柠条塔煤矿切顶成巷水射流切缝技术试验

切顶成巷工艺关键技术为顶板定向切缝,传统切缝技术均采用爆破技术,存在较多问题。本文以柠条塔煤矿切顶成巷工程为背景,改良顶板定向切缝技术,开展水射流切缝技术试验,试验目标要求切缝后相邻钻孔之间的岩体损伤率达到90%以上,并且切缝应成一条直线,进而保证切顶成巷工艺中顶板切缝效果。试验系统主要由泵站压力系统、磨料供给装置、切割头输送装置、切割头、定向器与现场试验所用磨料构成。试验过程中首先在顶板岩层中预先钻进4个钻孔,然后通过输送装置及高压密封钻杆在割缝孔中定向安装切割头,利用高压水射流分别沿4个切缝孔的径向向相邻钻孔造缝,定向连通所有切缝孔,进而形成定向裂缝面。试验结果裂缝基本呈直线,裂缝偏转角度最大为0°～10°,但在四个孔切缝过程中,孔内较为直观的裂缝尚未贯穿整个钻孔的孔壁。该结果表明水射流切缝技术无法实现设计要求中形成90%贯通切缝面的目标,切缝参数仍需继续进一步优化。     

无煤柱自成巷聚能切缝技术研究

聚能切缝技术能够有效地切断顶板的应力传递,为无煤柱切顶成巷提供保障。以宝山煤矿6302工作面为工程背景,通过现场实验和理论分析,对聚能切缝参数进行研究和优化。试验结果表明,在3+2的装药形式下,成缝率可达90%以上,成缝效果最明显,且在工作面回采过程中顶板能够及时垮落,现场应用效果良好。     

切顶卸压自动成巷无煤柱开采切缝钻机关键技术北大核心

为解决切顶卸压无煤柱开采技术顶板预裂钻孔成孔效率低、钻孔角度调节偏差大、钻孔保直率差等问题,研制了ZDY2-300LM型切缝钻机,研究了切缝钻机的结构布局、车体平台、调角装置、施工钻具、水路系统和液压系统的关键技术和设计要点。进行了空载试验和负载试验,型式试验结果表明钻机各项指标满足设计要求。进行了3个煤矿井下试验,钻孔累计进尺近50000 m,井下试验结果表明:钻机满足切顶卸压无煤柱开采技术顶板预裂钻孔施工要求,并取得了良好的切顶卸压效果,有效解决了顶板预裂钻孔施工缺乏专用、可靠设备难题;且钻机具备施工作业高效、钻孔间距调节范围广、钻孔角度参数调节多,机身窄小及较好的钻孔保直率等显著特点。     

坚硬顶板复合爆破定向造缝技术及工程应用

造缝切顶是改变坚硬岩层破断运移规律，进而控制采场强矿压的有效手段。为了实现定向、弱扰动、大间距的造缝切顶，开发了一种坚硬顶板复合爆破定向造缝技术。在系统性的介绍该技术关键设备——高能射孔枪的结构组成的基础上，分析了复合爆破定向造缝切顶的工艺流程；基于AUTODYN数值计算软件，阐明了基于聚能射流和高压劈裂的复合爆破定向成缝机制；采用LS-DYNA软件构建了聚能射流及高压劈裂数值模型，优化了射孔弹尺寸及助推剂用量；开展了坚硬顶板复合爆破定向造缝地面实验，揭示了相邻孔间裂缝扩展延伸特征，验证了射孔弹尺寸和助推剂用量的合理性；在塔山煤矿8311工作面进行了坚硬顶板复合爆破造缝切顶工业实验，监测了8311工作面推进过程中2312临空巷道煤柱不同深度的垂直应力峰值，得出如下结论：(1)复合爆破技术定向造缝机制是聚能射流冲击岩石侵彻面上形成的压力远大于岩石的强度，造成岩石发生破碎，形成定向孔道；二次爆燃产生的高压气体进入射孔孔道内，在“气楔”作用下沿着孔道形成连续平整的裂隙面。(2)在射孔弹口径为40 mm、助推剂为4片时，复合爆破定向造缝技术可以实现1.5 m钻孔间距下中粒砂岩层劈裂。(3)现场...     

