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特厚煤层大巷变形破坏特征及控制技术研究

煤炭工程 2024年第4期56卷 53-59页

作者：汪占领刘志文赵华山李永元程利兴天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 华能庆阳煤电有限责任公司甘肃庆阳1745000 华亭煤业集团有限责任公司甘肃平凉744100 华能煤炭技术研究有限公司北京100070

针对特厚煤层大巷变形破坏特征分析及控制技术难题,以砚北煤矿二水平回风大巷为研究背景,在分析巷道围岩地质力学测试及围岩变形破坏特征与机理的基础上,提出了全断面注浆加固与高预应力支护综合围岩控制技术,制定了煤层大巷修复加固具... 详细信息

针对特厚煤层大巷变形破坏特征分析及控制技术难题,以砚北煤矿二水平回风大巷为研究背景,在分析巷道围岩地质力学测试及围岩变形破坏特征与机理的基础上,提出了全断面注浆加固与高预应力支护综合围岩控制技术,制定了煤层大巷修复加固具体实施方案,并确定了相应的技术参数,开展了井下工业试验,试验结果表明:修复加固后35 d左右巷道变形趋于稳定,两帮最大位移量63.5 mm,顶底板最大移近量79.8 mm;注浆后水泥浆液与巷帮煤体裂隙及破碎区充分胶结,围岩裂隙明显减少,钻孔成型效果显著提高。研究表明采用高预应力锚杆支护及全断面注浆加固后,在巷道围岩内形成锚注加固体,提高了巷道围岩稳定性与抗变形能力以及浅部锚杆(索)锚固基础力学性能,巷道围岩变形得到有效控制。

关键词：特厚煤层动压巷道注浆加固锚杆支护

基于扩孔锚固的参数优化分析及力学性能试验研究

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煤矿安全 2023年第7期54卷 196-204页

作者：程利兴中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

针对软弱煤岩体锚固性能差、锚固力低的技术难题,提出采用锚固孔扩孔锚固的方法提高锚固力;采用数值模拟方法分析了钻孔围岩、锚固剂及锚杆的力学特征,并对扩孔参数进行优化分析;结合实验室树脂锚固剂的锚固效果试验,确定了扩孔段长度12... 详细信息

针对软弱煤岩体锚固性能差、锚固力低的技术难题,提出采用锚固孔扩孔锚固的方法提高锚固力;采用数值模拟方法分析了钻孔围岩、锚固剂及锚杆的力学特征,并对扩孔参数进行优化分析;结合实验室树脂锚固剂的锚固效果试验,确定了扩孔段长度120 mm,最大扩孔直径58mm为最佳扩孔参数,并研发了扩孔装置。实验室锚杆拉拔对比试验表明:扩孔锚固所能提供的抗拔力显著高于正常锚固,平均锚固力增大1.63倍,且在锚固剂与钻孔围岩脱粘后,锚固力衰减较小;扩孔段锚固体对钻孔围岩具有“压密-破坏-压密”的循环过程,表现出“延性破坏”特性,避免锚固力出现较大幅度的衰减。

关键词：数值模拟锚固参数软弱煤岩体锚杆拉拔滑移失效

基于顶板水力压裂卸压的应力场响应机制研究及应用

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采矿与安全工程学报 2023年第4期40卷 722-729页

作者：程利兴张镇姜鹏飞杨建威中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

针对深井高应力强采动巷道的支护难题,分析顶板水力压裂技术原理,建立巷道围岩水力压裂数值计算模型,开展水力压裂切顶卸压应力转移研究,分析巷道围岩应力场响应机制,并开展现场工程应用。结果表明:水力压裂后煤柱应力集中区应力降低率... 详细信息

