井巷预注浆围岩强化防突水技术研究

实践表明，当巷道通过有水力联系的松软破碎带、断层裂隙带或直接揭露含水层时，常造成掘进中或掘进滞后突水，影响矿井生产安全。通过巷道导水及突水机理分析研究，提出井巷预注浆强化围岩防突水为主和掘后封堵小量出水点为辅的方法，优化出预留防水岩柱和人工混凝土岩帽的解析计算及参数确定，实践中能有效控制围岩突水，并取得较好的技术经济效果。     

预注浆防突水技术研究

当巷道开掘接近或通过有水力联系的松软破碎带、断层裂隙带或直接揭露含水层时,常造成掘前或掘进滞后突水。所以,研究围岩突水的力学机制,采取耦合控制对策,是预防围岩突水的关键技术。根据有效应力原理,分析了动水压力和岩体接触压力间的本构关系,提出了巷道掘进中围岩预注浆防突水控制方案对策,对止水岩柱厚度、布孔、注浆参数、工艺等进行了理论分析和工业性试验,经堵水率、围岩力学参数等对比分析,认为围岩预注浆控制方案有经济、安全可靠等特点,具有重要工程意义。     

陕北侏罗纪煤田浅埋煤层区巷道掘进突水危险性分析

以榆神矿区张家峁井田为例，开展了浅埋煤层区井下巷道掘进突水危险性分析研究。在井下巷道掘进突水条件分析基础上，分别对充水含水层富水性、围岩扰动带范围及煤水空间关系进行分析，得到风化基岩含水层富水性预测图和井下巷道掘进围岩安全性分区预测图，基于GIS平台通过空间叠加功能，得到张家峁井田4-2煤巷道掘进突水危险性分区预测图，经与井下实际突水资料对比分析，预测效果较好，表明所建模型适用于浅埋煤层区井下巷道掘进突水危险性评价。     

隐伏断层诱发巷道底板突水研究

隐伏断层在掘进扰动和承压水共同作用下可能形成突水通道诱发底板突水。以山西省刘家梁煤矿巷道突水问题为工程背景,以底板含隐伏断层的巷道为研究对象,通过理论分析、岩石力学试验、数值模拟的方法,研究了巷道在掘进过程中,围岩应力场、位移场、塑性区的演化情况。结果表明：随着巷道掘进,隐伏断层顶界面处围岩受应力场影响,由压缩态变为膨胀态;在倾角大于50°的正断层中,小倾角隐伏断层顶界面处围岩受到的剪应力峰值更大,当剪应力达到某一临界值时,断层不断向上活化扩展,最终演化形成沟通底板破坏带的突水通道,且突水通道更易在卸压区底板贯通。     

断层水害防治技术应用研究

位于承压含水层上巷道掘进过导水断层时,在承压含水层水压和围岩应力变化的因素下,会导致承压含水层裂隙发育,断层破碎带形成导水通道,承压含水层与断层破碎带发生水力联系形成突水通道,对巷道安全掘进带来威胁,极易发生突水事故。针对上述问题,通过分析井田水文地质条件、超前探查掌握断层及其防范承压含水层的水文资料,综合分析断层的导水性及承压含水层的区域富水性,按照公式进行突水危险性水害预测理论计算。根据综合分析和理论计算结果,采取对断层破碎带预注浆加固、断层两盘含水层治理改造、承压含水层疏水降压和加强巷道支护的综合防治措施,消除了承压水害和断层水害,保障了巷道安全过断层。     

地面定向钻注浆技术在掘进巷道过断层中的应用与研究

袁店一井煤矿东翼大巷施工范围内地质构造复杂,掘进巷道过aF1断层为大型断层(∠60°～70°,H=260～310 m),施工时会出现顶板垮落、断层突水等工程及水文地质问题,影响巷道掘进效率,且存在安全隐患。传统掘进巷道过断层技术措施多采用注浆支护复合措施,该技术受多种条件限制,耗费人力物力,且存在安全风险。地面定向钻注浆技术沿巷道顺巷钻进,最大限度揭露巷道围岩地层裂隙及断层破碎带,高压注浆加固巷道围岩裂隙及断层破碎带后,降低支护难度,消除潜在危害,使巷道掘进更加安全高效。     

