深部松软煤层钻孔孔周煤体变形产渣特征研究

针对煤矿井下高瓦斯软煤顺层长钻孔排渣困难、成孔率低、施工困难等问题,通过数值模拟实验研究了井下深部软煤体变形破坏特征,分析了顺层长钻孔孔周松软煤体变形特征及应力变化,以揭示顺层长钻孔孔周松软煤体变形产渣规律。研究表明:深部高瓦斯软煤顺层钻孔孔周煤体的应力平衡临界条件破坏后将发生大体积突然垮落;钻孔水平最大变形位移为1.22mm,垂直方向最大变形位移为10.7mm;径向孔周煤体垂向变形呈现逐渐减小趋势,且垂向变形明显大于钻孔水平变形。在水平方向上,钻孔孔周煤体应力分布呈现先增大再逐渐减小的变化规律,径向距离对水平应力分布的影响逐渐减小;随着径向距离的增加,钻孔孔周煤体应力分布逐渐降低,钻孔孔壁处煤体的应力出现最大值,且垂直方向处应力值最大。     

顺煤层抽采钻孔浅孔注浆堵漏提浓试验研究

为了提高顺层钻孔抽采浓度,系统分析了钻孔密封段围岩漏气分布规律,提出了利用浆液封堵孔周裂隙通道的浅孔注浆堵漏提浓工艺,并在古城煤矿进行了试验.研究结果表明:钻孔周围煤层裂隙形成的贯穿通道,是导致抽采钻孔漏气的主要原因;通过浅孔注浆对钻孔周围煤层中的裂隙进行封堵,能阻断煤层中的贯穿性裂隙通道,有效提升钻孔瓦斯抽采浓度.     

密集抽采钻孔及浸水蠕变作用下底抽巷围岩控制技术研究

针对长平矿底抽巷变形大、服役期短和存在潜在冒顶风险等问题，提出了“型钢预应力注浆锚索网喷”综合控制技术。采用现场测试、室内实验方法，明确了底抽巷泥岩的结构特性和强度特性，揭示了裂隙化泥岩底抽巷的失稳机制，基于数值模拟和现场试验结果验证了所提围岩综合控制技术的有效性。结果表明：长平矿3号煤底抽巷泥岩具有结构裂隙化、强度低、易风化、浸水软化、蠕变特性显著的特征|以预应力注浆锚索为核心的“型钢预应力注浆锚索网喷”综合控制技术可较好地控制密集抽采钻孔和浸水软化蠕变耦合扰动下裂隙化泥岩底抽巷的围岩变形，使得底抽巷长期安全服役，有效解决了长平煤矿穿层瓦斯治理和采掘接续紧张问题，保障了工作面的安全高效回采。     

高抽巷在五轮山煤矿瓦斯治理中的应用

根据五轮山煤矿8煤的高变质煤质特征和瓦斯突出情况,采用顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、采空区埋管抽采和高抽巷抽采上临近层及采空区瓦斯的治理措施,对各抽采措施的对比分析表明,高抽巷和穿层钻孔对采空区和裂隙区以及上邻近层卸压瓦斯的抽采是最有效的瓦斯治理措施。高抽巷的抽采浓度是顺层钻孔的3倍左右,而抽采纯量远高于其他抽采措施。高抽巷抽采瓦斯是高变质低透气性煤层瓦斯治理的最佳措施。     

