[01089468]综放工作面过风氧化带顶板控制研究与应用

1、项目所属科学技术领域：矿山工程技术-采矿工程-煤矿开采。 2、立项背景：中煤平朔集团有限公司井工三矿开采的4#和9#煤层埋藏浅、风氧化范围广、煤岩体裂隙发育且整体强度较低，易诱发工作面片帮、冒顶、溃浆透水或支架位态异常现象(咬架、倒架或陷入底板)，尤其是在工作面过风氧化带期间，风氧化煤岩体和综放支架的宏观矿压显现更为异常，严重威胁矿井安全高效回采。中国采场围岩控制理论与技术总体处于国际领先水平，但风氧化煤岩稳定性控制理论与技术成果甚少，注浆加固风氧化煤岩漏浆跑浆严重，亟需新型注浆工艺的研发设计。该项目的深入研究必将进一步丰富采场围岩控制和注浆加固煤岩体相关理论与技术。 3、主要技术内容及创新：针对风氧化侵蚀煤层及其顶底板稳定性控制问题，选择井工三矿39107工作面为工程试点，由“支架—围岩”互馈关系，综合理论分析、数值计算、相似模拟、实验室实验及现场实测等多种研究方法，形成如下技术创新：①基于音频电透视顶板风氧化范围探测结果、钻孔窥视围岩裂隙发育贯通趋势观测结果及风氧化岩体力学参数试验结果，形成综放工作面过风氧化带成套技术；②根据工作面直推过风氧化带覆岩活动规律，尤其是支架“动—静”载荷转化特征，总结凝练“基本顶下位岩层软化为直接顶岩层”垫层效应异常矿压显现规律；③创造性地设计了高压密封注浆实验系统，对马丽散渗流—渗透半径等关键参数进行相似材料模拟，得出被注介质在不同注浆压力、不同地应力、不同含水率条件下的注浆渗流—渗透半径；④理论推导了单相渗流和双相渗流在指型渗流通道和面型渗流通道周边的孔隙渗透半径计算公式，结合注浆加固实验，对马丽散在风氧化煤岩介质中渗流—渗透机理、渗流和渗透规律、渗流和渗透半径进行系统研究；⑤由风氧化煤岩介质多次间隔注浆过程中劈裂通道形成特征及高强度网络骨架介质加固理论，提出风氧化煤岩介质“交错间歇式”注浆工艺，实现注浆渗流半径的可控性操作；⑥采用层次分析法和正交实验法，建立端面煤岩体稳定性数值计算模型，形成风氧化煤岩“多因素综合分析”机制，完成了直推过风氧化带期间工作面支护质量监控。 4、技术经济指标：①明确39107综放工作面风氧化侵蚀范围；②形成综放面“多途径”过风氧化带成套技术，优化得出最优方案；③明晰综放工作面过风氧化带矿压显现规律；④研制高压密封注浆实验系统，得出被注介质在不同注浆压力、不同地应力、不同含水率条件下的注浆渗流—渗透半径；⑤形成综放工作面过风氧化带“交错间歇式”注浆工艺；⑥确定监控指标，构建工作面支护质量监控体系。 5、应用推广及效益情况：该成果在井工三矿成功应用后，在平朔矿区推广，显著降低了综放面过风氧化带事故率，成果总体处于国际领先水平。在平朔矿区及国内外类似地质条件矿井均有一定推广价值且前景广阔。应用推广累计新增销售额2.23亿元，间歇式注浆工艺可节省注浆材料56％，经济、安全和社会效益显著。