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密集钻孔切顶卸压关键参数影响因素研究及应用

李小鹏, 刘少伟, 付孟雄, 彭博, 何亚飞

李小鹏,刘少伟,付孟雄,等. 密集钻孔切顶卸压关键参数影响因素研究及应用[J]. 煤炭科学技术,2023,51(12):243−253

. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2023-0095
引用本文:

李小鹏,刘少伟,付孟雄,等. 密集钻孔切顶卸压关键参数影响因素研究及应用[J]. 煤炭科学技术,2023,51(12):243−253

. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2023-0095

LI Xiaopeng,LIU Shaowei,FU Mengxiong,et al. Research and application of influencing factors of key parameters of roof cutting and pressure relief by dense drilling[J]. Coal Science and Technology,2023,51(12):243−253

. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2023-0095
Citation:

LI Xiaopeng,LIU Shaowei,FU Mengxiong,et al. Research and application of influencing factors of key parameters of roof cutting and pressure relief by dense drilling[J]. Coal Science and Technology,2023,51(12):243−253

. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2023-0095

密集钻孔切顶卸压关键参数影响因素研究及应用

基金项目: 

国家自然科学基金资助项目(52074102);河南省自然科学杰出青年基金资助项目(212300410006);河南省高校科技创新团队资助项目(23IRTSTHN007)

详细信息
    作者简介:

    李小鹏: (1995—),男,山西吕梁人,博士研究生。E-mail:2846824483@qq.com

    通讯作者:

    刘少伟: (1977—),男,辽宁锦州人,教授,博士生导师,博士。E-mail:lswxll@126.com

  • 中图分类号: TD322

Research and application of influencing factors of key parameters of roof cutting and pressure relief by dense drilling

Funds: 

National Natural Science Foundation of China(52074102); Natural Science Outstanding Youth Fund of Henan Province (212300410006); Henan Province University Science and Technology Innovation Team Funding Project (23IRTSTHN007)

  • 摘要:

    密集钻孔切顶技术主要通过对采场侧向顶板围岩结构进行改造,利用覆岩载荷和顶板自重切落基本顶,能够有效降低巷道顶板压力。通过统计国内部分矿井密集钻孔切顶卸压沿空留巷技术的应用案例,对钻孔关键参数及留巷效果进行了分析,并对密集钻孔切顶关键参数主要影响因素进行研究。研究结果表明:密集钻孔切顶适用于不同厚度的煤层,切顶效果取决于切顶高度、切顶角度、钻孔直径与间距是否合理。由于密集钻孔切顶时顶板在回采前未完全破断,在回采后,煤层厚度越大,顶板下沉回转在钻孔周围产生的拉伸应力就越大,密集钻孔顶板就越容易发生破断,煤厚的增加有利于顶板的自主破断。密集钻孔切顶高度随煤厚及基本顶厚度增加而增加;随煤厚增加切顶钻孔角度对切顶的影响逐渐减小,切顶角度呈现降低的趋势;密集钻孔孔径与孔间距二者共同作用影响密集钻孔顶板破断效果,D/B值(孔间距与孔径之比)在一定范围内随煤厚而增加,随基本顶强度增加而减小。根据统计结果采用工程类比法,并结合切顶钻孔主要影响因素研究结果,提出了密集钻孔切顶关键参数确定方法,并在赵家寨矿11210工作面回风巷进行了密集钻孔切顶留巷试验,现场留巷效果较好,证明该方法实用有效,具有一定的工程参考价值。

    Abstract:

    The technology of roof cutting by dense drilling is mainly through the transformation of the surrounding rock structure of the lateral roof of the stope, and the use of overburden load and roof weight to cut off the basic roof can effectively reduce the roof pressure of the roadway. This paper analyzes the key parameters of drilling and the effect of retaining roadway by analyzing the roof cutting and pressure relief by dense drilling technology along the empty roadway in some mines in China, and studies the main influencing factors of the key parameters of roof cutting by dense drilling. The results show that the technology of roof cutting by dense drilling is suitable for coal seams with different thicknesses, and the effect of roof cutting depends on whether the cutting height, cutting angle, drilling diameter and spacing are reasonable. Because the roof is not completely broken before recovery when the roof is cut by dense drilling, after recovery, the greater the thickness of the coal seam, the greater the tensile stress generated by the roof subsidence and rotation around the drilling, the more easily the roof with the dense drilling is to break, and the increase of coal thickness is conducive to the independent breaking of the roof. The roof cutting height of dense drilling increases with the increase of coal thickness and main roof thickness. With the increase of coal thickness, the influence of drilling angle on roof cutting gradually decreases, and the drilling angle shows a decreasing trend. The combined effect of dense drilling aperture and spacing affects the fracture effect of roof with dense drilling. The D / B value (the ratio of drilling spacing to drilling diameter) increases with the increase of coal thickness within a certain range, and decreases with the increase of main roof strength. According to the statistical results, the engineering analogy method is adopted, and combined with the research results of the main influencing factors of roof cutting by dense drilling, the method for determining the key parameters of roof cutting by dense drilling is put forward. The test of roof cutting by dense drilling and retaining roadway is carried out in the return laneway of 11210 working face in Zhaojiazhai Mine. The effect of roadway retaining is good, which proves that the method is practical and effective, and has certain engineering reference value.

  • 准格尔煤田位于中国北部内蒙古自治区西南部,地处鄂尔多斯盆地的东北缘,已探明煤炭储量26.8 Gt[1]。准格尔煤为低硫、低磷、高灰熔点、较高挥发分和较高发热量的长焰煤[2],煤中氧化铝含量为9%~13%,粉煤灰中氧化铝含量为45%~55%[3],属于高铝煤种。准格尔煤存储量大,氧化铝含量高,若能高效回收粉煤灰中的氧化铝,则能一定程度上缓解我国铝土资源的进口压力,实现对准格尔煤的资源化利用,提高其产品附加值。

    目前,从粉煤灰中提取氧化铝的方法以酸法[4]、碱法[5]及酸碱联合法[6-7]为主,但不同的提取工艺,其提取效率均一定程度上受制于粉煤灰中高岭石活性的影响,而该活性又与煅烧温度密切相关[8]。研究表明,当煅烧温度在500~800 ℃时[9],煤粉中的高岭石和勃姆石会脱去结晶水,自身晶体结构遭到破坏,进而形成无定形的非晶质偏高岭石和γ-Al2O3,此时粉煤灰具备较高的反应活性;而当煅烧温度超过800 ℃时[10- 11],温度的升高首先会导致非晶态SiO2不断从偏高岭石或高岭石结构中析出,之后当温度继续升高,非晶态SiO2则逐渐同Al2O3聚合相[12]变成莫来石、刚玉结晶,γ-Al2O3发生相变生成稳定性极强的α-Al2O3,该升温过程导致粉煤灰的反应活性持续下降。

    目前,准格尔煤主要以煤粉形式应用于煤粉锅炉、循环流化床 (Circulating Fluidized Bed, CFB) 锅炉中,通常,煤粉炉主燃烧区温度≥1 400 ℃,极大地影响了灰渣的后续处理价值。CFB锅炉850~900 ℃的燃烧温度虽然较煤粉炉低,但是为了提高灰渣利用价值,仍需要在进一步降低燃烧温度的基础上保持高的燃烧效率,这也是提高准格尔煤资源化利用效率的关键。水煤浆通常含有30%~40%的水,作为CFB锅炉的燃料有助于消除燃烧过程中形成的局部高温,同时其较低的燃料粒径也使得其具有较高的燃烧效率。因此,将准格尔煤以水煤浆的形式应用于CFB锅炉中,则可利用水煤浆的低温燃烧特性提高粉煤灰中高岭石的活性,是一种极具潜力的准格尔煤资源化利用方式。