坚硬顶板孔内磨砂射流轴向切缝及压裂试验研究

为了提高坚硬顶板的预裂卸压效果,开发了孔内磨砂射流轴线切顶压裂防冲新技术,即施工完顶板钻孔后,在预设位置操作钻杆匀速前进/后退,同时,采用磨砂射流系统对钻孔孔壁进行定向切割,使孔壁形成一定深度的轴线裂缝,再采用封隔器封孔后压裂,在高压水的作用下,人造裂缝沿着预设方向定向扩展,从而达到精准切顶卸压的目的。现场切缝试验表明,在射流压力为50 MPa,切缝速度为0.1 m/min的条件下,孔内切缝半径可达300～500 mm。通过切缝后压裂试验表明,预制裂缝具有较好的导向作用,裂缝扩展主要沿着预制裂缝深度方向,试验泵压为40 MPa,压裂时间为20 min,裂缝扩展距离可达22 m以上。该技术可提高水力压裂裂缝方向的可控性,使裂缝沿着最佳切顶方向扩展,从而提高卸压效果。     

切顶卸压沿空留巷切缝设计与研究

针对哈拉沟煤矿12201工作面切顶卸压沿空留巷工程所设计的预裂切缝,保证切断其顶板应力传递,并且顺利切落成巷,通过理论计算结合工程实际设计出合理的切缝高度范围和角度范围,并利用数值模拟进行验证从而确定出最合理的切缝高度和切缝角度,通过现场试验得出最为合理的钻孔间距,从而确定出针对哈拉沟煤矿12201工作面切顶卸压沿空留巷最优的切缝设计方案。     

切顶卸压沿空留巷切缝设计与研究北大核心

针对哈拉沟煤矿12201工作面切顶卸压沿空留巷工程所设计的预裂切缝,保证切断其顶板应力传递,并且顺利切落成巷,通过理论计算结合工程实际设计出合理的切缝高度范围和角度范围,并利用数值模拟进行验证从而确定出最合理的切缝高度和切缝角度,通过现场试验得出最为合理的钻孔间距,从而确定出针对哈拉沟煤矿12201工作面切顶卸压沿空留巷最优的切缝设计方案。     

沿空留巷切顶技术研究与应用

沿空留巷切顶卸压作为煤矿无煤柱开采的先进技术,已成功在众多煤矿应用,而选取合适的切顶卸压技术决定了沿空留巷的效果.本文对沿空留巷切顶卸压常用的3种切顶技术进行了理论及实际应用分析,对聚能切缝爆破技术、水力压裂弱化切顶技术、密集钻孔弱化顶板技术的优缺点(从留巷效果、施工速度以及对围岩的影响)进行了整体评价,并且对东瑞煤业...     

坚硬顶板切顶沿空留巷顶板运移规律及切缝参数分析

为了合理确定切顶留巷切缝参数，以唐山沟煤矿坚硬顶板条件下切顶沿空留巷为工程背景，运用理论分析并结合现场实测结果，得到了切顶沿空留巷覆岩运移规律和顶板断裂结构特征，发现岩体间水平推力和剪切面摩擦力是阻碍顶板被顺利“切落”因素，通过分析岩梁力学结构和几何关系，得到了留巷顶板合理切缝参数，并进行了井下验证。研究结果表明：坚硬顶板条件下，切顶留巷顶板垮落后，将相互铰接约束，形成砌体梁平衡结构|切顶留巷顶板在被“切落”时，将由于岩体相互铰接导致的水平推力，存在一个阻碍顶板被切断的摩擦阻力|根据对切顶留巷顶板受力及几何关系分析，得到了合理顶板切缝角度与其他参数关系式，切缝角度与顶板岩层重度、采高正相关，与岩体抗拉强度、岩石碎胀系数成负相关。井下试验表明，采用推导计算式所得切顶参数可以使留巷采空区侧顶板较好被“切落”，留巷顶板压力及顶板移近量均在可控范围内，满足安全生产需要。     

