大采高综采覆岩“两带”高度综合探测研究

为获取大采高综采“两带”高度,促进煤炭资源安全、高效开采,以斜沟煤矿为工程背景,综合运用经验公式预估、现场试验探测和数值仿真计算,对18102工作面8#煤综采时的覆岩“两带”高度演化开展研究。结果表明:拟合得到的经验公式仅考虑了采厚因素影响,用于预测“两带”发育高度存在一定的局限性;现场钻探压水试验和瞬变电磁探测综合探测得到覆岩垮落带高度34.6 m,导水裂隙带高度74.8 m;分析了大采高综采时覆岩破坏高度、围岩应力场变化和位移场变化,“两带”高度数值计算结果与试验探测结果吻合良好。研究结果可为类似条件矿山的顶板管理、露头防(隔)水煤岩柱留设等提供参考。

缓倾斜近距离煤层群重复开采“两带”高度研究

以四川省石屏一矿缓倾斜近距离开采工作面为工程背景,针对重复开采中缓倾斜近距离煤层的“两带”高度发育问题,采用FLAC^(3D)数值模拟与经验公式计算的方法进行研究。对工作面开采之后引起上覆岩层塑性区的变化特征进行了分析;确定了重复采动下“两带”的高度;并与经验公式进行对比验证;得出在重复采动情况下“两带”高度并不是简单的相加,而是存在一种叠加效应。通过该研究,进一步探索了缓倾斜近距离煤层群重复开采情况下“两带”高度的发育问题,为缓倾斜近距离煤层群安全开采提供了依据。

银星一号井18_(上1)煤层开采覆岩“两带”高度综合探测研究

为测定银星一号井18上1煤开采后覆岩“两带”高度,选取11采区1118上104工作面为测试地点,采用理论计算、地面钻孔冲洗液漏失量法和彩色钻孔电视综合研究“两带”发育高度,并采用数值模拟进行验证。结果表明,理论分析和钻孔探测的“两带”高度分别为14.33 m和51.16 m,为采高的14.04倍和15.50倍。数值模拟得到裂隙带高度50.4 m,与钻孔探测结果相吻合,验证了探测结果的准确性。

浅埋多煤层开采“两带”高度探测及覆岩力学性能分析

随着煤炭开采强度越来越高,采空区面积越来越大,“两带”高度的探测确定对于煤矿安全高效生产显得越发重要。采用钻孔冲洗液漏失量观测、钻孔水位观测、钻进异常现象观测、彩色钻孔电视观测等多种方法对青龙寺煤矿5^(-2)煤层上覆岩层破坏情况进行探测,综合分析确定青龙寺煤矿5^(-2)煤层综采工作面开采条件下的最大垮落带高度为17.0 m,垮采比为7.4,最大导水裂隙带高度为46.87 m,裂采比为20.4。同时对5^(-2)煤层上覆岩层的岩石力学性质测试并进行分析,将顶板覆岩岩性分为砂岩类岩层和泥岩类岩层两大类,在顶板以上70 m内,砂岩类岩层占比96.14%,自然状态下单轴抗压强度平均为67.82 MPa,覆岩属坚硬类型,具备坚硬顶板的特征。探测及力学分析结果可为青龙寺煤矿后续上行开采提供技术参考。

银星一号井111211工作面覆岩“两带”高度研究

为确定银星一号井12煤开采后覆岩“两带”高度对上部5煤开采的影响,选取11采区111211工作面为测试地点,采用理论计算、地面钻孔冲洗液漏失量法和钻孔彩色电视综合确定“两带”发育高度。结果表明,钻孔彩色电视影像探查的结果更加准确,可获得不同深度岩层段的裂隙长度和类型。测定111211工作面在采高3.4 m的条件下,垮落带高度12.79 m,垮采比3.76∶1;裂隙带高度53.35 m,裂采比15.69∶1;“两带”发育高度小于与上部5煤的层间距。这为5煤的上行开采提供了指导,也为同类条件的煤层进行上行开采提供了借鉴。

