工作面断层带静动压分步耦合预注浆加固技术研究

为解决煤矿工作面在推采过程中遇到具有复杂原岩应力环境及受采动活化影响的断层带时，面临顶板与煤壁支护困难，停采停面加固破碎围岩开采效率低，开采成本高与安全性差等系列问题，采用UDEC数值模拟方法建立了工作面断层活化模型，分析了断层构造带区域原岩应力分布特点，工作面开采过程中断层活化过程及期间岩体裂隙发育演化规律，提出了从被动过断层到超前工作面预注浆加固断层构造带的断层治理思路，确定了静、动压2阶段分步预注浆的合理有效距离为超前工作面300～400 m和30～50 m。通过对断层构造带平行与扇形注浆孔的分级递进式布置、高压注浆设备的计算选型与泵效校检、“两堵一注+排气管”耐高压（15～20 MPa）定位封孔方式的设计与强度验算，形成了帷幕注浆（0～10 m孔）、浅孔注浆（10～30 m孔）、中深孔注浆（30～80 m孔）和预留深孔注浆（80～130 m孔）相结合的静动压分步耦合预注浆断层带加固关键技术，实现了注浆压力5～15 MPa、注浆流量0～6 m³/h、注浆范围0～150 m的远距离高压注浆，达到了超前工作面30～400 m预注浆加固断层破碎带煤岩体的目的。该技...     

采煤工作面断层超前治理技术研究

淮南矿区地质条件复杂,断层构造多,为了解决采煤工作面过断层期间大尺度顶板岩块超前抽冒、煤壁片帮、支架失稳、护帮护顶困难及压架等问题,研发了一种用于工作面过断层的超前预加固无机复合注浆材料,优选了"两堵一注"耐高压囊袋封孔方法及注浆机具,结合长距离钻孔测斜验证,提出了采煤工作面断层超前预注浆治理技术。依据采煤工作面中断层的产状特征及赋存条件,按照断层加固区注浆钻孔全覆盖和提高注浆钻孔利用率的思路,将工作面断层超前治理预注浆钻孔布置分为如下3种方式:(1)对于断层组或断层走向与工作面回采巷道走向夹角较小(小于45°)的单一断层构造带,可在回采巷道内垂直采煤帮布置平行递进式预注浆钻孔;(2)对于断层走向与工作面回采巷道走向夹角较大(大于45°)的单一断层构造带,可在工作面回采巷道巷帮钻场内集中布置扇形预注浆钻孔;(3)对于煤层厚、落差大的断层构造带,可采用巷钻结合方式布置预注浆钻孔。工程实践表明:采用采煤工作面断层超前预注浆治理技术能够提高过断层期间顶板强度及稳定性,可有效避免顶板岩块超前抽冒,煤壁片帮及支架失稳等问题,有利于工作面快速通过断层构造带,为采煤工作面的安全生产提供了技术支撑。     

工作面过大面积陷落柱超前预注浆加固技术应用

为解决工作面过大面积陷落柱时的片帮冒顶、进度低以及跳采资源浪费等问题,以寺家庄煤业有限责任公司15302工作面过大范围NDX24陷落柱为例,从设计原则与方法、钻孔布置相关技术参数等方面对陷落柱超前预注浆加固技术进行了分析。经工作面过陷落柱期间累积80 d的矿压监测及钻孔窥视分析,预注浆钻孔孔深20～108 m,注浆工作压力5～15 MPa,单孔平均注浆量2.27～2.45 t;工作面过陷落柱期间,工作面顶板完整性较好,未发生大面积片帮、冒顶、压架事故,推进度在3～4 m/d。预注浆加固技术可超前工作面有效固结工作面内陷落柱破碎岩体,实现了工作面大面积陷落柱超前主动治理及安全高效回采。     

松软破碎顶板大采高工作面端面漏冒机理及控制技术研究

采用现场工业性试验及长钢丝绳注浆加固方法,开展了大采高松软破碎顶板综采工作面端面漏冒机理及其加固技术研究。结果表明:大采高松软破碎顶板工作面发生端面漏冒并不是工作面压力异常导致,工作面压力异常并不是产生漏顶事故的根本原因;端面漏冒的发生与支架结构、支架的初撑力、工人操作水平以及工作面超前支承压力影响等综合因素有关;采用长钢丝绳或锚索与注浆联合加固的方法,构成了新型的空间网格状加固方式,该方法能够很好控制松软破碎顶板工作面的端面漏冒,在现场得到了成功应用,保证了工作面的安全回采。     

综放工作面过向斜构造深孔全封闭注浆加固技术

在综放工作面过向斜构造区时,为加固破碎、裂隙发育的煤层顶板,采取了工作面超前进行深孔全封闭注浆技术。通过现场钻孔窥视煤体内部结构和破坏范围,确定采用水泥浆和低黏度化学浆联合加固方式。结果表明:采用水泥浆可封闭1 mm以上裂隙,同时隔断化学浆表层渗透通道。采用无机与有机材料混合加注的方式,整体注浆效果比使用单一材料注浆好。经巷道向工作面超前深孔全封闭注浆,使注浆施工与回采工作面生产互不影响,对向斜构造区域煤体进行了有效加固,保证了工作面在该构造区域安全快速推进。     

