房式采空区下近距离煤层开采支架工作阻力研究

为研究房式采空区下近距离煤层开采支架合理支护阻力,基于石圪台煤矿实际地质条件,构建了房式采空区下关键层初次破断与周期性破断力学模型,得到了初次来压和周期来压步距表达式,并构建了对应的"支架-围岩"相互作用力学模型,获得了支架工作阻力的计算式。研究结果表明:房式采空区下煤层开采关键层破断步距主要特点有2个:①关键层初次破断及周期性破断步距与上覆留设煤柱应力集中程度密切相关;②破断步距大小受关键层前次破断位置影响较大。理论计算31201综采工作面关键层初次来压步距为40.1 m,前3次周期来压步距分别为20.4、18.9、20.8 m。与均布载荷条件下相比,房式采空区下支架支护阻力的主要影响因素有2个,即关键层受上覆岩层集中力的位置和关键层初次破断结构形态。理论计算获得该工作面初次来压和前3次周期来压合理工作阻力分别为17 372、11 722、15 252、15 206 kN。结合工程实例,验证了理论推导的合理性,研究成果为房式采空区下近距离煤层开采液压支架选型提供了指导。     

新建突出煤矿“先抽后建”模式与实施路径

针对国家提出的加快煤层气地面开发和推广煤矿"先抽后建"理念,分析了新建突出煤矿"先抽后建"的基本特征,构建了"先抽后建"的时间-空间-安全条件模式模型与政策落实-技术研究-工程实施路径图,并对官寨煤矿工程实例进行了研究。研究得出:煤层气地面井抽采是煤矿区域瓦斯治理的创新举措,是推动实现新建突出煤矿"先抽后建"的有效途径;"先抽后建"模式为科学规划煤层气抽采与矿井建设的工程分区,统筹衔接和协调实施煤层气与煤炭开发;实施路径是在煤矿筹建阶段明确落实"先抽后建"政策的总体方案,根据项目可行性研究的成果,研究编制"先抽后建"的技术实施方案,按照地面钻井-瓦斯先抽-矿井后建的步骤进行"先抽后建"的工程实施。现场工程实践显示,官寨井田煤层气开发与矿井建设工程"先抽后建"方案可行,具有典型的代表性和很好的借鉴意义。     

近距离突出煤层群水力冲孔卸压瓦斯抽采及效果评价研究

为高效评价近距离突出煤层群水力冲孔卸压瓦斯抽采效果,基于弹性力学、渗流力学和Klinkenberg效应等理论,建立了包含煤岩变形、瓦斯运移、孔隙率和渗透率演化数学方程的低透气性含瓦斯煤气固耦合模型,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件模拟分析了近距离突出煤层群水力冲孔钻孔周围煤体瓦斯压力与孔径之间的时空演化规律;基于质量守恒定律建立了近距离突出煤层群瓦斯抽采有效影响半径理论计算公式,并在贵州盘江煤电集团公司松河煤矿进行了工程试验及应用.得到以下结论:1)水力冲孔后,近距离煤层群各煤层的瓦斯抽采变化规律基本同步,水力冲孔的孔洞半径越大,影响半径越大,瓦斯抽采效果越好;2)现场试验结果显示,水力冲孔显著地改善了煤层瓦斯卸压抽采效果,且距离水力冲孔的孔洞越近,增透与卸压效果越好,瓦斯抽采体积分数和流量越大,考察孔对比结果确定了松河煤矿水力冲孔卸压抽采70 d的有效影响半径为4～5 m;3)将现场数据代入近距离突出煤层群瓦斯抽采有效影响半径理论公式中,得到的结果与数值模拟结果近似表明该理论公式的可行性.研究结果对近距离低渗透煤层群的瓦斯治理及效果评价具有良好的指导意义.     

