近距离煤层内错开采上下双层位煤柱稳定性研究

近距离煤层上下煤柱叠加,双煤柱稳定性关系到煤柱留设的成功,通过理论计算分别推导出内错时上窄下宽双层位煤柱的载荷与煤柱合理宽度计算公式。分析上窄下宽双层位煤柱稳定性影响因素为上下煤柱宽度比、上下煤层开采厚度比、上下煤层采空区宽度比,得出:随着下、上煤柱宽度比的增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递减,下、上煤柱宽度比一定时,下煤柱荷载随着采空区宽度增加而增大;随着采空区宽度的增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递增,采空区宽度一定时,下煤柱荷载随着下、上煤柱厚度比增加而增加;随着下、上煤柱厚度比增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递增,下、上煤柱厚度比一定时,下煤柱荷载随着下、上煤柱宽度比增加而降低。

中近距离煤层多采空区回采巷道底鼓变形机理

为了研究不同煤层开采间巷道底鼓的变形破坏机理,以肖家洼矿221303材料顺槽为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测协同的手段,利用FLAC3D对该巷在多采空区下底板偏应力云图、位移及应力张量分布特征进行对比,结果表明:上层煤层120801工作面与邻近221301工作面采空后叠加的采动应力使221303材料顺槽周围的最大偏应力为11.2MPa,最大主应力比值为4,处于高偏差应力带内,为该顺槽煤壁片帮,底鼓剧烈提供了必要的应力环境。120803工作面回采过程中引起偏应力重分布,沿采空区遗留煤柱转移至顺槽,导致掘进过程中底鼓剧烈。

煤矿不规则残采区沿空巷道煤柱留设及支护研究

为更科学合理地留设不规则残采区沿空巷道煤柱与有效控制巷道围岩,本文基于山西某矿3306工作面工程概况,通过进行数值模拟与进行现场实测,确定出了沿空掘巷煤柱合理宽度;优化了巷道支护方案,采用了高强度高预应力锚网索进行联合支护,应用该联合支护方案后,该巷道的顶底板移近量变小,两帮移近量也大幅变小,符合了矿井安全生产要求,取得了较好的巷道支护效果,有效控制了巷道围岩变形,更好地保障了矿井安全生产。

注氮防灭火技术在综采工作面回采期间的应用

针对薛虎沟矿2-113综放工作面上隅角出现CO有害气体的问题,结合现场实际情况采取注氮防灭火技术对采空区遗煤自燃进行治理,取得良好效果,经治理后工作面上隅角CO气体浓度从23ppm左右基本降为零,保证了工作面的安全回采。

过采空区叠置“三带”定向钻井技术研究

贵州煤炭资源量大,经长期开采,形成大面积采空区,采空区下伏煤层气资源量丰富,但开发利用率低。主要原因为贵州地区地面条件复杂、煤系地层纵向跨度大、煤层发育具有多薄等特点。在采空区钻井抽采上覆煤层卸压瓦斯及下伏煤层气时,采用常规钻井技术成井较为困难,易发生井下复杂事故,导致贵州地区对煤矿采空区内煤层气资源的开发利用较少。为了抽采采空区上覆煤层卸压瓦斯及充分利用采空区下伏煤层煤层气资源,探索多煤层采空后上覆煤岩层叠置“三带”在纵向发育特征及底鼓煤岩层应力变化规律就显得尤为重要。以贵州盘江矿区山脚树矿为例,实施1口过采空区多煤层定向试验井。结果表明:在贵州特殊地质条件下在煤矿采空区实施定向井抽采上覆煤层气卸压瓦斯及下伏煤层煤层气具有很好的经济性。同时通过该井的成功实施,首先探明了盘江矿区多煤层采空后“叠置”三带在纵向上的发育特征,其次成功获取了煤矿采空区下伏煤层煤层气抽采关键地质及工程技术参数,实现了采空区煤层气资源利用最大化,为后续在盘江矿区乃至整个贵州地区开展采空区瓦斯卸压抽采及下伏煤层煤层气开发提供了宝贵的工程经验和技术支撑。

鲁南高铁菏曲段区域地面沉降的防治

区域地面沉降已成为近年来影响高铁达速运营的关键原因之一,鲁南高铁菏曲段建设过程中通过开展变形观测发现部分地段观测数据长期不能收敛,结合沿线水井、矿井排查和InSAR解译成果,确定沉降因素主要为地下水开采和采空区影响。本文分别论述了地下水开采和采空区对区域地面沉降的影响,在鲁南高铁菏曲段建设经验基础上总结了预防和整治措施,可为其他高铁建设控制区域地面沉降提供参考。

