同层位老空积水区防隔水煤(岩)柱的计算方法

煤矿井下采掘作业生产期间,为了避免老空水在高水压作用下破坏原始煤(岩)层(探水线)稳定性而发生井下透水事故,本文通过对采掘破坏影响以及老空透水机理进行分析,提出了“同一煤层,老空区导水裂缝带范围与开采煤层导水裂缝带范围不连通为基础,并保证足够的挡水岩柱”的防治措施,充分考虑老空积水区水头值高低、煤(岩)层厚度、强度、岩层移动规律、采煤后形成的导水裂缝带等相关因素,确定了合理的计算方法,从而对老空区防隔水煤(岩)柱尺寸进行计算。该方法思路正确,可达到安全警示与矿井保安的目的。

断层防治水评价及煤柱“三区”转换研究

梁宝寺煤矿3500轨道上山巷掘进过断层,为了安全掘进需要对DF315断层区域进行富水性探查及防治水评价,通过物探、钻探及对巷道顶板、底板三灰、十下灰、奥灰等含水层进行安全评价,将DF315防治水煤柱转换为缓采区。物探、钻探及安全评价的结果:DF315断层周围富水性弱且断层不导(含)水,正常情况不存在断层沟通含水层水害风险;底板三灰、十下灰、奥灰等含水层的实际隔水层厚度都大于安全隔水层厚度,巷道顶板45 m范围内无含水层,则巷道掘进过程中不会受到上述含水层水害威胁。根据“三区”管理规定DF315断层煤柱可由禁采区转换为缓采区,3500轨道上山巷掘进中不受顶板及底板含水层水害威胁,可安全快速地通过DF315断层。

上行重复采动底板采空区突水及开采稳定性理论分析

下煤层积水采空区上采用“上垮-下柱”方式复采上煤层带来严重的安全稳定性与底板采空区突水问题。将下煤层煤柱群与承压性空区积水联合支撑的蹬空覆岩简化为半无限平面体,建立合理的力学模型,通过弹性力学求解,得到蹬空覆岩的应力场分布。引入Mohr-Coulomb准则,极值求解得到顶板覆岩最大破坏高度,再结合上煤层开采底板破坏深度,分析重复采动层间岩层稳定性状态,并提出了相应的判别指标。考虑层间隔水控制层与水头损耗,提出不同层间岩层稳定性状态下的突水判据,并揭示水平构造应力对重复开采稳定性的作用。兼顾重复采动稳定性、底板采空区突水、煤柱承载稳定性,给出不同工况条件下的评价方法与防治措施,包括合理的疏水降压措施与煤柱“柱旁充填”指标。研究结果表明:顶板应力场与采深、水平地应力、煤柱宽度、单个空区跨度、空区水压有关,采空区顶板破坏形态大致为“波浪形”;当安全系数T≥1,重复开采稳定性较差,未采取措施不易在上煤层采用长壁式垮落法开采;水压越大,可减轻煤柱承载,并使煤柱处于高围压条件下,煤柱稳定性较高,但高水压又易发生底板采空区突水;煤柱宽度越大,承担的平均支撑力越小,σ_(y)应力峰值越低,层向分布波动越小,σ_(x)应力同样越小,顶板与煤柱越不易发生破坏;侧压力系数大于1且越大,可有效提高上行重复开采的可行性;疏水降压后的水压值p_(1)需同时满足可规避突水与煤柱失稳的条件,即p_(m)<p_(1)<max(p_(f),h_(d)/100+p_(max)),否则需对积水完全疏放,后按照“柱旁充填”尺寸指标W_(m0)对空区进行柱旁充填。研究可为积水采空区上采用“上垮-下柱”安全复采上煤层、防止底板采空区突水、提高资源采出率及减少资源浪费提供有益指导。

陈蛮庄煤矿3602工作面突水分析及防治水措施

3602工作面开采过程中出现突水,为了分析工作面突水原因,通过对近露头煤柱留设情况及底板三灰岩层富水情况分析,并基于矿山压力理论,得出工作面涌水增加是停采导致底板破坏深度增大引起的。根据当前出水情况,提出了底板注浆加固、留设防水煤柱、疏水降压以及井下水害探测等防治水措施,确保工作面安全开采。