    水煤浆诞生于1970年,是一种由煤、水及少量添加剂构成的煤基液态燃料,被视作石油、天然气的替代物,被广泛应用于锅炉燃烧及煤液化[13]、煤制甲烷[14]、煤制烯烃[15]等煤化工领域。近年来,水煤浆产业发展迅速,Gaudin-Schuhmann模型[16]、Alfred模型[17]、Rosin-Rammler模型[18]及隔层堆积理论[19-20]、分形级配理论[21]的出现,推动了水煤浆制备工艺由1代单棒/球磨机制浆工艺向2代双峰级配煤浆提浓工艺、3代三峰级配煤浆提浓工艺[22-23]演变,而以萘系、木质素系、聚羧酸系等[24-26]为代表的新型、高效阴离子分散剂的开发则提高了水煤浆对煤种的适应性,拓展了制浆煤源。然而,现有研究表明,准格尔煤采用常规制浆工艺,所得浆体易沉降分层,无法形成均匀稳定的水煤浆,因此,笔者针对准格尔煤开展了一系列制浆试验,旨在探究常规制浆工艺下准格尔煤无法成浆的原因,探讨煤粉粒度、添加剂种类及用量对其质量分数、流动性、流变特性及稳定性的影响。

    1)试剂:分散剂亚甲基双萘磺酸钠(NNO),工业级,绍兴浙创化工有限公司;分散剂甲基萘磺酸钠的甲醛缩合物(MF),工业级,山东汇邦新材料科技有限公司;分散剂木质素磺酸钠(LS)、木质素磺酸钙(LC),均为工业级,济南浩企生物科技有限公司;试验用煤为准格尔煤,煤质分析结果见表1

    表  1  准格尔煤的工业分析和元素分析
    Table  1.  Proximate and ultimate analysis of Jungar coal
    工业分析/%元素分析/%发热量/(MJ·kg−1)
    MtAarVdafFCarCarHarOarNarSt.dQgr,arQnet,ar
    9.2029.6337.9536.9244.892.6510.820.740.4417.5316.77
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    2)仪器:旋转粘度计,DV2T-HB型,美国Brookfield公司;动态流变仪,MCR301型,奥地利安东帕公司;立式行星球磨机,XQM型,长沙天创粉末有限责任公司;激光粒度分析仪,MAZ3000型,英国马尔文仪器公司。

    参照《煤样的制备方法》(GB/T 474—2008),将煤样于空气中干燥1 d,干燥后的煤样给入破碎机破碎至3 mm以下,之后利用二分法缩分样品至每份200 g,装袋密封;破碎后的样品给入球磨机,研磨时固定研磨介质配比和磨机转速(500 r/min),单次研磨样品120 g;研磨产物过50目筛,得制浆煤粉。

    试验选用干法制浆工艺,单次制浆200 g。首先按选定煤浆质量分数精确称量煤、水及添加剂,之后在300 r/min的低转速条件下依次将试验用水、添加剂和煤粉给入电动搅拌器,混捏3~4 min,使添加剂充分分散并保证煤样充分润湿,之后提高搅拌速率至1 000 r/min,高速混匀10 min,得到样品水煤浆,测定其质量分数、表观黏度、流动性及静态稳定性。

    采用《水煤浆试验方法 第2部分:浓度测定》(GB/T 18856.2—2008)给出的干燥箱干燥法测定水煤浆质量分数;依照《水煤浆试验方法 第4部分:表观粘度测定》(GB/T 18856.4—2008),使用旋转黏度计测定水煤浆表观黏度;依据棒测法测定水煤浆静态稳定性;借鉴《混凝土外加剂匀质性试验方法》(GB/T 8077—2012)中水泥净浆流动直径的检测方法及目测法衡量水煤浆的流动性,流动直径检测方法为:将截锥圆膜垂直放置在玻璃平板中央,把水煤浆迅速注入截锥圆膜内,用刮刀刮平,之后将截锥圆膜按垂直方向提起,30 s后量取水煤浆流淌部分相互垂直的2个方向的最大直径,取均值表征水煤浆流动直径;目测法将水煤浆流动性分为4个等级:

    A级——稀流体,流动连续,平滑不间断;

    B级——稠流体,流动较连续,流动表面不光滑;

    C级——借助外力才能较好地流动;

    D级——泥状不成浆,不能流动;

    “+”和“−”表示同等级下的更细微差别[27]

