海孜煤矿深部勘查区中组煤层气储层物性特征分析

【目的】煤层气储层的物性特征是进行煤层气开发研究的关键因子。【方法】重点对海孜煤矿深部勘探区域中组煤储层的物性参数进行调查,以对井田内中组煤储层物性特征进行研究。【结果】研究表明,煤层的物性特征适宜开采,其中有机显微组分占优,无机显微组分次之。该煤层含气量多,虽然煤层渗透率相对较小,但符合煤层气开采条件。煤层开采时的吸附作用一般,但有利于煤层气储集和缩短煤层气的开发周期。【结论】研究结果可为该研究区煤层气抽采提供可靠的技术参考。

倾斜煤层群覆岩“三场”非对称特征及靶向抽采机制

倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获得了覆岩应力演化特征,分析了覆岩位移分布和移动方向特征,阐明了采动裂隙分布特征。进而探究了三场演化规律对瓦斯运移的影响,并开展了定向钻孔瓦斯抽采现场试验进行验证。研究结果表明:倾斜煤层群多重采动下,采动裂隙矩形梯台呈现明显的非对称特征。低位侧覆岩应力变化较大,随开采次数增加,卸压效应更为明显,而高位侧覆岩应力变化较小;结合重力−倾角效应,高位侧覆岩更易破坏,垮落次序优先,呈非对称特征。覆岩位移分布呈非对称特征,高位侧位移显著且移动方向变化较大。高位侧裂隙区网格内采动裂隙频数明显高于低位侧;高位侧裂隙区破断裂隙分布更多,且开度较大;采动裂隙呈“高位扩展−低位压缩”的非对称特征。多重采动使得“三场”非对称特征更为显著。此外,覆岩贯通度存在“慢速减小−快速减小”的现象。基于“三场”演化特征和瓦斯运移的关系,揭示了瓦斯抽采靶向优选机制。结合试验结果,构建了基于“三场”演化规律的裂隙带瓦斯抽采靶点区判定流程。现场瓦斯抽采效果良好,保证了工作面安全高效回采。研究结果为倾斜煤层群卸压瓦斯精准抽采提供了理论参考,旨在提高倾斜煤层群瓦斯抽采量,防止上隅角瓦斯超限,实现倾斜煤层群安全高效开采。

济宁煤田鹿洼煤矿上组煤层水文地质特征分析

鹿洼煤矿已开采上组煤20余年,水文地质条件发生了变化,为了总结影响鹿洼煤矿上组煤开采的水害因素,在研究济宁煤田和鹿洼煤矿矿井水文地质条件的基础上,对上组煤层开采的充水因素进行了分析,并根据多年监测数据,利用“大井法”公式反演求解了导水裂隙带含水层渗透系数,采用解析法和比拟法预测了矿井涌水量。研究结果表明,鹿洼煤矿开采上组煤的主要充水水源为第四系下组下段孔隙水、老空水、侏罗系砂砾岩水、3煤顶底板砂岩水、三灰水和奥灰水,主要充水通道为断层、采动裂隙、封闭不良钻孔、岩溶陷落柱等;采用解析法预测的上组煤层正常涌水量为158.5 m^(3)/h,符合矿井实际,但建议采用比拟法预测的上组煤层正常涌水量219.23 m^(3)/h,最大涌水量328.85 m^(3)/h,提出了矿井水害防治建议。

矿区践行生态文明建设高质量发展总体设计及案例

科教融合、产教融合立体化平台已成为推动生态文明建设和高质量发展的重要途径,各地政府出台了一系列支持政策,鼓励企业与高校合作,加强人才培养和科技创新。本文采用文献资料法、案例分析法和比较研究法等,在对国内外科教融合、产教融合实践进行梳理和分析的基础上,以中煤平朔矿区黄土高原矿区土地复垦野外科学观测研究站为基础构建的数据观测-规律发现-技术转让-政策制定一体化产学研协同平台为案例,分析了科教融合、产教融合发展的历程和成效,系统设计了基地在科学研究、教育教学、科学普及和文化建设等功能方面提升的内容和路径,旨在为我国同类企业提质增效、高校复合型人才培养及资源型城市绿色转型提供本土化可借鉴模式。