南煤大阳泉公司8133工作面过断层区域围岩控制技术研究

为保障南煤集团大阳泉公司8133工作面顺利通过断层破碎带区域,通过分析端面顶板垮落机理,确定破碎带区域采用注浆加固技术,基于理论分析确定端面顶板注浆加固形成的厚度需大于2 m,结合工作面地质条件及断层破碎带特征,设计破碎带区域采用超前预注浆+架前注浆相结合的注浆方案,并在注浆方案实施后进行注浆效果的检测分析,结果表明:断层破碎带注浆加固后,破碎围岩体被有效胶结成一个整体,工作面通过断层区域时,无压架及大范围片帮冒顶现象出现,保障了工作面的安全回采。     

含软弱夹矸大采高工作面煤壁片帮控制技术

针对东曲矿含软弱夹矸大采高工作面过构造破碎带煤壁易片帮的问题,结合28808工作面具体条件,分析了工作面煤壁片帮的原因,提出采用高强度支架,保证支架初撑力,及时追机拉架护帮板,在构造破碎带采用工作面超前注浆加固和工作面注浆加固,增加煤岩体承载能力,使煤壁和支架共同作用承载顶板压力,达到控制煤壁片帮的目的。     

大倾角大采高工作面煤矸互层顶板漏冒规律研究

为了保证大倾角大采高综采工作面在煤矸互层顶板下的安全高效开采,解决工作面频繁发生顶板漏冒的问题。采用物理相似模拟实验与理论分析等方法对大倾角大采高工作面煤矸互层顶板应力分布与演化规律、破坏与漏冒特征进行研究。结果表明：工作面回采时,煤矸互层顶板受压在支架顶梁上方断裂|移架过程中煤矸互层出现离层、台阶下沉等现象,支架支护阻力急剧增大,断裂煤矸层因支架反复支撑作用而挤压破碎|当支架支护作用削弱时,支承应力向工作面前方煤体转移,工作面前方支承压力逐渐增大、应力集中,导致煤矸互层顶板超前断裂、煤壁片帮,破碎煤岩体从支架前方沿煤壁片帮处漏冒。通过理论分析,发现煤矸互层漏冒前,工作面顶板剧烈下沉,提出以控制顶板下沉量的方式来预防煤矸互层架前漏冒,具体防治措施为：带压移架、提高支架支护初撑力、提高煤壁稳定性。     

综放工作面过断层破碎带注浆加固技术应用

为保证3209综放工作面回采期间安全顺利过断层,针对过断层破碎带施工期间工作面易出现煤墙片帮、顶煤破碎等现象,通过设计混合布置形式注浆钻孔,在工作面上、下顺槽超前对工作面断层影响区域进行注浆加固,在工作面对煤墙进行二次注浆加固,煤岩体中裂隙被浆液填实,趋于完整且具有一定强度。实践表明：工作面回采过断层期间,实揭煤体完整且具有一定强度,期间未发生煤墙片帮及顶煤冒落现象。     

注浆加固技术在工作面过陷落柱回采中的应用

为确保22051工作面过陷落柱期间正常回采,根据工作面地质资料及现场工作面煤壁片帮、顶板破碎、煤矸冒落等情况,提出对工作面煤体和陷落柱周围破碎煤岩进行超前注浆加固,提高其稳定性和支护强度。通过现场应用效果分析可知:采取注浆加固措施后,工作面回采平均日推进度为3.5 m/d,回采期间未发生顶板冒落和煤壁大面积片帮等现象。     

工作面过断层煤壁注浆加固实践与理论分析

通过对嘉乐泉矿2804工作面进行现场观测,得到断层下工作面顶板的破断规律及矿压分布特征,建立工作面直接顶模型,利用位移变分法推导出工作面顶板沉降量计算公式,定量分析工作面注浆加固后煤体弹性模量的提高对顶板沉降量的影响,结果表明:注浆加固后随着煤体弹性模量增大,顶板下沉量逐渐减小,当煤体弹性模量增加到3 500 MPa时,顶板下沉量随煤体弹性模量增大而减小的速度变缓,且煤体强度太高,不利于割煤。     

辛置煤矿2-208工作面断层破碎带区域围岩控制技术研究

为保障2-208工作面安全通过断层破碎带,采用数值模拟的方式对工作面过断层破碎带区域时围岩的应力及塑性区特征进行分析,确定过断层区域采用注浆加固+调整采煤工艺的方案,并对方案的各项参数进行设计。结果表明:工作面采用上述方案推进通过断层区域时,液压支架无超限及压架,基本无煤壁片帮和顶板冒顶的现象出现。     

