高位巨厚坚硬岩层离层区注浆效果分析

为了解除高位巨厚坚硬岩层容易引起冲击地压的威胁,II102采区采用离层区注浆方法缓解坚硬岩层下移。文中通过现场钻孔探测对上覆坚硬岩层运移进行观测,根据现场实测资料,对岩浆岩下离层区进行注浆充填,地表下沉量很小,说明岩浆岩未发生破断失稳,说明注浆对上覆坚硬岩层的运移起到有效控制。     

巨厚覆岩下离层与涌水通道相似模拟研究

采用相似材料模拟方法,建立巨厚岩浆岩下煤层开采模型,研究了巨厚覆岩下离层空间和涌水通道的形成过程及发育规律。研究表明:高位巨厚覆岩底部离层空间位于弯曲带、离层空间附近岩层富水性强、充足离层发育时间是形成离层水的条件;巨厚覆岩底部离层水形成后,下方竖向未贯通裂隙在巨厚覆岩破断运移冲击作用下扩展为层间贯通裂隙,并在离层空间四周形成涌水通道,由此产生高位巨厚覆岩离层水突涌隐患。可采用充填开采、条带开采、离层注浆等方式消减离层空间,采用超前钻孔疏水切断补给水源及疏放离层水等措施。     

巨厚火成岩下岩层注浆充填效果钻孔探测研究

为了检验海孜煤矿巨厚火成岩下岩层和采空区注浆充填效果,评价注浆充填对火成岩的支撑作用,在已实施注浆充填的采区进行了钻孔探测研究。结果表明:采空区至巨厚火成岩底界面存在多个注浆充填层位,充填总厚度达1.67 m,占煤层开采厚度的72.6%;结合地表下沉、煤层采高、充填体厚度等计算得出,注浆充填后地层残余空间高度仅0.10 m,该空间被垮落带碎胀岩体充填,说明覆岩离层和采空区空隙被充填密实,注浆充填对巨厚火成岩起到了支撑作用。     

淮北矿区巨厚火成岩下隔离注浆充填减灾机理研究

为解决淮北矿区部分矿井面临的坚硬厚覆岩下采煤灾害防治问题,对海孜煤矿II102采区巨厚火成岩下隔离注浆充填减灾进行了试验研究,揭示了坚硬厚覆岩下采动致灾机理,火成岩厚120~170 m、单向抗压强度120 MPa、完整性好,在其下方煤层开采时该岩层将大面积悬顶,使载荷施加于实体煤上形成应力集中;加之采深大,在该岩层下该工作面安全生产面临极大威胁。为此,提出了隔离注浆充填减灾技术措施,即在已采与待采工作面之间留设隔离煤柱,并先对已采工作面进行注浆充填消除离层空间,在后续工作面开采中实施注浆充填,从而对覆岩形成有效支撑。试验结果表明:地面9个注浆钻孔,向采动离层带、采空区充填粉煤灰471 994 m~3,安全采出煤炭56.3万t,消除了采区动力灾害威胁。     

巨厚岩浆岩下覆岩运动规律及其致灾分析

针对上覆岩层赋存高位巨厚岩浆岩条件,采用相似材料模拟试验方法,研究了上覆巨厚岩浆岩下采动覆岩的破断运动规律,揭示了上覆巨厚岩浆岩运移诱发离层瓦斯突然涌出的成因。研究表明,覆岩破断裂隙发育到巨厚岩浆岩后,裂隙区发育形态由拱形发展成拱板形,岩浆岩破断前底部离层跨度发育至最大。巨厚坚硬岩浆岩对离层瓦斯具有圈闭作用,其破断运移会导致离层瓦斯压力急剧上升而诱发瓦斯突然涌出。采取瓦斯抽采、离层注浆、条带开采等方法,可以有效防治离层瓦斯突然涌出。     

离层注浆技术在冲击地压防治中的应用

针对华丰煤矿巨厚砾岩覆岩运动引起的冲击地压灾害现状,分析了离层注浆控制覆岩运动的作用机理,并结合矿井离层注浆工程实例,探讨了离层注浆技术在冲击危险矿井中防灾减沉的作用效果.覆岩离层通过注浆充填,可使地表减沉率达50％以上,能有效地控制离层上覆岩层的垮落运动,大大减轻了因巨厚砾岩断裂引起的冲击地压危险.作为一种积极主动治理矿井灾害的方法,离层注浆技术实现了煤矿安全绿色开采,取得了明显的经济效益和社会效益.     

