某金矿多中段充填开采对地表塌陷区稳定性影响分析

随着矿井开采逐步向深部发展,多中段开采引起的围岩稳定问题是矿井面临的主要安全因素。某金矿开采分为早期浅部空场法开采和后期深部充填开采两个阶段,早期开采在地表形成了一定范围的塌陷区。为了掌握深部多中段充填开采的覆岩移动变形叠加效应是否引起浅部塌陷区的活化,进而影响地表稳定性及井下安全生产,首先,采用理论分析方法研究了浅部塌陷区形成原因、机理,进而分析了地表塌陷区当前的自身稳定性;然后,采用RHINO、FLAC3D等数值模拟方法研究了深部上向水平分层充填开采引起的围岩移动变形规律及其引起的地表塌陷区的剩余沉降和塑性区发育。研究认为,某金矿深部多中段充填开采后充填区自身的变形量、浅部采空区内部岩层位移及地表沉降整体较小,相比于未充填情况下可较大程度减小围岩变形和地表塌陷区沉降,地表塌陷区仅在局部区域出现塑性区,多中段充填开采在维持当前充填效果的前提下不影响地表塌陷区的整体稳定性。本文研究方法及成果可为金属矿山充填开采覆岩变形安全性评价及地表塌陷区灾害防治提供有益借鉴。

沿空留巷开采覆岩裂隙演化规律及卸压瓦斯抽采技术

沿空留巷开采是我国煤炭可持续发展的重要方向之一,其采动覆岩卸压瓦斯运移储集区演化与传统开采方式有所不同。为进一步准确辨识沿空留巷开采覆岩卸压瓦斯运移储集区,通过数值模拟及物理相似材料模拟,研究了切顶侧与未切顶侧的裂隙特征,分析了采动覆岩裂隙动态发育过程及应变分布规律,提出了沿空留巷开采卸压瓦斯抽采靶区位置判别方法,并进行了现场工程实践。研究结果表明:低位覆岩受切顶影响,易发生破断垮落;高位覆岩区域未切顶侧覆岩裂隙较为发育,切顶侧与非切顶侧裂隙发育高度相同。采动裂隙形态、覆岩应变形态均呈梯形,随覆岩周期破断,采动裂隙呈跃进态势向上发展。不同区域采动离层裂隙角度集中在0°~10°,竖向破断裂隙区角度主要集中在80°~120°。基于关键层判别、采动裂隙角度及数量、覆岩应变特征等,结合通风方式,提出沿空留巷开采卸压瓦斯抽采靶区判定方法,将抽采钻孔布置在“采动裂隙锐角发育区+高瓦斯体积分数”区域,判定得出试验工作面抽采靶区为与煤层顶板垂距30~46m、与辅运巷平距30~55m的区域。试验工作面开采期间整体瓦斯抽采效果良好,说明基于沿空留巷开采卸压瓦斯抽采靶区判定方法设计的抽采钻孔具有合理性,可为沿空留巷开采“Y”型通风方式下卸压瓦斯抽采钻孔设计提供一定参考。

多采空区干式充填与带式胶结充填力学性能数值模拟研究

针对某萤石矿多采空区的工程概况,采用充填法治理采空区过程中提出了带式胶结充填体结构,运用3DEC离散元软件进行数值模拟计算,以空场法下采场的力学性能为基准,对传统废石干式充填与带式胶结充填2种不同充填方式下采空区进行沉降位移场、塑性区、应力场分析。结果表明:空场法下5号矿房顶板与左侧间柱出现塑性区贯通现象,有顶板坍落,间柱溃倒的风险;传统废石干式充填下5号矿房顶板与左侧间柱塑性区面积大幅减少,但是由于废石自身重力作用顶板沉降量增加了12%;带式胶结充填下5号矿房顶板与左侧间柱塑性区仅零星分布于受拉应力较大的临空面,顶板沉降量下降了4.33%,5号矿房上下盘收敛位移较空场法下降了12%。研究表明在不考虑充填成本的情况下,采用带式胶结充填治理多采空区,具有更优良的效果。

