特厚煤层综放工作面沿空掘巷小煤柱留设与支护研究

为研究特厚煤层综放工作面沿空掘巷留设小煤柱的合理宽度,以塔山煤矿8117工作面回风巷为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场实测相结合的研究方法进行研究。研究表明：相邻工作面采空区稳定后煤体侧向支承应力降低区范围为0～13.7 m,煤柱宽度在8 m以下可确保8117工作面回风巷处于应力降低区,有利于巷道围岩的稳定;煤柱宽度大于8 m时,煤柱内弹性区随煤柱宽度的增加而增大,煤柱中部垂直应力开始超过原岩应力;最终确定采用8 m小煤柱。现场观测表明,留设8 m煤柱时,8117回风巷在掘进和回采阶段巷道两帮移近量和顶底板下沉量较小,煤柱可以有效支撑顶板、控制围岩变形。     

错层位外错式沿空掘巷机理及相邻巷道的立体化联合支护技术

针对特厚煤层中应用错层位外错式沿空掘巷与相邻巷道的立体化联合支护机理展开研究。首先理论分析了错层位外错式沿空掘巷布置特点,发现:① 沿煤层顶板及起坡下方的三角煤体保持稳定且对实体煤提供侧向支承应力σx作用,因此一侧采空情况下实体煤从上至下出现了新的变化,即侧向支承应力从0增加至σx;② 依据巷道布置层位与侧向支承应力的不同,将特厚煤层从上至下进行了分区,分别为一侧采空实体煤分区、过渡区与弹性区;③ 布置接续工作面沿空掘巷时,其围岩处于弹性状态,巷道顶部属于一侧采空实体煤内的破碎区、塑性区,因此承载小,也即实现了围岩稳定与载荷低二者之间的统一。利用相邻两条巷道高、低不同这一立体化空间关系,提出相邻巷道的立体化联合支护技术,分析其特点包括:① 沿煤层顶板布置巷道,主动支护可打入深部稳定岩层内;② 通过加强一侧采空实体煤内的加固作用,为相邻沿煤层底板巷道提供锚固点;③ 底板沿空掘巷顶部支护体可深入顶板岩层、联合锚固区与过渡区,可实现全长锚固以更加充分发挥支护作用。为了验证前述理论成果,采用数值模拟进行计算分析,发现:① 采用错层位外错式沿空掘巷技术,显著改善了沿空巷道围岩性质与应力分布现状,实现了低应力与围岩稳定二者的统一,且验证了前述对错层位外错式沿空掘巷特厚煤层纵向分区的成果;② 零原岩应力场条件下联合支护效果较为明显,沿顶巷道顶板锚索深入基本顶段、巷帮一侧锚固段、沿底巷道顶板锚索深入岩层内与联合锚固区均出现应力集中作用,显著改善了沿底巷道单巷支护受顶煤厚度限制无法形成有效锚固点的现状;③ 在对实际工程背景的数值计算发现,与沿底巷道围岩大范围破坏且无法控制相比,采用错层位外错式沿空掘巷相邻巷道联合支护技术可显著控制沿空巷道围岩破坏范围。     

相邻巷道联合支护围岩稳定性研究

为了提高厚煤层开采巷道支护的安全性,降低巷道围岩应力和变形量,以同煤集团某矿为工程背景,运用FLAC~(3D)数值模拟软件分别对开掘卸压巷、传统放顶煤和错层位联合支护方法展开对比性实验,分析不同方法下巷道的支护情况。结果表明:通过相邻工作面巷道之间形成的"联合锚固区",错层位巷道联合支护可大幅提高巷道围岩稳定性、减少巷道围岩变形量、降低煤柱上方的支承应力。     

塔山矿特厚煤层综放工作面小煤柱留设技术研究

塔山煤矿工作面原有设计采用预留宽煤柱的方式,通过井下回采实践表明,此煤柱留设方式会造成煤炭资源损失率高达26%,且不利于巷道围岩的维护,工作面开采过程中明显发现巷道受到应力挤压导致的围岩变形现象,并且巷道冒顶现象时有发生。基于上述背景,采取理论计算结合数值模拟推演计算的分析方法,明确了适合塔山煤矿赋存条件的8117综放工作面煤柱宽度为8 m。8117综放工作面通过采用留设小煤柱技术以来,有效地避免了宽大煤柱引起的围岩移进量大,进而导致巷道围岩变形严重的问题,且将煤炭损失率降低至12%,避免了煤炭资源的浪费。     

