浅埋煤层留小煤柱沿空掘巷技术研究与应用

在凤红煤业151302工作面采用沿空掘巷工艺技术,通过理论计算并结合数值模拟,综合分析确定了小煤柱的合理尺寸为5.0 m,同时优化了小煤柱巷道支护参数方案。工程应用结果表明:采用留小煤柱沿空掘巷技术,锚杆索受力远低于破断载荷;巷道顶板下沉位移在200 mm之内,回采帮内位移位小于200 mm,煤柱帮内位移在150 mm之内,巷道围岩和小煤柱皆处于稳定结构状况,整体围岩控制效果良好。

浅孔爆破切顶卸压在厚硬顶板沿空留巷中的应用研究

针对厚硬顶板沿空留巷大面积悬顶、巷旁充填体大变形等问题,浅孔爆破切顶卸压是优化沿空留巷围岩结构的有效途径之一。以三河尖煤矿厚硬顶板为工程背景,采用LSDYNA数值模拟和理论计算方法分析了浅孔爆破切顶卸压机理,确定了合理的沿空留巷切顶卸压参数。研究结果表明:相邻炮孔可以起应力导向和叠加效应,裂隙产生以拉伸断裂破坏为主,破碎区和裂隙区为厚硬顶板断裂提供了弱面,厚硬顶板及时垮落,消除大面积顶板突然垮落产生急增压和冲击破坏的危险。采用浅孔爆破切顶卸压+巷旁充填体相结合的留巷围岩控制技术,建立了浅孔爆破切顶卸压沿空留巷力学模型,确定了炮孔深度为5000 mm、孔径为42 mm、装药不耦合系数为1.3、炮孔间距为900 mm、炮孔向采空区侧倾角为80°、充填体支护阻力为7.73 MN/m的切顶参数。研究成果成功应用于三河尖煤矿72207工作面沿空留巷切顶卸压工程实践,留巷围岩保持完整,维护效果较好。

大采高强矿压煤层切顶卸压沿空留巷围岩稳定性研究

为了分析切顶卸压条件下沿空留巷围岩的稳定性,以三江煤矿浅埋深大采高煤层109工作面运输巷沿空留巷为研究背景,对切顶卸压条件下沿空留巷围岩变形规律及巷旁支护体受力特征进行研究,建立了切顶前后沿空留巷巷旁支护体受力计算模型,对切顶前后的沿空留巷进行了围岩受力分析及变形与破坏数值模拟,推导了切顶卸压后巷旁支护体受力力学方程,得出了巷旁支护体强度计算公式,并在三江煤矿进行了工业性试验。工程实践表明,切顶卸压技术可以改变围岩应力传递规律,使顶板岩层受力向切顶线上方岩层转移,改善了顶板围岩应力环境,减小了巷旁支护体受力,可以保证沿空留巷围岩稳定性与安全性,具有良好的推广应用前景。

浅埋近距煤层采空区覆岩移动规律相似模拟

浅埋近距煤层采空区坚硬顶板覆岩与煤柱破坏易导致动力灾害,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉降,为确保此类矿井的安全高效开采,结合冯家塔煤矿1402综采工作面实际,对该煤矿进行了煤柱破坏与覆岩移动规律的物理相似材料实验模拟研究,试验是以1-1采区的开采为模拟对象,模拟在工作面长度为270 m的单一走向长壁开采后,上覆岩层的移动和变形规律。研究结果表明:随着浅埋近距煤层采空区的增大与时间的推移,开采时大面积来压是由于保护煤柱逐渐被压垮引起覆岩大面积冒落,致使近距煤层之间采空区导通,垮落从直接顶开始,逐步扩散至地表,上覆岩层的运移以垂直为主,水平运移并不明显,形成梯形状下沉,上部煤层开采后其覆岩关键层破断块体结构的稳定性是影响下部煤层开采时工作面矿压显现强烈程度的重要因素。

