软岩回采巷道底臌破坏机制与支护技术

软岩巷道底臌治理一直是软岩支护中重点攻关的难题之一,作为受采动压力影响的软岩回采巷道来说,巷道的底臌问题尤为突出。针对山东能源临矿集团上海庙矿区软岩大变形技术难题,首先从巷道底臌变形的力学机制入手,根据巷道围岩本构关系及应力作用模式,在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型,导出了巷道底臌力源P_0的计算方程。计算分析知,当底臌压力P_0大于底板岩体的强度极限时,巷道底板岩体将发生剪切和扩容变形挤入巷道空间,随时间效应的加大最终导致巷道底臌;其次,结合建立的底臌力学模型,提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术,对反底拱伸出段、底板预应力锚杆和反底拱主体段3部分在底臌控制过程中的作用进行理论分析,揭示了其"控底-助帮"的底臌控制机理,并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的3个主要参数进行试验优化,模拟显示影响巷道底臌量指标的主要因素为底板超挖深度和反底拱伸出段长度,影响巷道两帮移近量指标的主要因素为反底拱伸出段长度;最后,通过对榆树井矿13803工作面回风巷原始支护条件下底板压力的验算,确定了底板围岩压力与矿井水的耦合作用是造成该巷道底臌的主要原因,并根据优化后的底板治理方案在榆树井煤矿13803工作面回风巷返修段进行工业性试验。工程实践表明,该项新技术控制软岩回采巷道底臌及两帮变形效果较好,有效保证了工作面回采期间巷道的稳定性。     

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。     

锚注锚索联合支护技术优化

为了解决在破碎区段巷道支护常出现的支护效果差等问题,基于锚注、锚索支护机理及破碎围岩的特性,对锚注锚索联合支护的相关支护参数进行了优化。在巨野煤矿1 309工作面应用优化后的支护参数取得了良好的效果,主要表现在,巷道围岩变形速度由45 mm/月降至5mm/月,且巷道位移与锚索受力趋于稳定;巷道顶底板及两帮收敛变形很小,没有出现冒顶、片帮及底鼓现象,返修率由80%降至20%,每月进尺增加30%。     

缓斜中厚煤层顺拉工作面俯采工艺技术研究

针对传统采煤工艺在缓斜中厚煤层应用中煤炭采出率低及采掘接续紧张等问题,结合郭屯煤矿4302工作面地质条件,提出采用顺拉方式设计工作面的施工方案。首先对工作面回采巷道布置、生产系统等进行了合理设计;其次优化设备选型,改进原运输机缺陷;最后对缓斜煤层倾角影响下的俯采角度控制、设备防护等问题提出了针对性工艺及措施。     

古城煤矿原岩应力测试分析及与岩爆关联性研究

为分析古城煤矿32采区围岩岩爆现象频繁发生的原因,采用应力解除法,对采区原岩应力进行测量,得到该采区原岩应力场的分布特点,分析研究原岩应力与岩爆现象频发的关联性。结果表明:古城煤矿32采区原岩应力场中,水平应力占优势地位,并且巷道水平应力方向性显著,最大水平主应力与工作面巷道走向夹角为55°左右,在掘进方向右侧产生应力集中,这是导致岩爆现象频发的一个重要原因。     

郭屯煤矿主井井壁变形破坏治理技术研究

基于冻土融沉特性及井壁竖向附加力的相关研究,分析了竖向附加力影响下的井壁变形破坏机理,结合郭屯主井的偏斜沉降问题,提出了相应的治理方案。研究结果表明,竖向附加力随井龄及深度的增大而增大,井壁薄弱面为表土层底段井壁中心剖面。     

马头门井壁断裂修复治理技术

马头门是矿井的咽喉部位,马头门井壁破裂如不及时修复治理容易造成严重危害。在全深冻结软岩井筒中马头门位置断裂修复困难,传统的型钢井圈加固方法不再适用。针对马头门井壁破裂修复问题,根据实际工程中地质条件和破裂情况,分析了马头门井壁破坏机理;同时结合马头门井壁受力情况,研发了适用于马头门部位井筒修复的铠甲支护技术,并制定了合理的修复治理设计方案。     

侏罗纪巨厚基岩下采煤突水溃砂典型案例分析

国内学者对浅埋煤层开采引起的上部松散含水砂层溃入采场的研究十分深入,泥砂来源于第四系松散层已成为共识。近年来西北侏罗纪巨厚基岩下采煤引起的水-砂混合突涌事故日益增多,成为一种新的危害性较大的地质灾害,目前国内学者对此鲜有研究。为揭示基岩突水溃砂的孕灾机理,制定科学防范措施,以陕西黄陇煤田某矿采煤工作面突水溃砂事故为例,首先对前人做出的事故原因分析和认定提出技术商榷和探讨;依据补充勘探成果,结合突水溃砂过程,提出该起事故具有离层水害特征:离层空间汇集水源功能将砂岩裂隙水转化为"自由"水体,引起短时高强度突水,进而提出离层水害需要同时具备5个条件,即岩石力学条件、富水性(水源)条件、汇水时间条件、离层空间条件、导水通道条件等。其次,根据大量的岩石物理力学试验数据,判断4^-2煤层上覆岩层具备离层产生的物质基础;根据离层水害时间、空间条件,借用"经验公式"推断引起该起事故的离层空间应该位于4^-2煤顶板上30.54～77.10 m的地层内,并将这个高度范围内的地层作为富水性评价的目标层段;选取砂岩层厚度、脆塑性比值、构造分维等3种地学信息,采用新型复合...     

循环载荷下煤样能量转化与碎块分布特征

煤矿开采中煤体常处于反复加卸载过程,研究煤体在不同加载速率重复载荷作用下的能量转化与破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。利用MTS815.03伺服实验系统,通过单轴循环加卸载试验,结合能量和分形理论,获得了不同加载速率下煤样变形破坏各阶段能量积聚、耗散和释放的转化机制及其与煤样碎块块度分布规律的内在关系,为开展重复载荷作用下煤岩破裂响应及破坏机制的研究提供依据。试验结果表明:煤样能量转化具有明显的阶段性特征,可分为能量初始积累阶段、能量加速积累阶段和能量快速耗散阶段。煤样破坏前耗散能所占比例经历了高—低—高的过程,而弹性能则相反,加载后期弹性能比例下降或耗散能比例的升高,预示着煤样进入加速破坏阶段;能量集聚和释放与加载速率密切相关,随着加载速率的增大,峰值前弹性能所占比例逐渐增加,煤样破坏前更多的能量以弹性能形式储存在煤样体内,岩石破坏后,更多的能量被释放出来,煤样破坏越剧烈,其宏观破坏形态由剪切张拉和劈裂破坏向弹射破坏过渡;循环加卸载下煤样碎块分形特征具有明显的分段性,在小于尺寸阈值范围内具有较好的自相似性特征,不同加载速率下碎块分形维数为2～3,且随加载速率的增加成线性增长;加载速率越大碎块分形维数越大,煤样破碎程度越高,大块碎块所占比例越小,煤样碎块越破碎且单块碎块质量越小,煤样发生动力灾害的危险性越大。