河流下综放工作面覆岩破坏特征和陷落柱防水煤柱留设研究

目的长平矿Ⅲ2317工作面在开切巷处揭露陷落柱,地表丹河流向与工作面推进方向一致,受采动影响,陷落柱内部水体及河水可能通过开采裂隙导入回采空间,从而造成工作面突水。针对以上问题,方法本文采用理论分析、数值模拟和现场观测等方法,对回采工作面覆岩“两带”高度、覆岩破坏特征和陷落柱煤柱留设宽度进行研究。结果结果表明:工作面顶板垮落带与导水裂隙带最大发育高度分别为18.38,93.85 m,河水对工作面不构成突水威胁;无煤柱开采时,陷落柱一侧顶板裂隙沿陷落柱胶结面向上高度发育;结合理论计算和数值模拟分析,确定煤柱宽度为35 m。工作面在留设35 m煤柱条件下安全完成回采,地表变形特征符合预期,最大下沉量达到4000 mm,回采过程中工作面未发生突水事故。结论研究结果可为类似条件下的煤层安全开采提供理论和经验支撑。

近距离煤层重复采动覆岩破坏规律及“两带”发育高度分析

为研究近距离煤层重复采动下覆岩破坏规律与“两带”发育高度,预防工作面开采过程中由导水漏风通道引起的工作面顶板漏水、采空区自燃等各种安全事故,以鄂尔多斯市某煤矿为工程背景,采用井下窥视法和数值模拟对近距离煤层开采后覆岩破坏规律以及“两带”发育高度进行分析,揭示了规律形成的原因。研究结果表明:在近距离煤层重复采动影响下,“两带”发育高度远超过上煤层开采,下煤层推进80 m时裂隙带最大发育高度为88 m,与地表贯通形成导水漏风通道;初次采动与重复采动时的裂采比分别为19.33、29.33;裂隙带的发育呈台阶式上升,阶段间的变化表现为激跳形式;覆岩的破坏表现为“拱形→帽形→马鞍形→外O内蝶形”;数值模拟及拟合公式所预测的“两带”发育高度与实测值之间误差率为1%左右,验证了预测的准确性,可为相似工作面的开采以及相似工程提供借鉴。

大采高综采覆岩“两带”高度综合探测研究

为获取大采高综采“两带”高度,促进煤炭资源安全、高效开采,以斜沟煤矿为工程背景,综合运用经验公式预估、现场试验探测和数值仿真计算,对18102工作面8#煤综采时的覆岩“两带”高度演化开展研究。结果表明:拟合得到的经验公式仅考虑了采厚因素影响,用于预测“两带”发育高度存在一定的局限性;现场钻探压水试验和瞬变电磁探测综合探测得到覆岩垮落带高度34.6 m,导水裂隙带高度74.8 m;分析了大采高综采时覆岩破坏高度、围岩应力场变化和位移场变化,“两带”高度数值计算结果与试验探测结果吻合良好。研究结果可为类似条件矿山的顶板管理、露头防(隔)水煤岩柱留设等提供参考。

榆树坡煤矿5^(#)煤首采工作面两带发育高度研究

煤矿开采会造成覆岩的破坏和变形,对煤矿安全生产构成严重威胁。基于晋北宁武煤田巨厚煤层综放开采条件下两带发育高度计算公式误差大、裂采比经验值缺失的情况,采用钻孔冲洗液消耗量分析、孔内窥视和联合微震的综合手段对榆树坡煤矿5^(#)煤首采工作面两带发育高度进行了探查,冲洗液消耗量分析表明两带发育高度最大值为205 m,裂采比为18.64;微震监测得出回采期间顶板裂隙发育高度216~219 m,裂采比19.64~19.91,此结论可为宁武煤田及周边矿区相似条件下的顶板防治水工作提供理论依据。