基于FLAC^(3D)对某铅锌矿巷道稳定性及采空区治理方案研究

根据Hoek-Brown准则,采用Roclab1.0软件对岩石力学实验参数数据计算,获取矿体和围岩的岩石力学参数,在此基础上运用FLAC^(3D)数值模拟铅锌矿山矿体回采后,采空区围岩及巷道最大主应力、竖向位移、塑性区的变化情况,判定铅锌矿体回采对现有巷道的影响,最终为现场采空区治理提供相应的理论依据。

煤矿不规则残采区沿空巷道煤柱留设及支护研究

为更科学合理地留设不规则残采区沿空巷道煤柱与有效控制巷道围岩,本文基于山西某矿3306工作面工程概况,通过进行数值模拟与进行现场实测,确定出了沿空掘巷煤柱合理宽度;优化了巷道支护方案,采用了高强度高预应力锚网索进行联合支护,应用该联合支护方案后,该巷道的顶底板移近量变小,两帮移近量也大幅变小,符合了矿井安全生产要求,取得了较好的巷道支护效果,有效控制了巷道围岩变形,更好地保障了矿井安全生产。

基于多源数据的宜宾市采空形变区监测与分析

本文利用哨兵1号(Sentinel-1)数据和雷达卫星(ALOS-2)数据进行宜宾市SAR数据适宜性分析和形变区域提取监测分析。采用R指数法提取工作区几何畸变信息,进行适用性分析。通过Stacking技术和星基增强系统(SBAS),获取了宜宾市2018—2021年地表形变监测结果,并成功识别出了72处潜在隐患,其中地面塌陷有17处。监测结果表明,利用多种合成孔径雷达(SAR)数据可以提升地表形变监测点的密度,提高监测精度,有效避免合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术监测盲区的问题。ALOS-2数据在植被密集地区具有明显的监测优势;Sentinel-1数据可用于隐患点的时序分析,揭示其变形规律。本文的研究成果为该地区隐患识别和监测分析提供了新的思路,并为防灾减灾提供了有力的数据支持。

注氮防灭火技术在综采工作面回采期间的应用

针对薛虎沟矿2-113综放工作面上隅角出现CO有害气体的问题,结合现场实际情况采取注氮防灭火技术对采空区遗煤自燃进行治理,取得良好效果,经治理后工作面上隅角CO气体浓度从23ppm左右基本降为零,保证了工作面的安全回采。

近距离煤层内错开采上下双层位煤柱稳定性研究

近距离煤层上下煤柱叠加,双煤柱稳定性关系到煤柱留设的成功,通过理论计算分别推导出内错时上窄下宽双层位煤柱的载荷与煤柱合理宽度计算公式。分析上窄下宽双层位煤柱稳定性影响因素为上下煤柱宽度比、上下煤层开采厚度比、上下煤层采空区宽度比,得出:随着下、上煤柱宽度比的增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递减,下、上煤柱宽度比一定时,下煤柱荷载随着采空区宽度增加而增大;随着采空区宽度的增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递增,采空区宽度一定时,下煤柱荷载随着下、上煤柱厚度比增加而增加;随着下、上煤柱厚度比增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递增,下、上煤柱厚度比一定时,下煤柱荷载随着下、上煤柱宽度比增加而降低。

Flow characteristics of three-phase foam in mine gob and its application

To study the flow characteristics of three-phase foam in gob area,different perfusion experiments in coal mine gob were designed and put forward in the paper.Through the observation of flow range,flow characteristics of three phase foam were analyzed with different flow rates.And,unsteady seepage process of three-phase foam was simulated with CFD software.Base on experiment and numerical simulation results,flow characteristics of three-phase foam and its major influence factors are discussed,and the optimal arrangement distribution of mine fire control drills is also determined.Research results show that the flow range and stacking height of three-phase foam in gob are significantly influenced by gravity.The vertical stacking height and horizontal diffusion distance of three-phase foam are also directly related to the flow volume of foam perfusion,the larger flow single hole perfusion volume,the higher stacking height and the longer diffusion distance could be obtained.

