大倾角超宽断面条件下切眼安全施工工程实践

金家渠煤矿110302工作面切眼倾角36°～40°、断面跨度8.3～9.3 m,综合分析大倾角、超宽断面、富含水层等条件因素,按‘导硐’和‘扩帮’两阶段作业,以减少巷道围岩扰动尺度,切眼导硐阶段选用‘上山式’、扩帮阶段选用‘下山式’的作业方式;并通过围岩极限平衡区范围确定了顶板载荷及‘锚杆’加‘锚索桁架’联合支护方案,该工艺安全可靠、巷道围岩变形可控,为工作面的如期安装创造了条件。     

复合顶板围岩结构失稳分析及支护方式优化

针对金家渠煤矿二煤复合顶板支护难题,通过对巷道围岩变形表现形式、复合顶板围岩破坏准则、围岩变形、控制机理的研究,提出了"柔性抗剪支护+髙预应力帮部加固+弱面补强+喷浆封闭"控制方式。顶板支护采用髙预应力锚索桁架,形成加强锚索支护为骨架、短锚索支护为连续带的支护体系,其中锚索采用?17.8 mm×4300 mm预应力钢绞线,间排距800 mm×900 mm;补强桁架锚索采用?21.8 mm×7300 mm预应力钢绞线锚索+11~#工字钢,沿巷道中心对称布置,间排距2000 mm×1800 mm;巷帮高侧区域施工??17.8 mm×4300 mm钢绞线锚索,低侧区域施工?20 mm×2400 mm螺纹钢锚杆;最后喷浆(厚度50 mm)封闭作业。矩形断面能够减少岩层之间的滑动,进而降低对互层结构的破坏,最大程度提高复合顶板的完整性。通过支护方式及掘进断面优化,巷道收敛量≤30 mm,减少了后巷维护工程量,有效控制顶板变形。     

开采扰动区(EDZ)内层状围岩变尺度损伤及失稳预计实验及综合分析

在地下开采中常遇到层裂影响围岩力学行为,考虑到安全支护载荷及衍生动力灾害的可能性及工程应用,基于现场工程调查和室内多尺度煤岩动力破坏规律实验观察,建立了物理相似模型,完成了基于声发射(AE)的采空区覆岩变尺度损伤与断裂的模拟实验,对开采扰动区工作面周期来压(4个阶段)、围岩破裂与损伤的声发射特征参数(总事件与能率以及隐含的临界敏感性)等多元信息进行了综合比较,获得了老顶来压强度及支护阻力的定量化指标,这为工程现场EDZ内顶板大范围破断、围岩稳定性、破碎岩体失稳垮落等监测与控制提供依据。     

大倾角“三软”富含水大采高工作面围岩运动规律

掌握复杂条件下大倾角大采高工作面围岩运动规律是保证安全回采的前提条件。以宁东矿区清水营矿大倾角"三软"富含水大采高工作面为背景,根据现场勘查、室内实验和现场监测成果,建立了基于倾角变化的FLAC3D数值模型,计算分析了开采扰动过程中大倾角大采高覆岩应力与变形演化的特殊规律,确定了工作面周期来压步距为10~15 m左右,为安全开采提供了科学依据。     

金家渠煤矿排水体系构建及净化处理工艺应用

金家渠煤矿水文赋存条件复杂,矿井正常涌水量590 m~3/h,最大涌水量725.76 m~3/h,文章在水文勘查基础上,通过对矿井充水方式、涌水量的构成及大小进行科学分析,合理确定了矿井主排水系统及设备、+690 m水平辅助排水系统及设备、13采区集中排水巷的立体式排水系统;矿井最大排水能力1038 m~3/h,排水系统整体满足矿井安全生产需要;根据矿井涌水量的大小,在地面建造矿井水处理系统,矿井水处理能力达到1200 m~3/h,深度处理规模达到100 m~3/h,日处理量1680 m~3/d,指标均可控,COD控制在2.2 mg/L～12.83 mg/L,氨氮控制在0.9 mg/L～1 mg/L,悬浮物控制在2.4 mg/L～9.54NTU,达到矿井水排放水质标准。     

