Control of coal and gas outbursts in Huainan mines in China： A review

An investigation was conducted on the overall burst-instability of isolated coal pillars by means of the possibility index diagnosis method（PIDM）. First, the abutment pressure calculation model of the gob in side direction was established to derive the abutment pressure distribution curve of the isolated coal pillar. Second, the overall burst-instability ratio of the isolated coal pillars was defined. Finally, the PIDM was utilized to judge the possibility of overall burst-instability and recoverability of isolated coal pillars.The results show that an overall burst-instability may occur due to a large gob width or a small pillar width. If the width of the isolated coal pillar is not large enough, the shallow coal seam will be damaged at first, and then the high abutment pressure will be transferred to the deep coal seam, which may cause an overall burst-instability accident. This approach can be adopted to design widths of gobs and isolated coal pillars and to evaluate whether an existing isolated coal pillar is recoverable in skip-mining mines.

沟谷地形下非均匀条带开采采场结构参数优化

沟谷地形下的缓倾斜矿层原岩应力场受地形影响较大,同一采区甚至盘区的采场所处的地应力环境有较大差异,采用与此种特殊地应力环境相匹配的采场结构参数对矿区的高效开采有重要意义。本文以宜昌晒旗河矿区为工程背景,提出非均匀条带开采方案,运用简支梁理论、弹塑性理论计算条带采留宽度,采用FLAC3D软件分别对采用均匀条带开采和非均匀条带开采的采场进行数值模拟,从应力、位移变化及塑性区分布规律等方面分析了采场稳定性特征。研究结果表明:相比于全部采场结构参数按矿体最大埋深计算的均匀条带开采方案,不同埋深采用不同采留宽度的非均匀条带开采方案使采场的应力分布更为均匀,在保证采场稳定的前提下,提升了生产能力,对沟谷地形下采场结构参数优化具有一定借鉴意义。

大采宽综采工作面导水裂隙带高度探究

为了探究永煤公司新桥煤矿深埋煤层大采宽工作面导水裂隙带高度发育特征,以典型的开采宽度330 m的某工作面为研究对象,建立了深埋煤层大采宽工作面三维工程地质概化预开采模型,采用FLAC3D数值模拟软件对采动覆岩导水裂隙带高度进行研究,发现这种大采宽工作面开采后应力集中程度明显增大。和经验公式类比获得了该工作面导水裂隙带高度取值范围,提出了现行规范中的相关计算公式预计结果明显偏小,已不适合这种地质及开采条件。最后,在其他条件不变仅改变采宽条件下,模拟了7种不同采宽开采后沿倾向和走向导水裂隙带高度发育特征,对比分析发现导水裂隙带高度随采宽增加呈非线性变化,两者之间具有很好的自然对数拟合关系,确定了增加幅度的采宽阈值及其变化特征。

急倾斜薄矿脉中深孔爆破围岩夹制作用机理及定量表征方法

以甘肃某金矿急倾斜薄矿脉为工程背景,针对急倾斜薄矿脉中深孔爆破围岩夹制作用大,矿石贫损大的问题,采用现场调查、PMMA(有机玻璃)爆破模型试验与数值模拟相结合的方法,深入探究了薄矿脉爆破围岩夹制作用机理,提出并建立了围岩夹制作用的定量表征方法。开展PMMA爆破模型试验,分析了薄矿脉不同采幅条件下的爆生裂纹分布规律,结果表明:薄矿脉采幅减小,降低了炮孔周围爆破粉碎区以及破裂区的半径,抑制了爆破裂纹的发育。开展了不同薄矿脉采幅条件下的爆破数值模拟,结果表明:薄矿脉采幅减小,爆破自由面处反射叠加的爆破能量减小,爆破破岩的体积也相应减小,更多的爆破能量以动能的形式散逸不能有效破岩。基于爆破能量分析结果,提出了薄矿脉爆破夹制系数的定量表征方法,即采用半无限工况和窄幅工况下爆破自由面中心点处的总能量峰值之比来定义夹制系数,并用该指标来表征夹制作用的大小,进而通过采幅宽度和岩体力学参数建立了爆破夹制系数预测模型,为急倾斜薄矿脉中深孔爆破参数的优化设计提供了理论依据和技术支持。