煤层群采动下围岩应力演化规律及协同控制技术研究

针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸−转−固”协同控制技术。研究结果表明:212回风石门遭受破坏的主要原因是煤层群采动过程中存在的地质力学问题导致了围岩失稳。巷道底板及两帮在采动过程中产生不同程度的应力集中。当遭受垂直应力挤压时,巷道底部承受的挤压力较大,而顶部围岩承受的拉伸力较大,由于力学不平衡导致围岩的破坏。基于此提出了“卸−转−固”协同控制技术。通过爆破卸压的方式,利用爆破产生的冲击波引起围岩的震动和应力波动,使表层围岩中原本集中的应力分散到更深的围岩区域,降低表层围岩的应力集中程度。同时,利用爆轰和封孔工艺进一步加固卸压孔周围的围岩,形成两个承载结构。即由巷道支护体形成的内承载体和由深部围岩形成的外承载体。两者相互作用有效承受巷道浅部及深部围岩的应力,并转移到支护结构,起到保护和稳定围岩的作用。利用该技术在212回风石门现场试验,结果显示:使用该技术区域应力长期趋于稳定甚至缓慢降低,巷道顶底板及两帮移近速率分别降低了74.49%及47.67%,底鼓量降低了77.2%。而未使用该技术区域应力出现不同程度的上升,表面位移收敛严重。由此可得,围岩控制效果显著。该技术已成功推广到贵州其他不同地质环境的煤矿,均取得了显著效果。

基于24Model与csQCA的煤矿安全事故组态构型

煤矿安全事故对人身安全和周围环境构成严重威胁。为研究煤矿安全事故的致因因素构型,通过搜集、筛选出数据真实且事故原因明确的26起典型煤矿安全事故案例,利用24Model事故致因模型,从不安全行为、不安全物态、习惯性行为、安全管理体系以及安全文化5个维度提取煤矿安全事故致因因素,并通过清晰集定性比较分析(csQCA)方法对煤矿安全事故致因因素的组态构型进行了分析。结果表明:采用24Model与csQCA相结合的方法分析煤矿安全事故的组态构型,能够说明煤矿安全事故致因因素与事故之间存在多重并发因果关系,并存在6种典型的组态构型,可归纳为煤矿单位管理不严型、企业安全文化建设缺失型、工作人员安全意识淡薄型、组织安全行为异化型。根据各种组态构型的特点剖析煤矿安全事故的发生机制,可为煤矿安全生产和管理工作提供对策和建议,以保障煤矿行业安全和推动经济发展。

深部近距离煤层群下分层巷道分区支护技术

为实现深部近距离煤层群下分层巷道安全,以张双楼煤矿21916工作面为工程背景,分析了工作面冲击地压影响因素,划分了21916工作面掘进期间巷道冲击危险区域;建立了煤层合并区域下分层回采巷道数值模型,研究了9煤层21916工作面巷道内错7煤采空区不同距离时应力和位移分布规律,确定了下分层巷道合理位置;基于冲击危险区域划分结果,提出了分区支护技术,并设计了支护参数。现场实测表明,下分层巷道最大两帮移近量为164 mm,最大顶底板移近量为84 mm,顶板深部和浅部的离层量不大于3 mm,帮部锚杆和顶部的锚索受力变化较小,顶锚杆受力从8 kN增加到12 kN后趋于稳定,表明21916工作面巷道布置合理,分区防冲支护技术合理,支护质量与效果显著。研究结果可为类似条件工作面防冲支护提供借鉴。

浅埋近煤层群采动“三区”漏风裂隙场时空演化规律数值模拟

浅埋近煤层群采动下,地面采空区工作面“三区”之间易形成连通的漏气通道引发工作面低氧和采空区煤自燃,如何厘清采动效应下浅埋煤层群“三区”漏气通道的时空分布演化规律是有效防控煤自燃和低氧的关键。以陕煤柠条塔煤矿S1232工作面为研究背景,采用理论与数值模拟相结合的方法,研究了单一煤层、复合煤层重复开采下覆岩破坏特征,分析了煤层间距与采厚对裂隙二次发育的影响规律。结果表明:浅埋近煤层群开采下上覆岩层裂隙仅存在垮落带与裂缝带,主关键层破断后裂缝带快速发育至地表,关键层周期破断控制地表裂隙周期生成与下沉;上煤层裂隙密度发育由原始阶段先后经历快速增长、稳定和二次增长3个阶段;随采厚增大,各区间裂隙密度增大,大裂隙发育更充分,裂隙宽度整体增大;随煤层间距增大,小于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,且增加的速度逐渐加快,大于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,但增加速度逐渐变缓;采厚相同时,裂隙宽度大于0.2 m的裂隙密度随着煤层间距的增大逐渐减小。

