本文選題：綜放工作面　切入點：地質(zhì)破碎帶　出處：《太原理工大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：針對綜放工作面過地質(zhì)破碎帶時極易出現(xiàn)煤壁片幫、架前冒落等問題,綜合運用數(shù)值模擬、實驗室試驗和現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法,研究了注漿加固綜放工作面圍巖技術(shù)及其應(yīng)用,主要得出如下結(jié)論:(1)針對煤礦開采特征,通過建立圍巖塑性區(qū)計算模型,理論分析與推導(dǎo)得到圍巖應(yīng)力分布的解析解。(2)通過鉆孔窺視儀分析了煤層頂板巖層結(jié)構(gòu)。其直接頂4m范圍以內(nèi),以粗粒砂巖為主,整體的膠結(jié)性低,可見大裂隙通道十分明顯,節(jié)理十分發(fā)育;4~4.8m其裂隙有所減少,但其節(jié)理與裂隙相比其他巖層仍然發(fā)育,主要以砂質(zhì)泥巖為主;4.8~8.8m之間巖層破碎依然嚴(yán)重,大裂隙清楚可見,8.8~9.4m巖層變得致密,但裂隙發(fā)育,其巖性主要以細(xì)砂巖為主;在10.0~17.3m出現(xiàn)石灰?guī)r,可以判斷此段巖層問煤層的基本頂,其離層現(xiàn)象沒有,裂隙發(fā)育不明顯。17.5~19.4m巖層破碎較明顯,巖層完整性較差。19.4~20.6m為粉砂巖和泥巖混層,橫向裂隙非常發(fā)育。對官地煤礦巷道圍巖10m范圍內(nèi)進(jìn)行原位強(qiáng)度測定,8號煤層強(qiáng)度平均值為14.67Mpa,通過分析巖石強(qiáng)度曲線可以得出,相同測點下,煤巖層的強(qiáng)度波動很大,說明了巖層在測試方向的完整性較差,裂隙較為發(fā)育,該結(jié)果與窺視結(jié)果相符。(3)為了與實際的注漿工程相符,設(shè)計采用了頂煤破碎帶注漿實驗系統(tǒng)設(shè)備,主要包括注漿容器、水壓加壓及穩(wěn)壓系統(tǒng)、應(yīng)力加載及穩(wěn)壓系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)。進(jìn)行兩次實驗,分別加載1.0mpa和1.5mpa的地應(yīng)力,均采用間歇式注漿工藝。在第一次注漿試驗中,第一次注漿壓力為8mpa,注漿量為100ml,第二次注漿壓力達(dá)9mpa,注漿量為100ml,到第3次時注漿壓力減小,注漿量增大,第4次和第5次注漿壓力穩(wěn)定在8mpa,注漿量不斷增多。在第二次注漿試驗中,前3次注漿,注漿量逐漸減小,第4次注漿量增加到200ml,第5次注漿壓力減少至100ml,第一次注漿壓力為10mpa,其余注漿壓力均穩(wěn)定在9mpa左右。不同地應(yīng)力條件下,注漿壓力和注漿量的變化,反映了漿液的滲流通道的形成與地應(yīng)力相關(guān)。(4)采用flac數(shù)值模擬軟件分別研究了不同孔徑和不同注漿壓力滲透半徑變化特征,研究表明:在注漿時可適當(dāng)增大注漿孔半徑,以增加漿液滲流與滲透半徑,增大固結(jié)體的網(wǎng)絡(luò)骨架規(guī)模,改善注漿效果。注漿壓力的增大有利于漿液的滲流,其滲透半徑也隨著注漿壓力的增大而增大。(5)受地質(zhì)構(gòu)造影響,綜放工作面端面頂板破碎極易產(chǎn)生漏冒。根據(jù)頂板特點構(gòu)建了端面頂板冒落拱結(jié)構(gòu)分析模型。通過理論分析表明:1)冒落拱平衡所需后拱腳力ra、ha隨著載荷q的增大而增大;2)縮小端面距有利于冒落拱的穩(wěn)定;3)提高支架工作阻力可減輕端面冒頂;4)針對28416工作面開采,地質(zhì)破碎帶時,如不采取措施,端面頂板冒高為2.8m。注漿加固可以提高破碎帶強(qiáng)度,此時端面頂板由散體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檎w結(jié)構(gòu)。根據(jù)長壁工作面煤層開采特點,構(gòu)建了端面頂板“梁”結(jié)構(gòu)分析模型。根據(jù)現(xiàn)場實際,確定了28416工作面綜放開采,地質(zhì)破碎帶時注漿加固厚度h2.0m。(6)數(shù)值分析表明,當(dāng)?shù)刭|(zhì)破碎帶未發(fā)育至煤層時,且頂煤厚度小于2m,上方的地質(zhì)破碎帶與端面頂板的破壞貫通,必須對頂板(頂煤)進(jìn)行注漿加固。當(dāng)頂煤厚度大于2m時,整體破壞不明顯,不需要特殊加固,可采取其它措施推過地質(zhì)破碎帶,比如提高初撐力、帶壓移架等,計算結(jié)果與理論分析相符。(7)綜放工作面注漿采用水泥-水玻璃和化學(xué)注漿方案,根據(jù)輔運巷地質(zhì)破碎帶圍巖松軟的特點,并對巖樣的顆粒組成進(jìn)行試驗得出采用馬麗散進(jìn)行注漿加固。28416綜放工作面過地質(zhì)破碎帶期間,采用了28416輔運巷注漿和工作面架前注漿相結(jié)合的注漿加固方案并實施,確定了注漿孔數(shù)目、注漿孔幾何參數(shù)、注漿參數(shù)、注漿設(shè)備和注漿工藝。(8)通過對28416綜放工作面注漿效果的考察研究,結(jié)果表明:注漿區(qū)域馬麗散填充充分,鉆孔內(nèi)壁光滑,注漿區(qū)域已膠結(jié)為整體,注漿固結(jié)體與煤壁間接觸充分,煤壁和端面頂板基本未發(fā)生礦壓顯現(xiàn),巷道整體狀況良好,說明研究得出的注漿工藝參數(shù)是合理的可行的。
[Abstract]:Based on the analysis of the rock strength curves , it is concluded that : ( 1 ) According to the method of numerical simulation , laboratory test and on - site measurement , it is concluded that : ( 1 ) In view of the characteristics of coal mining , the rock stratum structure of coal seam is analyzed and deduced by means of numerical simulation , laboratory test and field measurement . ( 3 ) In order to conform to the actual grouting engineering , the grouting experiment system equipment is designed and adopted , which mainly includes grouting container , water pressure and pressure stabilizing system , stress loading and stabilizing system and grouting system . According to the characteristics of the coal seam in the working face , it is necessary to reinforce the roof ( top coal ) . When the thickness of the top coal is greater than 2 m , the thickness of the roof slab is 2 . 8m . ( 8 ) Through the investigation of the grouting effect of 28416 fully mechanized working face , the results show that the grouting area is filled fully , the inner wall of the borehole is smooth , the grouting area has been cemented into a whole , the contact between the grouting consolidation body and the coal wall is sufficient , the coal wall and the top plate of the end face are basically not exposed , the whole roadway is in good condition , and the grouting process parameters obtained by the study are reasonable and feasible .

【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD355

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本文編號：1674789