煤矿巷道底板锚固孔排渣机理及应用

针对煤矿巷道底板锚固孔钻进过程中排渣困难的问题,分析了底板锚固孔钻进过程中的排渣过程,提出了底板锚固孔钻进排渣困难是由于"钻渣三区"的存在,得出"钻渣三区"是动态的依次逐步形成的,并最终同时存在;利用流体力学的基本原理,推导了冲洗液循环过程的沿程水力损失及在固液耦合作用下钻渣在冲洗液中上返的力学公式。根据现场基本情况,得出冲洗液在冲洗钻孔及排渣过程中的沿程水力损失对钻渣上返的速度vt影响极小,并确定了"钻渣三区"形成的条件。结果表明:在底板锚固孔钻进过程中,钻孔机具的选择、冲洗液流量的要求以及钻机转速、钻压的控制必须协调一致,控制钻渣聚集区的形成,在很大程度上避免钻渣聚集区的形成是加快钻进速度的关键。     

软岩煤巷掘进工作面支护技术改进及在响水矿的应用

针对响水矿松软煤层巷道掘进过程中顶板事故频发、掘进速度缓慢造成的采掘衔接紧张及吨煤投资不断增加的情况,采用半圆拱形断面改善了巷道的受力情况,特别是永久支护采用U形钢,临时支护采用上梁杠杆对架棚上梁工艺的改进,有效控制了巷道围岩变形破坏,顶板事故次数大幅度下降,巷道掘进速度加快,工人劳动强度明显降低,工效明显提高,保证了煤矿安全生产。     

深井巷道底板预应力锚索快速加固技术研究

为解决深井巷道底鼓治理难度大的难题,通过分析制约底板加固技术发展的因素,提出了底板预应力锚索加固的方法和工艺；阐述了搅拌头、锚固剂和止浆塞对锚固效果的影响作用.试验结果表明:钢管树脂锚固剂固定式搅拌头和大直径快、慢速混合使用的锚固剂,锚固效果最好,满足了巷道底板预应力锚索初始支护的要求；采用锚索专用止浆塞实现了锚索自由段带压注浆,增强了底板围岩的强度,保证了底板锚索的锚固性能.预应力锚索加固不仅使巷道底板锚索及时主动承载,而且使底板围岩及锚索锚固性能得到强化,最大程度保持底板围岩的完整性,保证加固效果,降低了支护成本.     

瓦斯压力对煤体吸附特性及结构影响实验研究

为深入研究煤体在不同压力条件下吸附瓦斯特性及煤体孔隙结构变化特征,利用核磁共振(NMR)技术对煤体吸附瓦斯进行实验研究。实验结果表明:实验煤样的微小孔峰面积中大孔峰面积裂隙峰面积,表明煤样的微小孔最为发育,煤体孔径以微小孔为主,空隙之间的连通性不强,瓦斯不易流通;随着压力的增加,当瓦斯压力达到一定程度后,煤体会产生新的孔隙,微小孔隙相连通构成了微孔或者中孔,中孔相互连通形成了裂隙,为下一步解吸瓦斯的流通提供了条件,出现瞬时的瓦斯快速解吸;煤样瓦斯吸附解吸特征按照峰值前后分为上升阶段、变化剧烈阶段和基本不变阶段,总体规律上,煤体瓦斯吸附量随着瓦斯压力的增大而增加;在不同的瓦斯压力作用下,核磁共振T_2谱图核磁信号幅度发生显著变化,T_2谱图分布面积与瓦斯压力呈线性关系逐渐增长,即煤体孔隙度随瓦斯压力增加而增加。     

复采区二次活化巷道支护技术研究

针对复采区掘进巷道支护困难等问题,采用现场调研、理论分析、物理试验、数值模拟及工程应用相结合的研究方法,对掘进巷道的合理支护技术进行研究,提出工字钢棚与膏体充填联合支护技术,并通过数值模拟确定,当膏体材料配比为水泥∶粉煤灰∶矸石=2∶5∶5时,巷道能够保持稳定,现场监测表明,巷道掘进60d后,围岩变形稳定,变形量不再增加,围岩变形量与数值模拟结果相近,变形量较小,所设计支护方案能够满足生产需要,可为同类型地质条件矿井提供参考。     

煤矸石—粉煤灰似膏体充填料浆流变仪研制及应用

 根据流体力学等相关理论,研制了煤矸石—粉煤灰似膏体充填料浆流变参数测试仪器,并完成对自制流变仪器的标定,得出仪器相关转换系数,将测量的力学参数转变成电学量,使测量更容易实现自动化。研究成果不但具有一定的理论意义,而且对下一步似膏体充填管路设计和充填实践具有实用的参考价值。