浅埋极近距离采空区下工作面矿压显现规律研究

针对同一浅埋工作面同时存在极近距离采空区下和实体煤岩下的具体工程条件,运用理论分析和现场实测方法研究了极近距离采空区下工作面矿压显现特征,并与相同地质条件单一工作面矿压显现规律进行了对比分析。研究结果表明:在上覆已破断关键层形成的平衡"砌体梁"结构与下煤层距离较近情况下,工作面覆岩更易失稳,来压频繁且来压强度较高;相对于实体煤岩下,采空下工作面来压步距均值变小,降幅平均为19%,且在走向方向上变化幅度较大,没有明显的规律性和周期性,来压强度整体增大,增幅平均为6%,而动载系数又有所降低;采空区下工作面较实体煤岩下超前影响范围增大,支承压力峰值点距工作面距离基本不变,峰值强度和深处稳定煤体应力值均明显降低。采空下工作面回采过程中应加强顶板管理和矿压观测,及时采取相应措施,确保安全生产。

浅煤层采空区层面漏风的数值模拟分析

结合大柳塔煤矿活鸡兔井21208工作面开采实例,按采空区层面漏风情况,将采空区顶板岩层冒落划分为自由冒落带、顶板断裂带和地表沙土层带。建立了层面漏风的定解数学模型,将地表漏风强度近似看作按负指数规律衰减。通过用有限元方法求解漏风移动渗流方程,得到采空区冒落带所形成的压力腔与地面之间的压力差形成的采空区层面漏风,漏风强度沿工作面长度方向变化不大,层面漏风强度主要取决于顶板断裂带的尺寸和地表沙土层带的厚度与密实性。

浅部多煤层开采形成的老采空区地表兴建建筑物可行性研究

以北票矿区某浅部多煤层开采形成的老采空区地表兴建建筑物地基稳定性评价为例,结合老采空区塌落、上覆岩层压密及裂隙分布情况,从覆岩厚度、建筑物荷载对老采空区覆岩的影响、地表非均衡破坏以及地表残余变形的预计进行了分析,对地表兴建建筑物可行性进行了研究。研究结果表明,即使老采空区裂隙带处于建筑物载荷的影响范围之内,对地表残余变形及非连续变形发生情况充分预估,对拟建建筑物采取相适应的抗采动影响措施,或者对可能造成地表出现非连续变形的未塌落采空区进行处理,在浅部老采空区地表兴建建筑物是可行的。

榆家梁煤矿多煤层开采矿压显现规律研究

通过神东矿区榆家梁煤矿4^(-2),4^(-3)和5^(-2)近距离煤层群分层同采的实测对比,分析了近浅埋煤层群开采下煤层过采空区和煤柱的矿压显现规律,以及不同面宽、不同采高工作面的矿压显现变化规律。研究表明,下煤层开采过上煤层采空区时,工作面来压步距变短,强度平均增大29.0%.下煤层工作面过上煤层煤柱时的矿压影响最大,煤柱影响区的支架载荷增幅达41.4%.相同面宽条件下,随着采高的增大,工作面支架载荷增大。在工作面宽度为240~360 m范围内,宽度变化对矿压影响不明显。

浅埋房式采空区下煤层长壁综采矿压规律研究

根据温家梁三号煤矿地质生产条件,采用理论分析、数值模拟及现场实测等方法,分析了浅埋房式采空区下综采长壁工作面矿压规律。结果表明:工作面充分采动后覆岩呈现冒落带与裂隙带的"两带"发育特征;在工作面来压期间出现顶板沿支架前方煤壁处切落现象,台阶下沉量高达1.0m,在地表形成断裂地堑。

浅埋房柱式采空区下近距离煤层综采顶板控制技术

针对浅埋房柱式采空区下近距离煤层综采工作面开采可能出现覆岩大面积冲击式来压等问题,结合鄂尔多斯乌兰集团石圪台煤矿3-1-2煤层综采工作面开采实际,采用理论分析、物理模拟、数值模拟及现场实测等研究方法,对该类煤层开采引起覆岩变形破坏、岩体弹性能聚集造成冲击式来压和压架机理、地表移动规律和井下矿压规律关系等进行了研究,针对性地采取了残留煤柱爆破放顶卸压、地面钻孔注砂充填煤房和合理控制采高等控制和预防措施,实现了工作面的安全高效生产。

