注浆充填加固技术在煤矿采场围岩控制中的应用

基于西南地区采煤工作面多断层褶曲问题,为了降低冒顶、碎顶、滑底灾害对工作面正常工序的影响,分析了注浆充填加固技术对采场围岩的作用机理,模拟了注浆充填加固对顶底板应力及位移量分布的影响,进行了顶板冒落工作面、顶板破碎工作面、软底下滑工作面注浆充填加固技术的实践。研究表明:注浆对冒顶工作面应力及位移分布影响不大;注浆能很好地控制破碎顶板下沉量及下沉范围;注浆能有效抑制底鼓,大大减小底鼓范围,并且对顶板应力值有一定影响。     

沿空留巷顶板稳定性分析及其控制

 根据沿空留巷上覆岩层的后期活动规律，将顶板变形视为“给定变形”，建立顶板力学模型，采用变分法，推导顶板下沉量计算公式。依据具体的地质力学参数，验证力学模型的合理可行性，并研究分析顶板下沉量与各影响因素之间的定量关系。通过分析表明，在直接顶弹性模量较大时，巷旁支护阻力的变化对顶板下沉量影响不大；在直接顶弹性模量较小时，巷旁支护阻力对顶板下沉量影响较大。直接顶厚度在3~11.5m范围内变化时，随着直接顶厚度增加，顶板下沉量明显减小。当巷内和巷旁支护阻力较高时，顶板下沉量随着直接顶弹性模量增大而明显增大；当巷内和巷旁支护阻力较小时，直接顶弹性模量的变化对顶板下沉量影响较小。顶板下沉量与巷道宽度、煤层厚度、巷帮塑性区宽度、顶板旋转角度成线性增大的关系，与巷帮煤体残余强度、充填体宽度成线性减小的关系，与巷帮煤体弹性模量成反比例关系。根据各影响因素与顶板下沉量之间的关系，提出巷内支护采用“分期联合支护”，巷旁采用“超前复合加固”等控制沿空留巷顶板稳定性的措施。     

回采面过岩溶陷落柱顶板控制技术应用

基于屯兰矿12505工作面过陷落柱期间顶板相对破碎、控制难度大,出现局部冒顶现象,采用"走梁搭棚+注浆"等技术措施对工作面过岩溶陷落柱时破碎顶板及片帮煤壁进行联合维护,有效防止了顶板下沉量及下沉速度,使支架初撑力提高至92%,保证了支架支护强度;同时采用注浆法对顶板及煤壁破碎岩体进行加固,提高了破碎煤体承载能力,使煤体单轴抗压强度提高至70%以上,避免了外力作用下破碎煤体出现顶板垮落、煤壁片帮事故,取得了显著的应用效果。     

深井沿空掘巷护巷煤柱注浆加固技术应用研究

针对深井沿空掘巷煤柱稳定性差的问题,采取注浆加固技术,在余吾煤业S2106工作面回风巷道进行现场工业性试验,并在工作面回采期间,对未注浆加固段和注浆加固段巷道围岩变形特征及矿压显现变化规律进行了分析比较:煤柱在注浆加固后,其内部破碎区域重新粘结,物理力学性能大大提高,其与煤柱中部的弹性区域共同起承载作用,巷道顶板下沉量大大减少,两帮移近量由0. 8 m减小到0. 1 m之内;工作面回采期间,注浆加固段回风巷道中瓦斯含量低于未注浆加固段的瓦斯含量,且基本趋于稳定,未发生突然增大的现象。现场试验表明,沿空护巷煤柱经注浆加固后效果良好,巷道围岩变形明显可控,完全可以满足工作面安全回采的要求。     

部分充填采煤法工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律研究

为了研究部分充填开采下工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律,本文以新桥矿为工程背景,拟通过PHASE 2D有限元软件建立相应的数值模型,研究了支承压力分布规律、工作面前方煤体塑性区发展规律、工作面顶板下沉量和覆岩移动规律.研究结果表明:工作面前方支承压力先增大再减小,最后趋于稳定,应力集中系数峰值为1.8;工作面前方燥壁破坏范围随工作面推进逐渐增大,并最终稳定在2m;工作面燥体前方直接顶的下沉量较小,而工作面煤壁后方直接顶的下沉量较大,直接顶下沉量最大为22 mm左右;覆岩垂直位移随工作面推进距离增大而增大,最大垂直位移为66mm左右.     

