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。

建筑物下压煤充填开采方案优选评价研究

传统的建下压煤开采方案主要靠工程类比方式确定,方案的选择缺乏科学合理性,为实现建筑物下压煤充填开采方案便捷优选的目的,基于多属性决策相关理论,围绕适用于建下压煤充填开采的评价指标体系及评价模型展开研究。考虑经济性、技术性、安全性三方面构建多属性评价指标体系;从指标权重、靶心距角度对传统灰靶决策模型进行改进,建立了博弈论组合赋权改进灰靶决策模型。以唐口煤矿五采区建下压煤开采为例进行模型评价检验,评价结果显示该模型优选方案与该矿实际采用方案一致,应用该方案产生经济效益18953.16万元,地表建筑物损坏等级控制在I级损害范围内,开采经济性和安全性最优,表明该文所构建的评价指标体系及评价模型能够合理有效地进行建下压煤充填开采方案优选。

水库下采煤安全性评价分析研究

水体下采煤存在发生透水性灾害和严重地表塌陷等问题,为了分析水库下采煤对水库及地表的影响,以郑州矿区芦沟煤矿32采区为例,采用理论计算、数值模拟相结合的研究方法,确定煤层开采后上覆岩层破坏形成的导水裂缝带高度;采用概率积分法和数值模拟确定芦沟煤矿地表水库地表最大下沉值和水平变形值。结果表明,导水裂缝带最大标高距水库底部的高差均大于300 m,导水裂缝带不会影响到水库安全;地表水平变形最大值远小于规定允许变形值,在地表水库下进行煤炭开采是安全的。通过32采区工作面的安全开采,验证了分析方法与结果的合理性。

巨厚煤层综放工作面雨季过季节性河流实践与研究

柴沟煤矿是年产8 Mt的高产高效矿井,计划回采的1503工作面埋深200~255 m,采厚超过12 m,是典型的薄基岩巨厚煤层开采工作面,采动形成的导水裂隙带发育至地表。该工作面在雨季需穿越1条季节性河流——小南沟河,为防止洪水沿导水裂隙灌入井下,造成安全事故,通过分析工作面地表地形及水文地质情况,确定采取“岩移观测指导预填,工作面上游筑坝拦截+泄水孔分流”的综合防治水方案。该方案的实施顺利实现了季节性河流下巨厚煤层综放工作面的安全回采。

“三下”采煤技术应用与发展趋势探析

据统计分析,我国各主要大中型煤矿“三下”压煤量已达数百亿吨,其中建筑物下压煤占65%、水体下压煤占25%、铁路下压煤占10%。传统采煤方式因其局限性已满足不了“三下”采煤的需求,针对建筑物下、水体下和铁路下等特殊地质环境,“三下”采煤技术应运而生。从“三下”采煤技术体系合理应用的角度,深入研究当前不同地质条件下开采技术与手段的适用性,分析“三下”采煤的应用场景与技术现状,并探讨“三下”采煤技术未来的发展趋势,对于提升“三下”采煤效率及安全性具有重要的现实意义。

松散弱含水层下开采防砂煤柱留设研究

煤矿松散弱含水层下采煤,极易发生溃水溃砂事故。通过电法勘探、水文地质勘探、钻孔抽水试验等多种技术手段,查明工作面上覆岩层水文地质结构,确定防隔水煤柱类型、采动等级。采用经验公式、相似矿区工程类比法及实测数据分析,确定工作面回采期间垮落带、裂隙带“两带”参数值,为防砂煤柱合理留设提供依据。王行庄煤矿15021工作面的工程实践表明,防砂隔水煤柱留设研究结果合理可靠,能够实现工作面安全回采。

带压开采工作面导水陷落柱综合勘察治理技术

为避免矿井在回采过程中遇陷落柱突水而导致的安全事故,保证工作面安全回采,在马道头煤业8106回采工作面通过陷落柱前进行勘察治理。根据物探结果,在5106顺槽切眼前方1 080~1 140 m范围内存在富水异常区;根据物探及钻探结果,施工加固治理钻孔37个,水泥注浆量63.84 t。治理后物探结果与治理前区域进行对比,未发现明显异常区。

电阻率法实测导水裂隙带高度技术研究及应用

下霍煤矿采用综合机械化放顶煤的采煤方法开采3号煤层,为了保障采掘活动安全,获取相关开采技术参数,需查明煤层开采后的“三带”发育高度;收集分析了井田二采区地层资料及工作面开采技术条件,用经验公式估算了开采后导水裂隙带发育高度,并决定在2303工作面布置电阻率测试系统对导水裂隙带高度进行实测;在回风巷距回采工作面216 m距离处施工测试钻孔并布设电极,在回采过程中对煤层顶板岩层视电阻率开展监测分析,获得了开采前、中、后期的岩层电阻率数据,分析得到3号煤层开采后实测导水裂隙带高度为80 m,裂采比为16;通过实际应用可知,相比其它测试方法,电阻率测试法具有结论可靠、低成本、易施工等特点。