浅层地震和瞬变电磁法在采空区探测中的应用研究

简单介绍了浅层地震和瞬变电磁技术在探测采空区的原理,并根据2种方法各自的特点,综合确定了某矿上组煤层的采空异常区和积水异常区。经井下验证,证实物探结果准确,说明通过综合物探勘查方法,可以为下组煤的安全回采提供保障。

浅埋薄基岩厚煤层综放工作面采空区漏风数值模拟

分析了浅埋薄基岩厚煤层综放工作面采空区自燃危险性特征,结合内蒙古伊泰集团阳湾沟煤矿6202工作面各项实际参数,采用数值模拟方法对采取不同措施时采空区流场(压力、速度分布)、氧浓度分布等进行了模拟研究,并将模拟结果与现场观测结果进行了比较。结果表明:采用的数值模拟方法与参数等是合理可行的,可以反映真实情况下采空区流场与氧浓度等参数的变化情况。对工作面上、下隅角采区封堵措施可以减少采空区漏风,且封堵长度越长效果越明显,但碍于现场施工和实际操作的难易程度,封堵长度受到限制;注氮使得采空区氧浓度的分布范围变窄且浓度降低;注氮与封堵上、下隅角对控制采空区氧浓度的分布效果较明显。最后通过固定封堵长度(下隅角堵10 m、上隅角堵5 m)、改变注氮量,研究了最小注氮量的计算问题,得出了6202工作面最佳注氮量计算公式。结合煤层实际最短自然发火期和工作面正常推进速度计算出阳湾沟煤矿注氮量为260 m3/h。

浅埋煤层无墙体沿空留巷及切顶组合支架试验研究

针对浅埋煤层无墙体沿空留巷围岩稳定问题,重点分析了基本顶沿巷旁支护体断裂后顶板结构失稳特征,得出了留巷顶板沿巷旁支护体侧切断并垮落后,留巷所需的支护阻力迅速减少。基于此种基本顶断裂位态,提出了无墙体沿空留巷切顶组合支架巷旁支护技术,结合在给定载荷、给定变形、采空区矸石侧压和底板比压等条件,对切顶组合支架的切顶阻力、支架可缩量及抗侧压能力等分别给予计算并进行校核,并在老母坡煤矿3101试验工作面进行工程验证。结果表明:在留巷工作面后方90 m以外,稳定后巷道两帮移近量为243 mm,顶板下沉量225 mm,移近速度不超过1 mm/d,证明巷旁切顶组合支架配合单体支柱能够在顶板回转切顶过程中提供足够的工作阻力,在类似条件下实施无墙体沿空留巷技术是可行的。

浅埋深上覆采空区封闭工作面火区治理技术

阐述了1W301工作面CO异常情况,分析了工作面CO异常产生的原因。在地面利用测氡法探测采空区高温区域,在井下采用钻探法通过测温和气样标志气体分析判断高温区域。设计采用堵漏风、注浆(胶)、注氮、注液态CO_2等综合防灭火措施对不同位置的高温区域进行火区治理,为制定封闭火区治理方案提供了一种新思路。

浅层地震反射在不良地质体勘察中的应用研究

研究目的:在铁路工程选线不良地质体勘察中,断层、地裂缝以及采空区等不良地质体往往是控制线路走向的关键制约因素,以往采用的常规物探技术所得成果分辨率较差,有时不能满足勘察需求,浅层地震反射法具有独特优势。本文研究如何利用浅层地震反射法对不良地质体进行勘察,以达到查明不良地质体的发育情况,为铁路工程选线提供可靠地质依据的目的。研究结论:(1)良好的沉积环境和震源激发条件是浅层地震反射法取得效果的前提,不良地质体的存在及其活动,使其周围介质与背景岩层产生的波阻抗差异为浅层地震反射法发挥作用的根本原因;(2)浅层地震反射法分辨率较高,能准确圈定采空区范围、确定断层位置及其产状、查明地裂缝发育情况,成功揭示出地质隐患,并评价其对新建铁路线位的影响,可为后续铁路选线提供详实可靠的地质依据;(3)文章取得的成果经验在类似的铁路工程勘察中具有广泛的推广意义。