台头前湾煤矿沿空留巷小煤柱合理宽度分析

以台头前湾煤矿2S202-1综采面小煤柱沿空留巷为研究背景,采用理论计算得出合理的煤柱宽度为7.2 m;利用数值模拟软件分析了沿空留巷后不同煤柱宽度下的巷道围岩应力分布特征及塑性破坏区范围;结合现场实际生产条件,最终确定出小煤柱宽度为10 m;根据现场条件,拟定沿空留巷支护方案;应用表明,该煤柱宽度和支护方案下的巷道变形量小,满足矿井正常生产需求,取得了良好的经济效益。

白家庄煤矿垮落法残采区上行开采相似模拟实验研究

针对白家庄煤矿垮落法残采区上覆煤层开采问题,通过室内相似模拟实验研究发现,受两次采动影响,上行开采层间岩层出现了裂隙产生、扩展甚至贯通的过程,导致其层间岩层发生了结构性变化。掌握了垮落法残采区上行开采层间岩层的应力传递规律,再现了垮落法残采区上行开采层间岩层受两层煤开采共同影响作用下的移动变形全过程和岩层结构演化过程,揭示了垮落法残采区上行开采层间岩层存在块体梁-半拱结构控制层的结构机理与其力学特性。

煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响

为了研究煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响规律,基于工程结构波动理论,从地震的加速度和位移变化角度,对煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响进行系统的定量分析;得出了煤矿采空区地震波的变化。根据结构动力学理论,建立煤矿采空区岩层的动力学方程,利用有限元软件定量地研究了在不同工况下煤矿采空区场地在地震作用下的响应规律,得出如下结论:煤矿采空区的存在降低了地表的位移和加速度峰值,明显改变了场地地表的动力反应特性。岩土介质的松散度和破碎度得到增加,降低了地表的地震动力响应。

煤矿采空区四维地震勘探技术研究

通过对煤矿采空区地震地质条件分析,在野外采集参数,资料处理方法上进行充分试验,获得了采空区范围内高信噪比、高分辨率的地震资料。在时间剖面上准确刻画了采空区边界;采空区下部薄煤层反射波连续性好分辩率高;通过四维地震资料对比,可以观测到采空区内部塌落岩层的压实程度及均匀性;该技术可为煤矿安全生产、预防和治理煤矿塌陷区地质灾害提供地质依据。

煤矿采空区下组煤三维地震勘探技术

利用三维地震勘探技术探测老窑采空区的位置和范围,已取得了很好的效果,但是对于采空区下组煤的探测,还处于探索阶段。总结了采空区下组煤地震反射波特征,分析了影响下组煤探测效果的主要因素,提出了采取"高覆盖次数、单深井激发、大药量、中低频检波器、变观"等手段,可以获得具有较高信噪比的下组煤层地震信息,说明三维地震方法探测采空区下组煤是可行的。

拱形结构注浆控制煤矿采空区地表沉陷的机理初探

拱形结构注浆是一种新型的煤矿采空区注浆施工方法,该方法与采空区充填注浆的不同之处在于:它不仅从材料学角度加固地层,更重要的是结合结构力学原理,用拱形结构来承载上覆土压力和阻隔采空区上覆岩层变形向地表扩展。利用数学力学分析法和数值模拟法初步探讨了拱形结构注浆控制煤矿采空区地表沉陷的力学机理,得出了拱形结构注浆的相关注浆参数及其之间的数学关系,以及理想状况下的注浆效果,为进一步研究该注浆方法的关键技术奠定了基础。

榆家梁煤矿多煤层开采矿压显现规律研究

通过神东矿区榆家梁煤矿4^(-2),4^(-3)和5^(-2)近距离煤层群分层同采的实测对比,分析了近浅埋煤层群开采下煤层过采空区和煤柱的矿压显现规律,以及不同面宽、不同采高工作面的矿压显现变化规律。研究表明,下煤层开采过上煤层采空区时,工作面来压步距变短,强度平均增大29.0%.下煤层工作面过上煤层煤柱时的矿压影响最大,煤柱影响区的支架载荷增幅达41.4%.相同面宽条件下,随着采高的增大,工作面支架载荷增大。在工作面宽度为240~360 m范围内,宽度变化对矿压影响不明显。

注浆法在公路下伏煤矿采空区治理工程中的应用

根据我国近十年的工程实践 ,总结了高等级公路下伏煤矿采空区治理的机理和施工技术 ,以及治理的标准、采空区注浆治理的范围、质量检测等基本内容。分析与评价了煤矿采空区地面注浆技术的特点 ,提出了公路下伏煤矿采空区注浆治理存在的问题及解决的方法 ,以期为今后类似工程地质条件下的治理工程提供可借鉴的经验。