华晋焦煤在全国首创双巷切顶成巷技术

华晋焦煤有限责任公司与中国科学院何满潮院士团队及太原理工大学等科研院校加强技术合作,开展高突近距离煤层群大采高双巷切顶成巷智能化无煤柱开采及瓦斯与火灾共治关键技术研究,在国内首创双巷切顶成巷技术。双巷切顶成巷技术主要通过在轨道巷、胶带巷双巷进行爆破定向切缝,在局部范围切断工作面顶板应力传递,减弱巷道顶板压力。     

Field investigation into directional hydraulic fracturing for hard roof in Tashan Coal Mine

Research and development of safe and effective control technology of hard roof is an inevitable trend at present. Directional hydraulic fracturing technology is expected to become a safe and effective way to control and manage hard roof. In order to make hard roof fracture in a directional way, a hydraulic fracture field test has been conducted in the third panel district of Tashan Coal Mine in Datong. First, two hydraulic fracturing drilling holes and four observing drilling holes were arranged in the roof, followed by a wedge-shaped ring slot in each hydraulic fracturing drilling hole. The hydraulic fracturing holes were then sealed and, hydraulic fracturing was conducted. The results show that the hard roof is fractured directionally by the hydraulic fracturing function of the two fracturing drilling holes; the sudden drop, or the overall downward trend of hydraulic pressure from hydraulic monitoring is the proof that the rock in the hard roof has been fractured. The required hydraulic pressure to fracture the hard roof in Tashan coal mine, consisting of carboniferous sandstone layer, is 50.09 MPa, and the fracturing radius of a single drilling hole is not less than 10.5 m. The wedge-shaped ring slot made in the bottom of the hydraulic fracturing drilling hole plays a guiding role for crack propagation. After the hydraulic fracturing drill hole is cracked, the propagation of the resulting hydraulic crack, affected mainly by the regional stress field, will turn to other directions.     

定向预裂切顶沿空掘巷技术应用研究

为了解决九里山矿沿空掘巷巷道支护压力大、变形量大、支护困难、维修工程量大的问题,基于切顶卸压原理和定向预裂爆破技术,结合九里山矿15091回风巷顶板岩层情况,确定了预裂爆破的深度,采用了双缝定向预裂管有效控制爆破产生裂隙的方向,实现了定向爆破。制定了切顶沿空掘巷施工方案,确定了定向预裂爆破参数及沿空掘巷巷道支护形式与参数,并通过矿压观测,对沿空掘巷成巷效果进行了评价。研究结果表明:采用定向预裂切顶爆破后,成巷不稳定时间由30 d缩短到20 d,短时间内巷道进入稳定期;沿空掘巷巷道两帮移近量最大为326 mm,较未切顶巷道减少了112 mm;顶板最大移近量为135 mm,较未切顶巷道减少了80 mm,巷道变形量明显减少,巷道维修量也大幅减少,取得了较好的经济效果。     

