支撑能力,该阶段顶板及地表仅出现轻微下沉;第2阶段开采时,其应力演化过程与第1阶段类似,煤柱最大垂直应力22 MPa,充填体最大垂直应力12.0 MPa,但顶板及地表下沉量幅度较大,第2阶段下沉占总下沉量的83.2%。实测结果与模拟结果规律性一致,相比垮落法开采,地表下沉减少了92%。     

巷式充填工作面矿压显现规律实测分析

为保证试采面的安全回采,研究巷柱式充填矿压规律,对王台铺煤矿充填试验面的矿压显现进行了实测研究。通过矿压数据分析可知,工作面开采期间,支巷顶板锚杆受力变化平稳,增幅较小;煤柱应力呈现增大—减小—增大的变化趋势,邻近支巷开采时,煤柱应力会迅速增加,支巷充填可以增强煤柱的承载能力;支巷中部离层值、顶板下沉值和两帮移近量均大于两端头。