铁路采空区工程地质勘察及稳定性评价

研究目的:采空区已经成为影响铁路方案的重要不良地质因素,因其工程地质条件非常复杂而对铁路工程稳定性具有重要影响。当铁路穿越采空区时,通过采用综合工程地质勘察方法及运用铁路保护煤柱方法,评价其对铁路的影响,为铁路安全边界范围确定及采空区加固处理设计提供可靠的依据,进而满足铁路工程的沉降控制要求。研究结论:(1)铁路采空区勘察在充分利用煤矿采掘资料的基础上,通过采用物探及钻探的方法进行详细勘测,相互验证,相互补充,综合确定采空区的边界范围;(2)根据勘察揭露煤层埋藏深度,利用空间几何关系,得到煤层的产状;(3)通过综合勘察成果,采用铁路保护煤柱的设计方法评价铁路的稳定性及其安全边界范围,对采空区安全边界范围内采用注浆加固处理,能够满足铁路沉降控制要求;(4)本文可以为类似采空区工程地质勘察及稳定性评价提供一定的指导及参考。

煤层采空区铁路工程地质综合勘察技术研究

研究目的:在高速铁路、客运专线和铁路路网配套建设中,线路经过地段往往难以绕避一些时间久远、分布无规律且地面痕迹不明显的小煤窑等古老采空区。此类采空区对铁路建筑物的危害极大,如何准确地查明其空间位置、塌落、回填和充水情况、残留的有害气体成分和分布情况等,一直是困扰铁路工程地质勘察的一大难题。本文以赣龙复线铁路小密隧道出口段为工程实例,采用综合勘察技术查明采空区复杂的工程地质条件,取得合理的岩土参数,为采空区加固处理设计提供可靠依据。研究结论:(1)采用地质调绘、综合物探、结合必要的地质钻探、综合测试,并通过综合分析、研究等综合勘察技术可准确查明采空区复杂的工程地质条件,取得合理的岩土参数;(2)小密隧道施工已近四年,经施工验证,采空区地质勘察成果与实际地质条件相当吻合;(3)提出了铁路工程采空区综合勘察存在的问题和相关建议;(4)本研究结论可为类似采空区工程地质勘察提供一定的指导和参考。

某高速公路下伏煤矿采空区稳定性分析

在论述某高速公路下伏砦脖煤矿采空区地质、采矿和工程地质特征的基础上 ,进行了稳定性数值模拟分析 ,定性与定量地分析与评价了该煤矿采空区的地表变形特征及稳定性。研究结果表明 :该煤矿采空区的变形尚未完成 ,对拟建的高速公路将产生很大的危害 。

物探方法在煤矿采空区的应用

地球物理方法是探测煤矿采空区的主要手段之一,论文主要通过对煤矿采空区引起的"三带"的分析,并论述了其弹性波、电等地球物理特性,阐述地震发射波、微动面波、高密度电法、瞬变电等物探方法在煤矿采空区勘探中的应用,为减少地质灾害、环境评价、水文地质分析提供可靠的依据。

深部沿空掘巷肩角锚杆破断机理分析

针对深部沿空掘巷肩角锚杆破断问题,通过建立肩角锚杆力学模型,分析肩角锚杆在围岩变形破坏影响下的杆体受力特征,得出锚杆剪力沿锚杆长度分布曲线,揭示了深部沿空掘巷肩角锚杆破断机理,认为W钢带对锚杆的剪切力是造成锚杆破断的主要原因;运用FLAC3D数值模拟软件进行计算,得出锚杆受力曲线与力学分析基本一致,有效验证了理论分析的可靠性.提出采用钢带托盘代替"W"钢带的改进措施,并成功应用于工程实践,肩角锚杆破断显著减少,保证了深部沿空掘巷围岩的支护效果.

煤炭自燃标志性气体预测指标的实验研究

设计并研制了氧化热解实验模拟装置,通过对峰峰矿区小屯矿工作面采空区煤样的氧化热解模拟实验,绘制了各氧化热解气体CO2、O2、C2H6和CO等气体浓度随温度的变化曲线,并对其分析找出了该矿采空区煤炭自燃的标志性气体预测指标,从而为掌握工作面采空区煤炭自燃的规律和制定有效合理的煤炭自燃发火的防治措施提供依据,为煤矿的高效生产提供安全保障。