厚松散含水层薄基岩下厚煤层防水煤柱综放安全开采分析

通过对朱仙庄矿87采区厚松散层及薄覆岩的含水层、隔水层及基岩风氧化带工程岩组特性的分析,采用物理模拟、FLAC3D数值计算及现场实测的综合研究方法,对一次采全厚综放开采覆岩移动破坏规律进行了深入研究。研究结果表明,采区内松散层下部的第四含水层组富水性极弱,补给条件差,且基岩风氧化带具有较强的隔水性能,可以留设防塌煤柱开采;采用综放开采时,其覆岩最大垮采比为1.69,在-240m标高以下的防水煤柱内实现了一次采全厚放顶煤安全高效开采,取得了显著的经济效益。

孟巴矿厚松散含水层下协调保水开采模式

孟巴矿的地质采矿条件具有近地表松散富含水层厚、煤层顶板厚、煤层厚的"三厚"特征,开采煤层覆岩中含有多个含水层组,矿井水害是威胁矿井安全生产的主要因素。在覆岩多水体条件下,为了有效防止近地表厚松散UDT含水层进入井下,导致淹井灾害发生,提出上保下疏的开采水害防治模式。一分层安全开采的关键技术是控制复合关键层的结构稳定,应用初始后屈曲理论解析其稳定性,得出结构关键层的极限破坏长度,通过线性回归给出分层开采覆岩导水裂缝带发育高度预计计算公式,分析确定了一分层开采工作面宽度不超过150 m,限高开采3 m;依据对UDT含水层防护的安全煤岩柱高度确定二分层开采高度,二分层开采后覆岩结构关键层发生破坏,既能够有效疏放LDT隔水层以下含水层水,又能够保证LDT隔水层的完整性,达到UDT水体不发生下泄的目的,保障了矿井安全开采;根据工作面协调减损开采原理,确定开采分层合理错距约为82 m,下分层的巷道布置在上分层开采采空区下的厚煤层分层错距协调限高开采布置模式,实现有效降低了覆岩应力的叠加效应,减轻LDT隔水层的变形破坏程度。开采结果表明:厚煤层分层协调布置开采方法,有效减轻了UDT含水层下LDT隔水层应力叠加损伤程度,保护了隔水层的完整性;一分层限高综采,二分层限高综放开采分次疏放了煤层顶板至LDT底板2个含水层组,解决了矿井排水能力较小条件下的水害防治问题;分层工作面错距协调布置开采方法,有效降低了开采边界导水裂缝带发育高度,减小了LDT变形破坏程度,同时释放了一分层区段煤柱应力,实现了覆岩整体下沉,不但有效地降低了覆岩破坏高度,而且减小了冲击矿压冲击强度,开采期间UDT水位变化幅度稳定保持在一定范围内,实现了多水体条件下上保下疏的厚煤层分层安全开采模式。

厚松散含水层坚硬顶板上提工作面压架机理研究

基于潘一煤矿1602(3)上提工作面开采地质和技术条件及压架事故分析,构建了不同覆岩结构初次来压的力学模型及UDEC数值模拟实验模型,获得了不同坚硬岩层组合条件下顶板运移、破断、应力演化特征。结果表明:由于厚松散含水层载荷传递作用,当顶板坚硬岩层组合及其厚度满足一定条件时,易发生冲击性复合破断,导致压架。研究揭示了厚松散含水层坚硬顶板条件下上提工作面压架机理,为类似条件下工作面安全开采提供了参考。

厚松散含水层煤层开采突水溃沙防治技术

为了有效解决神东矿区薄基岩厚松散含水层煤层开采突水溃沙难题,以哈拉沟煤矿22206工作面为例,分析工作面开采所面临的水害情况,针对地面施工注浆工程存在受地表条件限制大、施工干扰多、工程费用高及对地表生态环境破坏的实际问题,提出了井下疏放水与注浆加固相结合的治理方法,并在此基础上形成了"疏注结合、先疏后注、边治边探、先治后采"的突水溃沙防治技术路线,在哈拉沟煤矿应用结果表明:井下疏水注浆技术实施之后工作面少数支架间有淋水滴沙现象,采空区涌水中携带有少量泥沙,对工作面正常回采无影响,其余地段均未出现流沙现象,该技术达到了最优的治理效果。

