《“三下”开采规范》中安全煤(岩)柱留设问题探讨

针对《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中安全煤(岩)柱设计以及水压对顶板突水控制作用等问题进行探讨。首先分析了规范的附表4-3表头文字,指出保护层厚度的有关规定仅适用于松散含水层(含地表水体),至于基岩含水层下采煤应如何确定保护层厚度则未明确;进而以泥岩与黏性土层均具有阻水功能为桥梁,推导出基岩含水层下采煤可参照“松散层下黏性土层累计厚度大于采厚”条件执行,遵照“就高不就低原则”,基岩含水层下保护层厚度统一取采厚的4倍为宜;既然规范适用条件为单层采厚不大于3.0 m,则附表4-3中“松散层厚度小于采厚”的规定难以理解,建议删除。其次,基于“保护”一词的科学内涵对“保护层”重新定义,即导水裂缝带顶界面到含水层底界面之间的隔水岩层均具有“保护”功能,应统称为保护层H_(b);进而提出了保护系数B_(s)概念,即保护层厚度与单层采厚的比值;松散含水层下保护系数分区阈值(B_(i)=2、3、4、5、6、7),基岩含层下保护系数分区阈值B_(i)=4,据此对顶板水害风险进行等级划分:突水区(B_(s)≤0)、危险区(0<B_(s)<B_(i))、安全区(B_(s)≥B_(i))。此外,借鉴底板突水系数概念,将单位厚度保护层承受的水头压力称为保护层承压系数(T=P/H_(b)),通过对3种煤水结构条件下承压系数的分析,得出第4系松散含水层、非煤系基岩含水层下采煤可以不考虑水压,煤系基岩含水层下采煤随着开采深度增加、水压随之增大而带来突(涌)水风险。最后,分析了底板含水层顶部存在被泥质物充填隔水带时,《“三下”开采规范》给出的底板防水安全煤(岩)柱表达式(h_(a)≥h_(1)+h_(2)+h_(4))与附图相矛盾,正确的表达式应为h_(a)≥h_(1)+h_(2)-h_(4)。

煤层隐伏露头附近工作面开采水害安全性研究

张集煤矿浅部煤层隐伏露头区域工作面开采受到上覆松散含水层的威胁,1306工作面原设计采用分层开采,工作面产量和效率难以提高,通过FLAC^(3D)数值模拟、类似地质条件矿井综放或大采高综采的覆岩破坏规律进行分析,选取较大的垮采比和裂采比预计“两带”高度,并与综放开采“两带”高度经验公式预计进行对比,采用“最小安全厚度”法选取保护层厚度,确定了防砂安全煤岩柱的高度以及开采厚度。结果表明,1306工作面开采区域最小基岩厚度大于全厚综放开采所需最小防砂煤岩柱厚度,工作面可采用全厚综放开采至设计停采线结束,有利于矿井实现高产高效安全开采。

无煤柱充填采煤工艺设计及试验

针对煤层回采率低以及维护效率低的问题,在对其工作面地质条件分析的基础上,确定采用高水速凝水灰比为1.5∶1的充填材料为核心实施充填采煤工艺;根据工作面断面尺寸和当前生产能力完成机械化充填设备的选型,并设计对应的充填工艺流程。最后,对机械充填采煤工艺的应用效果进行评估,并得出无煤柱充填采煤工艺可减少工作面顶底板近160mm的移近量,可实现工作面高效的生产。

断层防水煤(岩)柱安全宽度的计算与评价

针对如何确定导水断层附近的防水煤(岩)柱宽度是困扰煤炭开采的问题,以开滦集团荆各庄矿3092工作面为例,综合运用经验公式、数值模拟和原位探测来确定其断层防水煤(岩)柱的安全宽度,最终得出了符合实际的且小于原留设宽度的断层防水煤(岩)柱安全宽度,为该矿节约了可采储量,延长了矿井服务年限,具有显著的社会和经济效益;同时该法为本矿及相似矿井以后处理类似问题提供了参考,具有较高理论和现实意义。

水体下综放开采的安全煤岩柱留设方法研究

为了合理留设水体下特厚煤层综放开采的安全煤岩柱,根据实测资料回归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"高度的计算公式,提出了水体下综放开采安全煤岩柱保护层的"有效隔水厚度法"和"最小安全厚度法"的留设方法,分别提出防砂安全煤岩柱、中等富水性水体和强富水性水体防水安全煤岩柱保护层的留设值。在此基础上,完成了水体下综放开采条件下中硬、软弱覆岩的安全煤岩柱的留设方法。

采空区地表移动变形规律研究

通过理论分析、现场监测和数值模拟等方法的结合,研究了魏墙煤矿1301首采工作面地表移动变形规律,得出地表移动变形相应的基本参数和概率积分预计参数,为今后矿区在类似地质条件的煤炭开采、保护煤柱的合理留设、环境保护等提供理论技术指导和参考。