针对深井高应力强采动巷道的支护难题,分析顶板水力压裂技术原理,建立巷道围岩水力压裂数值计算模型,开展水力压裂切顶卸压应力转移研究,分析巷道围岩应力场响应机制,并开展现场工程应用。结果表明:水力压裂后煤柱应力集中区应力降低率为7.73%,平均降幅为13.9 MPa,最大降幅为24.9 MPa,采空区应力增长率为3.75%,在采空区应力增长区内,顶板压裂后底板应力较无压裂时平均高出约6.4 MPa,有效弱化了坚硬悬顶,阻断了顶板岩层的应力传递,促使煤柱侧悬顶应力向采空区内转移;水力压裂后工作面周期来压步距和液压支架动载系数显著降低,煤柱应力趋于均匀化,且平均应力显著低于无压裂时的煤柱应力,超前采动影响时矿压显现强度得到有效降低;压裂段滞后工作面30 m范围内采空区顶板及时垮落,应力增长较快,滞后工作面距离大于30 m时,压裂段采空区应力基本呈缓慢增长,最大应力值为1.35 MPa,无压裂段采空区应力且仍呈快速增长趋势,最大应力值为1.64 MPa。这表明水力压裂可有效弱化坚硬顶板完整性,改善采空区覆岩结构运动状态,降低巷道围岩应力状态,提高巷道围岩的稳定性。

关键词：千米深井顶板预裂应力转移卸压机理

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巷道底板锚索孔钻进粉渣运移特征及现场试验

采矿与安全工程学报 2015年第5期32卷 765-770页

作者：张辉程利兴常建超河南省高等学校深部矿井建设重点学科开放实验室河南焦作454000 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

针对煤矿巷道底板锚索孔钻进困难的问题,分析了正反循环钻进过程中粉渣运移特征,得出"钻渣三区"的相互作用是制约底板锚索孔快速钻进的根本原因,并提出了泵吸反循环钻进可以有效防止"钻渣三区"的形成。利用固液流体力学原理,推导了冲洗... 详细信息

针对煤矿巷道底板锚索孔钻进困难的问题,分析了正反循环钻进过程中粉渣运移特征,得出"钻渣三区"的相互作用是制约底板锚索孔快速钻进的根本原因,并提出了泵吸反循环钻进可以有效防止"钻渣三区"的形成。利用固液流体力学原理,推导了冲洗液沿程水力损失及钻渣液上返流速的力学公式。根据现场实际,得出底板锚索孔泵吸反循环钻进时钻孔深度、泵的真空度及钻渣液的上返速度与钻渣体积含量之间的关系,结果表明泵吸反循环对底板锚索孔的快速钻进是可行的。研制了一套泵吸反循环钻进系统,实现了底板锚索孔钻进与排渣同时作业。现场试验表明,钻进深度5.6 m的底板锚索孔有效钻进时间可以控制在30 min内,解决了底板锚索孔深孔钻进的难题,净化了作业环境。

关键词：底板锚索孔泵吸反循环水力损失钻渣

强烈动压影响巷道再造承载拱控制原理与试验研究

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采矿与安全工程学报 2018年第6期35卷 1135-1141页

作者：徐佑林许猛堂程利兴贵州理工学院矿业工程学院贵州贵阳550003 深部煤矿采动响应与灾害防控安徽省重点实验室(安徽理工大学) 安徽淮南232001 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

针对强烈动压造成巷道大变形、强破坏的技术难题,以贵州湾田煤矿1433车场为工程实例,从工程布局上分析巷道矿压显现特征,得出强烈采动影响和支护设计不合理是造成巷道围岩强破坏的主要原因。针对原支护中存在的技术缺陷,提出再造承载拱... 详细信息

针对强烈动压造成巷道大变形、强破坏的技术难题,以贵州湾田煤矿1433车场为工程实例,从工程布局上分析巷道矿压显现特征,得出强烈采动影响和支护设计不合理是造成巷道围岩强破坏的主要原因。针对原支护中存在的技术缺陷,提出再造承载拱的巷道支护理念,并以普氏理论为基础对再造承载拱的厚度进行理论计算,得出巷道有效注浆范围为7.91m,注浆加固后实施高强锚索支护,能在巷道围岩浅部形成一个稳定的承载结构,锚注加固区域之外的破碎区吸收巷道上部工作面采动应力,极大地降低对再造承载拱的破坏,有效保证巷道围岩稳定。工程实践表明:注浆后强烈动压造成的破碎围岩得到有效固结,有利于锚索预应力的扩散,高强预应力锚索支护后围岩的整体承载能力得到极大增强,巷道围岩变形量明显减小,表明再造承载拱加高预应力锚索支护方案对动压影响下巷道围岩控制有较好的效果。