    选用4种常用水煤浆分散剂NNO、MF、LS及LC参与准格尔煤水煤浆的制备过程,分散剂分子式如图1所示。固定水煤浆质量分数为60%,制浆煤粉粒度D50=47.2 µm,分散剂用量为干基煤粉质量的0.2%~0.8%。分散剂对准格尔煤煤浆性能的影响如图2所示,在不添加分散剂时,浆体的表观黏度为966 mPa·s,流动直径9.1 cm,流动等级为C级,此时浆体呈现出表观黏度大、流动性差等特点;分散剂加入后,浆体的表观黏度降低,流动性增强,但当用量超过一定值后,煤粒的沉降现象加剧,浆体于5 min内出现明显的分层现象,无法成浆。如NNO、MF和LS这3种分散剂,当其用量分别超过干基煤粉质量的0.4%、0.4%和0.6%时,即出现上述现象,说明准格尔煤制备水煤浆时,分散剂的使用量应控制在较小的范围,常规制浆工艺下分散剂的使用量会导致准格尔煤无法成浆;在准格尔煤的成浆过程中,分散剂LC的分散效果最差,在相同使用量下,所得煤浆的表观黏度大,煤浆流动度差,分散剂NNO的分散效果最佳,在用量为干基煤粉质量0.4 %的条件下,NNO的加入使得浆体的表观黏度由966 mPa·s减小至468 mPa·s,流动直径由9.1 cm提升至13.2 cm,流动等级由C级提升至Aˉ级,浆体流动特性得到了显著改善。

    图  1  分散剂分子结构示意
    Figure  1.  Molecular structure of dispersant

    分散剂的加入极大地改善了准格尔煤水煤浆的流动性,降低了煤浆的表观黏度,原因在于煤粒表面通常具有较强的非极性,在水中易自发团聚,相互交联形成“煤包水”形空间网状结构,禁锢部分浆体中的游离水,导致浆体固体容积浓度增加,流动性变差;而当分散剂加入水煤浆中后,部分煤粒表面的非极性稠环芳烃会和分散剂分子中的非极性官能团,在疏水相互作用和π电子极化作用的引导下发生紧密吸附[28],在煤粒表面形成水化膜,阻碍了煤粒间的自发团聚,抑制了部分“煤包水”形空间网状结构的形成,增强了浆体的流动性,降低了浆体表观黏度。

    图  2  分散剂种类和用量对浆体黏度和流动度的影响
    Figure  2.  Effect of the type and dosage of dispersant on viscosity and fluidity of slurry

    为探究煤粉粒度对准格尔煤水煤浆成浆性的影响,分别选用D50=47.2 µm、D50=35.0 µm、D50=20.5 µm及D50=9.4 µm 4种粒度的煤粉制备水煤浆,并固定浆体质量分数为60 %,分散剂种类为NNO,用量为干基煤粉质量的0.4%,测定不同粒度下准格尔煤水煤浆的表观黏度、流动度和硬沉淀出现时间,结果如图3所示。由图3可知,在煤粉粒度D50=47.2 µm的条件下,准格尔煤水煤浆在3 d内出现硬沉淀,浆体稳定性较差;随着煤粉粒度由D50=47.2 µm减小至D50=20.5 µm,水煤浆的稳定性得到显著增强;在煤粉粒度D50=35.0 µm的条件下,制备出的水煤浆其硬沉淀出现时间>7 d,浆体表观黏度为639 mPa·s,流动直径为11.9 cm,流动等级为Bˉ级,实测低位发热量为10.06 MJ/kg,各项指标均符合燃用/气化对水煤浆的要求,具备最佳的综合性能,但该粒度小于单球/棒磨机制浆工艺流程中煤粉粒度的选择区间,说明常规水煤浆制备工艺中的部分参数不适用于准格尔煤;粒度的减小也相应导致了浆体流动性变差,当煤粉粒度减小至D50=9.4 µm后,电动搅拌器已无法正常运转,“浆体”呈泥状无法流动,该条件下无法形成水煤浆。

    图  3  煤粉粒度对浆体特性的影响
    Figure  3.  Influence of pulverized coal particle size on slurry properties