工作面不同采宽与微震监测时空分布规律研究

采用KJ1073微震监测系统对新集二矿220102工作面不同采宽变化下顶底板围岩活动和底板破坏发育情况进行监测,分析了微震事件分布范围、发育情况及空间展布特征。结果表明,微震事件主要分布在开采活动范围内,影响范围为距离机巷90~180 m,底板事件破坏深度为煤底18.11~36.64 m,最深36.64 m,位于宽面,采宽比1.59,微震事件日均频次比1.40,底板最大扰动深度比1.38,说明了底板破坏深度受采宽影响,且正相关。研究结果可为工作面采宽优化和底板破坏规律研究提供一定参考。

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。

区段煤柱宽度变化下工作面矿压危险性分析

区段煤柱的宽度会影响工作面矿压变化从而导致冲击危险的发生。以某煤矿工作面为研究背景,由于受到相邻的工作面的影响,该工作面回风巷道侧预留保护煤柱宽度发生变化,因此将工作面沿走向划分为小煤柱、小煤柱-集中巷和大煤柱3个区域。分别沿倾向和走向分析不同区域工作面矿压分布特征,分区分级进行危险区的划分。结果表明:3个区域中小煤柱-集中巷区域危险区分布最大,危险等级排序为小煤柱-集中巷区域>小煤柱区域>大煤柱区域。分析结果可为后续工作面卸压防控提供依据,做到精准防控,节省人力物力。

浅埋煤层沿空掘巷小煤柱留设宽度及支护技术研究

为研究浅埋煤层区段留设小煤柱宽度和沿空巷道支护技术,以微子镇矿15103工作面小煤柱沿空掘巷为研究对象,通过理论计算和数值模拟分析确定了小煤柱合理宽度为7 m,提出了掘进期间采用锚杆+锚索联合支护、回采期间采用超前支架加强支护的支护方案。该方案对15103工作面沿空巷道变形有较好的控制作用,取得了显著的效益。

李家楼煤业煤柱合理宽度确定及切顶卸压方法研究

针对李家楼煤业综采工作面煤柱尺寸留设大及巷道变形严重问题,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,研究了1206工作面煤柱合理宽度及其切顶卸压方法。结果表明:对1206回风顺槽实施切顶后,侧向支承应力集中系数可由切顶前17.3 MPa降至12.1 MPa,切顶可取得明显的卸压效果;对于10 m煤柱宽度,巷道处于应力降低区且整体变形较小,确定合理煤柱宽度为10 m。在此基础上,研究提出了超前深孔预裂爆破切顶方法,以及巷道顶板采用“锚杆+金属网+W钢带+锚索”联合支护,两帮采用“锚杆+金属网+钢筋梯子梁+煤柱帮锚索”联合支护方法。通过现场实践,巷道整体变形得到有效控制,实现了工作面安全高效开采。

迎采动宽煤柱承载特性及矿压显现规律研究

单翼开采矿井为解决采掘接替紧张的问题,常会出现迎采对掘的情况,而迎采动掘巷期间,矿压显现规律和煤柱宽度的确定是巷道掘进及安全回采的关键。以炭窑坪煤业100303运输巷迎采掘巷期间为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,对煤柱的合理宽度及迎采期间的矿压显现规律进行研究分析。主要结论有:通过理论计算,煤柱在受到掘进扰动和工作面采动的双重影响下,确保煤柱不完全发生塑形破坏且存在弹性核的宽度至少为30 m。数值模拟发现,掘进迎头至相遇位置前方20~30 m时,围岩变形开始增大,煤柱帮和回采帮变形量均超过0.5 m。当掘进至采空区后方一定距离后,围岩因同时受掘进扰动与采空区侧向支承应力的叠加影响,变形增幅加快,煤柱帮变形严重,最大变形量超1 m。提出100303运输巷掘进距100302综采工作面70 m时,停止掘进,在迎采扰动范围内,优化支护参数,提高煤柱承载能力。现场监测表明,巷道顶底板和两帮均变形较小均在可控范围内,有效控制了迎采动工作面掘巷的围岩变形。