地面L型定向分支孔注浆加固煤层顶板厚风氧化带技术研究

针对薄基岩、厚风氧化带下综采工作面顶板压力大,易形成出水、压架事故的工程问题,采用一种新型L型定向分支孔结构对顶板厚风氧化带进行了地面预注浆,设计了合理的注浆参数和施工技术措施。工程实践结果表明：采用地面多渗透源的注浆方式加固顶板风氧化带,注浆压力大,改善了上覆围岩结构的力学行为,封堵了砂岩裂隙水和上部含水层的导水通道,配套高强液压支架,实现了安全回采,为同类地质条件下工作面开采提供了一种新的技术途径。     

注浆锚索在沿空留巷工作面超前支护中的应用研究

为解决煤矿超前支护工序繁琐、劳动强度大、影响工作面快速推进以及超前液压支架破坏顶板锚杆（索）严重等问题,以古汉山矿1604工作面运输巷为工程背景,理论分析了工作面超前巷道围岩变形特征和注浆锚索支护原理,提出在工作面超前巷道采用锚注支护技术,取消原工作面超前液压支架,减小了单体支柱支柱密度,并在现场进行了工业性试验。试验结果表明,工作面超前巷道顶板实施注浆锚索后,顶板围岩裂隙内浆液充填范围广;超前巷道受工作面支承压力和采动影响后,巷道变形不明显;进入沿空留巷后,留巷实体煤帮最大移近量为276 mm,采空区帮最大移近量为216 mm,顶板最大移近量为225 mm,底板最大鼓起量为164 mm,顶板控制效果较好。     

综放工作面过断层构造带注浆加固技术应用

针对宝雨山煤矿12141工作面过断层构造带回采期间,工作面出现顶煤松散破碎、煤墙片帮严重,工作面支护难度大,顶板维护管理困难等问题,根据煤体注浆加固技术机理,提出超前在工作面上下巷道超前切眼向断层破碎带影响范围内的煤体中施工注浆钻孔,向钻孔内灌注注浆液对煤体进行超前注浆加固的技术方案,同时根据注浆孔的位置、深度、角度等参数的不同,提出了4种注浆孔布置设计方案。通过对4种方案进行分析比较后,选取了混合布置注浆孔的方式对顶部煤层进行注浆加固,结合现场实际情况,合理了设计注浆孔参数和施工方案。现场实践和观测结果表明,对破碎的煤体提前进行注浆加固以后,提高了煤岩体的完整性和稳定性,增强了煤岩体的抗拉和抗压强度,提高了煤岩体承压能力,工作面煤墙和顶板得到有效控制,确保了工作面安全正常回采。该技术方案的提出为类似地质条件下工作面过构造带提供了参考。     

旋转调斜开采巷道矿压显现规律研究

通过对工作面在旋转调斜推进过程中巷道围岩运动情况的研究,表明在旋转调斜推进过程中外切眼以内和以外的巷道收敛变形比正常回采时严重,轨道顺槽两帮移近量大于顶底板移近量,特别是在工作面超前影响剧烈区内;煤体塑性区范围在煤壁内部6～8 m左右,与周期来压步距相近;随着工作面推进,巷道前方应力逐渐集中,老顶断裂时超前支护单体液压支柱载荷达到最大值;在无煤柱对接期间压力可达到26 MPa,在撤面期间压力在10 MPa以上。     

基于微震监测的顶板导水裂隙带发育高度研究

煤层顶板导水裂隙带发育高度作为矿井的基础参数，对矿井灾害防治具有重要意义，以古汉山矿1604放顶煤工作面为研究背景，分别采用微震监测和数值模拟等手段对顶板导水裂隙带的发育高度进行研究，通过对微震系统台网布置方式进行误差分析，围绕工作面构建了三巷空间布置的微震台网，对监测结果分析表明：工作面直接顶、老顶的破坏程度远大于其上覆岩层，顶板的连续破坏区域整体呈“钝三角形”，导水裂隙带的发育高度约为75m。通过数值模拟计算得出1604工作面顶板导水裂隙带发育高度约为71m，与基于微震监测分析的结果基本吻合，为类似工作面的导水裂隙带探测提供借鉴和参考。     

1306综采工作面大型复合构造带综合加固技术研究

根据1306综采工作面褶曲和断层复合构造破碎带特征,提前加固三角煤和工作面内部加固煤壁,针对煤壁不同破碎程度分别采用高压化学注浆和聚胺酯木锚杆锚注加固工艺技术,实现了工作面高效安全开采。     

工作面超前支护区注浆施工技术研究

为解决采煤工作面超前支护工序繁琐、劳动强度大、工作面推进慢、巷道变形严重等问题,以工作面运输巷为工程背景,现场调研对巷道围岩支护进行分析,采用工程类比法分析提出超前支护区注浆施工技术,通过数值模拟对巷道支护进行重新设计。试验结果表明,实施注浆后,顶板围岩裂隙内浆液充填范围广,巷道变形控制效果较好。