    粒度对准格尔煤的成浆性影响显著,原因在于粒度的改变致使准格尔煤的物化性质发生变化,改变颗粒了间的团聚、分散行为以及药剂的吸附状态,进而对煤浆的流动性、稳定性等产生影响。通常,水煤浆中自由水的比重决定了浆体的流动性,影响浆体的表观黏度和稳定性。当煤浆粒度过粗时,煤颗粒的比表面积小,水化膜形成时所需的束缚水比重低,体系自由水比重高,浆体呈现出流动性好,表观黏度小,但粒度过粗会降低浆体的稳定性,并可能导致浆体的流变性变差[29];当煤浆粒度变细时,一方面煤颗粒的比表面积增大,体系自由水比重降低,浆体流动性变差,表观黏度增大,另一方面,粒度的减小使得煤颗粒受到的沉降作用减弱,浆体的稳定性增强;而当煤浆粒度过细时,体系中自由水的比重过低,无法“润滑”颗粒流动,进而导致“浆体”呈泥状,无法形成水煤浆。

    水煤浆的流变性能对水煤浆的储存和管道运输具有重要意义,是衡量其品质好坏的因素之一,高品质水煤浆往往具备“剪切变稀”的流变特性试验中利用动态流变仪测定不同剪切速率下准格尔煤水煤浆的表观黏度和剪切应力,绘制流变曲线如图4所示,以判断准格尔煤水煤浆的流变特性,并采用Herschel-Bulkley模型(式(1))对准格尔煤水煤浆的流变数据进行拟合(表2),借助流动特性指数对其流变特性作进一步分析[30]

    图  4  准格尔煤水煤浆流变特性
    Figure  4.  Rheological characteristic curve of Jungar coal water slurry
    表  2  准格尔煤水煤浆流变模型参数拟合值
    Table  2.  Fitting value of rheological model parameters of Jungar coal water slurry
    煤粉粒度/µmμ/mPa·sτ0/Pak/(Pa·sn)nR2
    D50=47.24683.420.770.870.9956
    D50=35.06394.971.580.790.9981
    D50=20.51 1446.505.430.640.9989
    注:µ为表观黏度。
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    $$ \tau ={\tau }_{0}+k{\gamma }^{n} $$ (1)

    式中,τ为剪切应力,Pa;τ0为屈服应力,Pa;k为稠度系数,Pa·sn;$ \gamma $为剪切速率,s−1n为流动特性指数(n>1时,浆体为胀塑性流体;n=1时,浆体为牛顿流体,n<1时,浆体为假塑性流体)。

    图4可知,随着煤粉粒度由D50=47.2 µm减小至D50=20.5 µm,浆体的屈服应力逐渐由3.42 Pa增大至6.50 Pa,水煤浆屈服应力的大小通常与煤粒表面的物化性质以及固体颗粒质量分数有关,煤粉粒度的减小,会改变其表面粗糙度、润湿性、孔隙度和比表面积等表观物化特性,进而影响浆体的屈服应力[31];随着剪切速率由0增大到100 s−1,3种粒度下准格尔煤水煤浆的表观黏度均随剪切速率的增大而减小,表现出“剪切变稀”的流变特性。水煤浆在受到高速剪切作用时,原本由煤粒相互团聚形成的三维网状结构遭到破坏,释放了部分被禁锢在颗粒间无法自由流动的游离水,提高了浆体的流动性,降低了浆体黏度。

    结合表2的拟合结果可知,采用Herschel-Bulkley模型对准格尔煤水煤浆的流变数据拟合,得到的相关系数R2值较大,表明准格尔煤水煤浆的流变特性符合Herschel-Bulkley模型,且通过该模型得到的不同粒度下准格尔煤水煤浆的流变特性指数n均<1,进一步表明准格尔煤水煤浆符合“剪切变稀”的假塑性流体特征。

    1) 准格尔煤制备水煤浆时,分散剂添加量不应超过干基煤粉质量的0.4%~0.6%,煤粉粒度应≤35.0 µm,与常规水煤浆制备工艺存在差异。

    2)准格尔煤具备较好的成浆性能,在分散剂NNO用量为干基煤粉质量0.4%,煤粉粒度D50=35.0 µm,质量分数为60%的条件下,浆体表观黏度为639 mPa·s,流动直径为11.9 cm,流动较连续,硬沉淀出现时间>7 d,实测低位发热量为10.06 MJ/kg,满足CFB锅炉对入炉燃料的发热量要求。