厚松散层薄基岩下煤柱留设类型转变研究

通过对鲍店煤矿八采区山西组主采3煤顶部基岩及第四系下组2个主要充水含水层富水性特征的分析,确定其转变为防砂煤柱留设是安全可行的。针对采区山西组主采3煤层较大部分存在分叉现象的实际情况,分别计算了3上煤层和3煤层的留设高度;3上煤层与3下煤层属于近距离煤层开采,在重复开采条件下计算了3下煤层留设高度。

基于“双行裂隙”模型的两淮矿区高承压厚松散层突水机理

两淮矿区高承压厚松散含水层覆盖下煤炭储量巨大,在提高上限开采过程中常发生松散层突水事故,采用传统"上三带"理论难以合理解释此类事故发生的机理。本文在分析两淮矿区高承压松散层水文工程地质条件的基础上,建立近高承压松散层开采"双行裂隙"模型,采用室内实验、数值模拟、理论分析和工程应用检验等方法,研究"双行裂隙"发育规律,揭示两淮矿区高承压厚松散层突水致灾机理,结果显示:祁东煤矿松散层第四含水层(简称四含)水压与裂采比呈线性关系;在水压作用下,覆岩"上行裂隙"发育高度增大;利用裂隙受力分析推导的基岩风化带原生裂隙扩展渗透深度计算公式,表明高承压松散含水层对风化裂隙产生劈裂作用,是"下行裂隙"形成的主要因素。"双行裂隙"的综合作用使工作面更易发生松散层水突水事故,研究成果为近松散层煤层开采安全煤(岩)柱的合理留设提供科学依据。

潘谢矿区Ⅰ、Ⅱ型水体下防水煤岩柱留设探讨

在研究淮南矿区煤田地质勘探工程的基础上,查明了巨厚松散层的水文工程地质条件,通过对比分析潘谢矿区巨厚松散层的岩性组合,将谢桥含水层的红层划分为隔水层;提出了在Ⅰ、Ⅱ型水体下存在下渗带的观点,分析了压架出水原因和防范技术措施,为确定潘谢矿区回采上限提供了科学依据。

富煤一矿水体下采煤可行性分析

根据我国现阶段水体下采煤理论及开采经验,系统地分析和研究了富煤一矿水体下采煤的技术及条件,通过对煤层覆岩条件及其防水特征研究后,认为本矿井的煤层覆岩条件和留设的防水安全煤岩柱特征均有利于水体下开采全部煤层,但地表破坏和覆岩破坏的沟通强度、采深采厚比值的研究结果显示,开采M_(15)号煤层以上的煤层是安全的,开采M_(15)号以下的煤层则需要在开采上部煤层时进行监控监测,以便采取适合本矿井的综合措施后确定能否开采。

基于RS-ANN的某矿山井下开采防水安全岩柱厚度的确定

水下矿床是难采矿体的一个重要方面,针对某矿山的实际情况,深入分析了该矿的地质资料后,在查阅相关文献的基础上,建立了该矿导水裂隙带高度的粗糙集—神经网络预测模型.在比较了粗糙集—神经网络预测结果、地质详查报告提供的结果及采用经验公式计算的结果后,认为神经网络预测的结果较准确,其结论在该矿水下开采设计中可以采用.在预测的导水裂隙带高度基础上,参考采矿设计手册中的经验公式,并类比其它矿山水下开采的情况,计算出了防水安全岩柱的厚度.此项研究为该矿重新编制开采设计方案和安全专篇提供了依据,同时为矿山安全管理提供了参考.

近距离煤层工作面煤柱合理留设与巷道围岩控制技术

为探究近距离煤层工作面煤柱合理留设宽度以及回采巷道围岩控制技术,以回坡底煤矿近距离煤层开采为工程背景,通过数值模拟、理论分析、现场实践等技术手段对不同宽度条件下煤柱破坏演化过程、影响因素、底板破坏范围以及11号煤层回采巷道围岩控制技术进行了深入研究.研究结果表明:(1)煤柱在预留煤柱时期、区段煤柱时期、保护煤柱时期、孤岛煤柱时期四个阶段过程中,煤柱破坏范围逐渐增大;煤柱弹性核占比均随煤柱宽度的增加而增加,本煤层回采巷道随煤柱宽度的增加从非对称性破坏逐渐演化为对称性破坏.煤柱破坏宽度与煤层倾角、黏聚力、煤柱宽度、内摩擦角和泊松比等因素成反比关系,只与埋深成正比关系.(2)随着煤柱宽度增大,煤柱底板破坏宽度与深度会发生变化,且底板破坏集中在煤柱边缘侧,煤柱正下方底板破坏区域较小.(3)煤柱应力集中作用致底板下方最大主应力发生偏转,底板任意一点与煤柱中心线的距离越大,最大主应力偏转角度越小;随着11号煤层巷道与煤柱边缘距离的增大,巷道围岩塑性区由倾斜的“X”形分布转变为倾斜的“8”形分布,再转化为倾斜的“O”形分布,最终转化为椭圆形分布;离煤柱距离较近时,巷道往往出现非对称性破坏,支护也要采取非对称支护形式.