综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析

当前所依据的《三下采煤规程》中没有预计综放开采工作面覆岩破坏高度的经验公式,为了合理留设特厚煤层综放开采工作面露头区安全保护煤岩柱,有必要建立适用于综放开采工作面覆岩导水裂缝带和垮落带高度计算的经验公式。依据项目的实测"两带"成果,并且收集了40余个"两带"孔的综放开采工作面不同硬度类型覆岩的"两带"高度数据,采用数理统计回归分析的方法,得出了适用于综放开采工作面中硬、软弱覆岩条件下的"两带"高度计算的经验公式,并进行了实用性分析。研究成果对含水层下特厚煤层综放开采工作面浅部安全开采和保护煤岩柱的合理留设有指导意义和实用价值。

近距离多煤层重复采动“两带”高度预计方法改进

为解决"三下"采煤规程中近距离煤层组综合采高M_Z计算公式在上下煤层间距较大时计算结果失真问题,基于开采沉陷规律和时间效应,研究并提出了2层及以上近距离煤层组(群)开采时"两带"高度预计方法,即导水裂缝带和垮落带。研究结果表明:根据煤层采高M、垮落带高度H_k和煤层间距h,近距离煤层组又可划分为较近距离煤层组(M<h≤H_k)和极近距离煤层组(0≤h≤M);近距离煤层组(群)折算采高M_(ZS)为将采煤层采高加上由已采煤层和煤层间距折算的采高,极近距离煤层组还需考虑时间因素;基于M_(ZS)提出了"判别煤层组类型—计算折算采高—确定‘两带’高度"三步法的近距离煤层组(群)开采"两带"高度预计方法及预计公式。实际工程应用验证该方法更为合理、有效,可为水体下多煤层安全高效开采提供了技术支撑。

深井煤层开采“两带”高度分析与应用

针对深井回采工作面采用垮落法管理顶板时“两带”高度进行分析 。

沙吉海矿高强度开采软弱覆岩“两带”高度三维模拟研究

为研究沙吉海煤矿高强度开采软弱覆岩"两带"高度,以该矿某高强度开采软弱覆岩工作面为原型建立了三维离散元数值模型,该模型考虑了最大、最小水平主应力及其与工作面推进方向夹角,并基于现场钻孔实测数据对数值模型及岩性参数的合理性进行了校核,分析了不同采厚、工作面倾向长度、走向长度与推进速度对沙吉海矿高强度开采软弱覆岩"两带"最大高度的影响。研究结果表明:该矿高强度开采软弱覆岩"两带"最大高度随采厚的增加而增加,但与工作面的倾向长度、推进速度没有明显关系;高强度开采软弱覆岩工作面达到"两带"最大高度时所需的工作面推进距离与采厚成正相关关系,与倾向长度、推进速度成负相关关系。

综放开采覆岩“两带”高度影响因素及预测模型研究

为研究影响综放开采覆岩“两带”高度预测模型,采用理论分析与经验公式方法系统分析影响覆岩“两带”高度的因素,包括覆岩岩性、覆岩组合结构、煤层赋存状态、顶板控制方法、开采厚度、工作面走向长度与倾向长度、工作面推进速度、覆岩破坏残余变形;并将上述因素划分为采矿地质因素、顶板控制方法、采煤工作面三维尺寸设计参数、时间因素4类;基于此建立综放开采“两带”高度预测模型,并通过工程实例对比、现场实测等方法进行合理性验证。结果表明:芦沟矿与盛泰矿2个工作面的“两带”高度预测值均在实测值范围之内,说明得出的回归式预测效果较好,验证综放开采“两带”高度预测模型的合理性。