地表水坝下安全穿采可行性技术研究

店坪煤矿9-208工作面地表建有郝放沟骨干坝,为了实现水坝下安全采煤,根据店坪煤矿井上下实际地质采矿条件及相关资料,应用覆岩裂高理论及概率积分法分别对水坝下穿采工作面的可行性进行安全论证,继而应用数值模拟对理论分析结果进行验证,最终综合分析、评价和论证,结果表明,9-208工作面采掘不会对水坝坝体造成破坏影响,采取的技术措施为骨干坝下安全采煤提供了可靠的技术支撑。

基于数值模拟的郭家滩煤矿充填开采最佳充填率分析

为缓和水资源保护与高强度的煤炭开采之间的矛盾,以郭家滩煤矿20102工作面为研究背景,采用以数值模拟为主的研究手段,阐述了固体充填开采控制覆岩运移的基本机理,分析了不同充填率条件下覆岩导水裂隙带高度发育规律和覆岩移动变形特征,最终给定了含水层下固体充填开采合理充填率。结果表明,随着充填率的增加,上覆岩层移动强度减弱,导水裂隙带发育高度不断减小,覆岩变形大幅度降低,地表下沉量与基本顶下沉量的比值逐渐降低。当充填率为0%、20%、40%、60%、80%时,导水裂隙带高度分别为125.6 m、102.3 m、76.5 m、48.6 m、22.5 m;表土层最大水平变形分别为5.19 mm/m、4.06 mm/m、2.81 mm/m、1.72 mm/m、0.92 mm/m。导水裂隙带不贯通至直罗组含水层的合理充填率为60%以上,地表土层不发生破坏的合理充填率为60%以上,最终确定20102工作面的合理充填率为60%。

麻家梁矿区岩移规律与高压供电铁塔综合保护技术研究

麻家梁矿区分布供电高压线路共11趟,高压供电铁塔共263个,压覆煤炭资源约3亿t。为了解放高压供电铁塔下的煤炭资源,麻家梁矿区建立了地表移动观测网,确定了岩层移动的地表预计参数。据此揭示了麻家梁矿区厚松散层条件下综放开采覆岩破坏的规律,为厚松散层工作面高压供电铁塔下采煤的影响评价提供重要依据,进而对高压供电铁塔下采煤制定综合保护措施。

山西煤矿黄河、铁路及地面建筑保护煤柱设计

煤矿井田西部边界外紧邻黄河及铁路,井田内村庄、工业建筑物众多。为有效保护重要矿产资源,保证煤矿地表村庄、厂矿等构建筑物不受井田煤层开采影响,保障人民财产安全,井田内铁路、黄河和地面村庄等建筑物应留设保护煤柱。本文采用垂线法设计地面建(构)筑物下13号煤层保护煤柱,确认各煤层保护煤柱范围,确定保护煤柱拐点坐标,计算压煤量,为安全生产、保护生态、保护地表水及建筑物提供依据。

承压水作用下回采巷道底板突水危险性评价研究

华北石炭二叠纪煤系是我国重要的含煤地层之一,煤系底部奥陶系及石炭系岩溶承压水严重威胁煤矿的生产安全。本文以吴桂桥煤矿受承压水威胁的回采巷道为背景,分别采用“岩梁法”和“岩柱法”开展了巷道底板突水危险性评价。“岩梁法”评价巷道底板含水层不具有底板承压突水风险。而“岩柱法”评价结果显示:L_(6)灰岩具有隔水层破坏型突水的危险性,L_(4)灰岩具有一定的隔水层破坏型突水的风险,奥陶系灰岩不具有底板隔水层破坏型突水的风险。在煤矿生产过程中,建议做好巷道底板承压突水的预防措施,保证安全生产。

厚煤层协调全采沉陷控制技术及在村庄下采煤中的应用

我国煤矿“三下”压煤严重,滞压资源的回采与受护对象的保护存在矛盾,寻求解决资源高采出率与受护体安全问题的办法,是我国矿山开采沉陷研究长期以来的一个技术难题。针对条带开采资源采出率较低、充填开采成本较高、同步协调开采实施难度较大的问题,考虑煤矿主要地质采矿因素,基于开采沉陷基本规律、上下煤层重复开采影响规律和采区内多工作面的相邻开采影响规律,提出了村庄下厚煤层横向采宽控制、纵向分层采厚控制、开采顺序优化控制的联合协调控制技术思路和采区内工作面跳采、全采、分层开采3个阶段沉陷控制方法。为了提高技术应用效果,提出了开拓系统单翼布置和大采区、长工作面的优化设计方法。通过实测和理论分析,揭示了协调式跳采全采方法精准控制地表变形、改善村庄地表变形过程和分布状况的机理,得出了开采各阶段工作面优化设计参数。经过不同煤厚、不同采深条件的多个矿井20 a的应用研究,解放了大量滞压资源,实现了多个村庄下滞压资源的安全高效全采,采厚3.5~5.7 m、跳采宽度达305 m、年度出煤量达128万t/a,村庄煤柱采出率达到93.5%,避免了上千户村民的搬迁和异地耕作,创造了良好的经济和社会效益。