采空区积水对隔水煤柱的影响及留设实践

对采空区积水留设防隔水煤柱是煤矿企业防治水的重点工作。通过对宝欣煤矿矿井及周边矿井的物探调研,对隔水煤柱的形变规律进行了三组试验,结果显示煤柱力学强度受积水浸泡将会在20 d内快速降低,随后进入稳定期。最终根据经验公式计算隔水煤柱的安全宽度41.8 m,顺利完成资源回采。

大煤柱回收工作面巷道支护及防治水技术研究

为提高矿井煤炭资源采收率及经济效益,降低煤炭资源损失量,本文提出对浅部的2#煤层25采区大煤柱进行回收。结合2#煤层赋存条件、煤柱特征,在煤柱工作面回采巷道与邻近采空区间留设5 m保护煤柱,回采巷道处于围岩应力降低区,为后续支护工作开展创造良好条件。结合现场条件及以往围岩支护经验,提出采用“架棚+顶锚索”方式支护围岩,并给出围岩支护参数。由于邻近采空区可能存在积水,为此,在巷道掘进期间按100~200 m间隔布置探放水钻孔,对采空区技术进行探测、疏排。经现场应用,煤柱回收工作面回采巷道围岩变形量始终在允许范围内,后续掘进及回采期间均未出现异常涌水情况。

断层突水预测控制理论研究

为研究断层突水机理及其预测控制方法,以"实用矿山压力控制"理论为指导,在考虑采动引起的岩层运动及矿山压力对岩溶水压及断层煤柱的影响的基础上,理论分析了底板岩溶水剧增的原因及传统防治水方法存在的问题,以此为基础,建立了跨断层开采的预测控制力学模型,制定了相关控制准则。结果表明:岩溶水压的增大与采动所引起的上覆岩层运动有重要关系,特别是对于封闭型溶洞其水压会在支承压力作用下剧增;留设断层煤柱的传统防治水方法是不合理的,应采用把开切眼布置在经相邻工作面推进,构造应力已经释放的"内应力场"中,以最短距离推过断层的方案;"工作面长度越大,突水可能性越大"的传统观点是不准确的,工作面长度必须大于基本顶第1次断裂步距才能有效抑制底f板回弹,防治底板突水。

断层带岩体采动效应的相似材料模拟研究

以任楼煤矿F3～F4断层间块段地层为原型,建立相似材料模型,对煤层回采过程中断层带岩体的采动效应及断层下盘含水层的突水可能性进行模拟,研究结果表明:在煤层回采过程中,随断层煤柱的减小,断层两盘岩体的变形存在差异性,表现出不同的采动效应特征;当煤柱减小到一定数值后将造成断层上、下盘岩体发生相对位移,导致断层"活化",引发断层导水;承压含水层对断层采动效应也有一定的影响,有促进断层"活化"的作用。因此,在进行断层防水煤柱合理留设过程中,必须充分考虑这些因素的影响,为煤矿安全高效生产提供可靠保障。

采动断层活化引发突水机理研究

文章以山东省兖州煤田星村井田为研究背景,采用相似材料模拟试验的手段,进行采动断层活化突水的观测与分析,探索突水发生的根本原因——断层两盘的相对位移(断层活化)导致煤层顶底板突水,主要从地层沉降变化情况、煤层顶板岩层导水裂隙带高度变化情况等方面分析了断层活化突水的可能性。采动后断层活化的相似材料模拟试验有助于优化断层防水煤柱的留设宽度、制定合理的开采方案,提高生产效率,避免矿井突水事故的发生。