巨厚松散层下综放开采“两带”高度探测

通过谢桥矿综放工作面探测“两带”高度实践 ,对巨厚松散层下综放开采“两带”高度探测问题进行了探讨。

煤矿采空区覆岩层“两带”高度的综合探测

本文利用钻孔冲洗液漏失量观测、钻孔彩色电视观测、瞬变电磁物探观测3种不同的探测手段分别对M煤矿的开采工作面进行了探测,通过对M煤矿所研究工作面采空区覆岩层"两带"高度探测结果进行综合考虑后表明:导水裂缝带高度和跨落带高度分别为62.53m和42.73m,裂采比及垮采比分别为12.51倍和8.55倍。对比三种探测手段,钻孔彩色电视探测方法是最佳的探测方法。由于受到覆岩层以及施工因素的影响,钻孔冲洗液漏失量探测技术得到的结果存在一定误差,但是作为传统的研究方法,还是具有一定有效性和参考性的,相比之下由于受到井下复杂条件的影响,瞬变电磁探测则误差更大一些,往往结果具有不确定性。

特厚煤层综放开采覆岩“两带”高度研究

《"三下"采煤规程》中"两带"高度经验公式仅适用于薄及中厚煤层,对于特厚煤层综放开采条件下的"两带"高度计算不太适用,以郭家河煤矿的1305综放工作面开采14.8 m厚煤层为例,采用地表钻孔冲洗液漏失量观测、钻孔彩色电视观测和UDEC数值模拟3种方法,对特厚煤层综放开采条件下的"两带"高度进行研究。结果表明,3种方法得到的"两带"高度较为一致。

察哈素煤矿采空区覆岩“两带”高度研究

在煤层开采中,上覆岩层“两带”高度的确定对于矿井瓦斯抽采、水防治和顶板管理都具有重要的技术指导意义.本文采用现场冲洗液漏失量法和彩色钻孔电视孔内观测法,并与理论分析相结合研究了察哈素煤矿上覆岩层“两带”高度,结果表明:(1)垮落带高度为22.42~29.20 m,垮高比4.40~6.15.导水裂隙带高度为63.82~106.50 m,裂高比12.51~23.67,为了保证安全,取106.50 m为最大导水裂隙带高度,29.20 m为最大垮落带高度,察哈素煤矿属于超高导水裂隙带.(2)由同一个工作面的钻孔实测得到的“两带”高度比较吻合,由不同工作面地面钻孔实测得到的“两带”高度中,垮落带高度比较接近,而导水裂隙带高度差异较大.(3)钻孔实测结果与经验公式计算结果部分存在较大差异,提出在计算“两带”高度时应尽量考虑与其关系密切且重要的影响因素,使计算结果更接近于实际情况.

基于BP神经网络的覆岩“两带”高度预测研究

为了研究五阳矿采动影响后上覆岩层卸压带高度变化规律,运用BP神经网络预测分析法,以控制“两带”(垮落带、断裂带)高度的开采方法、工作面长度、工作面推进速度、煤层倾角、覆岩性质、回采高度等致裂因子为输入层,以垮落高度和断裂高度为输出层,借助MATLAB6.x神经网络工具箱,构建了“两带”高度BP神经网络结构,经过BP神经网络模型初始化,BP神经网络模型训练及检验,建立可靠的“两带”高度BP神经网络预测模型。利用BP神经网络预测模型与国外经典预测模型对“两带”高度进行预测对比,得出国外的几种计算方法的误差都比较大,“两带”高度BP神经网络预测模型因其具备非线性函数逼近的特征,计算误差较小;以五阳矿3号煤为研究对象,运用BP神经网络预测模型在多种开采环境下对“两带”高度进行了预测,预测结果与实测结果基本吻合,得出开采方法的改变,影响着“两带”高度变化规律,特定的开采方法条件下“两带”高度与采高呈正相关,增长幅度趋缓;卸采比与采高呈负相关;工作面长与“两带”高度、卸采比均呈正相关,且相关性不受开采方法影响,无论何种开采方法,工作面推进速度与“两带”高度均呈负相关性,且推进速度与“两带”高度线性递减梯度-2.4~4.2 m/(m·d-1),推进速度增至4 m/d时,“两带”高度几乎不变,表明推进速度是“两带”高度发展的抑制因素。研究结果为五阳矿的瓦斯综合治理提供了重要的技术指导。

