基于钻孔窥视技术的煤层顶板“三带”分布规律研究

随着矿井开采深度的不断增加,深部高应力的复杂地质条件使得矿压显现更为明显。特别是随着回采工作的不断进行,上覆岩层在采掘工作和矿压影响下形成的“三带”（冒落带、裂隙带和弯曲下沉带）的界限及范围更难以掌握。为了解工作面顶板“三带”分布情况,利用钻孔窥视技术,分析研究了某矿10107采空区顶板冒落带及裂隙带高度和内部地质条件。结合打钻返水情况,测定了其冒落带及裂隙带分布高度和范围。研究成果为矿井瓦斯和水害治理提供有力依据,也为工作面采掘设计做出有效指导。     

物探法结合钻孔窥视在岩体结构探测中的应用

岩体结构的探测方法主要有直接观察法、物探法和钻孔观察法,由于岩体结构本身较为复杂,单靠某一种探测方法往往难以准确测定。采用探地雷达结合钻孔窥视的方法联合测定岩体的结构及破坏情况,发挥了探地雷达探测结果与钻孔窥视的优势互补作用,不仅解决了探地雷达探测深度浅的问题,而且克服了钻孔窥视观测岩体结构时空间断的缺点,能够为巷道围岩支护设计提供可靠的依据。     

基于地质雷达探测的遗煤空区位置研究

针对于历史遗留问题造成的遗煤区空区位置难以确定的问题,以下沟煤矿ZF204工作面为背景,采用地质雷达探测、钻探、钻孔窥视相结合的方法,确定了遗煤空区及裂隙发育区、含水区的位置。地质雷达探测结果表明：巷道左帮0～10 m、迎头0～7 m、右帮0～15 m范围电磁波波形结构规则无杂乱现象,介质结构完整性较好,无明显的松散及富水异常,为稳定煤层区域;巷道左帮10～16 m范围处线扫描图颜色发生巨变,振幅呈现大量黑色区域,反射波形异常震荡信号明显,此区域为破碎或空洞区域,宽度范围约为4～6 m;巷道迎头7～17 m,右帮15～47 m范围扫描图颜色发生变化,但只是零星分布,且振幅图零星分布黑色区域,推测此处为裂隙发育含水区域;巷道左帮16～36 m、迎头16～37 m、右帮47～62 m范围电磁波波形规则无杂乱现象,为稳定煤层区域;通过在巷道迎头打钻孔及进行钻孔窥视,巷道左帮存在10 m开始有采空区,巷道右帮和巷道前方主要存在裂隙及裂隙含水区,基本验证了地质雷达探测结果的准确性。     

高地压巷道动力显现区域围岩稳定性的钻孔窥视分析及对策

针对高地压作用下小庄煤矿40204运输巷在工作面超前区域的动力显现问题,采用钻孔电视成像仪对该区域内8个巷道断面进行了钻孔窥视探测,研究裂隙在顶板、煤柱帮和实体煤帮内的发育程度及分布规律,进而分析该区域巷道围岩的稳定性。根据研究结果,采取加强支护及煤体卸压措施,降低围岩局部应力集中,保持支护结构完整。研究表明,工作面超前60m范围内围岩裂隙较为发育,支护损伤较大,稳定性较低。在工作面超前区域内,区段煤柱帮的裂隙比实体煤帮更为发育,稳定性相对较低;工作面超前区域顶板离层较为严重,需要加强顶板支护强度,以保障巷道顶板的稳定性。依据钻孔窥视结果,采用锚索配合槽钢补强支护及煤体爆破卸压措施;经过钻屑法检验,上述措施有效降低了巷道冲击危险性。     

钻孔窥视法在围岩结构测试中的应用

以寺河二号井坚硬顶板水力压裂工程为背景,为探测顶板围岩结构状况和定位合适的切槽位置,利用GD3Q-GA型4D超高清全智能孔内电视,进行了围岩结构窥视。结果表明:在斜长22~25m之间,垂高11~12.5m之间有一层厚度约为400mm的软弱夹层,适宜作为水力压裂切槽位置。     

电子窥视仪在煤矿中的应用

矿用钻孔电子窥视仪可以直接送入锚杆钻孔和井下地质钻孔中,其输出的图像,直观地反映钻孔内岩体不连续面(如层理、节理、裂隙)、顶板离层,为支护设计、围岩稳定性评价提供依据,而且能检测钻孔内注浆体的充填效果与密实程度。     

地质雷达在探测灰岩溶洞裂隙中的应用

合肥-杭州高速公路路基施工过程中出现地面塌陷，需查明塌陷原因及沿路基可能进一步发生塌陷的范围。可供运用地质雷达探测灰岩溶、土洞的应用作参考。对已发生塌陷段和路基下灰岩段进行了地质雷达探测溶、土洞及溶蚀裂隙工作，并就探测结果进行了地质钻探验证。     