水压作用下防砂安全煤岩柱失稳机理及留设方法

针对厚松散含水层、薄基岩等特殊地质条件下楔形区工作面防砂安全煤岩柱失稳溃砂的问题,以赵固一矿11071工作面突水溃砂灾害为例,结合地质钻孔资料,建立了楔形保水压采动溃砂地质模型。通过黏土液塑限试验,风化带岩石干燥饱和吸水率和崩解试验,得出了底黏及风化带泥类岩具有良好的隔水性能,可形成楔形保水压结构。并在此基础上,通过水压作用下风化带泥类岩采动裂隙扩展试验研究了受采动损伤的煤岩柱保护层在水压作用下失稳的内在致灾机理。结果表明:在高水压的作用下,风化带泥类岩采动裂隙扩展为管道,防砂煤岩柱保护层的阻砂性能失效;考虑煤岩柱保护层的损伤厚度,提出了水压作用下防砂安全煤岩柱的留设方法,并在11191工作面进行了工程应用,取得了预期效果。研究成果补充完善了我国防砂安全煤岩柱的留设方法,可减少煤矿溃砂事故。

急倾斜煤层开采防水煤柱稳定性影响因素研究

为实现水体下急倾斜煤层的安全回采,基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的水文工程地质条件,采用离散元UDEC2D数值计算,分析了急倾斜煤层开采防水煤柱稳定性的影响因素。结果表明:随着急倾斜煤层采高的增大和煤体强度的降低,防水煤柱的垮落范围呈增大趋势;覆岩中关键层的存在以及直接顶岩梁的破断旋转均导致防水煤柱的垮落范围增大;当充填体弹性模量达到0.5GPa时,防水煤柱的垮落破坏范围可以降低54.3%,根据数值计算结果确定了急倾斜煤层采空区矸石自溜充填并注浆胶结充填体的顶板控制技术,同时采取了防水煤柱加固措施,有效确保了急倾斜煤层回采期间防水煤柱的稳定。

基于采动和承压水作用下断层突水关键路径的力学分析

断层突水是煤矿典型的动力灾害,是煤岩体在采动和承压水共同作用下失稳破坏过程。论文针对导水断层缩短了煤层和含水层距离特点,建立了断层突水的关键路径力学模型。将极限平衡理论和尖点突变理论引入断层突水分析,建立了承压水及采动影响下断层突水关键部位失稳破坏模型,获得了断层突水的力学判据,以及防突煤柱预留临界宽度。同时分析了断层参数、煤柱参数对突水条件的影响规律。

水库下煤炭开采安全性分析研究

为解决水体下安全采煤的技术难题,同时有效地保护地表水、地下水资源和水库坝体的安全,在以往研究成果的基础上,采用统计分析、理论计算和工程类比相结合的方法,从水库下采煤的安全性和开采对水库坝体的影响2个方面,对申家庄煤矿扩大区在岳城水库下采煤的安全性进行了论证。研究结果表明:"两带"发育最大高度为92 m,F37和F38断层安全煤柱宽度分别为87.3、129.0 m,防水安全煤(岩)柱留设合理,扩大区可实现安全开采;开采引发的地表下沉、倾斜变形、曲率变形、水平移动变形及水平变形不会波及到水库坝体,对水库坝体安全不构成影响。

对中国煤矿水害频发的几个关键科学问题的探讨

归纳分析了近年来中国煤矿水害事故发生的基本特点,研究了废弃矿井诱发矿井透水的水文地质条件,分析了现行断层与陷落柱等防水煤岩柱留设中存在的问题,探讨了突水系数理论和底板突水机理认识的缺陷,提出了正确认识老空与陷落柱重大水害的前兆和新的可行的预警技术手段,为新仪器的研制作出提示。

承压防砂煤(岩)柱下溃水溃砂工作面压架机理及支架阻力确定

新近系、第四系厚松散地层弱富水性含水层下留设防砂煤柱时,由于薄基岩界面倾斜和起伏变化等特殊地质条件,易形成松散含水层保压结构,含水层水压高,导致防砂煤(岩)柱承受高水压冲击,造成突水溃砂事故以及工作面矿压明显增大并压架。运用理论分析的方法,解释了防砂煤(岩)柱承压加大的概念与形成原因,研究了水砂降低摩擦因数和"高水压核"的水压冲击作用对支架阻力增大的影响,推导出工作面支架阻力计算公式。研究表明突水溃砂过程中工作面阻力异常增大主要是由于水砂降低摩擦因数和"高水压核"的水压冲击,得出了不同情况下摩擦因数降低的数值,并依据机械能守恒定律推导得出高水压对工作面支架冲击力的计算公式。以某矿11071工作面为工程实例,计算了工作面支架阻力变化过程,结果表明由于摩擦因数降低与高水压的冲击造成支架载荷额外加大,超出工作面支架最大载荷,验证了溃水溃砂过程中工作面矿压增大的结论,为类似条件工作面提供借鉴。