浅埋多煤层开采“两带”高度探测及覆岩力学性能分析

随着煤炭开采强度越来越高,采空区面积越来越大,“两带”高度的探测确定对于煤矿安全高效生产显得越发重要。采用钻孔冲洗液漏失量观测、钻孔水位观测、钻进异常现象观测、彩色钻孔电视观测等多种方法对青龙寺煤矿5^(-2)煤层上覆岩层破坏情况进行探测,综合分析确定青龙寺煤矿5^(-2)煤层综采工作面开采条件下的最大垮落带高度为17.0 m,垮采比为7.4,最大导水裂隙带高度为46.87 m,裂采比为20.4。同时对5^(-2)煤层上覆岩层的岩石力学性质测试并进行分析,将顶板覆岩岩性分为砂岩类岩层和泥岩类岩层两大类,在顶板以上70 m内,砂岩类岩层占比96.14%,自然状态下单轴抗压强度平均为67.82 MPa,覆岩属坚硬类型,具备坚硬顶板的特征。探测及力学分析结果可为青龙寺煤矿后续上行开采提供技术参考。

浅埋多煤层上行开采可行性及开采滞后时间分析

煤层群一般采用下行顺序开采,但有时需要采用上行顺序进行开采。青龙寺煤矿井田范围内上部煤层受火烧区影响,可采区域相对5^(-2)煤层较小,且在青龙寺煤矿井田西北部3^(-1)煤层受前期小窑开采影响,煤层完整性遭到破坏,将矿井的首采区布置于井田西部先期开采地段内的5^(-2)煤层中,上部煤层开采时即为上行开采。根据上行开采理论中的采动影响倍数法、“两带”高度判别法、围岩平衡法,结合青龙寺矿地质条件,对5^(-2)煤上部煤层的上行开采可行性进行分析,得出青龙寺煤矿上部各煤层(3^(-1)、3^(-2)、4^(-2)煤层)可进行正常的上行开采。并根据工程类比、经验统计、覆岩移动活跃期分析,最终得出上行开采滞后于5^(-2)煤长壁开采工作面的时间不少于9个月。分析结果为后续上部煤层上行开采提供参考及理论支撑。

矿区大采高综采覆岩“两带”发育特征研究

本文针对店坪煤矿9-204工作面开展了覆岩“两带”探测研究。采用电阻率动态监测法、双端封堵分段注水观测法和覆岩破坏电阻率动态监测法对9-204工作面顶板冒落带和导水裂隙带发育情况进行了综合探测,分析了三种方法的探测结果。基于概率积分法,讨论了大采高开采条件下地表沉陷特征与“两带”发育高度的关系。结合9-201工作面地质条件,设计了地表岩移观测站布设方案。本文研究结果可为矿区后续采高提升后采动预测与地表保护提供借鉴。

海湾煤矿“两带”发育高度数值模拟计算

【目的】研究海湾煤矿42211工作面顶板垮落带及导水裂隙带的发育规律,探查其对工作面回采的影响范围。【方法】在经验公式推导计算的基础上,运用FLAC3D数值模拟软件,模拟不同推进距离下垂直应力分布和拉应力场分布下的覆岩“两带”高度变化规律。【结果】通过FLAC3D数值模拟得出42211工作面的“两带”发育高度。【结论】数值模拟结果和经验公式的计算结果接近,研究成果可以为此类工作面实测“两带”发育高度提供参考。

采煤工作面覆岩“两带”发育高度探测研究

煤层开采后,覆岩发生变形、移动和破坏并形成“两带”(垮落带、导水裂缝带)。当“两带”沟通上部含水层时,将使沟通的含水层间发生密切的水力联系,对煤矿的开采造成较大影响。该文以宁夏银星一井111211工作面为研究对象,通过钻探取芯、钻孔冲洗液消耗量观测、钻孔彩色电视影像实测及采用现行规范公式计算验证等手段和方法,研究十二煤层采空条件下覆岩的变形及破坏规律,确定十二煤层“两带”发育高度。研究结果表明,十二煤层采空后的导水裂缝带高度为53.35 m,裂采比15.69∶1。垮落带高度为12.79 m,垮采比3.76∶1。探测研究成果,对采掘工作面充水水源的辨识、上覆含水层对工作面充水影响的评估、防隔水煤(岩)柱设计及采煤工作面顶板水患灾害防治提供依据和指导,实现水体下安全生产,提高煤矿生产能力和安全生产管理水平有着重要的意义。

