河流下多煤层开采安全性及保护技术

我国新疆地区干旱缺水,艾维尔沟河作为新疆一条具有重要地理特征和环境影响的河流,其对于流经区域的经济、生态都具有重要意义,因此在艾维尔沟河下进行煤炭开采时,既要保证矿井安全也要保证河流的正常使用。采用理论分析、数值模拟等方法对河流下多煤层开采安全性及河流保护技术进行研究,通过理论计算得到多煤层开采条件下,覆岩导水裂隙带发育高度(11401工作面为41.9 m、1502工作面为110 m、11401工作面为113.8 m)并绘制剖面示意图;同时,采用数值模拟方法对覆岩导水裂缝发育形态及高度进行确定,最终基于导水裂隙带高度(117.8 m)与最小煤层埋藏深度(191.5 m)的相互关系,确定河流下开采是安全的可行的。在保证河流下煤层安全开采的前提下,通过分析离层注浆原理,并结合采动影响特征参数及工程现场,提出了以离层注浆为主,河道防渗及优化开采设计为辅的多手段对采动影响范围内地表特定目标的精准保护技术。根据实际采矿地质条件,采用概率积分法计算试采工作面开采前后河道位置处地表移动变形,计算结果显示:采用离层注浆精准保护技术后,河道的最大水平变形值(2 mm/m)未超出允许坝体的极限变形值(2.5 mm/m),所以采用离层注浆精准保护技术可以实现,井下安全开采的同时,保证河道的正常使用。通过对河流下多煤层开采的安全性及保护技术的分析研究,为矿山绿色开采提供参考和借鉴。

条带式Wongawilli煤柱特征及作用机理分析

条带式Wongawilli采煤法是一种新型高效减沉采煤法,对减轻采场覆岩破坏、控制地表沉陷、减少采动对地表建(构)筑物的损害具有重要意义,而煤柱是条带式Wongawilli采煤法减沉降损效果的关键。为研究条带式Wongawilli开采煤柱特征及其对覆岩作用,阐明了条带式Wongawilli采煤法煤柱系统与顶板的相互作用机理,本文结合王台铺煤矿地质采矿条件,采用理论分析、相似模拟及现场验证相结合的方法,研究了条带式Wongawilli开采煤柱形式及特征,建立了条带式Wongawilli煤柱的结构力学模型,分析了直接顶离层情况及不规则煤柱、条带煤柱的受力与支护强度。研究表明:条带式Wongawilli采煤法由刀间煤柱、不规则煤柱、条带煤柱形成了特殊的煤柱系统,刀间煤柱起临时支护作用,随着工作面的推进,刀间煤柱随采随垮或者短时间内就失去支撑能力;不规则煤柱能对顶板的维护起到一定作用;条带煤柱是整个煤柱系统的关键。条带式Wongawilli开采直接顶与基本顶发生离层,直接顶弯曲下沉形成"固支梁"或垮落形成"悬臂梁" 2种结构,并作用于条带式Wongawilli煤柱;条带煤柱与传统条带开采煤柱类似,支撑直接顶及基本顶。不规则煤柱类似于支撑单体的形式(类单体)被动支撑直接顶,且不规则煤柱如果发生失稳破坏,条带煤柱的压缩突变量也会突增,影响其稳定性,进而影响整个条带式Wongawilli开采煤柱系统的稳定。

煤矿开采特高压线塔保护煤柱设计与合理留设研究

文中统计分析了11座特高压线塔所处位置煤层的埋深、松散层厚度等地质采矿条件;结合《规范》经验值、两个工作面的地表移动变形实测值,并综合考虑山体采动滑移附加影响,分析得到了地表移动角值参数;采用垂线法,理论计算了保护煤柱尺寸,并通过地质块段法对煤柱压煤量进行了估算。

山区复杂地形下地表移动盆地边界角量参数研究

为准确有效地获得山区复杂地形条件下地表运移规律和角量参数,以山西山区某矿20210复杂地形工作面为例,提出了一种“以点求面”的计算模式,在山区复杂地形工作面非主断面处建立地表移动观测网,利用遗传算法在参数优化推导中的优势,优化出本地区的概率积分法预计参数,拟合研究了山区复杂地形下的地表移动变形规律,得到了地表移动盆地边界角量参数。通过优化的参数对地表移动变形进行了概率积分法预计,并与非主断面实测数据进行了对比分析。结果表明:基于遗传算法优化参数得出的概率积分法结果,其误差均在5%以内,验证了预计参数及地表下沉数据的可靠性。该地形条件下地表移动下沉最大值为853 mm,矿区走向移动角为69.0°,上山移动角为73.1°,上山边界角为70.3°,下山边界角为59.4°,充分采动角为59.3°,最大下沉角为83.6°。