护巷煤柱综合防灭火技术研究与其应用

针对单候煤矿6205N工作面复杂漏风条件下护巷煤柱自然发火情况,系统分析了自然发火的原因,并结合矿井的实际情况,研究实施了以灌注粉煤灰三相泡沫为主、优化通风系统与水封巷道相结合的综合防灭火技术,成功消除了护巷煤柱的自然发火隐患,实现了6205N工作面的安全回采,为我国矿井护巷煤柱的自燃火灾防治提供了可借鉴的经验。

巷道防突岩柱厚度对断层带延期突水的控制机理

为了探讨防突岩柱厚度与巷道延期突水的相互关系,首先根据泥岩的三轴蠕变试验结果,结合材料本构关系建立了相应的"六元件"非线性黏弹塑性流变模型,并利用Matlab中的最小二乘法对模型进行了拟合;其次,在分析承压断层带与泥岩防护岩柱相互作用的基础上,探讨了防护岩柱的蠕变特性对巷道工作面延期突水的影响机理,由此推导出泥岩防护岩柱的蠕变失稳时间公式。根据该公式中应变的弹性力学方程,并通过蠕变失稳时间t在主破裂面走向上的积分,建立了防护岩柱厚度L与延期突水时间T的函数关系;最后,利用Gauss数值分析方法,对不同泥岩防护厚度所对应的时间T进行了计算。开滦赵各庄煤矿实例计算表明:巷道工作面延期突出时间T与防护厚度L存在直接函数关系,当防护岩柱厚度分别为10 m、20 m、30 m、40 m时,相应的延期突水时间分别为20 d、42 d、67 d、94 d。这一计算结果与该矿相应工况条件下的历次滞后突水事故(滞后1~3个月)较为吻合,对矿井实际地下水害防治具有一定的指导意义。

龙口矿区海下采煤导水通道类型及防水措施

为确保海下采煤安全,防止海水溃入井下,研究了龙口矿区海下采煤的导水通道类型,主要有构造裂隙类导水通道、采动导水裂隙带通道、封闭不良钻孔造成的通道、海域煤层露头带安全煤(岩)柱留击穿形成的导水通道4种类型。这些潜在的导水通道在采矿活动及动水压力等因素作用下,成为诱发海水溃入的主要途径。分析了不同导水通道结构特征和影响因素,提出了相应的探测方法及防治水技术措施。

霍洛湾煤矿22101工作面顶板两带发育规律

在详细分析霍洛湾煤矿水文地质条件基础上,根据2-2煤层上覆不同岩层的岩石力学参数建立了工作面回采过程中覆岩变形与破坏特征的数值模拟模型,研究了工作面回采过程中顶板覆岩在不同来压阶段导水裂隙带和垮落带的发育高度;通过对钻孔冲洗液漏失量的现场观测,进行了"两带"发育高度的探测。将数值模拟结果及现场观测资料对比分析,确定22101工作面的导水裂隙带高度为33.6～37.8m,垮落带高度约9.6m。这为评价研究区水体下开采可行性和水体下开采防水煤柱的设计提供了科学依据。

基岩裸露地区河下煤层开采安全性探讨

为解决我国西南地区基岩裸露丘陵地区某河下煤层开采面临的安全问题,基于地质采矿条件,探讨上覆岩层破坏高度及防水安全煤岩柱尺寸留设情况,结合地表移动和变形预计,分析了煤层开采后河床所受的采动影响,并提出相应的采煤安全技术措施。结果表明:从导水裂缝带顶端至河床基底间的岩柱厚均大于340 m,导水裂缝带远未波及到河床基底;煤层开采后河床最大水平拉伸变形1.75 mm/m,最大倾斜变形5.0 mm/m,河床移动变形值较小,不会影响矿井安全开采。