佳峰煤矿1114工作面围岩裂隙特征及稳定性分类研究

针对佳峰煤矿煤层间距小的问题,采用理论分析、工程类比及现场监测的方法,以1114工作面为工程背景,确定了1114工作面顶板、工作面帮及煤柱帮围岩裂隙发育情况,综合考虑10号、11号煤层及底板泥岩物理力学参数,确定了1114工作面回采巷道的围岩类型,为后续巷道支护方案设计提供了理论依据。     

地质雷达及其在煤矿中的应用

简要介绍了地质雷达的发展、仪器组成、方法原理及应用特点。分析了在其在井下岩土工程中应用的可行性，提出了其在矿山地下岩石工程中的应用前景。     

矿用钻孔窥视仪在煤巷掘进中的应用

在复杂地质条件下煤巷掘进中,矿用钻孔窥视仪作为一种行之有效的观测仪器,可以直接进入锚杆(锚索)钻孔、地质钻孔,通过其输出的图像直观地反映出巷道周围岩体不连续面(如层理、节理、裂隙),为巷道支护设计、围岩注浆加固效果等提供可靠依据。     

城郊矿深部延伸巷道围岩松动圈实测及数值模拟

围岩松动范围及其变化是巷道围岩稳定性评价和支护的重要参数之一,如何快速准确地探测松动圈范围,更好地为工程服务,成为现今深部开采矿井研究的热点。以城郊矿深部延伸巷道围岩支护及破坏特征为背景,在总结前人关于巷道围岩松动圈成果的基础上,采用实测和数值模拟2种方法,对城郊矿二水平围岩松动圈范围进行对比研究。实测选取二水平围岩巷道的5个测站,采用地质雷达进行测试,得出了5个测站的围岩松动圈的横向测试断面围岩破坏特征差异较大,既有相对完好围岩,又有松散破碎较严重的围岩;纵向测线上巷道不同断面位置,围岩松动范围差异较大,介于1.4~2.8 m,这种差异与地质条件和矿山压力密切相关。数值模拟获取了城郊矿深部软岩巷道的围岩松动圈范围介于2.0~3.0 m。综合分析数值模拟及地质雷达研究结果,确定出城郊矿深部软岩巷道的松动圈范围介于1.4~3.0 m。研究结果对城郊矿深部延伸巷道围岩支护方式的选择具有重要的参考价值。     

神角煤矿孤岛工作面回采巷道合理位置研究

以神角煤矿2307孤岛工作面为工程背景,采用理论分析、现场测试、数值模拟等研究方法,对孤岛工作面回采巷道的合理位置进行了研究。开展了巷道围岩地质力学评估研究,分析了围岩岩性及顶板岩层组合情况、顶板破坏情况;讨论了2307孤岛工作面的区域应力场特征,主应力峰值位于采空区侧方5 m范围,主应力方向和比值均随工作面开采推进而变化;获得了不同煤柱尺寸下回采巷道围岩塑性区的形态特征与演化规律,综合确定煤柱尺寸为20 m。在上述分析的基础上,提出了柔性支护方案并进行了工业性试验,能够保障顶板稳定。研究成果能够对其他地质条件相似的孤岛工作面回采巷道的围岩稳定控制起到一定的指导和借鉴作用。     

水平裂缝对坚硬顶板失稳破断的影响规律研究

为了研究水力压裂形成水平裂缝后坚硬顶板的失稳破断规律,基于材料力学和关键层相关理论,结合数值模拟,对含水平裂缝坚硬顶板的变形破坏特征和失稳破断机制进行了研究。结果表明:当坚硬顶板存在水平贯穿裂缝时,无论上位与下位岩层是否发生同步运动,坚硬顶板的破断步距均小于其初始极限跨距。存在水平贯穿裂缝的坚硬顶板及其上覆岩层,会形成拉压复合破坏区,更易于发生失稳破坏。坚硬顶板块体咬合点区域的拉压复合破坏作用是造成块体局部失稳、回转加剧和整体破断的主要原因。     

沿空切顶成巷段巷道围岩变形规律研究

以宏景塔一矿回采工作面为研究对象,基于切顶卸压无煤柱自动成巷技术原理,采用数值模拟计算和现场实测的方法,对该矿成巷段巷道围岩支承压力分布及围岩变形规律进行分析。研究结果表明：随着工作面向前推进,巷道围岩支承压力呈先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势,支承压力稳定值为13.5 MPa;受工作面回采动压的影响,距离工作面70 m以内,锚索受力急剧增大到恒阻值、巷道围岩变形明显;距离工作面70~150 m,锚索受力迅速减小、巷道围岩变形逐渐变缓;在距离工作面150 m之后,锚索受力仅有微量变化、巷道围岩变形趋于稳定。因此确定支护体回撤保守安全位置为工作面后方150 m。工程实践表明：所设支护体回撤距离能够应对巷道围岩变形,成巷效果良好。     