条带充填绿色开采回收压覆煤炭资源支巷宽度研究

以山西三元煤业3号煤条带充填工作面为工程背景,基于固支梁理论模型,分析了条带充填开采支巷顶板的变形与受力特征;并采用数值模拟方法揭示了循环间隔条带充填开采支巷间的相互作用及支巷围岩的塑性区分布特征,综合理论解析研究结果并结合三元煤业充填工作面实际条件,确定多轮循环间隔条带充填开采支巷的合理宽度为5 m;最后,通过工程实践验证了支巷宽度的合理性,实现了压覆煤炭资源的安全采出,促进了三元煤业的绿色可持续开采。

厚煤层区段煤柱合理留设宽度及支护参数优化研究

采动影响下厚煤层区段煤柱的合理留设是煤炭高效安全回采的重要因素。针对该问题依托中能煤矿3号煤2309工作面回风巷区段煤柱留设进行研究。根据围岩极限平衡理论计算出煤柱合理宽度为8m,结合Flac3D数值计算分析不同宽度煤柱垂直应力及塑性区,验证煤柱留设宽度不应小于8m;针对留设煤柱巷道应用差异化支护方法,对煤柱侧采用帮部3道锚索补强的方法进行围岩加固;针对浸泡煤柱、漏风、有害气体涌入等隐患采取煤柱局部注浆和表面喷浆的方式控制。结合矿压监测反馈表明煤柱留设宽度合理,支护效果良好,为类似厚煤层区段煤柱留设提供技术参考。

深部煤层开采宽度对煤柱稳定性的影响研究

深部煤层开采宽度估算过低,可能造成煤柱失稳、地表沉陷、采矿结构破坏,但估算过高,则会造成煤炭资源浪费。以山西省塔山煤矿6号采区深部煤层为例进行了分析,利用FLAC 3D软件模拟了最大采收率下不同煤柱宽度下煤柱塑性区宽度、弹性岩心比和竖向应力的演化规律,最佳开采宽度为100 m,保证了煤柱的长期稳定,煤的最大回收率达到45%。在塔山煤矿6号采区实施该方案后,与5号采区相比,巷道围岩破坏面积占比由68.4%减小到29.6%,最大减小幅度为38.8%,区域回采率由36.7%提升至46.4%。

基于尖点突变理论的采场矿柱稳定性分析

在开采埋藏较深的矿床时,往往需要留设一定宽度的永久矿柱来保证采场的稳定性,因此科学合理地设计矿柱宽度至关重要。以贵州某磷矿为研究对象,运用Hoek-Brown强度准则与矿柱面积承载理论推导了房柱法开采时采场矿柱安全系数表达式;在分析矿柱承载机理的基础上,利用矿柱尖点突变理论建立方形矿柱失稳突变模型,得到方形矿柱失稳的充要条件,并通过数值模拟和现场试验进行验证分析。结果表明:矿山安全矿柱宽度应大于5.8 m,安全系数不小于1.5,在数值模拟验证和实际生产中,取矿柱宽度为6 m;当矿柱宽度设计为6 m时,采场矿柱最大沉降位移为14.75 mm,最大应力为3.88 MPa,均在矿柱稳定可控范围之内;数值模拟结果与现场监测结果基本吻合,且矿柱表面未发生明显破损和开裂现象。

综采工作面小煤柱宽度确定及支护设计

为了减少煤炭资源的浪费,增加巷道稳定性,针对岳城煤矿2302(上)工作面开展护巷煤柱留设的设计工作。结合理论计算法和数值模拟法,经过综合分析后,认定留设宽度为6 m的小煤柱最为适宜。对围岩应力变化规律进行分析,采用锚网索联合支护的方式,并通过现场监测对支护的有效性进行了验证。该方法可为类似工程提供经验借鉴。