    3)粒度对准格尔煤水煤浆的浆体特性影响显著,当D50=9.4~47.2 µm时,粒度的减小会延长硬沉淀出现的时间,增大浆体表观黏度,降低浆体的流动性。

    4)准格尔煤水煤浆的流变特性符合Herschel-Bulkley模型,浆体呈现出“剪切变稀”的流变特性,为假塑性流体。

  • 图  1   不同矿井煤层厚度与切顶高度的分布

    Figure  1.   Distribution of coal seam thickness and roof-cutting height in different mines

    图  2   不同矿井煤层厚度与基本顶贯穿高度的分布情况

    Figure  2.   Distribution of coal seam thickness and height of drilling through main roof in different mines

    图  3   不同矿井切顶角度分布统计

    Figure  3.   Distribution of roof-cutting angles in different mines

    图  4   不同矿井切顶钻孔直径及钻孔间距分布统计

    Figure  4.   Distribution of roof-cutting drilling diameter and spacing in different mines

    图  5   煤厚与D/B值分布统计

    Figure  5.   Distribution of coal thickness and D/B value

    图  6   密集钻孔切顶留巷关键参数确定方法

    Figure  6.   Determination method of key parameters for roof cutting and roadway retaining by dense drilling

    图  7   12210工作面柱状

    Figure  7.   Histogram of No.12210 working face

    图  8   12210工作面数值模型

    Figure  8.   Numerical model of No.12210 working face

    图  9   巷道顶板及密集钻孔塑性分布

    Figure  9.   Plastic distribution of roadway roof and dense drilling

    图  10   巷道顶板及帮部水平应力监测

    Figure  10.   Horizontal stress monitoring of roadway roof and side

    图  11   巷道顶板及帮部垂直应力监测

    Figure  11.   Vertical stress monitoring of roadway roof and side

    图  12   12210工作面回风巷密集钻孔切顶方案

    Figure  12.   Roof cutting scheme by dense drilling in tail entry of No.12210 working face

    图  13   密集钻孔施工及回采巷道补强支护

    Figure  13.   Dense drilling construction and reinforcement support of roadway

    图  14   回采后巷道变形监测

    Figure  14.   Deformation monitoring of roadway after recovery

    图  15   密集钻孔切顶后留巷效果

    Figure  15.   Effect of retaining roadway after roof cutting by dense drilling

    表  1   密集钻孔切顶技术案例关键参数统计

    Table  1   Key parameter statistics of the case of roof cutting by dense drilling