安全煤岩柱性能研究及综合评价

在对里彦煤矿采矿地质条件分析的基础上,对安全煤岩柱的化学成分及其阻水性能、岩性及力学特征进行了研究。针对里彦煤矿的具体情况,分析了里彦安全煤岩柱的阻水性能,认为其阻水性能良好,可以适当减小防水防砂煤岩柱宽度,以提高开采上限,释放部分煤炭储量。

文家坡煤矿冲击地压产生原因及微震监测

深部开采造成的冲击地压灾害严重威胁矿井安全生产。为有效降低矿区冲击地压灾害的发生频次,以文家坡煤矿4104工作面及4105工作面为主要研究背景,探究了冲击地压产生的原因及综合治理措施。通过分析矿井冲击地压灾害的产生原因,发现文家坡煤矿冲击地压产生主要受地质与开采两方面影响,主要包括采深、采高、煤层顶底板、顶底板管理方法、煤柱留设方式等。对4105工作面微震探头监测布置方式调整后,发现4104工作面回采对临近的4105工作面应力积聚产生积极作用;而随着工作面的不断推进,顶底板破断距离逐渐逼近工作面煤层。

小煤柱工作面安全开采与围岩控制技术

为了进一步提升小煤柱工作面安全开采的可靠性,提升有效回收效率,满足现代化煤矿生产的客观需要,本文首先介绍了小煤柱工作面安全开采的工况进程,其次分析了小煤柱工作面安全开采的基本要求,最后则探讨了小煤柱工作面安全开采与围岩控制的技术类别以及落实策略,希望可以进一步改善围岩控制技术的应用效果,取得良好的建设成果与经济效益。

石上煤矿承压水探放超前距离的应用

基于探放水原则和煤矿安全生产特点,介绍了煤矿井下超前探放水距离的实际执行情况。结合石上煤矿的深部地质情况,详细制定了高承压水探放技术方案及留设安全隔水煤岩柱的距离,并说明了探放水需要的超前准备工作事项。结果表明:留设安全隔水煤岩柱对加快堵水有良好的效果。

大煤柱留设在某矿冲击地压灾后恢复治理中的实践与应用

冲击地压已成为严重威胁煤矿安全生产的重大自然灾害之一。近年来,随着开采深度不断增加以及开采条件的日益复杂,发生冲击地压的煤矿数量也越来越多,鄂尔多斯呼吉尔特矿区部分煤矿也相继发生不同程度的冲击地压现象。该区域内某矿已由建设期全面转入生产期,随着各采掘工作面的不断推进,采掘地点的不断增多,该矿冲击地压现象开始显现,大能量微震事件频发。为了克服冲击地压给矿井安全生产带来的威胁,避免或减少冲击地压事故发生,该煤矿针对冲击地压的安全技术管理作了大量的研究、探讨和实践。通过留设大煤柱,并进行了大煤柱防冲的实践与效果检验,形成了一套较为完善的冲击地压综合防治安全技术管理模式,取得了较好的效果,实现了“有震无灾”,促进了矿井安全生产形势稳定发展。本文以该矿调整大煤柱方案为研究对象,分析了不同开采方案的可行性,论证了不同宽度煤柱下技术经济比较,并以此研究了大煤柱留设的合理性及恢复生产初段的安全回采措施。

冲积层底部含水层下开采防水煤岩柱留设分析

文中通过对某矿第四系底部卵砾石层水文条件及12煤层覆岩结构分析,结合该矿覆岩导水裂缝带实测结果,参照厚煤层分层开采经验公式和其它矿区厚煤层分层开采实践及覆岩导水裂缝带实测成果,对该矿12煤层分层开采条件下覆岩导水裂缝带高度进行了预计,并最终确定了留设的防水煤岩柱尺寸。

1706^(-1)工作面砂砾含水层下安全煤岩柱的留设

为了实现多伦协鑫煤矿1706-1工作面在水体下安全回采,通过"两带"高度经验公式预计、"两带"高度实测、相似模拟试验以及FLAC3D数值模拟确定工作面的垮采比和裂采比;根据安全煤岩柱的留设要求及基岩厚度,反算出工作面安全回采厚度。结果表明:选取实测值垮采比5.61、裂采比12.21预计工作面覆岩破坏"两带"高度较合理;工作面安全回采厚度分开切眼到分界线区域采放厚度为8.9 m和距停采线480 m的"底砾区"采放厚度为4.7 m 2个区域;预计1706-1工作面最大涌水量27.75 m3/h,正常涌水量25.66 m3/h远小于矿井排水设备的正常排水量,因此,不会造成淹矿井事故,工作面可正常回采。

大断面隧道揭急倾斜突出煤层临界安全岩柱厚度

为了降低公路隧道大断面石门揭煤的施工风险,以松坎隧道穿越急倾斜煤层施工为工程依托,采用理论手段估算了安全岩柱的厚度,并结合工程现场分析了开挖过程中的围岩破坏特征,从塑性变形与应力分布2个角度提出了对应的岩石破坏判据.采用FLAC^(3D)软件建立了隧道穿越急倾斜煤层施工的三维模型,对比分析了掌子面前方距煤层不同位置的塑性破坏特征与应力分布规律.根据研究结果并充分考虑隧道现场情况,最终选择9 m作为松坎隧道穿越急倾斜突出煤层施工的安全岩柱厚度.