Control on mine pressure of thick and strong roof stratum movement in long wall thick coal caving face

The caving of thick and strong roof stratum causes tremendous rock pressure in mine.The results of the analysis on dynamic natures of actual measurements of some fields,of which the roof pressure can be caused by thick and strong stratum in long wall thick coal caving face,could present the relation between the collapse and movement of thick and strong roof strata and surrounding rock pressure.In order to control the roof pressure effectively,the thick and strong roof strata,can be fractured and softened previ- ously by hydraulic fracturing and low-high pressure water infusion,fracturing and softening method.The results of study can provide basis for strata control and safe management in long wall thick coal caving face.

巨厚砾岩层下综放工作面冲击地压危险性评价和矿震发生特征分析

为有效监测和防治综采工作面冲击地压事故,以耿村煤矿巨厚砾岩层下综放工作面为工程背景,采用综合指数法评价综放工作面冲击地压危险性,利用微震监测结果研究综放工作面回采期间矿震特征。结果表明:(1)13230综放工作面冲击危险性指数为0.65,属于中等冲击地压类型;(2)综放工作面回采期间矿震主要发生在工作面前方顶底板煤岩体中,工作面处于“见方区”时发生矿震的频次、最大能量和总能量均明显高于“非见方区”的,“见方区”矿震的震源主要位于工作面前方中部顶底板煤岩体和运输平巷上帮顶板煤岩体中;(3)综放工作面顶板周期来压期间通常伴随大能量的矿震事件。研究结果可为耿村煤矿综放开采冲击地压监测和防治提供参考。

基于微震监测的特厚煤层综放开采覆岩运移规律研究

为研究斜沟煤矿23103工作面浅埋特厚煤层综放开采的覆岩破断运移特征,采用高精度微震监测系统,监测三维空间范围覆岩破裂发生的位置及释放能量。监测结果表明:覆岩低层位范围内,微震事件发生密集。高位岩层破裂时,同步伴有低位岩层破裂事件的发生,表明了高位岩层破断失稳,易造成下赋低位岩层的同步破断失稳,并进一步对工作面矿压产生影响。基于微震监测的覆岩破断失稳规律研究,为矿井矿压控制及顶板灾害预控提供了科学依据。

宽厚煤柱的稳定性研究

文章从理论上推导出了三维应力状态下估算煤柱塑性区宽度的理论公式。从系统论的角度提出改善煤柱稳定性的新思路,即从提高稳定性最差的煤柱来改善整个煤柱系统的稳定性,并从材料和结构两个方面给出评价煤柱稳定性的指标。通过正交设计,利用FLAC软件模拟,给出煤柱稳定性最优的方案。

特厚煤层开采远场覆岩结构失稳机理

针对大同矿区石炭系特厚煤层综放工作面周期性发生液压支架立柱大幅下缩甚至压死支架的工程技术难题,采用理论分析与现场实测的方法,研究特厚煤层开采远场覆岩结构失稳机理。提出了远场"三角板"结构运动影响特厚煤层开采工作面矿压的理念,建立了远场关键层"横OX"破断形成的"三角板"结构力学模型,确定了该"三角板"结构滑落失稳和回转变形失稳的理论判据;结合同忻煤矿现场实例,预计了远场关键层"横O-X"破断"三角板"结构块体的几何尺寸,并分析了此"三角板"的走向长度及回转程度对其自身结构稳定性的影响,结果表明"三角板"的走向长度和回转程度越大时该结构越容易失稳。同忻煤矿8202工作面临空侧回风平巷超前段底臌变形特征间接验证了远场关键层发生"横O-X"破断的规律。据此提出超前预裂远近场关键层以及在"三角板"结构下工作面实行快速推进等防治措施。