孔周煤岩体渐进性破坏过程裂隙和应变能演化特征北大核心

为探究瓦斯抽采钻孔孔周煤岩体渐进性破坏过程中裂隙和应变能演化特征,设计了完整试样和含孔试样,开展渐进性破坏试验;通过VIC-3D观测系统,获取试样表面变形情况,计算并分析试样表面裂隙动态演化过程,裂隙分布情况及应变能演化特征。研究结果表明:含孔试样抗压强度较低,且钻孔孔周产生较多裂隙,孔上下两侧变形严重,表明在实际钻孔施工过程中,煤岩体抗压强度会大幅下降,钻孔周围产生较多裂隙,从而造成钻孔破坏,甚至塌孔;渐进性破坏过程中,孔周煤岩体表面裂隙发生动态演化,其动态演化过程与加载应力呈对应关系,同时通过对比裂隙张开量和错动量演化特征,判定试样破坏的主要裂隙类型为张开、错动混合型裂隙;在渐进性破坏过程中,孔周煤岩体表面裂隙演化过程与局部化区域变形能密度累积保持对应关系,不同局部化区域的应变能密度演化特征不同,体现出孔周煤岩体在渐进性破坏过程中存在内部能量调整。     

本煤层聚氨酯-预注浆-高压注浆封孔测压技术

煤层瓦斯压力测定是煤矿瓦斯防治基础工作之一,其理想的测定条件是穿层钻孔穿透岩层测压,但在井下实际工作中存在测压地点不具备施工穿层钻孔的条件,这就需要采用本煤层顺层钻孔测压技术。由于煤的松软、易破碎、多裂隙等特性,顺层钻孔封孔难度大,现有的测压方法并不适用于本煤层顺层钻孔测压。因此,提出了聚氨酯-预注浆-高压注浆封孔测压方法,并在白羊岭煤矿进行了现场实验,取得了较好的效果。     

顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度

为确定顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度,基于实际地质条件,运用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对薛湖煤矿2306运输巷侧帮卸压带范围及合理顺层钻孔瓦斯抽采封孔深度进行研究.研究结果表明:钻孔初始瓦斯流量与地应力、钻孔直径、钻进深度、钻进时间、煤体的物理性质以及瓦斯压力梯度密切相关,且当钻进方式和煤层确定时,影响钻...     

含孔试样破坏过程的变形特征研究

为探究松软煤层瓦斯抽采钻孔破坏过程的变形特征,对含钻孔试样进行单轴压缩试验,并采用数字散斑相关测量方法(DSCM)观测裂隙的萌生、扩展和贯通全过程的时空演化过程,提取应变场特征点的变形参数,通过坐标转换公式,分析裂隙尖端的空间位置、起裂时间和扩展规律。结果表明：孔周上下端在第372s产生张拉微裂纹,第420s孔周左右侧处发生切向位移分离,几乎同时远端处产生拉伸破坏|继续加载,远端裂纹与左右侧裂纹连接贯通,形成宏观破坏裂纹|根据裂隙的时空演化特征,将其破坏过程划分为5个阶段,钻孔孔周上(下)端与远场左右端均发生拉伸裂隙,孔周左右侧产生剪切裂纹,其余部位裂隙均由拉伸应力与剪切应力共同作用|含钻孔试样破坏过程的变形特征与抽采钻孔增压区易发生纵向和环向裂隙密切相关,揭示了瓦斯抽采钻孔离层及复杂裂隙的本质,为研究瓦斯钻孔孔周裂纹扩展规律提供一定参考。     

稳压约束下钻孔倾角对煤体抗压强度影响 实验研究

顺层钻孔预抽煤层瓦斯是降低其含量的主要方法之一,为研究采动应力对本煤层不同倾角抽采钻孔稳定性的影响,开展了稳压条件下,无钻孔和钻孔倾角为0°,15°,30°的型煤单轴压缩试验,对比分析了钻孔倾角对稳压约束下型煤的应力-应变曲线、强度特征、破坏形态以及损伤程度的影响。结果表明:稳压压力为500N,增大钻孔倾角对煤样抗压强度、弹性模量有明显的劣化作用,劣化率最大达到32%;含钻孔型煤的破坏形态表现为由孔周出现2组较为明显的对称裂隙,其中1条主裂隙持续演化最终导致试件完全破坏;随着钻孔倾角的增大,裂纹闭合应力增大,而起裂应力和致损应力减小,同时,试件总裂纹面积分数也减小,钻孔周围煤体更容易失稳。     