基于深浅孔注浆技术的破碎顶板岩层巷道综合治理

针对同煤三矿工作面回风巷受采动影响及邻近采空区影响,顶底板移近量大、两帮片帮严重的情况,在分析矿压显现机理及其影响因素的基础上,结合理论分析和现场实测情况,对顶板及煤柱帮提出采用深浅孔注浆的治理方案,并通过FLAC3D软件模拟了回采时及注浆后巷道位移变化情况。结果表明:注浆加固后,巷道总变形量明显减小,顶板下沉量小于400 mm,两帮相对移近量小于300 mm,巷道变形量满足回采期间巷道使用要求。     

黑龙煤业2103综采放顶煤工作面注浆加固过空巷技术应用

为保障黑龙煤业2103回采工作面顺利通过空巷影响区,设计对顶板进行注浆加固改造,现场应用后监测工作面及回采巷道矿压特征。结果表明：过空巷期间,液压支架工作阻力稳定,巷道顶板下沉量最大值为72～143 mm,实体煤帮内移量最大值103～201 mm,工作面顺利通过空巷影响区,通过对顶板超前注浆改造实现了工作面的安全高效生产。     

复杂条件下工作面煤壁注浆加固技术实践

为了解决复杂条件下工作面回采期间的片帮冒顶问题,开展工作面煤壁注浆加固技术研究。以某矿S3012工作面为研究对象,分析了影响工作面煤壁片帮冒顶的主要因素,提出采用注射马丽散加固煤壁控制片帮冒顶方案,并设计了注浆工艺和参数。通过注射马丽散加固煤体提高了煤体整体强度,增强了煤壁对顶板的支撑作用。结果表明,工作面注浆加固后,有效地控制了煤壁大面积片帮冒顶,工作面进刀数大幅提高,恢复了正规循环作业,保障了安全开采,经济效益显著。     

孤岛充填工作面初采致冲力学机理探讨

孤岛充填工作面由于要控制采空区顶板下沉而导致工作面煤体支承压力分布变得复杂,造成冲击危险性评估方法不同于常规工作面,为了提供充填回收孤岛煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,以山东某矿孤岛充填工作面为背景,通过对孤岛煤柱覆岩结构及演化特征进行研究,建立了孤岛充填开采条件下“充填体-煤柱-顶板”力学模型,得到了充填工作面超前支承压力估算方法,提出了孤岛充填工作面煤体冲击失稳的判据。研究结果表明:① 采空区充填效果决定了上覆岩层下沉运动的空间以及与两侧采空区覆岩发生水平联动的范围,是影响孤岛煤柱覆岩结构演化特征的关键因素;② 受回采巷道切割及大直径钻孔卸压工程的影响,工作面煤体承载能力呈现明显的区域差异性,弹性承载区煤体是上覆岩层传递载荷的主要承载体,工作面开采边界条件和回采巷道布置方式是影响工作面煤体静态稳定性的主要控制因素;③ 充填材料受到采空区顶板下沉运动中压应力作用下发生压缩变形,当顶板和充填材料达到力学平衡时顶板下沉运动终止,充填材料固结体压缩变形量和弹性模量是影响工作面煤体动态稳定性的主要控制因素;④ 决定孤岛充填工作面冲击危险性的关键因素是工作面弹性承载区煤体静态支承压力和采空区顶板下沉量。针对这类冲击地压的致灾机理,通过煤层注水、高压水压裂及优化工作面布置以降低工作面弹性承载区煤体静态支承压力和提高采空区充填率、优化充填材料固结体压缩性能以减小采空区顶板下沉量等措施,可有效降低孤岛充填工作面的冲击危险性。该研究成果可为类似开采条件下冲击地压的防治提供参考。     

综采工作面过断层顶板破坏机理及控制技术

针对工作面过断层时遇到的冒顶和煤壁片帮等问题,以麻家梁矿14207综采工作面为工程背景,通过建立工作面断层区顶板的弹性深梁力学模型,对其顶板应力分布规律进行分析,据此提出深浅分带刚柔耦合注浆的围岩控制技术。并利用FLAC^3D数值模拟软件对所提控制方案进行计算分析,结合现场监测数据进行对比判定。研究表明:工作面顶板破断主要由有效极限剪应力引起的;模拟中围岩塑性区范围和顶板下沉量明显减小;工程实测顶板位移量从38cm减小到7cm,下沉量减小81.6%。深浅分带刚柔耦合注浆围岩控制技术可以有效的解决冒顶和片帮问题。     