特厚煤层综放开采区段煤柱合理留设宽度研究

为提高回采率,保证巷道围岩稳定,合理留出区段的煤柱宽度是工作面开采过程中至关重要的因素。以西北矿区某矿2盘区综放工作面区段煤柱留设为工程背景,通过理论计算得出区段煤柱留设宽度为7.18~7.98 m。通过数值模拟方法研究了工作面开采过程中不同区段煤柱宽度条件下影响下回采巷道的围岩变形与煤柱的垂直应力分布,研究结果表明,留10 m以上煤柱可有效减小巷道围岩变形,且10 m煤柱既能维持其本身的稳定,又能起到支撑顶底板与保护巷道的作用。在此基础上,通过对相关结果的综合分析,得到了合理的煤柱留设宽度,为类似条件下合理煤柱留设提供了依据。

四川荣州盐矿储油库建设的地质与技术可行性探讨

结合四川荣州盐矿地质条件,提出了在该地区建造100万吨盐穴战略石油储备库的构想。本文分析了荣州盐矿顶板的封闭性,提出了利用双直井建造水平溶腔的思路,计算了建造100万吨储油规模所需要的腔体数量、矿柱宽度和规划面积,探讨了盐穴战略石油储备库在建设和运行阶段的投资运营方式,并对储油库的潜在经济收益进行了分析,可以为我国盐穴储油库的建设提供指导和依据。

余吾煤矿井下矸石巷道充填技术研究与应用

为提高岩巷的施工速度,余吾煤矿采用盾构机掘进,由此产生了大量的矸石。在对比综采矸石充填、综采膏体充填和巷道充填3种不同矸石井下处理方式优缺点的基础上,确定采用巷道充填。建立了掘进巷道应力分布的模型,推导了煤柱宽度的计算公式,采用等效采高计算得出煤柱的宽度为15 m。结合现场的实际情况,确定了矸石物料的运输路线以及主要设备。实践结果表明,采用巷道充填的方式井下就地处理矸石,经济社会效益显著,可为类似条件下的矸石处理提供借鉴。

西部大采高工作面保护煤柱宽度优化研究

保护煤柱尺寸一直是三下开采研究的热点问题,特别是在西部大采高软弱覆岩特厚煤层开采条件下,其对地表建筑物安全的影响有待进一步研究。以榆树湾井田20119工作面为例,综合利用数值模拟和概率积分法确定了合理保护煤柱宽度,并进行现场验证。结果表明:随着煤柱宽度的减小,地表沿X方向的水平移动呈现倒“S”型趋势,沿Y方向的移动呈现倒“U”型趋势,地表的最大下沉量随煤柱宽度的减小而不断减少;结合概率积分法对保护煤柱宽度进行预计,确定优化后的煤柱宽度为180 m;对现场村庄进行实时监测,地表下沉和倾斜值均满足现场施工要求,验证了保护煤柱宽度的合理性。

全煤开拓大巷煤柱宽度优化模拟研究

采用数值模拟方法对煤层开拓大巷进行煤柱宽度优化研究,分析变采动应力、变煤柱宽度下大巷稳定性(应力、变形和塑性区)。结果表明,煤柱宽度小于30 m、采动应力系数≥3.0时,开拓大巷铅直应力远高于煤柱宽度40 m时。相同采动应力系数下,大巷顶板及两帮位移均随着煤柱宽度的增大而逐渐减小,且采动应力系数越大减小量越大。采动应力系数≤2.5时,各煤柱宽度下大巷的顶板及两帮位移变化不大;采动应力系数>2.5时,大巷顶板及两帮位移在煤柱宽度40 m以后变化较小,即大巷间煤柱宽度40 m时相互影响较小。采动应力系数≤1.5时,围岩体的塑性区均处于锚杆锚索支护范围内;采动应力系数≥2.5时,塑性区超过锚杆锚索支护区域(变形量≥120 mm,塑性区分布形态呈“蝶形”)。