特厚松散含水层下提高开采上限可行性研究

为提高谢桥矿1202(1)工作面资源回收率,利用理论计算及钻孔探测等方法确定出垮落带最大高度为15.12m,裂隙带最大高度为52.78m,并初步确定提高开采上限安全可行。同时,利用数值模拟方法模拟邻近煤层工作面开采影响下上覆含水层水体渗流规律。研究表明,开采上限提高后,裂隙带裂隙将与上部含水层连通,在保护层和采空区覆岩压实作用下,含水层水体主要流向底部松散区域,对工作面影响有限。提高开采上限安全可行,现场共解放呆滞煤量3.4万t,取得了显著的技术经济效益。

厚松散含水层下特厚煤层综放开采相似模拟

根据朱仙庄矿区的地质条件,运用相似模拟实验方法模拟分析了厚松散含水层下特厚煤层一次采全厚综放开采时覆岩破坏及位移特征,得出了覆岩冒落带、裂隙带高度成阶梯跳跃式发展并趋于稳定,确定了其发育高度.随着工作面的推进,采空区不断扩大,覆岩的各组岩层出现了不同程度的移动下沉,各岩层中最大下沉量基本处于采空区中部上方.揭示了工作面在开挖过程中覆岩的应力分布规律,为采场的支护设计提供了依据.

厚松散含水层薄基岩下综放工作面安全评价

在厚松散含水层薄基岩下综放开采时,工作面上覆岩层通常不形成"三带"特征,而仅出现"两带",基本顶易全层切落,出现台阶下沉现象,造成采场矿压显现异常剧烈,导致工作面突水溃沙等灾害发生。为此结合某矿87采区的实际条件,建立安全评价模型,通过定性、定量的评价方法对其进行安全评价。研究得出:在厚松散含水层薄基岩下综放开采,当留设防塌煤柱高度为16.9 m,工作阻力为8 000 k N的液压支架时,安全评价等级较好,可以安全回采。

厚松散含水层下固体充填采煤岩层移动控制与实践

为了避免近厚松散含水层下煤层开采地下水溃入工作面,对五沟煤矿CT101工作面采用固体充填采煤技术,通过FLAC 3D数值模拟软件分析了固体充填采煤地表下沉、岩层移动、支承压力分布和覆岩破坏高度特征,在此基础上,揭示了固体充填采煤岩层变形破坏过程。研究结果表明,固体充填能大幅度减小岩层和地表的移动变形,降低工作面周围支承压力和导水裂缝带高度;固体充填采煤上覆岩层移动变形分为未充填采煤、固体充填体填入和充填采煤推进3个阶段,充填前顶板弯曲变形产生微小断裂,充填后固体充填体支撑了悬露的顶板,限制了顶板进一步断裂。最后通过现场工程实践,得出CT101工作面充填综采工作面的岩层移动控制效果良好,导水裂缝带高度仅为9.58 m,实现了厚松散含水层下煤层的安全开采。

厚松散含水层下薄基岩综放开采支架合理支护阻力确定

在厚松散含水层下薄基岩综放开采时,由于基岩厚度较薄,覆岩破坏无法形成砌体梁铰接结构,而是呈现出悬臂破断形式,当基岩顶板切落时容易引起强烈的矿压现象;同时松散含水层具有载荷传递的作用,可传递上覆表土层的载荷,因此,在回采期间极易发生压架、突水溃沙事故。为此,结合朱仙庄矿87采区的实际条件,依据矿山压力与岩层控制理论,采用理论分析和数值模拟的计算方法对支架合理工作阻力进行了研究,提出了支架工作阻力P为基岩顶板切落对支架的作用力P1和水压对基岩作用力P2的总和,研究结果表明:当支架工作阻力为8 000 kN时,可以保证工作面不发生压架、突水溃沙事故。

