柠条塔矿不同深度覆岩波速特性及其物理参数相关性研究

为了分析陕北矿区岩层内天然孔隙-裂隙及其对地下水流场分布的影响,本文采用超声波无损检测技术对陕北柠条塔矿2-2煤覆岩进行波速测试,以反映陕北矿区覆岩天然孔隙-裂隙发育情况,得出岩层垂直方向(轴向)纵波波速V PA和水平方向(环向)纵波波速V PC随埋深H和密度ρ的变化规律,发现岩层埋深H与轴向纵波波速V PA呈近似线性正相关,密度ρ与环向纵波波速V PC呈非线性正相关,纵波波速VP的变化能反映密度ρ的波动情况.利用系统聚类法分析纵波波速VP、埋深H和密度ρ的相关性,得出了覆岩聚类系谱图和覆岩参数间的经验公式.通过岩层细观试验发现岩石颗粒属性对覆岩参数间关联性具有重要影响.     

半煤岩巷快速掘进爆破参数优化确定

针对王庄煤矿91-101工作面顶板高抽巷巷道成型质量差和掘进速度慢的问题,结合巷道爆破及围岩状况,依据光面爆破原理计算分析了半煤岩巷的爆破参数,运用LS-DYNA软件模拟分析了不同爆破布孔间距下泥岩和煤的应力和应变塑性区分布特征,优化确定了半煤岩巷的周边眼间距。结果表明:优化爆破周边眼间距由400 mm扩大为500 mm,爆破能量作用充分,塑性区成型平整光滑,且整体布孔数量可减少6个;现场应用后半煤岩巷围岩的成型质量及稳定性好,月平均进尺可增加45. 3 m,掘进效率可提高约50. 93%。     

岩层移动理论与力学模型及其展望

随着社会对开采沉陷与生态环境问题日益重视,"科学采矿"势在必行。面对新形势,需要在学习前人研究成果的基础上,进行更系统、深入的研究。首先系统总结了国内外垮落法和充填法处理采空区2种情况下的岩层移动理论、优缺点及其适应条件等,重点阐述了关键层理论在岩层移动方面发挥的重要作用。基于采动岩体力学,系统分析了基本顶断裂位置和断裂步距"正态分布"变化的原因。基于采动岩层破断移动的全过程分析和前人的研究成果,提出了充分采动覆岩整体移动的"类双曲线"模型,认为岩层"类双曲线"的焦点位于主关键层位置,该模型通过关键层把砌体梁理论及地表沉陷理论有机联系起来,描述了煤层上覆岩层整体移动规律,是关键层理论的继承和发展。     

基于岩层移动类双曲线模型的水资源“浅保-深储”方法

针对煤炭开采导致地下水位下降和地表植被破坏等生态问题,基于保水采煤的科学内涵和采动覆岩移动类双曲线模型,建立了采动覆岩不同层位含水层“浅保-深储”差异化保护方法。即在上覆岩层破坏损伤最窄的主关键层下离层区注浆控制其上部岩层不破断,保护潜水水位和地表生态;其下部破坏的含水层利用采空区垮落岩体的空隙储存起来,经自净化后再利用。“浅保-深储”模型融合了采空区充填和煤矿地下水库保水的各自优势,并给出其适用的覆岩条件。根据采动覆岩“类双曲线”破坏移动特征,理论推导了主关键层下离层区初次注浆、周期注浆步距以及注采比,分析了注采比受主控参数的影响规律,得知注采比随垮落角和主关键层与煤层间距的增大而减小,随充分采动角和工作面推进距离的增大而增大。采用现场实测注浆数据对理论注采比进行验证,2者基本吻合。采用数值模拟对比分析了覆岩含水层“浅保-深储”、采空区充填保水地下水库的储水效果和煤柱稳定性,获得了采动覆岩移动和地下水流动均具有显著的“类双曲线”特征。基于理论注采比在主关键层下离层区注浆能够实现不同层位含水层“浅保-深储”,且该保水方法煤柱支承压力最大可降低60.8%,显著提高了储水采空区隔水煤柱的安...     

山西常村煤矿S5轨道下山支护方案优化

巷道的有效支护对于确保巷道快速安全掘进意义重大。常村煤矿S5轨道下山原设计采用锚杆、锚索联合支护方案,巷道支护后矿压监测表明:(1)巷道顶板最大下沉量为77 mm,右巷帮最大收敛量为83 mm,左巷帮最大收敛量为55 mm,巷帮收敛呈现不对称发展,巷道变形量超过50 mm的控制要求;(2)巷道顶板锚杆、左帮锚杆、右帮锚杆和锚索的轴力分别为77,95,71,177 k N,锚杆、锚索的支护作用并未得到充分发挥。在充分分析该矿已建巷道成功支护案例的基础上,对S5轨道下山的支护方案进行了优化,即:(1)保持锚杆长度、间排距不变,锚杆均垂直于巷道顶板打设;(2)锚索采用"大五花"布置形式,采用3根锚索支护时,在巷道正中位置布置1根,其余2根锚索分别布置于巷道最外侧锚杆轴线位置处,并倾斜25°打设;(3)采用2根锚索支护时,锚索布置方式与原支护方案一致;(4)将所有锚索的初张拉力提高至350 k N。FLAC3D数值模拟分析表明:支护方案优化后巷道顶板最大下沉量降低至49.2 mm,巷道两帮最大收敛量降低至41.67 mm。现场试验表明:采用支护优化方案后,巷道顶板最大下沉量为42 mm,巷道两帮最大收敛量约为48 mm,可见对该矿S5轨道下山支护方案的优化对于控制该段巷道围岩变形具有显著成效。