充填开采工作面“两带”高度计算及其验证

为研究充填开采“两带”高度计算方法,对充填开采的覆岩破坏机理进行了分析,研究提出基于关键层理论的充填开采“两带”高度判定方法。通过数值模拟揭示了充填开采工作面上覆岩层移动和破坏规律,结合常村煤矿CT101充填工作面的采矿地质条件,采用充填开采“两带”高度判定方法、经验公式、数值模拟、钻孔探测对其“两带”高度进行计算分析。研究结果表明:新方法计算结果与实测结果基本一致;采用基于等价采高的传统经验公式计算充填开采“两带”高度误差大;新方法的计算结果和实测结果最为接近,为充填工作面“两带”高度计算提供了方法。

煤层覆岩“两带”高度探测方法对比

煤层开采过程中,顶板覆岩发生垮落、破坏,围岩地应力重新分布过程中会造成顶板覆岩采动裂隙发育,形成人为垮落带和导水裂隙带。“两带”高度对于煤层开采影响较大,影响矿井顶板涌水、地面沉降以及顶板支护等矿井工作。以内蒙古某煤矿501工作面“两带”探测工程实例为背景,通过消耗量观测、声波测井、井下窥视,以及理论计算和数值模拟等多种方法,得出各方法所探测的“两带”高度结果,并通过对各探测方法的分析对比,进一步研究不同方法探测结果的可靠性及其影响因素,确定了各方法在应用于“两带”高度探测工程实际中的优劣性,为煤矿在获取“两带”高度方面提供探测方法参考。

近距离厚煤层重复采动覆岩“两带”高度分析

随着煤炭资源大规模开发利用,许多矿区面临近距离煤层重复回采问题,其中重复采动造成的“两带”发育高度是指导多煤层开采的重要指标参数,而现有相关规定中对近距离煤层重复采动高度缺少理论性分析,因此为合理确定近距离煤层重复采动覆岩“两带”高度,利用理论分析和数值模拟计算对近距离煤层重复采动覆岩“两带”高度进行分析和讨论。研究结果表明:近距离煤层开采时,煤层间距大于或小于下层煤垮落带高度,下层煤开采均会导致上层煤的垮落带和导水裂缝带高度增加,并且垮落带高度占导水裂缝带高度中的比例增加,重复采动的“两带”高度需要增加下层煤回采造成的等效采后影响。研究结果对于近距离煤层重复采动覆岩“两带”高度的确定具有理论意义和指导价值。

近距离煤层重复采动上覆岩层“两带”高度的探测

矿井五采区开采下组煤14#、15#、16#煤层，其上部2#、6#煤层已开采，采空区面积大，采空区内有积水。通过在15#煤层工作面开采前后施工钻孔，进行现场探测，总结出下组煤14#、15#煤层重复采动上覆岩层“两带”发育高度，即14#煤、15#煤叠加垮落带高度为15．86～16．06m，叠加导水裂缝带高度为57．45～57．56m，为下组煤开采防治上部采空区积水，提供了依据，保证了工作面安全开采。

鹿洼煤矿13上14工作面“两带”高度观测

根据鹿洼煤矿13上14工作面具体地质条件,在对采动覆岩破坏发育规律进行合理预测的础上,通过选择可靠的井下"两带"高度观测方法,得出了13上14工作面采动覆岩导水裂缝带发育高度为31.21m,裂采比为14.9,由此导出了鹿洼煤矿3煤层开采覆岩导水裂隙带高度预计公式为:H裂=14.9M(M为采高)。