含正断层倾斜煤层底板变形特征及开采危险性研究

为研究含正断层倾斜煤层开采时受断层的影响,通过数值模拟对工作面推进过程中底板变形特征进行研究,同时监测断层面的应力和位移量变化对开采危险性进行分析。结果表明:工作面推进时,靠近断层面的底板破坏深度约为完整底板的2倍,上盘底板塑性破坏区比下盘范围更广,深度更大;对垂直应力变化分析,开采上盘煤层时对煤层和煤层底板影响较大,而开采下盘煤层时对煤层顶板和煤层影响较大;垂直位移量在煤层底板和煤层处具有明显变化,煤层底板变化较小;煤层开采易导致断层活化,尤其位于煤层顶板和煤层附近的断层带表现最活跃,冲击地压更容易发生在此区域内,而煤层底板处所受影响较小。

不同顶板关键块破断结构对沿空巷道围岩稳定性的影响

在实际工程中巷道与破断顶板通常有3种不同空间位置的结构特:巷道位于破断顶板断裂线下方;巷道位于破断顶板断裂线内部;巷道位于破断顶板断裂线外部。通过FLAC 3D模拟巷道开挖前后关键块结构的变形与力学特征,得出3种结构下顶板关键块与巷道围岩相互作用的时空演化规律,结果表明,3种空间结构形式的破断顶板对围岩压力的影响程度逐渐减小。巷道位于破断关键块断裂线下方时,煤柱侧支撑压力最大;巷道位于破断关键块断裂线内部时,煤柱侧支撑压力比前者稍低,但两者都存在单斜面剪切破坏的风险,并且此类巷道煤壁侧支撑压力范围最大,底板出现应力叠加区进而引发大范围底鼓。当巷道位于破断顶板断裂线外侧时,中位关键块处于完全垮落态势,对巷道围岩垂直方向的力学传递机制减弱,围岩最为稳定。

悬顶采空区分类分区勘探及防控技术研究

为了解决悬顶采空区突然塌陷的安全隐患,将悬顶采空区划分为同煤层、上部煤层、下部煤层及地表建(构)筑物下4类类型,按照隔离煤柱及密闭、压架、蹬空开采、建(构)筑物等典型要素的危险性划分为危险区、较危险区和一般危险区。针对4类悬顶采空区致灾因素进行了勘探技术研究,设计了几种典型勘探技术,采用单点地震法和矿井瞬变电磁法对隔离煤柱/密闭厚度进行探测,采用地震波CT和槽波地震法对应力集中区进行探测,采用矿井瞬变电磁法对“两带”发育高度进行探测、采用高密度电法对建(构)筑物下悬顶采空区范围进行探测,为后续评估、治理提供了依据。针对悬顶采空区提出了几种典型治理与监测技术,采用水力致裂卸压防治上部悬顶采空区对下部煤层综采压架,采用隔离煤柱加固技术对同煤层悬顶采空区进行治理,采用地表岩移监测和井下受威胁区域监测技术监测悬顶采空区。

双煤层协同开采矿井防冲优化设计

针对双煤层协同开采矿井区域防冲优化设计问题,以纳林河矿区陶忽图煤矿为工程背景,分析得出矿井当前开采设计方案存在的主要问题,包括保护层选择不合理、开切眼或终采线外错、部分区域位于保护范围外、丢失三角煤、对矿井后期大巷保护煤柱的回收不利和矿井前期采掘过于集中等。针对这些问题,从冲击地压防治角度出发提出优先开采2-2煤层作为3-1煤保护层,对大巷布置、工作面布置等进行调整并给出了单翼和双翼双煤层协同开采优化设计方案。并基于矿井地质及开采技术条件,结合相关标准和规范,计算得出矿井双煤层协同开采合理错距和滞后距离:合理倾向错距为30 m,走向错距为47 m,3-1煤层工作面回采应滞后2-2煤层工作面1200 m。

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。