关键词：动压影响锚注加固再造承载拱破碎区

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浅埋深薄基岩巷道锚注加固技术研究

煤炭工程 2023年第8期55卷 39-44页

作者：常波峰郑旭鹤程利兴徐宝军汪占领陕煤集团神木红柳林矿业有限公司陕西榆林719300 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

针对红柳林煤矿浅埋深薄基岩巷道顶板锚固力低的难题,分析了风化基岩分布特征以及矿物成分,开展了薄基岩注浆加固试验,分析了薄基岩巷道注浆加固机理,提出了巷道锚注加固技术方案,并开展了井下工程实践,分析了工程应用效果。结果表明:... 详细信息

针对红柳林煤矿浅埋深薄基岩巷道顶板锚固力低的难题,分析了风化基岩分布特征以及矿物成分,开展了薄基岩注浆加固试验,分析了薄基岩巷道注浆加固机理,提出了巷道锚注加固技术方案,并开展了井下工程实践,分析了工程应用效果。结果表明:风化薄基岩黏土矿物成分含量高,增大了顶板岩体软化和膨胀变形,影响巷道围岩稳定性;井下注浆充填了风化基岩裂隙,封堵了顶板水渗流通道,提高了顶板完整性,增大了薄基岩层的抵抗破坏的能力;通过锚索注浆达到了较好的注浆固结效果,锚杆(索)初期受力缓慢增大,随后基本保持稳定,锚杆受力55~67 kN,锚索受力92 kN左右,顶板离层量3 mm左右,巷道围岩变形明显减小,达到了较好的巷道支护效果,表明锚注加固技术可有效解决浅埋深薄基岩巷道变形控制难题。

关键词：浅埋深煤层薄基岩锚注支护注浆改性注浆机理

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浅埋深回采巷道采动应力动态响应特征研究

采矿与岩层控制工程学报 2022年第6期4卷 56-64页

作者：苗彦平程利兴郑旭鹤陈小绳汪占领徐宝军陕煤集团神木红柳林矿业有限公司陕西榆林719300 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

为了研究浅埋深坚硬厚顶板采动应力动态响应特征,以红柳林煤矿15216工作面辅助运输巷为背景,研究了工作面开采前后全过程采动应力响应特征,并基于现场实测数据和理论分析计算了临界煤柱宽度。结果表明,15216工作面超前采动影响范围为275... 详细信息

为了研究浅埋深坚硬厚顶板采动应力动态响应特征,以红柳林煤矿15216工作面辅助运输巷为背景,研究了工作面开采前后全过程采动应力响应特征,并基于现场实测数据和理论分析计算了临界煤柱宽度。结果表明,15216工作面超前采动影响范围为275 m,辅助运输巷锚杆(索)受力受超前采动影响较为强烈;滞后工作面阶段锚杆(索)受力显著增大,但其受力变化幅度明显减小,受煤柱侧向悬顶结构影响,煤柱帮锚杆最大受力为167 kN,因而需进一步加强煤柱的支护强度;在采动应力演化全周期内,煤柱应力分布形态呈非对称“双峰型”,煤柱应力峰值位于9~13 m范围内,且峰值应力为15.7 MPa,煤体尚未进入塑性屈服阶段,表明煤柱内部依然存在稳定的弹性承载区,根据煤柱的静载荷集度等于煤柱强度的原则,计算得出煤柱的临界宽度为13 m,并提出了有效的巷道围岩支护方案,研究内容可为巷道支护及煤柱宽度留设提供一定参考。