基于负煤柱巷道布置的煤矿冲击地压防治技术研究

为了解决华丰煤矿冲击地压频发、破坏严重的安全生产难题,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等综合研究方法,分析了华丰煤矿冲击地压发生的影响因素,在此基础上,提出了"负煤柱"理念,作为一种有效的防冲开采技术,对负煤柱巷道布置防治冲击地压机理进行了分析研究,并提出了负煤柱开采保护层的防冲新方法。研究结果表明:巨厚砾岩层、煤层埋深是华丰煤矿冲击地压的动力能量来源;在高应力作用下,回采工作面会形成煤柱型冲击地压,而煤层倾角32°是造成工作面上平巷冲击地压频发的原因;负煤柱巷道布置开采突破了巷道承载与埋深相关的常识性束缚,负煤柱开采保护层的新方法实现了被保护层充分、连续卸压;生产实践中,结合负煤柱巷道布置开采的矿山压力显现特征,工作面巷道变形得到有效控制,工作面推进速度显著提高,实现了冲击地压的"有震无害"及冲击地压工作面的安全开采。

基于离散元模拟的巨厚煤层分层开采覆岩裂隙演化分形特征

为了定量评价西部矿区巨厚煤层分层开采过程中弱胶结覆岩采动裂隙网络的发育特征,通过分形几何理论和UDEC离散元数值模拟相结合的方法分析了采动覆岩裂隙的分形演化规律。研究结果表明:西部矿区巨厚煤层在分层开采条件下覆岩发育和扩展具有良好的自相似性,分形维数D在0.461~1.488之间;巨厚煤层在分层开采条件下覆岩裂隙分形演化规律可以划分为快速升维阶段、快速降维阶段、平稳稳维阶段、周期性变维阶段等4个阶段,各阶段分形维数D与开采次数分别满足对数关系、线性关系以及二次函数关系;巨厚煤层在分层开采条件下,分形维数D拟合曲线表现出了高度的相似性,具有一定的周期性,均呈幂函数关系。研究结果可以对西部矿区的安全开采和水资源的保护提供科学依据和技术参考。

放顶煤开采上覆巨厚砾岩层变形移动规律研究

放顶煤开采时上覆巨厚砾岩层垮落直接影响综放工作面的安全生产,为了研究放顶煤开采上覆巨厚砾岩层变形移动规律,以河南大有能源股份有限公司耿村煤矿综放工作面特厚煤层及其上覆巨厚砾岩层为工程背景,采用相似材料模拟试验,研究了放顶煤开采时上覆巨厚砾岩层变形移动全过程。结果表明:(1)随着煤层开采,依据巨厚砾岩层裂隙场的特征,巨厚砾岩层变形移动和垮落的全过程分为下位和上位垮落过程,其中下位砾岩层初次断裂时垮落体形态为梯形,上位砾岩层断裂控制着地表的变形;(2)当工作面停采后,巨厚砾岩层裂隙演化发展具有较明显的时间效应;(3)下位砾岩层初次垮落步距650. 0 m,周期垮落步距175. 0 m,上位砾岩层初次垮落步距825. 0 m,地表下沉系数0. 267。研究结果可为耿村煤矿巨厚砾岩层下综放开采提供安全技术支撑。

厚硬岩层控制下不规则断层煤柱冲击危险性研究

根据矿压理论构建了断层构造应力及采空区转移支承压力计算模型,以典型冲击地压矿井为例,将二者耦合叠加得到了厚硬岩层控制下不规则断层煤柱应力分布情况,进而分析了冲击危险性。结果表明:应力峰值距采空区133m,达到62MPa;西侧距采空区75~239m为冲击危险区,东侧距采空区60~239m为冲击危险区,高位关键层未充分断裂是导致支承压力升高的主要原因。通过现场监测数据对计算结果进行了验证,该结果可作为冲击危险防治的理论依据。

厚煤层一次采全高三带划分的新方法及应用

基于厚煤层一次采全高导水断裂带高度的确定.综合现有研究成果及相似模拟实验发现:工作面的开采范围影响上覆关键层的稳定性,而关键层的运动决定导水断裂带的高度,在关键层达到极限悬露步距之前,垮落带或者裂隙带的高度固定不变;当达到极限悬露步距后发生断裂,如果形成铰接结构,则关键层及其随动层属于裂隙带;反之,关键层及其随动层属于垮落带.在此基础上,提出以关键层理论划分采场导水断裂带的新方法,并给出适用条件.以补连塔31401工作面、潞安6202工作面以及柴沟1502工作面实际地质及回采条件为工程背景进行验证,发现一次采出煤层越厚,地质资料数据的精确性越高,新方法得到的数据越接近实测值,并且比《规程》计算结果更客观.