    序号 工作面 煤厚/m 直接顶
    岩性
    直接顶
    厚度/m
    基本顶
    岩性
    基本顶
    厚度/m
    切顶高
    度/m
    切顶角
    度/(°)
    钻孔直
    径/mm
    钻孔间
    距/mm
    1 滨湖煤矿16207工作面 1.30 石灰岩 4.30 泥岩 1.50 4.80 80 48 250
    2 东瑞煤业2101工作面 1.60 泥岩 1.80 细粒砂岩 5.45 6.00 75 50 250
    3 党家河煤矿108工作面 1.60 泥岩 7.37 细粒砂岩 9.52 10.00 90 28 300
    4 象山矿21309工作面 1.90 粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩互层 2.20 粉砂岩、细砂岩、中砂岩互层 5.00 6.00 80 42 500
    5 古汉山矿15032工作面 2.20 再生顶板、泥岩、砂质泥岩互层 13.90 细粒砂岩 2.50 16.56 80 50 200
    6 科兴能源15113工作面 2.30 粉砂质泥岩 2.20 砂岩 5.90 6.00 80 42 300
    7 长榆河煤矿103工作面 2.40 泥岩、砂质泥岩互层 1.50 粉砂岩 6.50 6.50 85 50 200
    8 雁崖煤矿8305工作面 3.30 砂质泥岩 5.00 中粒砂岩 6.30 11.00 90 42 200
    9 塔山煤矿8311工作面 3.40 泥岩 3.50 泥岩、中粒砂岩互层 11.10 9.00 90 30 200
    10 塔山煤矿8310工作面 4.40 砂质泥岩 5.80 泥岩、中粒砂岩互层 4.00 8.00 85 30 300
    11 长平煤矿4309工作面 5.75 泥岩 1.50 细粒砂岩 11.76 15.00 90 42 500
    12 高阳矿13011工作面 4.60 泥岩、砂质泥岩 6.20 砂质泥岩、细砂岩 12.60 6.50 90 73 600
    13 宋新庄煤矿10303工作面 2.01 粉砂岩、泥岩 8.88 粗砂岩 72.76 15.00 90 108 500
    14 付村煤矿3605工作面 5.40 粉砂岩 5.36 中砂岩 5.68 15.00 75 75 300
    15 东曲煤矿12511工作面 1.60 砂质泥岩、细砂岩 4.90 砂质泥岩、粉砂岩 4.70 8.00 90 42
    113
    300
    500
    16 姜家湾煤矿8514工作面 1.30 砂泥岩互层 14~16 砂泥岩互层 13~15 6.00 75 50 350
    17 大众煤业13011工作面 4.50 砂质泥岩、泥岩互叠 5.94 细粒砂岩、砂质泥岩、粉砂岩 12.86 6.00 90 42 400
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    表  2   部分矿井密集钻孔切顶留巷效果

    Table  2   Effect of roof cutting and pressure relief by dense drilling in some mines

    序号 试验地点 基本支护方式 超前补强支护 顶底板移近量/mm 两帮移近量/mm
    1 滨湖矿16207工作面 锚网索支护 锚索+工字钢梁+液压单体支柱 157 140
    2 东瑞煤业2101工作面 锚网索支护 锚索+单体支柱+π型钢梁 400 300
    3 党家河矿108工作面 锚网索支护 戴帽点柱支护 250 200
    4 象山矿21309工作面 锚网索支护 锚索、钢带+单体支柱+π型钢梁 311 164
    5 古汉山矿15032工作面 锚网索+单体柱 锚索+工字钢梁+单体支柱 545 656
    6 科兴能源15113工作面 锚网索支护 补强锚索+单体支柱+工字钢梁 305
    7 长榆河矿103工作面 锚网索支护 补强锚索+补强抬棚+单体支柱+π型梁 312 326
    8 塔山煤矿8311工作面 锚网索支护 锚索+铰接顶梁+单体支柱 220 475
    9 塔山煤矿8310工作面 锚网索+钢带 锚索 156 120
    10 长平煤矿4309工作面 锚网索支护 架棚支护 200 350
    11 高阳矿13011工作面 锚网索支护 补强锚索+长π型梁+木垛+密集点柱支护 110
    12 宋新庄煤矿10303工作面 锚网索支护 锚索+单体支柱 237 249
    13 付村煤矿3605工作面 锚网索支护 中空注浆锚索+单体支柱或液压支架 171 104
    14 东曲煤矿12511工作面 锚杆索支护 锚索
    15 姜家湾煤矿8514工作面 锚杆索支护 密集单体支柱+长π型梁 155 69
    16 大众煤业13011工作面 锚网索支护 锚索 90
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    表  3   12210工作面围岩力学参数

    Table  3   Mechanical parameters of rock of No.12210 working face

    顶底板 岩性 厚度/
    m
    密度/
    (kg·m-3)
    体积模量/
    GPa
    剪切模量/
    GPa
    黏聚力/
    MPa
    基本顶 大占砂岩 12.24 2600 6.0 5.8 6.0
    直接顶 砂质泥岩 1.62 2300 2.2 2.1 2.8
    煤层 1 4.00 1800 1.0 0.6 0.5
    直接底 砂质泥岩 8.86 2300 2.2 2.1 2.8
    基本底 L8灰岩 4.30 2800 4.2 2.4 5.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-31
  • 网络出版日期:  2023-11-29
  • 刊出日期:  2023-12-30

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