边角煤工作面煤壁片帮机理分析及注浆加固技术

以显德汪矿二采区1223工作面为工程背景,针对不规则边角煤工作面大角度调采期间,出现的煤岩体破碎较严重且在仰采时出现煤壁片帮等问题进行了分析,针对性地提出了采用高分子加固材料进行注浆加固的方式,阐述了高分子加固材料的注浆加固原理,设计出注浆加固方案并进行应用。回采实践表明,采用高分子加固材料进行注浆加固后,工作面片帮和冒顶得到有效控制,实现工作面正常回采。     

唐山矿矸石充填开采工作面宽度优化研究

唐山矿压煤问题突出,矸石的排放对环境造成一定污染,为解放"三下"压煤资源,减小地表下沉,控制矸石排放量,急需对充填工作面F5001顶板沉降进行限制,考虑到工作面宽度对顶板沉降的重要影响,本文研究了工作面宽度与顶板沉降的关系.将煤层顶板简化为组合固支梁,推导顶板沉降与工作面宽度对应关系,并通过已有监测顶板沉降的数据进行验...     

膏体置换煤柱充填体承载特性及工作面支护强度研究

以山东能源集团岱庄煤矿2351膏体充填置换条带煤柱工作面为例,对井下充填体承载特性及工作面支护强度进行了研究。在分析膏体充填开采顶板运动特征的基础上,建立了膏体充填开采顶板稳定性力学模型,推导出了膏体充填开采工作面支护强度力学关系式。结果表明:膏体的力学性质离散性较大,强度较高,弹性模量和泊松比偏低,在低围压下膏体即表现出典型的塑性强化特性。充填采场上覆岩层主要存在裂缝、离层和弯曲下沉,不存在垮落带。充填体上分布的垂直应力既不是大小相同的水平线,也不是类似于条带煤柱上的马鞍形分布,而呈现出波浪形分布,自充填完成至覆岩运动稳定,充填体受力未出现突变现象,是一个逐步增大并趋于稳定的过程。2351膏体充填工作面现选用的充填式液压支架虽可有效地控制顶板下沉,但未能发挥所选支架的效能,还可进行适当优化。     

顶板破碎带应用化学注浆加固技术的研究

介绍了东曲矿18107综采工作面收尾时,在顶板破碎带使用了化学注浆加固技术,顺利实现了工作面的收尾扩通道,并从支护方面进行了研究,为以后综采工作面过类似破碎带积累了一定的经验。     

高水速凝材料加固破碎煤体在大阳煤矿的应用

针对大阳煤矿3100工作面顺槽破碎顶煤冒落情况,通过对煤层结构的分析研究,采用高水材料进行煤体注浆加固,较好地解决了巷道顶煤冒落的问题。     

新型化学浆液加固工艺的应用

通过论述新型化学浆液加固工艺的材料参数、设备特性以及注浆影响因素,并针对金能煤业公司3122工作面回采期间极易冒顶片帮情况,确定了现场注浆加固方案和施工参数。该工艺有效解决了工作面易片帮、漏顶的难题,对类似矿井有借鉴作用。     

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。     

元甲煤矿复合顶板工作面深孔注浆加固技术研究

针对元甲煤矿20103工作面复合顶板较为软弱,回采时频繁发生冒顶的问题,通过现场观测结合数值模拟对引起工作面冒顶的原因进行了分析,结果表明,煤壁片帮低是引起冒顶的关键因素。为提高煤体强度,提出在两巷打超前深孔,采用高渗透性易凝结浆体材料进行煤壁的注浆预加固,并对合理的注浆层位及最佳注浆时机进行了分析确定。现场应用效果表明,采用该注浆加固技术后,有效控制了工作面煤壁片帮及冒顶,保证了工作面的安全高效生产。     

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。     

煤矿开采地表沉陷预测及其防治研究

以陕西某矿4号开采煤层为研究对象,通过地质条件分析和地表移动变形现场观测,得出非充分采动条件下对地表的沉降规律,并通过FLAC^3D模拟进行验证。研究结果表明,仅有1个工作面开采时,地表下沉量很小,沉降系数为0.028,没有对地表的建筑物造成破坏;当2个工作面交替回采时,地表的沉降变形明显增大,沉降系数达到了0.15,属于非充分采动范围,不对地表建筑物造成破坏。开采工作面数量的增多不会增大地表的移动范围,使得地表下沉量和下沉速度显著增大,主要是受坚硬顶板的控制。当采深大于1.5 m以后,地表进入充分采动状态,地表建筑物将遭到破坏。研究结果阐明了煤矿工作面开采后的地表沉陷规律,也为相似地质条件矿井的地表沉降防治提供了参考。