缓倾斜煤层群开采辅助运输系统改造及开拓优化设计

针对缓倾斜煤层群开发过程中由于辅助提升及运输系统复杂引起的一系列问题,提出以无轨化辅助运输系统为改造目标,以新建缓坡斜井为改造方式,对沙吉海一号矿井进行辅助提升及运输系统改造。结合井筒布置情况,对矿井进行开拓优化设计,采用缓坡斜井兼做采区辅助运输上山的方式开发煤层群,减少采区个数,延长各采区服务年限,有利于缓解矿井采掘接续紧张的局面。对于新疆地区煤层群开发,沙吉海一号矿井开拓优化思路有一定的借鉴意义。

湖南周源山煤矿采空区群钻井与充填施工工艺

矿产资源开发利用过程中产生了煤矸石、废石、尾砂等,大量矿山废料堆放于地表,容易诱发泥石流、尾矿溃坝事故。同时矿床开采产生的地下大量采空区,容易诱发塌陷、矿震、滑坡、矿井突水等地质灾害。采空区群失稳成了煤矿安全生产的主要危险源之一。结合一工程实践,对矿区地质特征及岩层的可钻性进行了分析和研究,探讨了煤矿采空区群的钻井成孔和充填施工的工艺技术方法;通过室内试验,获得了尾砂充填系统尾砂膏体的配比。采用信息化技术方法,建立了煤矿井下巷道及其采空区群的三维矢量化、可视化模型,对钻进成孔工程实践具有指导意义。

远距离斜交工作面上行开采上组煤垂直应力演化规律

为探究平煤八矿远距离煤层群斜交工作面上行开采过程中上组煤层垂直应力演化规律,采用数值模拟计算的方法展开研究。研究结果表明,己_(15)-21030工作面回采过程中与上覆戊_(9.10)-21070工作面依次形成相离、相交和重叠的空间关系,因此会使上组煤层应力增高或降低。相离区域为应力升高区,受下组煤采动影响应力整体呈升高趋势,应力集中系数最大为1.18;相交区域为卸压过渡区,戊_(9.10)-21070工作面应力由增压变为卸压,最大卸压值较原始应力降低了25%,倾向卸压影响范围为55 m;重叠区域为卸压区,受己_(15)-21030工作面采动影响卸压效果及卸压范围均进一步增大,最大卸压值较原始应力降低了40%,倾向卸压影响范围增大至180 m。将戊组煤层戊_(9.10)-21070工作面根据应力分布云图依次划分为增压区、应力过渡区、卸压区和稳定卸压区。通过现场瓦斯含量测试验证了卸压区残余瓦斯含量比原始区域残余瓦斯含量降低32.9%,远距离煤层群上行开采形成卸压区有利于瓦斯治理工作的开展。

急倾斜煤层群保护层开采条件下采场应力演化规律

急倾斜煤层群开采存在复杂的岩层运移过程并易导致强矿压事故的发生。为保障兴安煤矿煤层群的3D安全开采,采用保护层开采技术对主采煤层进行卸压优化,依托FLAC数值模拟软件建立急倾斜煤层开采数值模型,探究保护层开采条件下的采场应力、位移与被保护煤层应力、位移的分布演化规律,利用理论计算方法分析了有效卸压保护范围,验证保护层开采技术的可靠性。研究结果表明:急倾斜煤层保护层开采条件下会出现位移与应力扩展的不共轴现象;保护层推进过程中,采场应力与位移演化呈现出初始增长、快速增长、逐渐稳定的3阶段演化规律;保护层开采的有效卸压范围超过80%。

高位钻孔在黄白茨煤矿瓦斯治理中的应用

以黄白茨煤矿020913综采工作面为研究对象,通过分析近距离煤层群采空区瓦斯涌出来源及采动覆岩裂隙场分布规律,针对性地选择高位钻孔作为工作面瓦斯治理的主要措施。通过理论计算,初步得到高位钻孔布置参数。为了将进一步得到高位钻孔最佳布置参数,通过对比分析不同层位高位钻抽采浓度变化规律,根据现场考察结果,得到了020913综采工作面高位钻孔最佳布置层位。现场实践结果表明,在距煤层顶板25 m层位布置高位钻孔抽采效果最佳,采用高位钻孔抽采后,020913工作面回采期间回风流瓦斯浓度最大为0.52%,上隅角瓦斯浓度不超过0.6%,达到了预期的瓦斯治理效果,切实保障了矿井的安全生产。