巨厚火成岩下采动覆岩应力场-裂隙场耦合演化机制

针对杨柳煤矿主采10煤层诱导上覆巨厚火成岩运移破断引发剧烈地表沉陷、瓦斯喷井以及工作面压架等动力灾害的难题,基于巨厚火成岩破断特征,采用物理模拟、数值模拟与理论分析相结合的方法研究了巨厚火成岩下覆岩裂隙发育规律与采动应力分布规律,得到火成岩破断前后裂隙发育高度、支承压力峰值和应力集中区最大高度等指标随工作面推进的变化特征,从而揭示了巨厚火成岩下采动应力场-裂隙场耦合演化致灾机制,即煤层采动→应力重新分布→应力集中→裂隙发育→覆岩破断→应力转移→裂隙扩展→"弧形"离层→火成岩破断→动力灾害。从控制应力集中与裂隙发育两方面提出了"采空区充填技术—离层注浆充填技术—保护层开采技术"的防灾技术体系。     

覆岩离层分区隔离注浆充填减沉技术的理论研究

分析了关键层下离层动态发育对离层充填的影响,针对目前离层区充填工艺不能阻止覆岩关键层初次破断的问题,提出了“覆岩离层分区隔离注浆充填”技术,它综合离层充填与条带开采技术的优点,通过离层区充填置换或减小分区隔离煤柱宽度,使“离层区充填体+关键层+分区隔离煤柱”形成共同承载体,从而达到有效减缓地面沉降的目的,提高了煤层采出率,促进了覆岩离层充填减沉技术的发展.采用数值模拟方法对离层分区隔离注浆充填原理作了进一步证实,并对其适用条件进行了分析.     

超高水材料覆岩注浆减沉实验研究

通过相似模拟实验技术建立相似比为1∶200的采场及上覆岩层模型,基于岩层的关键层理论对煤层采动过后的岩层移动进行理论分析,得出采煤工作面在推进120 m后,分布在关键层下部的上覆岩层发生离层并随着时间的增加进而影响到地表变形。利用建立的相似模型,模拟由地面向覆岩打钻孔至主要离层空间进行注浆,利用超高水材料良好的流动性、凝固时间可调及三向应力状态下不可压缩的特性,在地表下沉之前对离层裂隙进行充填,来控制由于煤层开采导致的地表沉陷。考虑到超高水材料的流动性、强度及凝固时间须符合注浆充填的要求,通过配比实验确定充填的材料的水灰比为1∶12。     

常村煤矿2311工作面上覆岩离层注浆技术保护地表铁路研究

为释放铁路保护煤柱下的煤炭资源,常村煤矿提出了对2311工作面上覆岩层离层采取注浆充填的技术思路。经过对注浆充填后地表沉降情况的预测分析,证明采用上覆岩层离层区注浆充填技术后,既可保障地表铁路线的安全运营,又可解放出保护煤柱下148万t煤炭资源。     

巨厚火成岩下多煤层叠加开采顶板变形破坏特征

巨厚火成岩覆盖条件下多煤层叠加开采顶板覆岩破坏较单层开采复杂的多,为了掌握其发育规律,通过顶板工程地质特征结合井中测流、钻孔电视录象实测分析,并且利用离散单元法模拟分析煤层在叠加开采过程中顶板变形破坏特征,从而对顶板覆岩在采动过程中的离层裂隙空间分布等进行研究,总结出坚硬岩层覆盖条件下的多煤层叠加开采覆岩变形破坏的规律。     

重复采动下上覆高位巨厚岩层微震分布特征研究

以鲍店煤矿十采区3煤层开采为例,根据现场SOS微震监测数据,研究了上、下煤层重复采动下高位厚硬岩层的微震活动规律,分析了强微震分布与高位巨厚坚硬岩层的关系。研究表明:上煤层工作面的推进距离超过工作面长度后,高位硬厚岩层在工作面前方和采空区发生阶段性的高能量(104J)微震活动,并引起相邻采空区的连锁反应,微震活动强烈;下煤层重复采动时采出总厚度增加,高位硬厚岩层二次失稳运移,再发生阶段性强微震活动,但最大能量有所下降;微震大事件主要发生在高位巨厚岩层内,在时间上呈现阶段性,具有大步距式强微震与运移特征。     