软弱覆岩分层综放开采工作面“两带”发育高度研究

水体下采煤突水溃砂事故是制约煤矿安全高效生产的主要因素之一,尤其对软岩矿区特厚煤层高强度开采的威胁更为严重。垮落带和导水裂隙带(合称'两带')高度是水害预测预报的基本参数,采用钻孔冲洗液漏失量观测、彩色钻孔电视观测及钻孔取芯的综合手段,通过地面钻孔对软弱覆岩特厚煤层分层综放开采覆岩破坏'两带'发育高度进行现场观测,并利用离散元数值分析方法研究了覆岩破坏裂隙场的变化特征。研究结果表明,软弱覆岩特厚煤层分层综放开采时,上分层综放开采岩层移动角约为75°,垮采比为5.60~5.62,裂采比为11.67~12.20;下分层综放开采垮采比为4.59~4.71,裂采比为8.04~8.58;下分层采厚为上分层采厚的78.28%~84.71%时,垮落带高度增大49.41%~50.85%,而垮采比减小16.19%~18.33%,导水裂缝带高度增大21.72%~25.38%,而裂采比减小29.67%~34.10%。本研究可对松散含水层下分层综放开采工作面水害预测预报及安全煤岩柱留设提供参考。

近距离煤层开采冲击地压防治技术研究

南屯煤矿的3_上、3_下煤层间距2～13 m,3上煤层开采中受巨厚红层初次断裂影响引发强矿震,并诱发采场形成冲击灾害,且在3_下煤层开采中仍发生强矿震。分析了开采3_下煤层上覆岩层的冒落和移动规律,得出3_下煤层采动引发矿震的机理。依据矿震诱发冲击机理,通过采取优化采面开采布局、减小采动对冲击危险区扰动和优化巷道支护体参数等措施,有效地保证了被解放层采场的作业安全,实现了安全开采。

厚硬岩层下孤岛工作面开采“T”型覆岩结构与动压演化特征

为研究厚硬岩层下孤岛工作面开采对强矿震或冲击矿压的影响,理论分析鲍店矿103上05孤岛工作面厚硬覆岩空间结构及其破断运动对矿震活动的影响,并对孤岛面开采的冲击矿压危险性进行了动态评价。研究表明:103上05工作面在竖向剖面上为一非对称"T"型孤岛覆岩结构,其长臂侧易出现关键层大尺度破断运动,诱发强矿震与冲击矿压的危险性较高;在水平层面上亚关键层破断形成"O"型断裂结构,巨厚主关键层则以大尺度"OX"模式分层破断。各级关键层的逐级破断与运动是矿震活动的主要动力源。根据微震实测,矿震活动多集中在"T"型结构长臂侧,尤其是能量大于105J的强矿震主要出现在103上06采空区与103上05工作面巨厚主关键层中,并表现出很高的S,P波能量比。通过波速梯度异常区的动态反演,对"T"型孤岛面覆岩运动的动压危险性进行评价,效果良好。同时,分别进行煤层静载预卸压与低位顶板走向步距式超前预裂,降低了强矿震活动对煤体的冲击扰动效应。

特厚煤层综放开采覆岩破坏高度

为了对特厚煤层综放开采覆岩破坏高度进行深入研究,以同忻煤矿15 m特厚煤层为实例,采用多种方法进行论证。采用关键层理论和材料力学相关理论,对8100工作面回采过程的覆岩破坏情况进行研究,结果表明：覆岩破坏高度最大为174.6 m,各亚关键层控制着覆岩破坏的发育,主关键层抑制着覆岩破坏的发育。应用EH-4大地电磁法和数值模拟方法,综合确定了覆岩破坏高度为150～172 m,验证了理论计算结果的正确性,理论计算可对覆岩破坏高度有效预计。研究表明：同忻煤矿综放开采覆岩破坏高度为采高的10.0～11.5倍,关键层的破断控制着覆岩破坏的发育。