关键词：浅埋煤层动压巷道采动应力锚杆支护煤柱宽度

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松软煤层锚固孔孔底扩孔锚固性能试验研究

中国安全生产科学技术 2015年第10期11卷 28-32页

作者：张辉程利兴河南省高等学校深部矿井建设重点学科开放实验室河南焦作454000 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

针对松软煤层巷道锚杆锚固力低成为制约松软煤层巷道锚杆支护技术发展的瓶颈,提出锚固孔孔底倒楔形扩孔提高锚杆锚固性能的方法,研发了锚固孔孔底单翼扩孔装置,并进行了实验室和井下现场试验,结果表明单翼锚固孔孔底扩孔装置设计的科学... 详细信息

针对松软煤层巷道锚杆锚固力低成为制约松软煤层巷道锚杆支护技术发展的瓶颈,提出锚固孔孔底倒楔形扩孔提高锚杆锚固性能的方法,研发了锚固孔孔底单翼扩孔装置,并进行了实验室和井下现场试验,结果表明单翼锚固孔孔底扩孔装置设计的科学性和可行性。通过实验室试验及井下试验得出,锚固孔孔底倒楔形锚固,锚杆的锚固性能至少提高1倍以上,为松软煤层巷道锚杆支护的应用奠定了基础。

关键词：松软煤层扩孔装置倒楔形锚固性能

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轴向冲击荷载下锚索动力响应特征试验研究

采矿与岩层控制工程学报 2023年第4期5卷 31-39页

作者：程利兴郭洁高斌周翔李灵博高健勋李永元李靖宇李义朝汪占领周鹏赫中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 扎赉诺尔煤业有限责任公司内蒙古满洲里021412 华亭煤业集团有限责任公司甘肃平凉744100 华能煤业有限公司陕西矿业分公司陕西西安711300 华能庆阳煤电有限责任公司核桃峪煤矿甘肃庆阳745306 华能煤炭技术研究有限公司北京100070 华能云南滇东能源有限责任公司云南曲靖655000 华能煤业有限公司北京100070

为了研究锚索在轴向冲击荷载下的动力响应特征,选取砚北煤矿冲击地压巷道常用的锚索材料,采用AW-1500微机控制电液伺服试验机和自由落锤冲击试验机进行了锚索静、动载力学性能试验,共设计9种不同能量等级的冲击试验,获得了冲击力时程曲... 详细信息

为了研究锚索在轴向冲击荷载下的动力响应特征,选取砚北煤矿冲击地压巷道常用的锚索材料,采用AW-1500微机控制电液伺服试验机和自由落锤冲击试验机进行了锚索静、动载力学性能试验,共设计9种不同能量等级的冲击试验,获得了冲击力时程曲线、冲击力-变形曲线、锚索冲击变形以及吸收能量的特征曲线。结果表明:静载拉伸破断载荷为350.83~356.81 kN,平均延伸率3.49%,冲击载荷作用下锚索承受的冲击力明显大于静载破断载荷,而延伸率明显降低,平均最大降低35.24%,锚索脆性破坏特征突出;锚索变形-冲击力曲线变化过程分为初期震荡阶段、急剧增长阶段以及弹性回弹等3个阶段,冲击能量小于15000 J时,锚索主要发生弹性变形,锚索冲击力时程曲线峰值点与冲击能量峰值点基本一致,随着冲击能量的逐渐增大,锚索冲击力峰值也逐渐增大,在急剧增长阶段震荡型增长趋势较显著;冲击能量大于等于15000 J时,冲击能量未达到峰值前,锚索即发生破坏,随着冲击能量的增大,锚索塑性变形变化突出,冲击动能向锚索变形能转化,锚索吸收能量与塑性变形基本成正比。通过对锚索冲击载荷下的力学响应特征分析,可为冲击地压矿井的巷道支护设计和材料选取提供一定的理论依据。

关键词：冲击地压锚索冲击载荷落锤试验响应特征