某矿山断层附近采场地下开采对上覆岩层内井巷工程采动影响分析

某矿山矿围岩稳固性好,矿体厚度较厚,矿体埋藏很深。为了实现该矿山185中段F3断层附近的矿体安全回采,同时确保采场顶板上覆岩层内井巷工程的安全稳定,依据断层附近的矿体赋存条件、顶底板围岩岩性特征、地质构造与上覆岩层结构特征,构建了地表与井下采场的三维数值计算模型,采用FLAC^(3D)有限差分法来模拟地下开采在断层影响作用下对上覆岩层内井巷工程稳定性的影响分析,同时计算分析了地下矿体逐段开挖、逐段充填对保安矿柱及地表稳定性的影响。通过模拟计算结果表明:该岩层移动是一个自下而上传递的动态过程,断层附近矿体的开采通过采取设置10 m宽采场间柱和矿房之间采用“跳采”方式开挖后,大大缩短了采场空区的跨度,控制了断层附近的采场地压,并未引起采场顶板产生过多的塑性扰动区,上覆岩层产生的塑性扰动区范围非常有限,并未波及到采场顶板上部井巷工程,实现矿体顺利回采和上覆岩层内井巷工程的整体安全稳定。本文研究结果为深部矿体安全高效回采、采场地压管理和控制上覆岩层安全稳定提供了理论决策依据和技术指导。

煤矿采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术

煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿化充填关键技术,并从必要性和可行性2个方面阐述了该技术在采动影响体资源二次开发、CO_(2)安全封存以及燃煤电厂粉煤灰固废高效处置等的广阔前景。其总体思路是将采动影响体作为一个厌氧发酵“工厂”,高产高效产甲烷菌群作为“劳动者”对“工厂”已有的原材料——残煤、薄煤层和分散有机质以及注入的CO_(2)进行加工,其“产品”是甲烷,进而实现微生物采残煤和CO_(2)资源化。同时,CO_(2)与碱性的粉煤灰结合,在实现了CO_(2)矿化封存的同时,也实现了采动影响体的充填。该技术涉及的关键科学问题包括采动影响体类型划分与有机质特征、采动影响体原位条件下厌氧发酵产甲烷机制、微生物-CO_(2)-粉煤灰协同矿化/固化机制以及微生物采残煤与充填关键技术示范工程建设。实验室物理模拟采动影响体原位条件实验表明其中残煤和富含有机质的泥页岩能够在微生物作用下生成生物甲烷,且添加少量的粉煤灰能够进一步强化甲烷的产出。物理模拟地下水补给的动态实验表明营养物质的补给对厌氧发酵系统的影响尤为重要,补给循环周期为14 d的厌氧发酵系统恰与产甲烷菌群繁殖的周期一致,能够保证厌氧发酵系统的持续高效运行。高钙粉煤灰-CO_(2)-矿井水协同胶结的试件经过28 d的养护后抗压强度为12.31 MPa,其矿化封存潜力约为21.99 m3 CO_(2)/t(粉煤灰),说明粉煤灰在实现采空区固化的同时能够实现CO_(2)减排。此外,基于微生物采残煤与粉煤灰充填目的对工程试验靶区进行优选,地下水滞留区是CO_(2)矿化和粉煤灰充填的最佳场所,因采掘活动自然形成的自然圈闭和人工充填形成的圈闭是较有利的工程试验靶区之一。针对这些靶区提出了微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术,旨在为中国碳减排和采空区生态环境治理提供一条新的技术路径。

鹤壁九矿工作面开采对副井井筒采动影响分析

煤矿副井是地下开采活动的重要通道,肩负着矿井的人员提升、物料运输和通风等重要功能,在井筒保护煤柱开采中对井筒稳定性的研究至关重要。以鹤壁九矿新副井保护煤柱内工作面开采为研究对象,利用概率积分法计算井筒移动变形规律,并以此为基础,通过Drucker-Prager准则对井筒全段岩层的破坏情况进行判定,以此来评价开采方案对新副井的采动影响,可为煤矿的生产规划提供依据,为类似条件矿井井筒保护煤柱开采提供理论指导。

