浅埋房柱式采空区煤柱稳定性及控制研究

老采空区受矿区早期采煤方法的限制,具有较强的隐匿性,很难得到有效治理,为其地表构筑物建设带来巨大挑战。以昌盛煤矿房柱式老采空区治理为工程背景,采用理论分析、钻孔勘探、数值模拟以及现场瞬变电磁勘查等方法,分析了房柱式采空区覆岩裂隙特征;判别了房柱式采空区上地表的稳定性,数值模拟进一步分析得出,在新的单位载荷作用下,采场中央遗留煤柱将发生活化失稳,引起采场所有煤柱发生多米诺骨牌式破坏,进而导致房柱式采空区地表发生失稳。基于对房柱式采空区稳定特征及浆液在房柱式采空区流动的特性提出了散点式注浆充填方案,给出了浆液配比及注浆工艺。现场瞬变电磁勘查结果表明,散点式注浆充填法能有效实现老采空区的充分均匀充填,注浆效果整体良好,同时该方法可为对类似老采空区地表治理提供参考。

房柱式采煤采空区下采场动载矿压机理研究

为解决31201工作面上覆房柱式采煤采空区集中煤柱受到破坏形成动载矿压易导致下部工作面发生顶板事故的难题,对工作面地质条件及顶部采空区集中煤柱对下部工作面回采产生的影响进行分析,分析工作面过应力集中区支架循环末阻力云图可知:31201工作面矿压显现为通过集中煤柱后大范围来压>2-2煤房采低回收率区>杨树洼上坡区>其他区域。对工作面顶板动载矿压进行FLAC^(3D)数值模拟,通过模拟结果可知:诱发大面积强动载矿压原因是集中煤柱的突然破坏,上覆岩层顶板垮落及工作面自身顶板切落,使顶板载荷完全作用在支架上,造成液压支架压架事故。通过动载矿压发生机理,提出有针对性的应对措施,为后续安全回采提供依据。

基于物理模拟试验的房柱式采空区变形特征研究

房柱式采空区具有采出率较小、留设煤柱较大的特点,其覆岩移动规律及地表变形规律与长壁式采空区差别较大,在煤柱失效情况下,地表会产生较大变形,威胁地面建构筑物的安全。为研究浅埋缓倾房柱式采空区覆岩和松散层的变形发育机制,基于PIV图像处理技术和模块化组装思路,在室内建立物理模型开展物理模拟试验,反演了房柱式采空区覆岩和松散层的变形发育过程,分析了房柱式开采和煤柱失稳条件下覆岩和松散层的变形机制。研究结果表明:①房柱式开采条件下,浅埋缓倾采空区覆岩变形可划分为3个区域:“条带状”变形区域、“梯形状”变形区域和“倒漏斗型”变形区域。松散层中的变形呈“梯形状”发育。②煤柱失稳条件下,覆岩变形规律保持不变,松散层变形特征由“梯形状”发育为“漏斗型”,且随着失稳煤柱的增加,松散层变形增大,“漏斗型”变形区域由中心向两端逐渐扩展。③房柱式开采结束后,采空区顶板受力可简化为承受均布荷载的简支梁,在煤柱持续失稳的情况下,覆岩和松散层的静载将导致采空区顶板达到极限平衡状态,顶板破坏模式为拉破断,在拉应力作用下产生裂缝,但顶板并未完全断裂,采空区顶板形成一种带裂缝的悬臂梁结构。浅埋缓倾房柱式采空区煤柱失稳对地表变形影响剧烈,松散层变形与覆岩变形基本处于同一量级。

煤柱失稳条件下浅埋房柱式采空区上覆地层变形特征

在煤柱失稳引起房柱式采空区顶板变形但未塌落的情况下,地表产生较大变形,威胁地面建筑物的安全.采用物理模拟和理论分析研究该条件下房柱式采空区上覆地层变形的发育机制,结果表明,房柱式采空区煤柱失稳后地表最大变形点与初期失稳煤柱位置、采空区顶板裂缝处三者在竖直方向上相对应;在采空区顶板变形但未塌落的情况下覆岩变形可划分为“条带状”、“梯形状”和“漏斗型”变形区域.松散层变形为“漏斗型”发育;采空区顶板发生断裂前可视为均布荷载作用下的固支梁模型.在煤柱失稳条件下,岩梁跨中下表面拉应力区产生竖向裂缝,并垂直向上扩展,煤柱的持续失稳会导致岩梁沿原裂缝薄弱面发生破坏,最终导致岩梁发生拉破断.基岩变形发展至交界面时,松散层逐渐发生滑移-拉裂-剪切破坏,最终形成“漏斗型”破坏形态.

