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。

杨村煤矿薄基岩区提高综放面开采上限试验研究

通过采用钻孔注(放)水法探测了杨村煤矿综放面采后覆岩采动破坏高度;通过基岩柱厚度探测,探明305工作面浅部顶板基岩柱厚度;采用无线电波坑道透视,查明了工作面内的隐伏小断层及其延展情况。在此基础上,设计了305综放面安全防砂煤柱为30m,并制定了相应试采方案。通过试验取得了3煤综放面提高开采上限试采的成功。

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。

薄基岩特厚煤层工作面提高开采上限综合研究

在详细分析第四系松散层上、中、下各组含水层间水位变化及底部黏土特征基础上,以杨村煤矿317工作面为地质背景,建立了3~#煤开采的工程地质模型,利用FLAC^(3D)软件模拟并求出了垮落带高度为33 m,再结合"三下"开采规程和相邻矿井的经验公式计算了留设防砂煤柱的具体高度,最终确定了该工作面的开采上限高度。

近松散含水层下浅部煤层开采安全煤柱合理留设研究

基于祁南煤矿312工作面的水文地质及开采条件和“四含”抽水试验成果,判定研究区“四含”水体采动等级为Ⅱ类水体,应留设防砂煤(岩)柱开采。采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》推荐公式、实测类比分析、数值模拟的综合研究方法,分析得出工作面回采过程中的垮落带高度分别为:21.07 m、16.32 m和20 m,在判断覆岩坚硬程度为中硬型的基础上,计算出工作面安全回采的临界防砂煤(岩)柱尺寸为31.27 m,小于312工作面内钻孔实揭的最小煤(岩)柱尺寸,因此工作面回采较为安全。研究成果可为解决相似地质与开采条件下工作面的安全煤柱留设问题提供参考。