近距离下伏煤层采动影响巷道围岩稳定性分析

针对近距离下伏煤层采动影响上部轨道大巷变形失稳、围岩稳定性较差的问题,本文以张集煤矿北区14148工作面上方12m左右南翼轨道“Y”型大巷为工程背景,运用“竖三带”经验公式分析得出巷道与工作面之间的层位关系,采用数值模拟与现场实践相结合的方法,研究了近距离下伏煤层回采过程中上覆巷道应力分布特征及位移演化规律,确定了巷道重点支护部位。研究结果表明:上覆巷道位于覆岩裂隙带影响范围,围岩应力受工作面超前支承压力集中影响,呈先增大后急剧减小的趋势;围岩呈非对称性变形,变形速率随工作面推进呈三段式规律;顶板深部离层呈逐渐增大后平稳趋势,浅部离层呈先增大后减小的趋势。在此基础上提出了采前锚杆索预加固+采后U型棚“补强”巷道支护技术,数值模拟对比结果显示,补强支护后巷道两帮应力增大了9MPa,顶板下沉减少了103mm,巷道薄弱点位移量大幅减小,补强支护控制效果显著。实测结果表明,该支护方案能有效地控制巷道围岩变形,保证了矿井安全生产。

高强度采动影响下巷道非对称性加固技术与试验研究

以湾图沟煤矿3号煤层13405、13406工作面巷道大变形为工程背景,综合采用现场调研、工业性试验等方法,总结得到工作面采动支承压力扰动、巷道围岩强度低、巷道支护强度低和巷道支护质量差等是试验巷道变形破坏的主要影响因素。基于此,提出了巷道非对称性加固思路,开发了高强度采动影响下巷道非对称性加固技术,并进行了现场工业性试验,监测了巷道围岩变形量、锚杆受力状态、煤柱应力分布等矿压显现特征,分析了试验巷道采动影响规律和变形破坏特征,矿压监测结果验证了加固技术和支护参数的合理性。

采动影响巷道支护方案设计及效果

为减少松软煤层围岩巷道受采动影响的破坏,提高煤层开采的安全性,以某矿为对象,分析该矿松软煤层在采动影响下围岩的变化规律,设计巷道联合支护技术为“锚网喷+锚索梁+注浆”。与无支护技术相比,经联合支护优化后,该矿巷道顶底板及两帮变形量分别降低68.5%、50%、61%,降幅明显,表明该联合支护技术能有效控制围岩变形,支护效果好。

采动影响下层理裂隙煤体的瓦斯渗流特性研究

为研究工作面采动影响下煤体中瓦斯沿层理裂隙渗透的规律,通过采集工作面的原始煤样,根据达西定律,利用三轴流变实验系统对试样进行加卸载条件下的渗透试验,并对试验结果进行了现场验证。试验结果表明:加卸载过程,平行于层理方向瓦斯的渗透率始终大于垂直于层理方向;煤样卸载后渗透率有损失,平行于层理方向渗透率损失58.66%,垂直于层理方向渗透率损失82.27%。实践表明:回采工作面受采动影响区域煤体瓦斯渗透特性与试验结果高度吻合,回采工作面布置穿层钻孔更有利于瓦斯抽采。

采动影响下的煤矿巷道修复与加固技术研究

为保证采矿工作的顺利开展,需要不断优化煤矿巷道修复与加固技术,根据实际情况采用具有针对性的解决措施,从根本上提高煤矿巷道的稳定性。基于此,本文以煤矿巷道修复与加固技术为研究对象,文章共分为四个部分,第一部分主要分析一些常见的煤矿巷道问题;第二部分说明煤矿巷道修复与加固的重要性;第三部分根据实际情况提出相应修复加固技术;第四部分对实际案例进行分析。以期通过本次研究为提高煤矿领域发展提供相关参考。

采动影响下某矿矩形巷道稳定性数值模拟分析

某矿大巷受工作面回采时的采动影响出现了巷道断面收缩变形问题。针对该矿采动巷道稳定性控制难题,在分析深部采动巷道应力环境与变形特征的基础上,以该矿开拓巷道为研究背景,借助FLAC3D数值模拟手段,研究了工作面推进下采动巷道的应力场及塑性区演化规律,分析了采动系数对大巷稳定性影响机制。结果表明:随着工作面推进,采动巷道顶板处支承应力呈“脊背形”分布,塑性区急速发育,当工作面距巷道间距小于70 m后,采动巷道稳定性显著降低,采动应力系数λ对巷道稳定性影响显著,呈负相关,λ>3.0时巷道上部出现“蝶形”塑性区,变形剧烈。