房柱式和条带式采煤工艺悬顶灾害评价与控制技术研究

为解决榆林市榆阳区三台界煤矿采空区悬顶灾害问题,采用现场调查和理论分析提出了房柱式和条带式采煤工艺悬顶灾害评价方法,然后基于该评价方法对三台界煤矿采空区悬顶进行危险性区域划分,最后根据危险性区域划分情况开展针对性的监测和充填防治措施,保障了矿井安全生产。研究成果可为类似采煤工艺矿井大面积悬顶灾害防治提供技术参考。

某磷矿房柱法开采空区治理技术研究与应用

某磷矿采用脉内开拓盘区房柱法开采,在开采过程中形成了一定规模的采空区,给未来生产造成了较大的安全隐患。为了消除或减小采空区对矿山安全开采的危害,针对采空区存在的现状,进行工程地质调查,采空区治理及安全监测措施等研究,提出了采用废石干式充填方法进行空区治理方案,并对充填准备和充填步骤进行详细部署;同时,对空区封堵工艺及封堵墙规格进行设计,根据采空区分布特点布置位移监控报警仪和地压监测报警仪,实现采空区地压活动实时监测和预警预报。研究结果为矿山的采空区治理和安全有序生产提供决策依据和技术保障,也为类似条件矿山提供一定的借鉴。

房柱式采空区顶板破坏失稳机理研究

针对房柱式采空区失稳致灾问题,以榆林某矿房柱式采空区遗留煤柱为研究背景,采用理论分析、物理相似模拟、数值分析等研究方法,对房柱式采空区顶板失稳机理进行研究。研究结果表明:矿井采空区遗留煤柱稳定性安全系数为1.54,考虑煤柱在顶板长期载荷作用下发生蠕变作用,最终会发生大面积失稳;房柱式采空区煤柱破坏失稳诱灾影响因素包括煤体物理力学性质、风化作用、开采方式、积水浸蚀、蠕变作用等5种因素;房柱式采空区顶板灾变演化为“由点及面”的破坏规律,顶板由破坏到失稳分为初步破坏阶段、破坏扩展阶段、破坏加剧阶段及彻底失稳阶段4个阶段;采空区彻底失稳时煤柱应力峰值为15.08 MPa,应力集中系数为3.92,顶板下沉位移为392.44 mm。

煤田房柱式采空区地震响应特征物理模拟研究

在总结了蒙陕地区地震地质条件、煤田房柱式采煤时采空区特征的基础上构建了蒙陕地区房柱式采空区地质模型,并在水槽实验室对其进行物理模拟地震数据采集,使用针对性的处理流程对采集的数据进行处理,最后对成像结果中目的层进行属性分析,总结了蒙陕地区房柱式采空区的成像特征,其结果可以用于提升煤田采空区探测的效率和质量。

复采煤层房柱式采煤法与开采可行性研究

深入探讨了房柱式采煤法在复采残采煤层中的应用,旨在提高回采率和开采效率。详细介绍了房柱式采煤法的特点和优势,包括投资少、操作灵活和效率高等。同时强调了设计和操作对开采效果的重要影响,以及地质特性对采煤效果的影响。结合理论分析和案例研究,提出了一系列优化开采的建议和方案,旨在实现安全、高效的煤矿开采,满足日益增长的能源需求。

白象硅灰石矿房柱采矿法安全性研究

为了探究白象硅灰石矿房柱采矿法回采矿权采深范围内矿体的可行性,开展了矿体回采矿岩体稳定性研究。在现行房柱采矿法采场结构参数条件下,首先采用理论分析,通过计算矿柱强度及矿柱随采深所受到的应力,进而确定矿体合理回采深度;然后利用FLAC^(3D)数值模拟软件,从位移、应力、塑性区3个方面对矿权范围内矿体回采完成后矿岩体稳定性进行分析。对比理论、数值模拟分析结果,选取最优值,最终确定了矿体的最大安全开采深度为-153 m,并提出了安全保障措施,为矿山安全开采提供理论依据。

高速公路下伏大空洞房柱式采空区注浆处治施工方案研究

高速公路新建工程采空区注浆处治工程属于隐蔽性工程,特别对于房柱式采空区,由于勘察方法和勘探技术的局限性,勘察结论中所呈现的采空区路段,是一个模糊的概念,并分不出哪里是“房”,哪里是“柱”,因此房柱式采空区是采空区处治施工需重点研究与探索的技术疑点和难点。文章深入分析采空区的工程地质条件,通过密集的注浆孔施工精确查明了采空区的空间分布,将注浆区域划分为“空洞区、冒落区和煤柱区”,在空洞区采用加密帷幕孔、灌砂、间歇注浆等方式,控制了浆液的流动范围,减少了浆液的损耗,保证了“大空洞”房柱式采空区的注浆处治质量,为同类型采空区的处治施工提供了经验。