囊袋式注浆封孔法钻孔支护作用分析

基于支护钻孔的力学模型,采用数值模拟的方法对孔周围岩应力场及围岩塑性分布进行了分析和讨论。数值计算表明:随着孔内壁法向支护作用的逐渐提高,围岩应力峰值向钻孔壁移动,塑性区半径也逐渐减小,进而说明囊袋式封孔法提供的支护作用有助于抑制钻孔裂隙的发育。通过工业试验的方法验证了采用囊袋式封孔法可以大幅提高煤层瓦斯抽采浓度。     

“两堵一注”封孔工艺在银北矿区的应用研究

针对银北矿区抽采钻孔普遍存在封孔质量差、抽采浓度低及有效抽采时间短的难题，通过理论分析和现场试验，确定了“两堵一注”带压封孔的工艺技术参数。研究结果表明，赛瑞封孔剂结合“两堵一注”的封孔工艺克服了原封孔工艺中存在的弊端，加长了封孔深度和封孔长度，有效提高了煤层瓦斯的抽采效果，具有较好的适用性。     

囊袋式“两堵一注”带压注浆封孔工艺关键参数技术研究

针对杨河煤业顺层钻孔存在封孔质量差、抽采浓度低和有效抽采时间短等难题，通过理论分析和现场试验，确定了杨河煤业囊袋式“两堵一注”带压封孔工艺技术参数，验证了囊袋式“两堵一注”带压注浆封孔技术在杨河煤业的适用性。试验表明，在考察时间内，试验组平均瓦斯抽采浓度提高了4.5%～13.5%，效果显著，同时减少了钻孔漏气，为下一步瓦斯抽采提供了可靠的技术支撑。     

深部低透煤层瓦斯抽采钻孔封孔方式研究

针对深部低透煤层瓦斯抽采钻孔封孔质量差的问题,分析了我国煤矿瓦斯抽采主要封孔方式技术特点以及存在的问题,认为巷帮及钻孔周围煤体应力“三带”分布、贯通裂隙发育情况及合理封孔深度的研究不够透彻,注浆压力和时间不足,钻孔应力失稳流动通道闭合、塌孔、淤塞等情况无法有效防治,是造成瓦斯抽采封孔效果不理想的主要原因。提出了研究扰动影响下钻孔周围煤体贯通裂隙发育情况,合理封孔深度,提高“两堵一注”囊袋堵头强度、注浆压力和时间,实施二次封孔以及孔壁支护等方面的改进对策,对深部矿井提高瓦斯抽采效率和安全生产具有重要的理论和现实意义。     

动压巷道组合锚索的“应力柱”效应研究

为有效控制动压巷道围岩变形较大、支护控制困难等问题，以山西某矿8102工作面为工程背景，通过现场调研、数值模拟、现场试验等手段，对动载扰动条件下组合锚索的支护效果进行研究分析，并在现场进行了工业性试验。研究结果表明:通过对在动压巷道顶板施加组合锚索的数值模拟得知，巷道顶板应力比较集中，并出现“应力柱”效应，巷道变形较小。结合现场工业性试验，在动压巷道顶板施加组合锚索，巷道变形破坏情况明显好于未施加组合锚索段；组合锚索可以有效控制动压巷道围岩变形破坏情况。     

深部煤矿井巷工程大型物理模拟试验系统研制

介绍了一种圆柱形卧式深部井巷工程大型物理模拟试验系统。该试验系统由围岩压力施加与保持装置、液压加载与控制系统、试验数据采集系统3大部分构成。装置外径1 860 mm，长6 200 mm，采用60只径向油缸和4只轴向油缸伺服加载，最大加载能力10 MPa。采用有限元软件对装置强度进行了校核，结果显示系统整体结构安全。利用试验系统成功开展了深井煤矿巷道锚杆支护试验研究，巷道围岩位移及应力与现场实测一致，验证了该试验装置各项功能和指标，为深部煤矿巷道支护提供了一种先进的物理模拟试验手段。     