埋地天然气管道采动变形特征及安全距离预测

埋地天然气管道不同于一般建筑物,对地表移动变形值的响应与敏感性具有显著的特殊性。采用理论分析与数值模拟相结合的方法,系统分析地表下沉、水平移动、水平变形对埋地管道采动变形的影响;基于埋地管道采动变形特征,建立了采动影响下“地表-管道”协同变形理论模型;提出了新的管道安全性运行判断准则(管道力学特征进行管道失效判断)并应用于工程实践得到安全推进距离;通过数值模拟,分析了管道内部主应力的分布规律,并验证了理论分析结论及所提管道安全性运行判断准则的可行性和正确性,研究结果表明:所提的管道安全性运行判断准则较现有判断准则,工作面推进长度增加50 m,更能有效提高煤炭资源采出率。

采空区下近距离煤层巷道围岩稳定性分析及控制

针对近距离煤层工况条件下,下部特厚综放工作面开采时存在覆岩应力变化大、矿压显现明显、工作面支护难度加大,煤壁片帮、顶板漏冒事故多等问题,以王庄煤矿开采的2号和3-5号煤层工作面为工程背景,通过理论分析、采用UDEC离散元软件和FLAC^(3D)软件建模分析及现场应用实践等方法,对近距离特厚煤层开采条件下工作面采空区覆岩运动及顶板应力变化规律进行了研究分析。结果表明,上部2号已开采煤层覆岩关键层岩体发生断裂对下部3-5号煤层工作面来压强度影响巨大,容易引发工作面采空区顶板大面积来压。据此提出优化30501工作面巷道布置,将原回风巷向内侧偏移25.4 m,工作面倾斜长由原来的180 m缩短为154.6 m,从而减小上部煤层工作面留设的区段煤柱应力影响范围,同时通过优化工作面开采工艺、合理确定工作面三机设备选型和端头及超前支护方案。现场应用结果表明,工作面在掘进和回采过程中矿压显现程度及次数明显降低和减少,未发生过顶板、瓦斯等大型事故,实现了安全高效回采。

深埋煤层孤岛工作面煤柱对冲击危险性的影响分析

以某矿4-2205孤岛工作面为研究对象,结合工作面采掘实际情况,采用理论分析、数值模拟等方法,分析该工作面冲击危险性的影响因素及煤柱失稳机理,研究孤岛工作面回采过程中的煤柱应力变化及其对冲击危险性的影响。研究表明,4-2205孤岛工作面回采过程中区段煤柱宽度逐渐减小,煤柱应力集中程度逐渐增加,破坏程度升高,煤柱逐渐由稳定状态向塑性不稳定状态变化,冲击危险性亦升高;4-2205工作面回采至相邻采空区切眼前后位置以及顶板初次来压、周期来压及工作面“见方”时,覆岩运移破坏严重。

采空区不同岩性破碎岩石压实变形及声发射特征研究

采空区不同岩性冒落破碎矸石的压实特性及承载力学性质对上覆岩层移动破坏有重要影响。采用侧限压缩试验与声发射测试试验方法,对相同级配的砂岩、砂质泥岩两种单一岩性及砂岩-砂质泥岩组合岩性破碎岩石在侧限压缩条件下的变形特征、破碎特征及不同压缩阶段的声发射特征进行了研究。结果表明:在加载前期,破碎岩石的应变随时间的变化曲线存在直线上升段,随时间增加,呈现急剧上升后趋于平缓的特征;不同单一及组合岩性破碎岩石在侧限受压过程中应力与应变均呈非线性关系;根据破碎岩石的应力-应变特征将破碎岩石的压缩变形过程划分为快速压密阶段、缓慢压实阶段及稳定压固阶段。随着轴向压力逐渐增大,破碎岩样的大颗粒骨架破坏、中等颗粒移位滑动、小颗粒填充孔隙;不同岩性的应变与应力呈正相关关系,孔隙率与应力呈负相关关系,组合岩性岩样介于单一岩性岩样之间;不同单一、组合岩性比例与破碎岩样分形维数呈指数函数关系;基于压实变形声发射测试试验结果将破碎岩石压缩过程划分为滑移流动变形阶段、压裂变形填充阶段及压密弹性变形3个阶段;不同阶段破碎岩样的累计计数及累计能量曲线均表现出阶段性的变化特征,随着应力增加,前期声发射累计振铃计数及累计能量表现出先快速线性增加,后趋于平缓,再上升的趋势,后期增加速率逐渐减小,曲线逐渐趋于平缓;组合岩性岩样的声发射累计计数及能量均介于单一岩性岩样之间。研究结果为采空区上覆岩层及地表移动、采空区安全治理提供有力的理论指导。