不同含水率下煤岩组合体力学特性损伤规律研究

浅埋富水煤层长期受覆岩导水裂隙中地下水渗流侵蚀影响,矿井留设隔水煤岩柱及阶段间柱在水岩作用下产生力学损伤劣化。开采活动进一步加快损伤进程,并直接关系到工作面的稳定及安全生产。以陕西榆林锦界煤矿煤岩体为研究对象,制成砂岩-煤-砂岩(S-M-S)组合体,开展不同含水率条件下单轴压缩试验,揭示水岩作用下煤岩组合体的含水率变化规律、力学行为演化特征和声发射损伤规律,基于电镜微观扫描图像,分析水岩作用下组合体内部结构损伤劣化机理。研究结果表明:煤岩组合体吸水速率随着浸水时间的增加不断降低;水岩作用对煤岩组合体抗压强度和弹性模量有明显的劣化效应,组合体弱余强度随含水率增加不断降低,强度损伤速率随着含水率的提高不断加快;组合体的声发射计数和累计计数在水岩作用下衰减明显,并伴随组合体损伤破坏整个过程;水岩作用致使组合体内部结构原生链钝化,裂隙扩展,破裂形式发生明显改变。研究结果可为采动影响下煤岩矿柱水害预测评价提供指导。

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。

注浆充填技术在采煤工作面废弃空巷加固中的应用

高阳煤矿3507综采工作面为大采高综采工作面,目前回采的5号煤层顶板坚硬,采面正常回采期间矿压显现明显。由于3507综采工作面回采范围内存在有空巷,空巷围岩在采动影响下容易出现失稳现象,给采面正常回采带来影响。依据现场情况,提出采用注浆方式加固空巷与采面间煤柱、高水材料充填墩柱支撑空巷顶板,确保采面过空巷期间煤柱及空巷顶板稳定,通过采面调斜方式减少采面一次揭露空巷范围,同时通过让压、等压避免过空巷期间出现周期来压。现场应用后,2 d期间未有顶板冒落、煤壁片帮等征兆,现场应用取得较好效果。

贵州大河边煤矿上覆岩层导水裂隙带的发育高度和分布形态研究

大河边煤矿的3#煤层开采引起上覆移动变形破坏,含水层的水渗入到130101工作面,不仅严重破坏矿区的生态环境,而且威胁到矿井的安全生产问题。为进一步研究上覆岩层破坏导水裂隙带的发育高度和分布形态,保护水资源,提高煤炭资源回收率,保障矿井安全生产,通过应用传统经验计算公式和数值模拟计算相结合的研究方法,给出导水裂隙带分布形态和最大高度,最后通过工程实际测量方法验证其可行性,该方法对保护矿区生态环境具有重要的科学研究意义和应用价值。

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。

煤层注水预防冲击地压的研究

煤层注水防治冲击地压的方法简易、价廉、适应性广 ,同时具有降尘、降温及软化煤层功用 ,一举数得 ,可以作为冲击地压防治的首选措施。煤层注水防治冲击地压的机理以及注水过程中 ,对水在煤层中的运动规律还缺乏研究 ,因而工艺参数决定只能依靠经验 ,存在很大盲目性 ,必然影响防治效果。因此 ,笔者从水对煤物理力学性质的影响 ,对煤层注水防治冲击地压的机理等方面进行了分析和研究 ,认为煤层注水过程 ,实际上是水驱气的驱替过程 ,是有动界面的渗流力学问题 ,为此 ,进一步研究了水在煤层中的运动规律。研究的结果和有关数据 ,为制订煤层注水防治冲击地压的工艺参数提供依据 ,为有效地防治冲击地压的发生 ,提供了新的手段。

煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅰ——主控指标体系的建设

为了有效控制煤层底板带压开采突水灾害发生,在系统分析煤层底板充水含水层水力特征、煤层底板隔水岩段防突性能、断层、褶皱和岩溶陷落柱等地质构造特征、矿压破坏以及底板承压含水层导升高度的基础上,提出了符合我国煤层底板突水实际的新型实用主控指标体系,具体研究了体系中各突水主控指标在矿井突水过程中的作用方式与特征.

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。

急倾煤层采空区控顶方式对采场围岩稳定性影响

为了确保水体下急倾斜煤层的安全开采,基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的赋存条件,采用离散元UDEC2D数值计算方法,研究了急倾斜煤层开采采空区控顶方式对采场围岩控制的效果。结果表明:采空区不进行充填,采场围岩变形最大,顶板变形呈抛物线型;采空区部分充填下部40 m范围内,顶板变形呈线性增长趋势,而未充填部分顶板变形呈抛物线型增大趋势;整体充填不同充填体强度下顶板位移均呈近线性变化,充填体弹性模量为0.5 GPa即可满足现有采深条件下支撑顶板的要求;部分充填和整体充填均随着充填体强度的增加,顶底板变形呈降低趋势,且整体充填顶板控制效果显著高于部分充填。