断层破碎区煤岩体失稳机制与注浆耦合控制研究

以清水营煤矿复杂煤层工作面穿越断层区域的工程应用为背景,分析了断层区开采扰动诱发断层活化机制及控灾减灾模式,确定了内部注浆耦合控制方法,改善了煤岩体自承载能力,提高支护结构与煤岩体相互作用和适应能力,实现了安全开采。本论文对复杂煤岩体开采扰动下安全开采提供了理论依据,为今后宁东矿区和全国类似条件煤炭能源安全高效开发提供了理论与工程借鉴。     

金家渠煤矿工作面顶板富水性分析及疏放水对策

金家渠煤矿110301工作面水文地质条件复杂,顶板富水性强,严重影响工作面安全回采。为准确分析工作面顶板富水性区域,采用瞬变电磁探测技术探明工作面横向范围与纵向顶板上方80 m范围岩层富水性,圈定了富水异常区段及等级。对工作面范围内钻场、钻孔数量、钻孔深度、角度等参数优化,确定工作面切眼300 m附近钻场间距100 m,设计2个钻场共计5个钻孔,其他区域钻场间距200 m,每个钻场布置2~4个钻孔,每个钻场设置一个平行于巷道的钻孔,一个垂直于巷道的钻孔,另外的两个钻孔与巷道成60°夹角,钻孔倾角15°~55°。通过涌水量观测累计疏放水36.2万m~3,单孔最大涌水量154 m~3/h,半衰期约20天;后稳定在76 m~3/h,有效降低顶板含水层涌水量、水位与水压,保证工作面安全回采。     

破碎围岩条件下开采扰动区LSMA的动力失稳

破碎围岩环境下大断面巷道开挖必然形成大尺度采空区(large scale of mined-out-area,LSMA),其围岩介质的变形与失稳行为及过程很复杂,主要涉及到开采扰动区(excavation dis-turbed zone,EDZ)范围内围岩力学性态及强度劣化特征、顶部岩层非稳态下沉与水平挤压变形耦合作用诱致动力失稳、深层围岩离层演化至局部化冒落失稳等,且其变形从微尺度演化为大尺度(寸)过程具有复杂的非线性特征,这为灾害治理带来挑战。基于现场调查,利用表面变形与深部离层规律综合监测与锚杆(索)力学性态试验及测试,结合室内物理相似模拟和数值模拟试验,深入分析复杂地质条件下松软破碎围岩局部化变形与演化失稳机理,为工程防灾和减灾提供科学依据。     

破碎围岩条件下开采扰动区LSMA的动力失稳

破碎围岩环境下大断面巷道开挖必然形成大尺度采空区（large scale of mined-out-area，LSMA），其围岩介质的变形与失稳行为及过程很复杂，主要涉及到开采扰动区（excavation disturbed zone，EDZ）范围内围岩力学性态及强度劣化特征、顶部岩层非稳态下沉与水平挤压变形耦合作用诱致动力失稳、深层围岩离层演化至局部化冒落失稳等，且其变形从微尺度演化为大尺度（寸）过程具有复杂的非线性特征，这为灾害治理带来挑战。基于现场调查，利用表面变形与深部离层规律综合监测与锚杆（索）力学性态试验及测试，结合室内物理相似模拟和数值模拟试验，深入分析复杂地质条件下松软破碎围岩局部化变形与演化失稳机理，为工程防灾和减灾提供科学依据。     

基于AE的深部复变环境下急斜特厚煤层开采动力失稳分析

华亭煤矿5#煤是赋存在深部的急斜特厚煤层,其开采扰动极其频繁,最大主应力与最小主应力相差较大,开采过程中频繁出现动力失稳并诱致衍生灾害.基于声发射的煤岩动力失稳行为实验与现场相关测试的比较,综合分析了复杂变化环境下煤岩在不同的动态拉伸比能、压缩变形阻力和剪切应力作用下的失稳声发射能率和总事件等定量规律.