近距离煤层群覆岩裂隙带瓦斯治理措施优化及效果分析

为解决近距离煤层群综采工作面回采中上隅角瓦斯治理难题,保障综采工作面有效衔接,实现连续安全高效生产,利用同位素测定分析技术明确了近距离煤层群卸压瓦斯涌入覆岩裂隙带内的规律特征,提出施工地面L型钻孔以优化原有的覆岩裂隙带瓦斯治理技术,降低综采工作面上隅角瓦斯体积分数。结果表明:屯兰矿2号煤层综采工作面的覆岩裂隙带高度附近,工作面自切眼回采的95 m范围内,02号煤卸压瓦斯抽采占比逐渐降低,2号和4号煤层的卸压瓦斯抽采占比逐渐升高,95 m后,02、2和4号煤卸压瓦斯抽采占比趋于稳定,占比分别为60%、25%和10%.优化后的“以孔代巷”技术“高位钻孔+低位钻孔+高位走向长钻孔+地面L型钻孔”将上隅角平均瓦斯体积分数由0.65%降低至0.25%.地面L型钻孔的施工在空间和时间上保障了井下综采工作面的连续稳定生产,对井下工程不形成干扰,有助于解决上隅角瓦斯超限问题,实现了综采工作面的安全高效连续生产。

乌达矿区近距离煤层群开采瓦斯治理技术及装备

针对乌达矿区近距离煤层群重复采动下工作面瓦斯涌出规律较单一煤层更为复杂的难题,通过引入大功率定向钻机等一系列瓦斯治理新装备和现场实践,形成了乌达矿区近距离煤层群开采瓦斯综合治理技术体系。工作面回采前,采用走向钻孔结合“梳”状穿层分支孔对本煤层及邻近层进行大规模区域立体联合抽采,实现采前抽采达标;回采期间根据9#、10#、12#煤层的瓦斯涌出来源及瓦斯涌出规律,针对性选择大孔径顶板高位钻孔抽采技术、大直径水平钻孔桥接采空区抽采技术、V形钻孔抽采技术和上隅角插管抽采等瓦斯治理措施进行瓦斯治理,主要回采工作面回风流瓦斯浓度均不超过0.6%,取得了较好的治理效果,确保了矿井的安全生产。

浅埋近距煤层群开采覆岩三带发育特征分析

研究浅埋近距离煤层群开采的覆岩三带规律对于指导矿井下行安全开采有着至关重要的作用。为了研究上、下煤层开采过程中覆岩层的破坏规律,根据韩家湾煤矿现场实际情况,通过物理相似模拟实验研究浅埋近距离煤层过上层煤的采空区时上覆岩层结构失稳特征。研究浅埋近距离煤层群条件下开采4-2煤层后的覆岩移动变形规律、裂隙发育规律、矿压变化规律及其随工作面推进的变化情况及地表岩层的运移规律,发现浅埋近距离煤层下组煤层回采过程中,上覆岩层下沉量呈现三阶段变化,即下沉量上升阶段、下沉量恒定不变阶段、下沉量减小阶段。距离下组煤层越近,覆岩下沉量越大,距离下组煤层越远,覆岩下沉量越小。明确覆岩三带发育特征,能够为浅埋近距离煤层群开采水害防治提供依据,为榆神府矿区类似重复采动时工作面的安全回采提供指导和借鉴。

红沙泉露天矿工作帮陡帮开采方案研究

工作帮坡角大小直接影响剥离量和生产剥采比的大小,增大工作帮坡角可以减少超前剥离量,降低生产剥采比,节省运距,降低生产成本。但在提高工作帮坡角的同时,需要注意露天矿“二量”,保证露天矿能够持续稳定地生产。以红沙泉露天煤矿为工程背景,研究工作帮坡角与超前剥离量、生产剥采比的变化关系,并结合现场生产实际条件,提出实现工作帮陡帮开采方案。结果表明:工作帮坡角每增加2°,减少超前剥离量4.84 Mm^(3),生产剥采比降低0.22 m^(3)/t;确定将剥离台阶两两组合时,工作帮坡角提高至12°,生产剥采比可降低至2.7 m^(3)/t,同时保证露天矿“二量”要求。