柴沟矿薄基岩顶巨厚煤层过沟开采防治水技术

在过沟区域开采浅埋薄基岩顶板巨厚煤层时,将面临严重的水害威胁。柴沟煤矿在雨季过沟开采1503工作面,其煤层厚度20 m,埋深200 m.根据开采经验,该条件下回采后形成的裂缝带将直接导通至地表,届时将给井下生产带来严峻的水害威胁。通过对矿井及工作面水文地质条件及充水因素进行全面分析,应用理论计算,对不同地段的涌水量进行预测,认为工作面开采的主要充水水源为地表水和大气降水,且水量较大;充水通道主要为开采形成的顶板裂缝带。故提出"拦截、封堵、疏导"的防治水方案,具体为采前筑坝铺管打泄水孔,采中裂缝封堵及采后回填压实等3个阶段完成,同时提出相应的防治水技术措施,以此确保工作面安全过沟开采。

巨厚煤层冲击地压的机理及预防措施

以义马千秋矿冲击地压倾向性鉴定结果为依据 ,探讨了缓倾斜巨厚煤层的冲击地压的影响因素及特点 ,针对性地提出开采技术、煤体注水、卸载爆破等巨厚煤层冲击地压综合防治措施。指出冲击地压特性是由煤的物理特性、矿井开采深度、开采方法等多因素决定 ,矿井应当根据本矿的具体情况 ,采取切实可行的措施。

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。

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。

复合勘探技术在煤矿工作面水害防治中的应用

现有煤矿工作面水害复合勘探技术大多采用常规回转钻进成孔方法,钻孔数量多、工作量大,且施工过程中钻杆弯曲变形、孔内地层变化、钻进工艺参数改变等会导致钻孔发生偏斜,从而导致探水决策失误。针对该问题,提出一种基于定向钻进的复合勘探技术,并将其应用于某煤矿综采工作面水害探测。应用过程如下:先采用矿井音频电透技术探测工作面低视电阻率异常区,再采用定向钻进技术直接揭露富水区,通过观测钻孔涌水量和化验钻孔涌水水质,确定异常区存在导水奥灰岩溶陷落柱,并圈定了陷落柱在该工作面内的延展状态和边界;根据复合勘探结果,指导更改切眼位置,有效消除了工作面开采揭露导水陷落柱导致突水事故的隐患。

煤矿水害防治基础科学发展思考

针对目前煤矿水害防治技术发展不平衡及后劲不足的现状,从矿井水灾致灾机理、预测、探测以及综合治理利用等关键环节,总结了其基础学科发展深层次科学原因,提出了基础科学发展的方向。研究认为,应加强基于岩体(水)力学+水文地质学的多重介质多场耦合本构模型研究,在采动条件下探究水灾致灾的力学机理,提高矿井涌(突)水及涌(突)水量预测预报的准确性或者精度,从理论上为矿井水害防治技术体系的整体突破奠定坚实基础。

煤层注水防治冲击地压效果分析及可注性鉴定研究

对煤样进行浸水实验和现场注水防冲效果检验,研究表明煤层注水降低了煤样冲击倾向性,现场钻屑量和电磁辐射强度均有较大程度的降低。为了准确鉴定煤层注水可注性,选取裂隙发育程度、孔隙率、湿润边角、坚固性系数、饱和水分增值以及埋深等6个注水难易程度的影响因子,以选自不同矿区的15个煤层实测数据为训练样本,建立了煤层注水可注性鉴定的距离判别模型,该模型回判正确率为100%。东荣二矿现场应用表明,距离判别模型鉴定结果与实际情况相符,可以用于指导现场煤层注水。

防止岩溶陷落柱突水的煤柱合理尺寸研究

根据岩溶陷落柱突水的力学机理 ,分析了防突煤柱合理尺寸计算的影响因素 ;利用岩石强度理论得到了防突煤柱保持稳定所要求的最小尺寸计算公式。

矿井采空区突水防治方法研究

为了解决整合矿井采空区突水危害问题,以河东煤田为研究背景,基于煤层赋存和水文地质开采条件,对矿井采空区的围岩破坏形式、保护煤柱的留设方法、采空积水的探放方式、采动过程中围岩的控制方法等方面进行综合分析,探讨矿井采空区突水的综合防治方法,解除采空区突水危害,为矿井的安全生产提供指导,对具有相同生产条件的矿井提供借鉴。

三维工程地质模型在防水煤岩柱留设研究中的应用展望

在第四纪厚松散含水层下采煤，留设防水煤岩柱是预防顶板水的有效方法。本文从该项研究的现状及存在的问题出发，提出运用三维工程地质模型方法探讨导水裂隙带、含水层、隔水层、保护层的三维形态，进而通过空间分析并结合生产实际确定合理的防水煤岩柱尺寸，实现水体下煤炭资源的充分开发。

松软底板煤层突水注浆改造技术研究

本文根据肥城矿区兴杨公司地质采矿条件,深入分析了底板突水注浆改造技术对突水的防治作用,系统研究了注浆改造施工工艺,并以9803工作面为例说明复杂构造松软底板煤层,通过注浆改造结合一定的安全技术措施可以实现煤层的安全回采。实践证明,底板突水注浆改造防治技术措施在肥城矿区取得了良好的效果,具有较大的经济效益和社会效益。