房柱式采空区下开采覆岩变形与矿压显现规律研究

为研究房柱式采空区下工作面开采覆岩变形破坏与矿压显现规律,以郭家湾煤矿51207工作面为研究背景,定义岩石本构模型为应变软化模型,采用FLAC3D对房柱式采空区下工作面覆岩竖向位移和塑性区以及液压支架的变形和工作阻力变化特征展开了数值模拟研究分析,得到了以下结果:51207工作面的开采虽然会导致工作面前方30 m范围的房柱式采空区煤柱发生较大的变形并出现不同程度上的屈服破坏,但不会出现整个煤柱都发生屈服的现象;房柱式采空区下51207工作面开采过程中液压支架的最大竖向位移不会超过274.1 mm,小于液压支架的有效支护行程,不会出现压架的风险;房柱式采空区下51207工作面开采初次来压步距约为40 m、周期来压步距为10~15 m。

论组合式浅孔房柱法在泰山石膏矿应用的可行性

泰山石膏矿矿床规模小，形态简单，矿层厚度３－５ｍ，呈多层状水平产出。这样的地质条件，用普通房柱法不能满足开采要求。本文提出组合式房柱法，并从不同侧面论证了其可行性。

中深孔房柱法研究

本文研究中深孔房柱法的落矿工艺与设备、出矿与设备、采场地压控制。

浅埋房柱式采空区下近距离煤层综采顶板控制技术

针对浅埋房柱式采空区下近距离煤层综采工作面开采可能出现覆岩大面积冲击式来压等问题,结合鄂尔多斯乌兰集团石圪台煤矿3-1-2煤层综采工作面开采实际,采用理论分析、物理模拟、数值模拟及现场实测等研究方法,对该类煤层开采引起覆岩变形破坏、岩体弹性能聚集造成冲击式来压和压架机理、地表移动规律和井下矿压规律关系等进行了研究,针对性地采取了残留煤柱爆破放顶卸压、地面钻孔注砂充填煤房和合理控制采高等控制和预防措施,实现了工作面的安全高效生产。

陕北浅煤层房柱式保水开采设计与实践

针对陕北干旱缺水的实际,分析了房柱式保水开采的设计原则.以六道沟煤矿为例,通过分析煤柱的稳定性、顶板垮落高度等,证明了房柱式保水开采的合理性.采后3 a现场实地调查发现,老采空区煤柱完整,没有出现片帮、剥蚀、外鼓和颈缩现象,仅局部地段存在极少量积水,地面的六道沟水库仍保持正常使用,表明合理的房柱式开采后未破坏上覆岩层含水层和地表水体.

房柱式开采上覆岩层破坏与垮落机理

针对房柱式开采及回采情况,提出了带柱帽的无梁楼盖体系计算模型,对煤柱和顶板内的应力、位移进行了详细计算及破坏过程分析.提出了某个煤柱首先破坏后,会产生连锁破坏现象.同时采用相似材料模拟试验和FLAC3D数值计算验证了计算模型的正确性.

半解析方法用于房柱式开采沉陷的三维计算

半解析数值方法具有降低维数、节省内存、建模工作量小等特点 ,用于三维开采沉陷计算和应力分析具有明显的优越性 .基于半解析方法中的层单元和棱柱单元推导计算方法 ,在Vi sualFortran 6 5环境下编写了可用于全采、条采和房柱式开采的三维沉陷计算和应力分析程序 .以兖州矿业集团南屯煤矿房柱式开采的地质采矿条件为基础 ,应用三维半解析数值方法 ,分别对房柱式和条带式开采条件下的地表沉陷进行了三维对比模拟计算 。

房柱式开采的矿压显现规律及顶板监测

通过理论分析和现场实测 ,对房柱式采煤的矿压显现规律及其特点进行了探讨。研究表明 ,房柱式开采时直接顶呈悬顶式周期性垮落 ;老顶初次垮落步距较常规开采大 ,且失稳突然 ;矿压显现强烈 ,且受煤柱回收顺序的影响。根据现场实际 ,实施了以顶板垮落步距分析和顶板动态实测相结合的顶板稳定性监测 。

韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区下开采动载研究

为研究韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区及煤柱下开采的动载矿压,运用理论分析方法和物理相似模拟实验,采用应力和位移的监测手段,对综采工作面过房柱式采空区及煤柱进行模拟研究。研究表明,房柱式采空区下,工作面覆岩会随着下煤层关键层的破断而依次破坏,矿压显现较一般浅埋煤层开采剧烈,但未发生动载。而在进入区段煤柱期间,工作面只表现出比单一煤层开采时工作面压力较大,在出煤柱时则普遍存在动载矿压现象,动载易发区域在煤柱中的最后一次周期来压后10 m范围内。研究成果在韩家湾煤矿2405工作面进行了动载预测和防治。