孤岛工作面顶底板应力传递规律数值模拟研究

针对下伏运输大巷长期受孤岛工作面应力集中影响破坏严重现状,对孤岛工作面进行回 收处理,从而减小其对巷道围岩应力集中的影响。 采用数值模拟方法,对比分析孤岛工作面回采 前后顶底板应力传递规律,探讨孤岛工作面顶板支承压力规律、下伏运输大巷与孤岛工作面底板 垂直距离不同时底板应力变化规律。 研究发现:随着下伏巷道距离底板距离的增大,巷道围岩应 力集中程度呈现减小的趋势;工作面回采后底板应力明显得以释放,底板巷道围岩应力集中系数 减小52% ~60% ;底板巷道围岩剪切破坏呈现X形破坏。 研究结果为后续巷道围岩支护优化提 供了理论依据。     

关于错层位采煤法接续面巷道 合理位置的选择

本文重点研究相邻接续面巷道布置的合理位置。 以某矿为工程背景，理论分析给出了实 体煤侧垂直方向上的分区:一侧采空实体煤分区、过渡区和沿底弹性区。 根据巷道布置原则，将 巷道在垂直方向上沿９号煤层底板布置在弹性区，在水平方向上布置在极限平衡区的低应力区 域内。 采用理论分析、ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟等研究方法，确定了在该工程背景下的水平方向上的合理 错距为２ｍ。 工程应用中结合现场试验对接续面进风巷采取联合支护，通过对巷道的顶底板移 近量和两帮位移量进行实测，发现围岩变形量得到有效控制。     

超长推进距离综采工作面顺采沿空掘巷技术研究

为了解决超长推进距离综采工作面采用双巷掘进存在回采率低、二次采动巷道维护困难等问题,以及采用沿空掘巷技术为避免孤岛工作面需在采区或煤层间跳采无法满足集中生产要求且易造成压煤等问题,提出了超长推进距离工作面顺采沿空掘巷技术,应用于察哈素煤矿31303接续工作面中,并结合理论分析与现场实测,确定了顺采沿空掘巷技术的关键参数。该技术使辅助运输巷避免采动的剧烈影响,改善了巷道围岩应力状态,实现了沿空掘巷的工作面顺采。     

固井用热固性树脂–镁氧水泥复合材料研究

常规油井水泥石脆性大、体积收缩幅度大,使水泥环胶结质量不高且在规模化压裂及生产时易破坏,从而导致油气井环空带压,为此优选了热固性树脂、镁氧水泥骨架材料和固化剂,研制了调凝剂,制备了热固性树脂–镁氧水泥复合材料。室内试验表明,该复合材料密度1.1～1.8 g/cm3,24 h抗压强度大于14.0 MPa,弹性模量2～4 GPa,能够承受70 MPa应力疲劳破坏,具有比油井水泥更好的抗破坏密封能力。现场试验结果表明,热固性树脂–镁氧水泥复合材料现场混配方便,与常规油井水泥固井设备和工艺完全兼容,具有良好的现场适用性和封固效果。研究认为,该复合材料不仅解决了油井水泥存在的问题,还可在油气层封堵、带压井治理及油气废弃井封井等方面替代油井水泥,为油气井的密封完整性提供技术保障。      

新型苯丙胶乳水泥浆体系的室内研究

为提高苯丙胶乳的适用温度,满足高温固井的需求,以苯乙烯、丙烯酸丁酯、功能单体等为原料,合成了一种新型耐高温苯丙胶乳GR,并进行了500 kg的放大生产。室内评价了GR苯丙胶乳水泥浆体系的高温降滤失性、流变性、防气窜性能、稳定性和综合性能,对比了GR小样产品与中试产品的性能,论述了苯丙胶乳GR的作用机理。结果表明:GR苯丙胶乳水泥浆的滤失量可以控制在50 mL以下,耐温能力达到150 ℃;GR苯丙胶乳水泥浆具有良好的流变性、直角稠化、防气窜性能以及稳定性等特点,另外中试生产的苯丙胶乳的性能与室内小样产品均保持一致。综合分析认为,GR苯丙胶乳水泥浆可以满足150 ℃以下高温固井的要求。