河下采煤“两带”微震监测应用研究

为确定河下煤矿工作面回采后上覆岩层“两带”发育高度范围,采用微震监测技术对工作面回采前后上覆岩“两带”发育过程与高度进行了定性与定量预测,并在此基础上对传统验公式进行修正。结果表明:微震监测方法可以实现顶板“两带”发育高度的有效探测,监测得到的杨村煤矿325工作面顶板最大垮落带与裂缝带高度分别为38.5m与90.01m,满足《三下采煤规范》要求,可以实现河下安全开采。

鹰骏三号井田2煤层顶板“两带”高度数值模拟研究

本文针对鹰骏三号井田范围内2号煤层顶板导水裂隙带研究较为薄弱的现状,通过FLAC3D数值模拟揭示了11201工作面上覆岩层移动和破坏规律,预测了2号煤层开采后上覆岩层内“冒落带”和“导水裂隙带”的发育高度,并采用经验公式对其覆岩“两带”高度进行计算分析。研究结果表明,FLAC3D数值模拟计算结果与经验公式结果基本一致,为煤矿防治水及安全开采技术措施制定提供可靠参数。

厚煤层高强度综放开采覆岩“两带”发育高度研究

鉴于采空区覆岩“两带”高度发育状况对煤矿瓦斯治理、水灾防治以及顶板管理均具有重要的应用价值,运用理论计算和现场实测的综合手段,在古汉山矿1604工作面进行了厚煤层、高强度、综放开采条件下的覆岩“两带”发育高度研究分析。结果表明:覆岩“两带”观测的有效方法是井下仰孔分段双端封堵测漏技术,其突出特点是准确性较高、成本低、操作简易等;古汉山矿首个综放开采面采场覆岩实测出导水裂隙带高度为67.3 m,导高与采厚比为12.23。实测结果与经验公式计算结果比较吻合,为该矿其他工作面的安全开采、顶板支护及其水害防治工作提供“两带”高度参考。

载荷作用下“两带”发育高度规律研究

为研究不同厚度松散层覆盖下的采动覆岩破坏规律,运用FLAC3D数值模拟和理论计算分析了不同载荷作用下的垮落带和导水裂缝带的破坏高度。研究结果表明:当载荷为0时,垮采比为12.5,裂采比为42.5;载荷为2 MPa时,垮采比为13,裂采比为86.5;载荷为4 MPa时,垮采比为13,裂采比为116.5;载荷为6 MPa时,垮采比为13.5,裂采比为>125;随着载荷的增大,垮落带高度基本不变,导水裂缝带高度逐渐增大,且变化率逐渐降低;理论计算结果显示,垮采比为2.2~4.6,裂采比为10.7~16.3;“两带”高度预计经验公式未考虑载荷(埋深)作用,其理论计算“两带”高度结果与数值模拟结果相差较大。

孟村煤矿采空区覆岩“两带”高度观测及计算

煤层采后覆岩导水裂隙带发育高度不同,会引起煤层上覆不同含水层的水体涌入井下,准确探查煤层开采后“两带”发育高度对煤矿防治水工作具有重要的指导意义。采用钻孔冲洗液漏失量观测法结合彩色电视窥视法,对孟村煤矿401101工作面进行了“两带”高度的探查,综合确定裂采比为18.6,冒采比为4.3。同时,通过对1411孔洛河组水位的跟踪观测,总结出了随着工作面的推进,导水裂隙带发育的规律,即随着工作面采后距离的增大,覆岩破坏形成的导水裂隙带最高点也继续向上移动。期间可能存在短暂的裂缝弥合,随着工作面的继续向前推采约97 m(1个月),导水裂隙带发育完成。实践表明,冲洗液消耗量观测和彩色电视窥视2种方法相结合,可以对“两带”发育高度观测结果进行对比和印证,是有效确定“两带”发育高度的技术手段。

银星一号井十八_(上1)煤采空后十三煤上行开采可行性研究

为确定银星一号井18_(上1)煤开采后13煤上行开采的可行性,选取18_(上1)煤11采区1118_(上1)04工作面为测试地点,综合运用比值法、“三带”判别法及围岩平衡法进行对比分析。比值法计算得到采动影响倍数K=27.95;理论计算“两带”最大高度为46.33 m;围岩平衡法分析得出上行开采的最小高度为27.41 m,均小于层间距92.23 m。通过现场打钻探测18_(上1)煤开采后,裂缝带发育高度为51.16 m,探测结果与理论分析相吻合,证明了13煤上行开采可行。