巷道棚子支护对围岩传热影响研究

围岩散热在矿井热源中占有很大的比例,而棚子支护对巷道围岩传热产生一定的影响。利用数值计算方法,采用湍流模型Standard k-e,分析了在雷诺数25860~689600下棚子支护巷道的湍流传热、流阻及对巷道风流的影响。结果表明,棚子支护增大对流换热强度,加大壁面向巷道空间散热,随雷诺数的增大呈线性增强;巷道棚子支护扩大了温度梯度,使距离壁面0.75m处温度便显著增加,压差随雷诺数呈指数函数增加,而无支护压差呈直线增加。     

破碎围岩巷道锚杆支护优化研究

破碎围岩巷道支护重点是保证围岩的整体稳定性,然而现有巷道锚杆支护设计多依据工程类比法,不能适应破碎围岩巷道的支护参数确定。通过对金川Ⅲ矿1 554水平运输巷道进行超声波探测,确定了围岩松动范围,并以此确定锚杆支护参数。数值模拟研究发现,围岩松动范围能够指导锚杆支护参数的确定;依据松动圈测试结果减小锚杆长度、增加支护密度能够取得很好的支护效果,保证了围岩的整体稳定性,同时减少材料消耗、节约支护成本。     

火成岩侵入体不规则性及巷道围岩压力显现规律研究

侵入煤系地层的火成岩,其发育特征及赋存形态表现出有别于沉积岩层的不规则性,受此影响,沿火成岩侵入体顶板下掘进的煤巷,其围岩应力分布复杂,压力显现程度不一,局部围岩长期变形难以自稳,给巷道的支护及后期维护带来极大挑战。针对这一情况,从火成岩侵入层位、侵入体顶板形态两方面分析了火成岩侵入体顶板的不规则性,归纳出不规则火成岩侵入体顶板的发育原理、表面形态及岩性物理特征,在此基础上,结合工作面现场围岩破坏特征,利用Flac 3D数值模拟软件模拟多类不规则火成岩侵入体顶板条件下巷道围岩应力分布情况,分析总结出不规则火成岩侵入体顶板条件下巷道围岩压力显现规律。研究结果表明,顺煤侵蚀火成岩顶板下巷道围岩两帮较沿直接顶层间侵入火成岩顶板条件下压力显现更强烈,围岩更易遭受破坏。     

抽采负压沿顺层钻孔分布规律及应用研究

为了掌握顺层长钻孔内负压分布规律,更好地指导顺层钻孔关键参数的确定及抽采技术应用,建立了钻孔周围煤体内瓦斯流动模型,并对钻孔内瓦斯流动模型进行耦合,得到顺层钻孔内负压分布计算公式。理论分析了传统抽采、加长抽采管抽采和下放筛管抽采3种工艺钻孔内负压分布状态及抽采效果,并在重庆能投渝阳煤矿N3702工作面进行现场试验验证,结果表明：采用理论计算公式对实测数据进行拟合,拟合度接近1,百米钻孔压损计算值与实测值偏差仅为3.97%,计算模型能满足工程实践的精度要求;3种抽采工艺效果对比显示,传统抽采工艺压损大、易漏气,在成孔条件较好的硬煤层中宜采用加长抽采管工艺,而在成孔条件不好的软煤层中宜采用下放筛管工艺。     

不同切槽孔方向爆生裂纹扩展行为试验与分析

为研究炮孔不同切槽方向对爆生主裂纹动态扩展行为的影响,采用数字激光动态焦散线实验系统,研究了5种不同切槽方向时爆生裂纹扩展及相互影响规律。研究结果表明:1切槽方向夹角角度不同,爆生主裂纹的扩展轨迹有明显差异。2切槽方向夹角度数越大,则在爆生主裂纹扩展中期裂纹扩展速度越大。3切槽方向夹角为90°,135°,180°试件的爆生主裂纹尖端KdI会出现第2次峰值。     

基于围岩松动圈理论的锚杆支护技术研究

现有锚杆支护参数确定多依据工程类比法,支护方案的确立缺少科学理论依据。因此,通过分析围岩松动圈原理,并应用超声波探测金川Ⅲ矿1554和1220m水平运输巷道的围岩松动范围。依据围岩松动圈测试结果,确定支护参数和支护方案,并通过数值模拟进行支护效果分析。研究结果表明,超声波能够探测围岩松动范围;围岩松动圈理论指导锚杆支护参数的确定是合理可靠的。