顶板钻孔割缝导向水压裂缝扩展的现场试验

在坚硬顶板定向水力致裂原理性试验成功的基础上,在综采工作面端头超前支护段内进行了坚硬顶板钻孔预割缝定向水力致裂的半工业性试验,分析钻孔割缝对引导水压裂缝扩展的作用。大同塔山煤矿8102工作面试验结果表明,钻孔孔壁水压裂缝沿预割缝槽优先起裂,预开槽对坚硬顶板水力致裂的起裂起到了定向作用。水压裂缝定向起裂后,受地应力场等综合影响,水压裂缝会出现空间转向。采动影响会改变致裂钻孔周围的应力分布,进而影响裂缝的定向扩展效果;因此,坚硬顶板定向水力致裂应考虑采动应力影响,注意与采动的协调配合。定向水压裂缝可穿岩层间层面扩展。钻孔预割缝定向水力致裂的实质是通过预割缝来控制裂缝的定向起裂,引导裂缝的扩展方向;并配合地应力、采动应力、致裂工艺等使导向裂缝尽量满足工程要求。     

倾斜薄煤层切顶巷预裂顶板防治冲击矿压技术研究

针对倾斜薄煤层坚硬顶板型冲击矿压灾害的预防及控制问题,提出了切顶巷预裂顶板防治冲击矿压技术。采用理论分析、相似模拟、微震监测等研究方法,分析研究了切顶巷预裂顶板防治冲击矿压机理、切顶巷控制顶板破断减弱煤层应力集中的效果,并对切顶巷布置参数进行了优化。研究结果表明：切顶巷在坚硬顶板中形成了预裂弱化区域,工作面回采过程中,坚硬顶板因预裂弱化而破断步距减小,切顶巷控制了坚硬顶板的来压步距;同时减小了煤体应力集中,单个切顶巷区域,应力最大降幅可达29.4%,两个切顶巷协同作用时,应力最大降幅可达49.7%;同时在切顶巷预裂弱化作用下,矿震向工作面中下部转移,减弱了动载与工作面上部静载的叠加效应,有效降低了冲击危险。切顶巷间距应小于基本顶周期来压步距,按容许的来压步距在需要顶板预裂的区域进行成对布置,但其间距不宜小于10 m。     

无煤柱自成巷预裂切顶机理及其对矿压显现的影响

预裂切顶是无煤柱自成巷技术的核心,预裂切顶的效果直接关系到成巷的稳定性。以柠条塔煤矿无煤柱自成巷工程项目为背景,首先运用理论分析方法研究了预裂切顶的机理,进而运用离散元数值模拟方法和现场试验方法,对不同切顶条件下巷道围岩的响应规律进行了研究。研究发现,非聚能爆破模式下裂隙向四周扩展,导致巷道顶板形成裂隙分支,破坏巷道顶板的完整性。聚能张拉爆破模式下,应力波在侵彻裂隙的导向作用下可实现定向成缝。为达到理想的切顶效果,装药量及孔间距需协调设计,以保证孔间裂隙贯通。切顶参数变化对巷道围岩的整体变形及矿压分布有重要影响。在一定范围内,增大切顶高度可增大矸石碎胀体积,减小巷道顶板变形和作用在实体煤帮上的应力峰值,但切顶高度不宜过大,否则会增大施工难度,且会增大留巷变形。切顶角度对矿压显现亦有一定影响。当垂直巷道顶板切缝时,巷道围岩变形最大,但当切缝向采空区偏斜10°~20°,留巷围岩变形明显减小。柠条塔煤矿4.1 m采高、砂岩为主顶板的条件下,爆破孔间距为600 mm,单孔装药量为3 200 g时,切顶高度设计为9.0 m,切顶角度为10°时,矸石垮落充分,成巷效果较好。总结认为,切顶高度影响的是采空区矸石的碎胀体积及其对切顶短臂结构的作用力,切顶角度主要影响采空区顶板在垮落中对切顶短臂结构的动态下坠力及稳定后对切顶短臂结构的稳态支撑力,无煤柱自成巷预裂切顶的关键是保证采空区顶板和巷道顶板切得开,在切顶参数设计时应综合考虑预裂效果和切顶后碎胀矸石与切顶短臂结构的作用关系。     

寺河煤矿二号井切顶卸压沿空留巷技术应用研究

为解决寺河煤矿二号井97盘区采掘接替紧张等问题,在97307工作面采用切顶卸压沿空留巷技术.在介绍切顶卸压沿空留巷技术原理、施工工艺流程的基础上,结合该工作面生产地质条件,给出恒阻大变形锚索支护参数;结合工程实践、理论计算等,得出顶板切缝高度8.0m、切顶角度80°、孔间距500 mm、单孔装药量3.0 kg、四孔爆破...     