浅埋深特厚煤层小煤柱沿空掘巷强力支护技术研究

根据千树塔煤矿浅埋深特厚煤层地质条件,采用数值模拟并结合工程类比的方法,分析确定该煤矿沿空掘巷护巷煤柱宽度为8 m。提出了千树塔煤矿小煤柱沿空掘巷护巷的基本支护思路:保证围岩整体有足够的支护强度和刚度;薄弱部位进行重点控制;遵循控制效果与经济成本的合理平衡原则。提出了千树塔煤矿小煤柱沿空掘巷护巷高预应力强力支护技术方案并进行了现场实践,结果表明:运输巷道掘进期间围岩整体变形量在100 mm以内;工作面回采期间围岩最大变形部位为煤柱侧帮,最大位移量约为295 mm。实现了巷道掘进和工作面回采期间运输巷围岩的稳定与安全。

浅埋采空区瞬变电磁法响应特征试验研究

为了查明浅埋深采空区的瞬变电磁法响应特征,在鄂尔多斯矿区选取有代表性的已知浅埋深采空区,进行不同线框尺寸、发射电流、发射频率、增益等参数条件下单支曲线电磁响应特征的分析,并在典型剖面中进行已知采空区与正常煤层视电阻率对比,总结浅埋深采空区的判识标志。研究结果表明:对埋深小于150 m的采空区,选择发射线框不宜大于180 m、发射电流宜大于12 A、频率不宜小于25 Hz、24～26左右增益的参数组合,采集的试验数据信噪比高。将参数优化结果应用到实际探测中,采空区附近测点归一化电位曲线与正常岩层相比有明显差异,采空区附近测点归一化电位衰减更快,表现在视电阻率断面图上,采空区边界误差不超过10 m,可实现浅埋深采空区精细探测。

浅埋深煤层房采区下综采工作面动压控制技术

为解决浅埋深煤层房采区下综采工作面受动载矿压影响的问题,以石圪台煤矿31201工作面为研究对象,在现场观测、微震监测及预测预报、矿压预测预报的基础上分析动载矿压事故发生的机理。结果表明:采场上覆采空区及集中煤柱受采动影响导致应力集中是动载矿压事故发生的基本原因,在矿压观测及微震监测的基础上采用钻探的方法探测集中煤柱分布范围,通过采取集中爆破的措施,从而达到上覆岩层阶段释放能量、动压分次化解的目的,该措施的实施确保工作面顺利通过上覆集中煤柱区域,避免综采工作面发生动载矿压事故。

沿空留巷在浅埋深、薄基岩综采工作面的应用研究

介绍了沿空留巷技术在榆家梁煤矿43308工作面应用情况,描述了工作面巷道支护技术、柔模混凝土巷旁支护的施工情况。对沿空留巷进行了监测,监测结果表明:43308运输巷实行沿空留巷后,巷道的顶、帮压力变化基本稳定,巷道整体稳定性较好;同时也创造了显著的经济效益,产生近千万元的利润。

纳米瞬变电磁法在煤矿浅层采空区探测中的应用

综合地面物探瞬变电磁法的应用发展技术,根据探测区的地球物理特征电性差异,运用GDP-32Ⅱ多功能电法仪,以纳米瞬变电磁法探测某煤矿浅层采空区为例,通过对实测资料的处理及拟视电阻率断面图、平面等值线图的综合分析,准确地探测出了该区域采空区的分布位置,说明应用GDP-32Ⅱ多功能电法仪以纳米瞬变电磁法探测煤矿浅层采空区是可行的。