巷道掘进顶板突水危险性预测研究

煤层顶板水害是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一,近年来陕北浅埋煤层矿井巷道掘进时顶板突水事故常有发生,其主要原因是侏罗系风化基岩含水层相对松软,富水性较强,在煤层上覆相对隔水层厚度较薄区域,巷道掘进时围岩扰动沟通了风化基岩含水层,或直接揭露风化基岩含水层而引发掘进面突水,甚至突水溃沙(泥)。因此巷道掘进顶板突水危险区的预测十分必要。以红柳林井田4^-2煤开采为例,选择风化基岩含水层厚度、风化程度、岩性组合、砂岩层数及古地形标高等5个主控因素,采用随机森林(RF)算法对风化基岩含水层富水性进行了分区预测,编制了富水性分区预测图。同时分析了巷道围岩岩性特征,并结合松动圈厚度实测数据构建了松动圈厚度的多元线性与指数函数回归预测数学模型,得到了围岩松动圈厚度预测结果,以巷道顶板正常基岩厚度与松动圈厚度的差值为主要指标进行了巷道掘进顶板安全性分区预测,编制了巷道掘进顶板安全性分区预测图。在此基础上,利用GIS软件将风化基岩含水层富水性分区预测结果与巷道掘进顶板安全性分区预测结果进行了空间叠加分析,得到了巷道掘进顶板突水危险性分区预测图。结果表明：4^-2煤层...     

复杂地质条件下巷道过断层关键技术研究及应用

断层破碎带具有低强度、易变形、透水性大和抗水性差的特征,巷道开挖常会引起断层活化,极易诱发巷道冒顶或突水事故。基于TSP、震波、瞬变电磁等综合物探超前地质预报技术与工程地质钻探,揭示了巷道掘进前方地层中的断层与含水特性,确立了巷道过断层的合理位置,为过断层巷道掘进施工、超前预加固与围岩支护设计提供了依据。采用地面与工作面预注浆等综合注浆技术,对断层破碎带区域岩体进行注浆堵水加固,形成了双层注浆堵水帷幕,有效地封堵了地下水,提高了巷道过断层区域围岩的完整性与强度,保证了巷道掘进过程中围岩的基本稳定与施工安全,并为后期巷道围岩锚固支护提供了可靠基础。针对断层破碎带岩性复杂、地质灾害突发等特征,基于综合物探预报结果与理论分析,提出了巷道合理掘进与支护技术方案;并针对后期承载和高抗渗性的要求,根据支护结构所承受的水压,采用合理的二次支护结构型式与防渗加固措施,保证巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

巷道过断层技术研究与应用

为了确保龙王沟煤矿回风大巷安全通过导通承压水的断层,阻隔底板奥灰水与巷道间的导水通道,有效提高断层破碎带的岩石强度,避免断层滞后突水和发生冒顶事故,采用对奥灰纪灰岩顶界面以下10～30 m范围内的岩层注浆和对断层破碎带巷道围岩帷幕注浆的方法,对巷道过断层治理技术进行了研究。回风大巷通过该断层后,该段巷道顶板只有少量淋水,总淋水量仅为0.5 m3/h。结果表明:通过对该断层的注浆治理,有效地封堵了奥灰水的导水通道,提高了巷道的围岩强度,治理方案能够满足巷道安全掘进的需要。     

姑山矿充填井巷道突水原因分析及治理技术

姑山矿充填井水平巷道在掘进过程中发生了拱顶局部塌方并伴有大量涌水。通过分析突水原因,制定了“巷道截流+堵源治理”的综合应对方案。利用先进的定向钻进技术透巷并注浆进行巷道截流,截流后再施工若干分支孔探查突水通道,并通过高压注浆加固周边破碎围岩,彻底封堵导水通道,堵水率达到100%。措施实施后,巷道掘进安全通过了治理区和高赋水地带,对类似工程具有一定的借鉴价值。