高强度开采覆岩运移特征与机理研究

随着我国煤炭开采重心的西移,高强度开采已在西部省区大规模开展并将持续进行。通过研究亿吨级煤炭基地分布、服务定位、开采规模、地质条件及典型高强度开采煤矿覆岩运移观测数据,论述了高强度开采覆岩的破坏变形特征及其区域环境影响,给出了高强度开采覆岩"两带"高度计算公式。基于高强度开采工作面覆岩短时间产生剧烈破坏、非连续变形明显、不产生"蠕变"等基本特征,结合相似模拟及理论力学分析,系统论述了高强度开采覆岩的运移过程,提出了三维立体空间条件下的高强度开采覆岩运移的"弹性薄板"+"平行压力拱"复合机理模型,该机理模型合理揭示了高强度开采覆岩的运移过程和机理。

综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析

当前所依据的《三下采煤规程》中没有预计综放开采工作面覆岩破坏高度的经验公式,为了合理留设特厚煤层综放开采工作面露头区安全保护煤岩柱,有必要建立适用于综放开采工作面覆岩导水裂缝带和垮落带高度计算的经验公式。依据项目的实测"两带"成果,并且收集了40余个"两带"孔的综放开采工作面不同硬度类型覆岩的"两带"高度数据,采用数理统计回归分析的方法,得出了适用于综放开采工作面中硬、软弱覆岩条件下的"两带"高度计算的经验公式,并进行了实用性分析。研究成果对含水层下特厚煤层综放开采工作面浅部安全开采和保护煤岩柱的合理留设有指导意义和实用价值。

红柳煤矿大采高综采覆岩“两带”高度的综合探测

为获取软覆岩综采一次采全高工作面"两带"高度,以神华宁煤集团红柳煤矿1121工作面为例,综合运用地表钻孔冲洗液漏失量观测、钻孔彩色电视观测和井下瞬变电磁法物探3种技术手段,对采空区上覆岩层"两带"高度进行了探测。综合探测结果表明:缓倾斜(煤层平均倾角8.5°)、厚煤层(采高5.0 m)、软覆岩,综采一次采全高工作面垮落带高度为煤层厚度的8.55倍,导水裂缝带高度为煤层厚度的12.51倍。3种探测技术手段都是对"两带"高度的直接观测,但在精度上存在较大差异:钻孔彩色电视观测最优,可精确到米级以内;钻孔冲洗液漏失量观测次之,可以获得较为精确的数据;瞬变电磁物探观测最差,仅能确定大致的范围。

基于两带高度的瓦斯抽采钻场设计

为解决上隅角瓦斯超限问题,在曙光矿1208工作面材料巷采用裂隙带钻场边抽边采技术。通过经验公式计算和UDEC数值模拟,对1208工作面两带高度进行分析,确定了1208工作面垮落带高度为16m,裂隙带高度为30m。根据两带高度对1208工作面进行了瓦斯抽采钻场设计,并应用于现场实践,结果表明,1号钻场平均瓦斯体积分数39%,通过裂隙带瓦斯抽采,1208工作面与材料巷瓦斯浓度始终控制在1%以下,上隅角也始终未超限,裂隙带钻场瓦斯抽采效果显著。

近距离多煤层重复采动“两带”高度预计方法改进

为解决"三下"采煤规程中近距离煤层组综合采高M_Z计算公式在上下煤层间距较大时计算结果失真问题,基于开采沉陷规律和时间效应,研究并提出了2层及以上近距离煤层组(群)开采时"两带"高度预计方法,即导水裂缝带和垮落带。研究结果表明:根据煤层采高M、垮落带高度H_k和煤层间距h,近距离煤层组又可划分为较近距离煤层组(M<h≤H_k)和极近距离煤层组(0≤h≤M);近距离煤层组(群)折算采高M_(ZS)为将采煤层采高加上由已采煤层和煤层间距折算的采高,极近距离煤层组还需考虑时间因素;基于M_(ZS)提出了"判别煤层组类型—计算折算采高—确定‘两带’高度"三步法的近距离煤层组(群)开采"两带"高度预计方法及预计公式。实际工程应用验证该方法更为合理、有效,可为水体下多煤层安全高效开采提供了技术支撑。