厚松散含水层下采场厚硬直覆顶板控制技术研究

在厚松散含水层下厚硬直覆顶板煤层开采过程中,如何避免发生压架、突水事故,成为亟需解决的关键问题。为此,以潘一煤矿1602(3)工作面为工程背景,建立了厚硬直覆顶板失稳的力学模型,确定了强制放顶控制顶板方案,采用数值模拟软件UDEC模拟分析了不同支护阻力情况下的顶板运移特征,并进行了现场工业化试验。结果表明,厚硬直覆顶板煤层开采,进行顶板强制放顶能成功地避免老顶破断距过长从而矿压显现剧烈的弊端,放顶效果良好,可以避免压架的发生,并在现场试验中得到了验证,为类似条件下的工作面回采提供了一定的借鉴作用。

基于未确知测度理论的薄基岩厚松散含水层下煤层安全开采区域划定

厚松散层底部含水层单位涌水量、厚松散层底部黏土层厚度、覆岩厚度、导水断裂带高度和采高5个因素为影响薄基岩厚松散含水层下采煤安全性的关键因素。将关键因素进行处理分析,找到关键因素影响开采安全性的4个联结点,即底部含水层单位涌水量、覆岩厚度与采高平方根之比、底部黏土层层厚与采高之比、导水断裂带高度与采高平方根之比4个评价因子。将评价因子划分为5个等级,进而量化开采安全性。引入信息熵和未确知测度理论,建立综合评价模型,以某矿105个钻孔数据为例,进行开采安全性评价,并根据评价结果对可安全开采区域进行划定和预测。将评价、划定和预测结果,同工程实践及已有研究结果进行对比,发现吻合度较高。结果表明,在所研究的煤层赋存条件下未确知测度模型是可行的、有效的。

厚松散含水层下工作面压架机理分析与防治对策

针对松散承压含水层下提高回采上限开采引起的压架突水事故。基于岩层控制中的关键层理论,结合上覆岩层结构特征分析,采用理论分析、数值模拟计算对松散承压含水层下提高回采上限开采覆岩运移、矿山压力、支架-围岩关系进行了系统分析,获得了特定地质开采条件下覆岩破断、运移特征,揭示了压架机理,即高水压的载荷传递作用下单一关键层破断引起的覆岩整体复合破断是造成工作面压架的本质原因,提出了防止此类工作面开采压架技术对策。

巨厚松散强含水层下开采覆岩移动破坏分析

通过对煤层开采力学模型的建立,分析淮南潘谢矿区巨厚松散强含水层下煤层在不同采厚条件下覆岩移动变形、破坏的动态演化过程及应力分布特征,得出在不同采厚情况下覆岩塑性区范围和导水裂高的发育高度,对缩小防水煤柱开采具有指导意义。

厚冲积松散含水层下隐蔽致灾因素防治关键技术研究与应用

为了查明影响厚冲积松散含水层下安全开采的隐蔽致灾地质因素,以柴里煤矿为例,对一水平六采区北部薄基岩区进行井上下地质及水文地质补充勘探,根据基岩赋存分布情况,实行分区域限厚开采方案。由于限厚开采工作面的上部资源不能全部采出,导致采空区遗煤。通过详细分析复杂地质条件下基岩变薄区厚煤层开采溃水(砂)、自然发火、顶板等灾害风险特点,阐述了隐蔽致灾因素防治的关键技术和具体应用,开采实践验证了这些治理技术的安全保障作用。

可拓评判方法在厚松散层薄基岩下煤层安全开采分类中的应用

应用可拓评判方法与钻孔实测资料相结合,在物元理论、可拓集合论和关联函数运算的基础上,建立了厚松散含水层薄基岩下煤层安全开采等级评价的物元模型。选取松散层底部含水层单位涌水量、底部黏土层厚度、覆岩厚度、导水断裂带高度为评价模型的关键因素,对某矿六采区南部松散含水层薄基岩下煤层安全开采区域应用可拓理论分类界定了安全开采区域。实际开采证实了该采区水体下开采安全等级划分的可靠性。

