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。

大采深综放开采覆岩移动规律离散元数值模拟研究

为研究大采深综放开采条件下地表移动变形过程中上覆岩层的演化机理,在分析陈家沟煤矿八采区8512,8513综放工作面地表移动观测数据的基础上,确定了覆岩关键层特征参数及其控制作用,并应用3DEC离散元数值模拟软件,模拟同等开采条件下,多工作面开采后覆岩移动变形特征。通过方差与回归分析法分析模拟数据与实测数据的置信度为0.95,保证了模拟参数的科学性与合理性。模拟结果表明:工作面宽深比为0.24时,关键层2以下的岩层均断裂破坏,关键层2起着控制覆岩沉陷的作用,关键层2以上岩层在移动过程中还会出现离层结构,到达地表的沉陷量小于关键层2的挠曲量;工作面宽深比为0.48时,关键层2底部破断、结构失稳,会产生下沉突变;工作面宽深比为0.72时,关键层2完全破断,但由于关键层2上覆厚泥岩的作用,抑制导水裂缝带的发育,发育高度基本趋于稳定,高度为196 m,裂采比为16.3;工作面宽深比为0.96时,覆岩关键层2与其下伏岩层之间的离层闭合,关键层2的铰接结构范围在横向扩展的同时也伴随着整体下沉,关键层2下伏岩层破断后持续密实到一定程度之后,就不再继续下沉,只是随着开采范围扩大,下沉盆地横向发育,此时地表基本达到充分采动状态。此成果能够为该矿“三下开采”评价提供理论依据,为后期开采提供科学性指导,为大采深综放开采条件下地表移动变形规律提供理论参考。

孤岛工作面顶板矿压分布特征研究

为了解孤岛工作面在形成前及回采过程中顶板压力情况,以某矿2321工作面为例,应用FLAC3D数值模拟方法分析其顶板在两侧工作面开采之后及在回采过程中的应力分布情况。结果表明,当两侧工作面在未回采到测线处时,其顶板上的应力值大小近似于原岩应力;采过测线后,应力随之增大,最终保持稳定。此时顶板上方应力为1.3~2.0倍原岩应力,且应力集中主要分布在两侧。回采期间,当工作面开采130m时,超前压力最大值为43 MPa,出现在距煤壁11m处左右。

近距离煤层重复采动对坡体稳定性的影响

为研究近距离多煤层重复开采对坡体稳定性的影响,以岔角滩煤矿二采区为研究背景,选取具有明显特征的V号坡体为研究对象,建立力学模型,在天然坡体稳定系数计算公式的基础上,修正给出了采动坡体的稳定系数计算公式。此外,结合数值模拟方法计算分析C19,C20煤层依次开采和一次性开采等厚煤层情况下对地表坡体稳定性的影响。结果表明,天然状态下处于稳定的地表坡体在受到C19,C20两层煤依次采动后,坡体稳定性系数分别为1. 03和0. 80.模拟开采等厚煤层结束后,覆岩破坏发育高度约为120 m,地表浅处松散层发生局部破坏;在C19煤层回采结束后,覆岩塑性破坏区发育高度约为80 m,未波及地表,坡体仍处于稳定状态;在C20煤层回采结束后,覆岩塑性破坏区发育高度为150 m,地表松散层和基岩风化带整体破坏,坡体稳定性差。当开采单一煤层时,覆岩裂缝发育最大高度为35～40倍采高,对坡体的影响相对较小。近距离两层煤依次开采后,加剧了覆岩破坏,使得坡体失稳。

建筑物及承压水下大采深开采安全性研究

为了研究建筑物及承压水下大采深安全开采可行性,依托高家堡煤矿的地质采矿条件,理论计算得出条带开采参数。应用岩层承载能力和岩层破断距确定关键层与含水层的相对位置关系,建立数学模型,提出开采宽度影响关键层稳定性的判断准则。进一步对该矿工作面开采后关键层及煤柱稳定性进行理论分析,采用FLAC3D模拟计算设计条带参数。结果表明:在建筑物及承压水下大采深开采,理论计算得出开采宽度未影响主关键层稳定性,留设煤柱稳定性良好,模拟出裂采比为18,地表最终呈单一平缓下沉盆地,满足建筑物及承压水体下安全开采的要求,对解决初期矿井接续紧张和保障安全生产至关重要。

黄土沟壑区采动滑坡变形规律分析

针对矿区开采引起黄土沟壑区滑坡、地裂缝等自然灾害发生的问题,基于韩家湾煤矿采矿地质条件,整理了矿区地表观测点的监测数据,地表监测结果显示,工作面从开采到停止总体经历启动期、活跃期、衰退期,开采初始阶段,矿区地表移动变形不明显;当12106工作面推进距离介于13 m与109 m之间时,地表移动变形产生剧烈变化,且最大下沉量可达1 963 mm,容易引起滑坡灾害发生。同时选取了韩家湾煤矿坡体岩土物理力学参数,运用FLAC^(3D)软件模拟矿区在不同边坡角度情况下地表滑坡灾害形成机理,工作面开采导致上覆岩层结构被破坏,下沉盆地整体向中心偏移,坡体受到拉伸和压缩变形产生塑性破坏。研究结果表明,当边坡倾角大于60°时,坡体位移不均匀,位移大的部位岩层失去支撑,导致滑坡灾害发生;当坡角小于30°时,基岩面形成滑动面发育至地表,滑坡灾害发生可能性较小。

大采高综采工作面支架合理工作阻力研究

针对大采高综采工作面矿压显现剧烈现象,对神东矿区上湾矿大采高12106综放工作面支架工作情况进行了分析研究。12106工作面共布置151台支架,通过对支架工作阻力监测数据分析,得出工作面顶板周期来压步距平均值为21.1 m,来压时工作面支架循环末阻力均值为13 914 kN,支架初撑力均值为11 819 kN,未达到额定初撑力;采用"四一法则"对已采工作面的合理工作阻力进行核定,通过现场实测数据结合理论计算,得出12106工作面支架的合理工作阻力为18 000 kN。

密集建筑物下大采深条带开采研究

为了研究密集建筑物下大采深条带开采方案的合理性,以高家堡煤矿一盘区为研究背景,选取朱家沟村庄下开采为研究对象,基于概率密度函数基本理论分析条带采宽和留宽的合理范围并提出方案。在保证地表村庄建筑物不发生破坏的前提下,应用威尔逊理论对各个方案的煤柱稳定性进行初步筛选。应用FLAC3D数值模拟,对不同采、留宽条带开采参数及开采地表移动变形进行了预计模拟以确定最终方案,并通过地表沉陷预计软件(YLH-12)进行验证。研究结果表明,条带开采采宽取120m,留宽130m,能够实现在地表村庄建筑物下的安全经济开采。