张家峁矿近水体煤层群隔水煤柱合理宽度确定

针对张家峁常家沟水库近水体煤层开采后覆岩裂隙扩展诱发透水的潜在风险,对煤层开采过程中的覆岩破坏特征及裂隙扩展规律进行了模型试验及数值模拟研究。为合理确定4^(-2)煤层的隔水煤柱宽度,基于矿山支承压力和静水压力对隔水煤柱的不同作用机理,将4^(-2)煤层隔水煤柱划分为矿压影响区和有效隔水区,分别构建了矿压影响区和有效隔水区的煤柱受力分析计算模型,推导了4^(-2)煤层矿压影响区和有效隔水区的理论宽度计算公式。在此基础上,考虑煤层开采边界角与水体下伏不同煤层矿压影响区宽度的关系,提出了“上覆煤柱宽度+矿压影响区”的水体下伏煤层群隔水煤柱宽度确定方法。结果表明:4^(-2)煤层工作面初次来压步距为45~56 m,周期来压步距为13.8~14.9 m,上覆岩层冒落带高度为12~13 m;地表最大下沉量为2.0~2.2 m,下沉系数为0.571~0.629,4^(-2)、4^(-3)、4^(-4)和5^(-2)煤层隔水煤柱的合理宽度分别为25,39,51和87 m。现场实测隔水效果验证了近水体煤柱理论留设宽度的合理性及其工程适用性,为张家峁近水体煤层群安全高效开采提供了技术保障。

季节性剥离露天煤矿工作帮形态动态控制及推进强度优化

季节性剥离露天煤矿由于剥离工程的不连续性使得工作帮超前推进距离巨大,为了减小超前剥离、节省剥离运距,从季节性剥离露天煤矿工作帮形态动态控制、工作帮极限推进强度优化确定进行研究。阐述了季节性剥离露天煤矿工作帮形态及作业程序,分析了工作帮形态及推进强度影响因素。根据季节性剥离露天煤矿工作帮结构形式和采剥作业方式,建立了工作帮形态优化工程模型,论述了工作帮循环推进距离与作业平盘宽度和采场露煤方式的关系;计算了组合台阶循环推进工程量和分层设备生产能力,给出了工作帮循环推进时间以及端帮运输系统可靠性计算方法。以最小化剥离物运输功为优化目标、剥采工程时空接续为约束条件建立了季节性剥离露天煤矿工作帮形态优化数学模型并引入序列二次规划算法(SQP)进行非线性规划求解。提出通过确定剥离台阶组合方式和作业平盘宽度实现季节性剥离露天煤矿工作帮形态动态控制的方法、剥离工作帮极限推进度优化确定方法。以胜利西二号露天煤矿为工程背景,将上述优化控制方法进行应用研究,通过建立剥离工作帮形态优化模型并将西二露天矿实际参数代入进行计算求解。结果表明:当组合台阶中台阶数目为5、作业平盘宽度为89 m时,工作帮推进满足剥采工程时空接续要求,且剥离物运输功最小。该形态下工作帮极限推进度为320 m/a,分析确定了台阶组合方式及循环推进距离变化时工作帮极限推进强度变化规律。

近距离煤层群开采下位煤层回采巷道合理布置的研究

为探究近距离煤层群开采下位煤层回采巷道合理布置位置,运用理论分析和数值模拟相结合的方法,分别对上位煤层开采后底板破坏深度、残留煤柱在其底板中的应力分布、下位煤层回采巷道合理布置参数及巷道围岩变形量进行研究。结果表明:上位6#煤层开采后其支承压力对底板破坏深度可达21.24 m,其破坏已经达到下位8#煤层底板;上位煤层遗留煤柱边缘与下位煤层应力降低区的水平距离为10.45 m,下位煤柱支承压力峰值处与其巷道边缘的距离为4.47 m,从而确定8#煤层开采巷道内错15 m的布置方案;根据巷道围岩位移监测,其顶底板和两帮移近量最大为0.356 m和0.183 m,表明该布置方案下巷道变形较小,易于控制。