考虑采动影响的ACI-RMR法矿山巷道围岩质量分级研究

为了充分反映矿山开采过程中开采扰动对巷道围岩质量的影响,在传统岩体质量分级RMR法的基础上引入巷道埋深、巷道存续时间、巷道高跨比、巷道间柱宽度和分段高度等5个采动影响指标,构建采动影响巷道围岩质量分级指标体系。引入拉格朗日乘子法耦合层次分析法(AHP)和CRITIC法对各指标进行组合赋权,将该组合权重导入理想点法(IPM)构建考虑采动影响的AHP-CRITIC-IPM改进RMR法(ACI-RMR法),将ACI-RMR法应用于某金属矿山进路巷道围岩质量分级并与RMR法分级结果进行对比。结果表明:部分测点的ACI-RMR法分级结果较RMR法分级结果出现等级降低或相同等级评分值下降的情况,结合工程实际证明ACI-RMR法较RMR法更能反映开采扰动对巷道围岩质量的影响,为矿山安全生产与设计提供参考。

采动影响下强冲击煤层大巷致冲机理及防控研究

针对煤层大巷冲击地压频发的实际问题,采用数值模拟、现场实测、监测分析等方法,对采动影响下强冲击煤层大巷致冲机理开展研究,并提出了防治方法。结果表明,坚硬顶板下特厚煤层开采,单采空区超前应力影响范围约为180 m,同侧双采空区叠加应力影响范围约为240 m,且双采空区叠加影响程度明显大于单采空区。工作面末采期间,受到双采空区叠加影响,煤层大巷区微震能量和频次均呈指数型升高,尤其是当工作面至煤层大巷的距离小于180 m后,升高幅度迅速增大,每15 d释放的能量总和为前15 d的43倍。相邻采空区上覆坚硬顶板形成的悬臂、巷道交叉密集是煤层大巷区静载荷的源头,而回采期间产生的扰动效应以及坚硬顶板突然垮断是煤层大巷区动载荷的源头;由上述因素产生的静、动载荷及其之间的“互馈”效应是导致采动影响下煤层大巷区冲击地压发生的显在原因。而采动影响下煤层大巷围岩内复杂力学系统基本机制的不稳定性,及其对周边环境扰动的敏感性,是其冲击显现的潜在原因。由此,将保护煤柱宽度优化、顶板深孔预裂爆破与煤层解危等方法相结合,开展有针对性的协同防控。现场实践表明,协同防控效果较好,尤其是优化保护煤柱宽度,使其大于双采空区叠加影响范围,能够大幅提升防控效果。

小保当井田2-2煤潜水采动影响分区研究

针对小保当井田在未来开采过程中造成的地下水资源大量漏失的问题,以小保当井田开采的2-2煤层为研究对象对潜水资源受煤层采动影响分区进行研究。采用富水指数法通过AHP-熵值法建立评价模型划定了萨拉乌苏组潜水含水层富水性分区,根据相邻煤矿导水裂隙带现场实测类比确定了井田2-2煤层导水裂隙带发育高度及层位,采用信息融合理论方法综合松散潜水含水层富水性分区和2-2煤层导水裂隙带发育层位划分小保当井田内潜水资源受采动影响分区,得出结论:井田未来开采2-2煤层时对松散潜水含水层的采动影响较小,仅存在一般失水区,位于井田南部且范围较小。由于在研究过程中采用了相邻矿井的资料,因此对相邻矿井未来进行相关研究和煤炭开采有一定的指导意义。

采动影响下瓦斯综治巷围岩稳定性控制技术

控制采动影响下瓦斯综治巷围岩稳定性是高瓦斯矿井亟待解决的支护难题,通过理论分析、数值模拟、现场试验等方法探究了切顶卸压技术在潘三矿瓦斯综治巷稳定性控制的实施效果。理论分析得出瓦斯综治巷所在岩层处于工作面开采后形成的裂隙带层位,巷道周边原有集中应力与工作面侧向采动支承压力叠加,引起瓦斯综治巷应力环境恶化,且采动应力场起主导作用。数值模拟研究表明实施运顺切顶卸压技术措施后,巷道两帮应力集中程度降低,应力集中系数减小,围岩破坏程度减弱,破坏范围减小,有效地改善瓦斯综治巷围岩应力环境。现场监测表明,实施切顶爆破技术措施后,对瓦斯综治巷的卸压保护效果有一定滞后,首个切顶炮孔前100m范围内瓦斯综治巷仍变形明显,但变形量随着切顶范围的增大逐渐减小,巷道维护状态逐渐改善;首个切顶炮孔前100m范围以外,远场卸压及应力阻断效果明显,瓦斯综治巷基本无剧烈变形破坏情况,巷道维护状态良好。

