黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术及实践

为研究黄河泥沙充填采煤沉陷地复垦新技术,选取山东省德州市邱集煤矿采煤沉陷地为研究对象,提出了间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术工艺流程并进行实践,通过研究复垦农田地貌景观、土壤剖面、复垦土壤理化性质以及复垦农田生产力,揭示复垦新技术工艺的优越性。结果表明:黄河泥沙间隔条带式一次性充填采煤沉陷地复垦技术可行,土地复垦率为100%,耕地面积恢复率可达95.12%;技术实现表土和心土的分别剥离与回填,构造出与原有农田相似的上部60 cm土层结构,具有较好保水性和持水性,但在覆土过程中存在机械压实情况,具有较高的密度和较低的孔隙度;复垦农田覆盖土壤p H值较高,覆土层属于中度盐土,其基本不缺全磷、全钾(中高水平),轻度缺少速效钾状态(中级水平),缺少速效氮、有效磷、有机质(低级水平)和严重缺少全氮(极低水平),因此在复垦农田耕种过程中注意施加氮肥和有机肥;实地测产发现,复垦农田玉米产量(11 961.07 kg/hm2)与对照农田产量(13 032.80 kg/hm2)无显著差异(P0.05),说明复垦当年即可达到原有农田产量。通过山东省邱集煤矿采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦的实践,验证了黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术的可行性,并可为该技术在其他地区的推广提供借鉴。     

坚硬顶板切顶卸压垮落规律研究

为了解决坚硬顶板垮落步距大而易引起大面积来压等问题,以邱集煤矿1102工作面为研究对象,开展切顶卸压对坚硬顶板垮落规律的研究.基于悬臂梁理论推导了切顶卸压后坚硬顶板垮落步距的计算公式,理论计算了邱集煤矿1102工作面坚硬顶板各岩层荷载和切顶卸压前后各岩层的垮落步距,对比分析了切顶卸压前后顶板的垮落特征,并利用现场实测数...     

邱集煤矿1102工作面切顶留巷支护设计及矿压实测

以邱集煤矿1102工作面运输巷坚硬顶板支护问题为背景,建立未切顶巷道顶板的悬臂梁模型和切顶留巷顶板的变形及受力模型;由理论计算得出切顶前巷道顶板伸向采空区的悬臂梁结构的最大悬臂长度为4.68 m,切顶后悬吊单位长度的巷道顶板所需支护阻力为166.74 kN;据此进行巷道支护参数设计,确定恒阻大变形锚索规格为φ17.8 mm×10 300 mm,两列锚索排距分别为1 000 mm和2 000 mm,并对巷道矿压进行监测。监测结果表明:1102运输巷距开切眼75 m至173 m范围内巷道顶底板移近量最大值约36 mm,顶板离层出现在泥岩灰岩的交界处,累计离层量为25 mm,顶板锚索受力最大值为150 kN,变形和受力均处于安全范围内,满足巷道的稳定性要求。     

黄河北煤田邱集煤矿含水层连通性示踪试验

为了探查邱集煤矿四五灰含水层与徐奥灰含水层的连通性及水利关系,采用I-、NH4+、NO3-为示踪离子,以地面奥灰、徐灰观测孔为投放孔,井下四五灰放水钻孔为接收孔,利用电极法、色谱法对水样离子进行了监测。结果表明,区内四五灰含水层接收奥灰含水层水的补给,徐灰水和四五灰含水层也有明显的水力联系。     

四五灰突水监测技术

邱集煤矿为黄河北煤田第一对试验型矿井,为解放下组煤,进行了综合水文地质条件探查,并于2006年进行了11层石门的疏干试验,在接近四五灰时发生突水,由于建立了完善的监测系统,监测到了奥灰及四五水位的变化,为分析突水水源提供了有力保证。     

黄河北煤田定向钻进精准注浆防治水技术研究

为有效治理我国黄河北煤田开采面临的水害问题,以邱集煤矿定向钻孔注浆防治11煤的灰岩水为例,结合瞬变电磁和抽水试验结果,分析了11煤层的顶板四灰、五灰及底板徐灰、奥灰水害的富水性程度。基于"超前区域治水"、"水源-通道一体化治理"的理念,以及含水层富水不均一的区域特征,提出了梅花式和上、下穿层式的分支钻孔钻进方式,以及井上、下水文观测孔水压实时监控的含水层裂隙精准注浆技术,以此为基础对11煤首个治理区域顶板含水层施工了6个主孔、25个分支孔,累计进尺12 011 m,累计注浆量104 880 t。结果表明:定向钻孔注浆实施精准控制后,11煤顶板四灰、五灰含水层治理区域的富水异常区基本消失,含水层渗透系数降为0.010 4 m/d,观测孔涌水量由注浆前的40～260 m~3/h降到5 m~3/h以下,使得二水平暗斜井得以顺利掘进,实现了11煤的成功揭露,为解放6 000万t的煤炭资源提供了安全保障和指导作用,说明梅花式和上、下穿层式的分支钻孔钻进方式和井上、下水文观测孔水压实时监控的精准注浆技术,能够有效地填充四灰、五灰含水层裂隙及隐蔽导水通道,实现分支孔中浆液扩散范围的精准控制。     

沿空留巷双向聚能爆破炮孔间距参数研究

为解决沿空留巷中选取合理炮孔间距难题,基于双向聚能爆破成缝机理,建立联孔聚能爆破力学模型,引入聚能管影响参数,分析爆破后岩石裂缝扩展长度,推导炮孔间距计算公式;并以邱集煤矿为工程背景,计算得合理炮孔间距为1.0 m;采用LS-DYNA软件对间距为0.8、1.0、1.2 m的双孔聚能爆破裂缝扩展过程进行模拟。结果表明:在距炮孔中心0.2 m处聚能方向岩石所受应力峰值是非聚能方向的2.6倍,炮孔连心线方向裂缝更易扩展;当炮孔间距为1.0 m时,两孔间裂缝完全贯通且炮孔连线中心无竖向裂缝产生。经邱集煤矿现场试验证明,采用间距为1.0 m的炮孔爆破切顶后,孔内形成连续裂缝,炮孔间裂缝贯通形成切缝面,与理论计算和数值模拟结果相符。     

奥灰顶界面精细三维地震勘探及其成果应用

为了获得优化奥灰水疏放工程设计依据资料,对西一采区进行了精细三维地震勘探。三维地震勘探查明了奥灰顶界面的构造形态及落差大于3 m的断层,圈定了勘探区内的物探异常区,查明了10#、13#煤层的分布范围及其煤层底板构造形态。利用勘探成果优化设计了10102和10104工作面疏放水方案,并安全回采了10102工作面和10104工作面,节省注浆改造开采成本1 069.9万元,回收煤炭20.6万t,新增工业产值7 416万元。