近距离巨厚坚硬岩层破断结构及分区控制

为实现近距离巨厚坚硬岩层下厚煤层的安全高效开采,根据朱仙庄煤矿北翼采区煤岩赋存特征和工作面生产技术条件,建立了厚硬岩层下开采三维模型,分析了厚硬岩层厚度和直接顶充填系数对厚硬岩层稳定性的影响规律,采用理论分析研究不同回采分区条件下的支架-围岩相互作用特征。研究发现厚硬岩层厚度影响破断块体尺寸和力学结构形成,直接顶充填系数影响断裂块体下沉空间、破断位置和破断尺寸;根据矿压显现程度和顶板控制难易程度,把回采区域划分为顶板强烈来压区、顶板较强烈来压区和顶板来压不明显区,并提出厚硬岩层下煤层开采岩层分区控制的原则和方法。     

采动覆岩卸荷膨胀累积效应

地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。     

覆岩离层注浆充填开采方案及应用分析

为解决铁路下压煤影响煤炭资源释放,以及煤矿开采造成的地表采空区塌陷、矸石排放污染环境等难题,基于覆岩离层注浆减沉技术原理,对门克庆煤矿3101工作面开采地面铁路环线保护煤柱下资源进行研究,详细介绍了覆岩离层注浆充填方案。应用效果表明:采用覆岩离层注浆减沉技术,能够人为形成充填压实承载体、改变覆岩活动状态、大幅度控制地表沉降,和未注浆开采相比,地表减沉率达69.5%～71.1%,充填效果良好。     

超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填技术

为了解决传统覆岩离层注浆减沉技术实施后离层区内大量承压可流动水体所带来的问题,结合超高水材料基本性能,以岩层控制的关键层理论为指导,提出了超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填技术。该技术将超高水材料浆液充满关键层下的离层空间、冒落带垮落矸石间缝隙以及裂缝带裂隙,凝固后的充填体控制上覆岩活动。根据以往覆岩离层注浆实践结果及超高水材料注浆充填技术在假想工作面的应用可知:超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填的减沉率在80%～90%,有助实现"三下"压煤开采的高产高效。     

上覆坚硬厚顶板煤岩卸压增透数值模拟及应用研究

基于榆树田煤矿上保护层开采时被保护煤层上覆岩层为坚硬厚岩层的实际情况,采用物理实验、数值模拟和现场应用等方法,研究上保护层开采推进时被保护区域的应力变化尤其是垂直应力演化规律和原岩应力区、应力增高区和降低区的演化规律,继而设计保护层开采方案并选定高位定向长钻孔进行瓦斯抽采。结果表明,被保护层上覆的坚硬厚岩层会形成关键层直接影响保护层效果;上保护层开采后被保护层的卸压程度为50%,膨胀变形量为0.391%,被保护层工作面回风瓦斯浓度降低至0.35%。现场应用结果表明,被保护煤层上覆坚硬厚岩层时,采用上保护层开采配合高位定向长钻孔抽采能够取得理想的卸压增透和瓦斯抽采效果。     

离层带注浆充填时地表移动计算及充填效果监测

讨论了不同岩层组合条件下离层带注浆充填时地表下沉的预计问题，分别考虑了(1)岩层水平成层和倾斜成层；(2)注浆密实和部分未注浆；(3)顶部岩层坚硬，在各方向上压缩相同和顶部岩层软弱，浆液向后充填和上山方向挤出，各方向上压实不等的各种情况.简要介绍了采用地震波场对离层带浆液充填情况的探测原理，并据此进行地表沉陷的预计工作.     

“三下”采煤技术发展现状及前景展望

概述了三下采煤技术的发展历程,系统地介绍了三下采煤的条带开采、房柱式开采、限厚开采、巷道穿采、留不规则煤柱等留煤柱开采法以及建筑物的保护性措施和离层注浆技术等,对目前应用的水体下采煤技术进行了分析,在此基础上提出了矸石(固体废弃物)充填开采技术、基于岩层控制关键层理论的覆岩离层注浆减沉与大条带间歇开采综合技术、不同条件下建筑物破坏规律的实测技术、水体下采煤安全监测技术等,并总结出今后三下采煤技术发展的主要方向。     

超高水充填开采顶板离层规律研究

离层是煤层巷道顶板破坏失稳的主要特征,主要研究在超高水充填开采下锚网、锚杆联合支护的巷道中顶板离层界限值,以及顶板离层随着工作面推进距离的变化关系和离层规律,为巷道支护和验证充填开采对上覆岩层的支撑性能提供依据。