采动影响下全煤回采巷道围岩稳定性模拟研究

采用FLAC 3D数值模拟软件,研究了采动影响下全煤回采巷道围岩稳定性,结果表明,回采巷道开挖后周边围岩体应力释放并向深部转移,在回采巷道周边出现应力集中现象。随着采动应力系数的增大,回采巷道周边围岩体垂直应力呈线性增加,且垂直应力集中位置距巷道中心呈线性增大;回采巷道开挖后顶板下沉、底板鼓起,随着采动应力系数的增大,回采巷道顶底板及两帮变形量均呈指数函数增大;回采巷道开挖后,周边围岩体表现出拉伸破坏和剪切破坏,回采巷道周边塑性区面积随采动应力系数的增加逐渐增大,且采动应力系数大于2.5时塑性区呈“蝶形”分布。

集气管线下压煤开采可行性及采动影响计算分析

针对榆林西部某煤矿井田内分布的4条集气支线影响井田开拓布局及高效安全开采的问题,分析了建(构)筑物下压煤开采可选开采方式。进行了不同工况下采动影响计算,分析认为在全厚开采不能满足集气管线安全运行的前提下,采用在管线保护煤柱范围内限厚开采(3.4m)的方式可实现管线安全运行的要求。可为类似开采条件下压煤开采提供参考。

何家塔煤矿50207工作面采动影响分析及开采优化设计研究

针对何家塔煤矿50207工作面地面村庄房屋压煤问题,根据工作面地质采矿条件,进行了不同工况下采动影响计算。根据计算结果分析认为在全厚开采不能满足地面房屋居住安全运行的前提下,采用在工作面内部分限厚开采(2.4m)的优化开采方式,可实现地面重点关注房屋的居住安全。本文研究可为类似开采条件下压煤开采提供参考。

近距离煤层采动影响及巷道合理位置研究

为研究近距离煤层下行开采时采动影响规律及下煤层巷道的合理位置,采用FLAC3D数值模拟手段,分析了上煤层开采时覆岩运移规律,研究工作面开采前后邻近巷道及小煤柱应力变化,对比了遗留煤柱下回风顺槽合理布置方式。研究结果表明:上煤层开采顶板扰动影响区域由下向上垂直应力逐渐由“拱形”转化为“梯形”再转化为“双峰”结构,顶板位移曲线向上分布呈现“碗状”结构;上煤层开采对本工作面巷道影响规律相似,下煤层靠近遗留煤柱的回风顺槽受采动影响应力集中更加明显;下工作面巷道采用内错布置式可一定程度减小受上煤层的采动影响,避免遗留煤柱应力集中作用,较外错和重叠布置更加稳定。

岳城矿预抽地面井采动影响数值模拟研究

为提高地面井抽采效率及优化地面井井位选择,基于岳城矿1301下工作面概况、岩层参数及综合柱状图,采用FLAC 3D构建岳城矿综采工作面数值计算模型,对采场覆岩运移规律进行模拟计算分析。通过模拟1301下综采工作面回采情况,分析了采动过程顶底板塑性区变化及覆岩应力变化规律,得到了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,并进一步分析了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,为预抽井井位优选提供了理论依据。

近距离煤层采动影响下巷道支护设计研究

山西省某煤矿属于高瓦斯矿井,矿方在近距离煤层开采前,于下组煤布置了瓦斯底抽巷,该巷道在上组煤开采前提供瓦斯抽采服务,在下组煤的回采期间将作为下组煤的回采巷道使用,巷道具有服务期限长、功能多的性质,其安全稳定性对矿山生产十分重要。研究中设计了该巷道的合理支护方案,并通过数值模拟软件FLAC3D分析了在巷道掘进和受采动影响条件下的围岩变形情况,研究表明:支护方案下的巷道在掘进、受采动影响的两种环境下,应力、变形和塑性区分布的情况均较无支护条件下得到了明显改善,此次研究为同类型巷道的支护布置提供了重要的参考依据。

采动影响下煤矿顶板岩层三维应力变化规律研究

煤矿采动过程中,由于应力集中密切会造成煤矿顶板岩层变形,从而导致三维应力发生变化,产生冲击地压等灾害。首先分析煤矿基本概况与地质环境条件,其次根据煤矿顶板岩层移动破坏分带构建煤矿顶板岩层三维应力变化数学模型,最后利用FLAC^(3D)有限差分软件数值模拟三维应力变化。实验结果表明,随着工作面推进,z轴正应力变化大于x轴、y轴正应力;x轴沉降值差距大于y轴、z轴沉降值差距;工作区推进至50 m时地表水平位移变化较大。研究成果可为缓解冲击地压,探寻优质矿产资源提供理论依据。