巷帮“三带”分布与顺层钻孔封孔深度研究

为了提高玉溪煤矿顺层钻孔瓦斯抽采浓度及抽采效率，基于合理封孔深度的重要性，根据玉溪煤矿现场测定条件，采用测定瓦斯含量法研究巷道“三带”分布规律，确定巷道周围松动圈范围并得出顺层钻孔合理封孔深度范围。通过现场抽采效果验证，证明顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度应该超过集中应力带应力峰值点，最后确定玉溪煤矿顺层钻孔合理封孔深度为12.5m，大幅度提高了瓦斯的抽采浓度，延长了抽放衰减周期，为煤层瓦斯长时间预抽提供了技术支撑，实现了矿井高浓度瓦斯的稳定利用，增加了安全保障，创造了经济效益。     

大埋深大跨度大采高三软煤层综采面切眼联合支护技术研究

针对平煤股份十一矿己_16-17-24030工作面地质条件和采煤设计要求大采高的要求，研究了三软煤层扩大切眼断面支护技术，并根据矿井地质条件和支护理论，小断面切眼采用锚杆（索）+钢带联合支护及扩大切眼采取 “锚杆（索）+托梁＋木垛”联合支护方式，确定合理的切眼断面设计和支护方案，增加了巷道的整体稳定性。实践表明，该方法适用于大埋深大断面综采工作面扩大切眼的支护。     

沿空掘巷小煤柱合理宽度的数值模拟研究

针对某煤矿沿采空区边缘布置开拓巷道、护巷煤柱宽度的选择问题，依据矿井生产地质条件及现场实际，采用理论分析对煤柱的宽度范围进行确定，并利用FLAC^3D数值软件对7种宽度范围内的煤柱进行模拟，分别从沿空掘进期间煤柱的垂直应力分布、水平位移分布、表面位移对煤柱的稳定性进行对比分析，确定了合理的沿空掘巷煤柱尺寸。研究结果表明，理论公式计算得出煤柱的最大宽度为15.03 m；煤柱宽度为4～5 m时，煤柱内垂直应力峰值最小，煤柱向巷道移近量较小，且较稳定。     

象山矿井隐蔽致灾地质因素分析及防治措施

为切实提升煤矿安全生产管理水平，有效防范和遏制重特大事故发生，对象山矿井的隐蔽致灾因素进行探究。梳理了象山矿井现有的地质成果，结合煤矿隐蔽致灾因素具有隐蔽性、时变性、突发性、难探测和难预防的特点，对其地面和矿井内的钻孔、煤层气井、地质构造、瓦斯、煤层自燃、煤尘爆炸、老空区和导水裂隙带等因素进行了分析。总结出该矿井内的封闭不良钻孔、瓦斯、奥灰水、导水裂隙带等主要隐蔽致灾因素，并提出了相应的预防和治理措施。     

不同瓦斯抽采钻孔封孔工艺封孔效果的现场试验对比研究

为了考察不同封孔工艺在低渗透煤层中的瓦斯抽采效果,通过现场瓦斯抽采试验,对比分析了传统封孔、自胀式封孔、袋装封孔、封孔器封孔以及主动承压式封孔5种封孔工艺的钻孔瓦斯浓度变化特征,介绍了主动承压式封孔工艺的工艺原理。结果表明:主动承压式封孔工艺的钻孔瓦斯浓度在抽采初期呈上升趋势,随后缓慢降低并稳定在70%左右,钻孔瓦斯浓度出现显著衰减的时间为70～80 d,高瓦斯浓度抽采的时间长达91 d,远高于相同条件下采用其他封孔工艺的抽采钻孔;此外,采用该封孔工艺的钻孔瓦斯浓度自孔底向孔口仅衰减14%,为各类封孔工艺中瓦斯浓度衰减最低的封孔方式。综合对比各类封孔工艺下抽采钻孔瓦斯浓度变化特征、瓦斯浓度显著衰减时间和高浓度瓦斯持续抽采时间等指标,采用主动承压式封孔工艺可以取得良好的瓦斯抽采效果。