坚硬顶板切缝药包深孔预裂松动爆破技术研究

以安徽淮南张集矿为背景,采用数值模拟和现场试验相结合的方法进行坚硬顶板松动爆破关键控制技术的研究。数值模拟了切缝药包深孔松动爆破效果,进行了普通药包爆破与切缝药包控制爆破现场对比试验。结果表明:所提出的基于切缝药包定向断裂的巨厚坚硬顶板超深孔松动预裂技术,可以扩大爆破裂纹定向扩展范围,解决超深孔松动预裂炮孔爆破底部眼间距过大的难题,从而实现对爆破破裂面及坚硬顶板的垮落位置的精准控制,以及人为调控周期来压步距,使坚硬顶板能够及时、安全垮落,实现工作面的连续安全开采。     

韩家湾煤矿切顶卸压沿空留巷技术应用

为进一步提高煤炭资源回收率,以韩家湾煤矿214201工作面应用沿空留巷开采技术为背景,为确保工作面成功留巷,在工作面实施爆破切顶卸压技术实践。结合煤层顶底板岩石物理力学性质,通过理论分析与现场试验确定切顶卸压爆破技术参数,在实施爆破切顶前采用恒阻大变形锚索加强切顶侧顶板支护,之后采用爆破切缝技术定向切顶卸压。现场监测结果表明,爆破切顶卸压之后,顶板能够按照预定的方向切缝,在工作面回采过程中,通过对留巷支护参数及形式的设计,最终所留巷道效果明显,达到了沿空留巷的目的。     

焦作矿区深孔定向预裂割缝技术研究

为了研究工作面切顶卸压工程中深孔定向爆破割缝关键技术,对焦煤集团多个工程地点的切顶卸压工程进行了研究和分析,研究了双向薄壁点状聚能管、双向常规点状聚能管、双向常规线状聚能管及半圆形聚能管的特性,并确定了最优聚能管形式,制作了加工模具。结果表明,聚能管定向预裂爆破,利用切缝管对能量的导向作用进行割缝,是目前比较适应焦煤集团地质情况的深孔爆破定向割缝理论和方法,“双向常规线状聚能管”模具的研制,能够有效解决加工改造聚能管的瓶颈问题,使用方便,操作简单。工作面开切眼实施深孔预裂爆破后,开切眼产生大量裂隙,实现了顶板预裂的目的,有效地降低了综采面基本顶初次来压的强度,在工作面运输巷实施的顶板预裂爆破工程,对采面压力也产生了积极的影响。     

浅埋深超大采高工作面反复切顶分析与防治措施研究

为解决郝家梁煤矿浅埋薄基岩厚松散层条件下7m超大采高综采工作面来压强度不一、切顶步距不一、反复切顶的难题，采用现场实测及理论分析方法，对超大采高工作面反复切顶特征、切顶原因及防治策略进行了研究。认为切顶范围大、强度大、下沉速度快是其基本特征；工作面切顶具有见方效应；切顶具有超前性与整体性，地表台阶下沉迹线与架前切顶线接近；支架支护强度富裕系数小和薄基岩厚松散层条件是造成架前切顶的主客观因素。从主动改变顶板垮落形式—变“整体切顶”为“分次局部破断”、变“大破断步距”为“小破断步距”，提升支架支护能力，切顶压架监测预警、加强顶板日常管理等角度提出了切顶防治策略，并进行了现场试验验证。结果表明，采取相应的防治措施后，工作面切顶频次显著降低，矿压显现强度变小，未发生压架事故。