铁塔压煤下局部限厚充填开采技术研究

基于山西潞安集团司马煤业有限公司1110工作面开切眼以里20 m处地表有岚苏Ⅱ线34号铁塔的问题,设计采用限厚充填开采技术。对薄基岩厚表土条件局部限厚充填开采技术进行了研究,并对局部限厚充填开采地层变形规律进行了深入分析。通过概率积分公式和数值模拟计算地表移动变形结果,研究现有局部充填技术实施的充填效果规律演化过程,并进行了工程实践。结果表明,工作面开采后顶板迅速垮落至底板,由于受到工作面中部充填区域影响,中部充填顶板围岩下沉较小,中部限厚充填体明显改变工作面上覆围岩变形趋势和应力状态,有效降低了地表铁塔区域的下沉与倾斜,保障了煤矿安全生产。

承压水上充填开采底板破坏特征研究

为探索充填开采对底板破坏深度的影响及对突水灾害的控制效果,结合理论计算、数值分析和煤矿现场观测等方法对某矿A工作面承压水上充填开采底板破坏特征进行了综合研究;通过理论计算推导出了充填开采工作面底板最大破坏深度计算公式;通过数值模拟对充填开采和非充填开采时底板破坏情况进行了对比研究,通过现场实测分析了充填开采时底板岩层的实际变形破坏特征。结果表明:充填开采时,采场围岩的采动卸压范围、顶底板移近量明显减小,围岩应力集中程度降低,底板破坏深度并未随着推进距离的增加而持续纵向发展;由于充填体的应力传递和支撑作用,A工作面开采对底板的损坏影响得到减缓,破坏深度未连通下部含水层,可实现安全回采。

承压条件下工作面底板破坏规律研究

根据内蒙古某矿4301工作面概况,以底板破坏情况为研究对象,分析4301工作面推进过程中底板破坏规律,利用材料力学理论分别分析工作面顶板初次来压之前、顶板初次垮落期间以及顶板周期来压期间底板的破坏情况,3种状态底板最大弯曲变形位置;以弹塑性力学的相关理论,计算出了龙泉煤矿4301工作面沿走向的底板最大破坏深度和最大深度的位置,通过UDEC数值模拟软件模拟了4301工作面开采底板破坏情况,模拟结果显示随着煤层开挖底板破坏深度的延伸速度较大,当第二次周期来压后底板破坏深度的延伸速度逐渐减小,煤层底板最大塑性破坏深度为34 m,与理论计算中底板的最大破坏深度32.5 m相近。研究为底板岩层注浆改性层位确定提供重要理论依据。

河下综放开采覆岩破坏发育特征实测及模拟研究

下沟煤矿位于泾河下的煤炭资源,采用综放开采,现有的导水断裂带高度计算方法不能满足水体下采煤安全评价的要求。为了掌握泾河下特厚煤层大面积综放开采的覆岩破坏发育特征,实现水体下安全回采,在研究区工作面不同位置布置了5个采后"两带"孔,进行了钻孔冲洗液漏失量和彩色电视观测,并通过物理模拟进一步研究了在各工作面间留设一定宽度隔离煤柱的开采方式的覆岩破坏过程。观测和模拟结果表明:隔离煤柱有效地控制了覆岩破坏发育高度,成为泾河下压煤安全回采的关键。根据得出的单工作面最大裂采比,并通过最小防水安全煤岩柱垂高的计算,认为地质条件满足泾河下安全回采的要求。

峰峰矿区九龙矿水库下采煤安全性分析

以九龙矿南五采区地质采矿条件为例,根据岩层移动理论,计算确定了该矿断层条件下煤层群(2,3,4号)开采覆岩导水裂缝带高度为62.4 m,防水安全煤岩柱高度为70.0 m;分析了陷落柱和库区钻孔的封堵状况对导水性的影响。采用概率积分法和Kriging插值法,预测确定了东武仕水库下采煤地表淹没线分布,分析了淹没线变化对附近村庄的影响和安全性。参照该矿-600 m以浅水体下采煤实践,综合确认九龙矿东武仕水库下采煤具有可行性,通过水文观测和适当的防范措施,可以实现该矿水库下安全开采。

超高水材料跳采充填采煤法地表沉陷规律

为了研究超高水材料跳采充填采煤法地表变形规律及地表沉陷控制效果,以某矿区地表沉降观测数据为基础,研究了充填开采各阶段的地表变形规律;采用关键层理论,并结合FLAC3D数值模拟实验,研究了跳采过程中的关键层破断及地表沉降之间的时空关系,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。研究表明,采用该方法在平均埋深340 m,采厚为4 m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1 174 mm,下沉系数为0.29,减沉率约为62.8%,采出率为89.2%,且下沉盆地范围明显减小。分析可知,充填可大大减小地表下沉量,跳采可控制下沉盆地的形态,有效的保护了地表重要的建(构)筑物。