永夏矿区地层非采动沉陷分析

通过实验、实测和理论分析 ,研究了永夏矿区厚松散含水地层内部非采动沉陷原因 ,揭示了厚松散含水层地区开采沉陷特殊性的机理 ,对提高开采沉陷预测的精度具有重要意义。

杨庄煤矿应用有限元法确定防砂煤岩柱实例

记述了兖州市杨庄煤矿应用有限元法确定防砂煤岩柱的一个实例。该例在生产中取得了较好效果。

薄基岩工作面上覆风氧化带地面预注浆改性技术工程实践

针对顾北矿南二采区1512(3)工作面厚松散含水层下薄基岩开采难题,采用相似材料物理模拟、数值计算及理论分析等方法研究了松散含水层载荷传递作用下不同结构覆岩的运动规律,提出并结合现场实施了风氧化带整体注浆改性技术方案,提高了风化岩层的抗拉能力及内聚力,将风氧化带由载荷层变为具有承载作用的高位关键层,通过对工作面回采期间顶板岩层稳定性及矿压显现特点的分析,证明薄基岩工作面上覆风氧化带地面预注浆改性技术很好地保证了工作面的安全生产。

浅埋薄基岩工作面溃水溃砂模拟试验及影响因素分析

针对榆神府矿区首层煤炭资源开采过程中在通过古冲沟区域时多次发生溃水溃砂灾害的问题,探究了古冲沟区域埋深浅、基岩薄、松散层厚且含水的工作面溃水溃砂灾害发生机理,利用自主研发的溃水溃砂启动测试仪实现了浅埋薄基岩厚松散含水层工作面溃水溃砂灾害过程的室内试验模拟。根据溃水溃砂灾害现场特征确定了水头高度、裂缝特征(裂缝宽度和倾角)、砂土体厚度和密实度、黏土层厚度等6个溃水溃砂启动影响因素,基于正交试验原理设计并实施了25组水砂溃涌启动模拟试验,通过总结25组系列试验的试验特征得到了溃水溃砂灾害孕灾过程规律:渗水→水量增大→水变浑→水砂突涌。利用极差分析法定量研究了不同影响因素对溃水溃砂灾害启动的影响程度,得到了水头高度是影响溃水溃砂灾害发生的最主要因素,影响程度占比为37.5%,进而提出了采前疏放水是减少溃水溃砂灾害发生的有效措施。对比分析了不同水头高度条件下溃水溃砂灾害的孕灾与灾害特征,研究得到了灾害启动临界水力坡降与其他影响因素的数学关系,为溃水溃砂致灾机理的研究提供依据。溃水溃砂启动前松散含水层内部孔隙水压力突降的试验特征为现场灾害监测与预警提供了依据。

基于改进灰关联分析和熵权法的开采区域划定

为划定厚松散含水层薄基岩下煤层安全开采区域,降低煤层开采的安全风险,通过分析国内外大量薄基岩厚松散含水层下煤层开采的工程案例,选取导水断裂带高度、厚松散层底部含水层单位涌水量、采高、厚松散层底部黏土层厚度、以及覆岩厚度5个指标作为煤层安全开采区域划定的基础指标,并以导水断裂带高度与采高平方根之比、底部含水层单位涌水量、底部黏土层层厚与采高之比以及覆岩厚度与采高平方根之比作为评价因子,将厚松散含水层薄基岩下采煤的综合安全性划分为5个等级。通过将熵权理论引入改进的灰关联分析法中,建立综合评价模型,对某矿厚松散含水层薄基岩下煤层安全开采区域进行了划定。结果表明,应用该模型划定的煤层安全开采等级与实际等级完全吻合。