厚硬火成岩的关键层复合效应及致灾机理分析

以杨柳煤矿发生的2号地面钻井喷水-瓦斯事故为实例,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析了2层厚硬火成岩的相互组合关系,研究了厚硬火成岩下保护层开采覆岩裂隙演化特征和地面钻井发生喷水-瓦斯事故的原因。结果发现:火成岩附近的煤体存在着大量的热解气孔,煤层吸附瓦斯能力增强,因厚硬火成岩的存在,控制了其上覆岩层的运动,弯曲带内存在裂隙与离层长期不闭合的区域,成为水和瓦斯的富集区和运移通道;当厚硬火成岩突然发生强度失稳时,瞬间释放大量弹性应变能,诱导了地面钻井喷水-瓦斯事故的发生。基于此研究结果,提出了厚硬火成岩下复合动力灾害的防治对策。

浅埋近距离采空区下工作面矿压特征与顶板结构分析

以陕蒙神东煤田浅埋近距离煤层群开采为背景,采用实测统计、物理模拟与理论分析相结合的方法,研究了浅埋近距离煤层采空区下开采的矿压特征及影响因素,揭示了不同间隔岩层结构形态及演化条件。研究表明,随着上煤层采高增大,来压期间支架工作阻力及动载系数均呈正相关增长;下煤层采高与间隔岩层厚度之比越大,周期来压步距及支架最大工作阻力越大。层间仅存在单一关键层时,层间关键层周期破断可形成"砌体梁"和"台阶岩梁"两种结构;则当上煤层垮落顶板关键层重新形成"砌体梁"结构时,层间关键层与上煤层垮落顶板关键层可形成"砌体-砌体"和"台阶-砌体"2种组合结构形态。

巨厚红层下厚煤层露头区开采防水煤柱留设

为了探究东滩煤矿规划设计的七采区巨厚侏罗系红层下山西组厚煤层露头区开采防水煤柱留设问题,选择典型的露头区附近6个钻孔围成的区域进行了系统分析,绘制了侏罗系厚度和3上煤层顶板到侏罗系红层底部间距等值线。在此基础上,建立了典型3上煤层开采的工程地质剖面图,采用类比分析和相关规范以典型钻孔为例对巨厚红层下开采厚煤层防水煤岩柱留设进行了探讨。

乌东煤矿坚硬岩层注水软化与效果评价研究

为解决急倾斜煤层开采过程近直立顶底板岩层破坏导致冲击地压现象,针对急倾斜岩层的危险性,在其内部开凿工艺巷,采用高压注水方法对岩层进行弱化处理,并采用微震监测和PASAT-M探测手段进行弱化效果的观测和统计。结果表明:高压注水改变了岩体的内部结构,使岩体初始强度降低;微震监测发现注水后岩柱高能事件减少,低能事件增加,能量积累程度降低,减小冲击危险性; PASAT-M探测显示在高压注水的作用下岩体内部高应力区峰值降低,低应力区峰值上升,但总体应力集中系数减小。注水软化对降低直立岩层应力集中具有明显效果,能够有效地缓解或防治直立岩层冲击地压的发生。

远距离下保护层开采影响保护效果的因素分析

远距离下保护层开采中,影响被保护层保护效果的因素甚多,文中运用计算机数值模拟的方法,分析关键层在覆岩中的位置、工作面长度、煤层倾角、开采煤层的厚度对远距离下保护层开采时被保护煤层的保护效果,通过分析这四种因素,对远距离下保护层开采被保护层的应力分布、垂直位移、煤层膨胀变形的规律进行研究。结果表明,关键层所处的位置越靠近保护煤层、工作面的长度越长,煤层倾角越小、开采煤层的厚度越厚,被保护煤层的保护效果越好。

注浆加固深度对底板岩层变形影响分析

为了更好地进行底板注浆加固设计,开展了近奥灰特条件下加固深度对底板岩体变形影响研究。结合矿井地质条件构建了采动作用下奥灰顶部风化岩层影响下底板岩层的基本形态,分析了注浆加固对不同层位岩层的作用效果。建立数值模型进行验证。计算结果表明,奥灰顶部岩层被风化时,岩层变形在垂向上存在明显的突变点,布置监测点的位移曲线在形态表现为三段。当设计底板加固深度14m时监测点位移值小于岩体不加固时的位移值,位移减小6.2%;当设计加固奥灰顶部风化岩层时,位移值小于设计加固深度14m时位移值,且位移减小明显。开采见方时所有监测点位移曲线分为三段型和两段型,随着加固深度增加,三段型向两段型转变,一定程度上注浆加固深度越大注浆效果越好。