突出煤层沿空掘巷卸压应力降低区宽度研究

根据《防治煤与瓦斯突出细则》,突出煤层的煤巷与煤体卸压消突边界的间距应超过20 m。为了探究近水平突出煤层沿空掘巷卸压应力降低区宽度,通过实测卸压消突带煤体的残存瓦斯压力、瓦斯含量,结合采掘进程中巷旁煤体应力降低区宽度数值模拟结果,建立了现场工作面在不同时空条件下回采的应力降低区宽度预测模型。研究发现:在卸压消突带向应力增高区的过渡区域,残存瓦斯压力与瓦斯含量剧增;利用河南城郊煤矿突出煤层卸压消突带煤体残存瓦斯压力和瓦斯含量实测数据,经数值仿真验证,在回采工作面向前推进到500 m、掘巷约330 d的情况下,终采线处巷旁煤体的应力降低区宽度至少达到35 m,符合《防治煤与瓦斯突出细则》中有关煤巷掘进消突要求,且可在沿空掘巷时预留5 m煤柱。研究成果可为沿空掘巷窄煤柱宽度的确定和在应力降低区消突范围内布置沿空掘巷提供理论参考。

某铁矿采空区冒落冲击气浪危害及防护措施

为了预防某铁矿开采造成地表塌陷引起采空区冒落冲击气浪危害,采用数值模拟的方法对地下错综复杂的采空区群围岩稳定性展开分析,根据模拟结果,将该矿采空区稳定性划分为稳定、亚稳定及基本稳定3种状态,提出两个中段保留部分垂直矿柱与中段水平保安矿柱方,法预防顶板冒落冲击气浪,为企业安全生产提供理论及技术支持。

台头前湾煤矿沿空留巷小煤柱合理宽度分析

以台头前湾煤矿2S202-1综采面小煤柱沿空留巷为研究背景,采用理论计算得出合理的煤柱宽度为7.2 m;利用数值模拟软件分析了沿空留巷后不同煤柱宽度下的巷道围岩应力分布特征及塑性破坏区范围;结合现场实际生产条件,最终确定出小煤柱宽度为10 m;根据现场条件,拟定沿空留巷支护方案;应用表明,该煤柱宽度和支护方案下的巷道变形量小,满足矿井正常生产需求,取得了良好的经济效益。

过采空区叠置“三带”定向钻井技术研究

贵州煤炭资源量大,经长期开采,形成大面积采空区,采空区下伏煤层气资源量丰富,但开发利用率低。主要原因为贵州地区地面条件复杂、煤系地层纵向跨度大、煤层发育具有多薄等特点。在采空区钻井抽采上覆煤层卸压瓦斯及下伏煤层气时,采用常规钻井技术成井较为困难,易发生井下复杂事故,导致贵州地区对煤矿采空区内煤层气资源的开发利用较少。为了抽采采空区上覆煤层卸压瓦斯及充分利用采空区下伏煤层煤层气资源,探索多煤层采空后上覆煤岩层叠置“三带”在纵向发育特征及底鼓煤岩层应力变化规律就显得尤为重要。以贵州盘江矿区山脚树矿为例,实施1口过采空区多煤层定向试验井。结果表明:在贵州特殊地质条件下在煤矿采空区实施定向井抽采上覆煤层气卸压瓦斯及下伏煤层煤层气具有很好的经济性。同时通过该井的成功实施,首先探明了盘江矿区多煤层采空后“叠置”三带在纵向上的发育特征,其次成功获取了煤矿采空区下伏煤层煤层气抽采关键地质及工程技术参数,实现了采空区煤层气资源利用最大化,为后续在盘江矿区乃至整个贵州地区开展采空区瓦斯卸压抽采及下伏煤层煤层气开发提供了宝贵的工程经验和技术支撑。

综采工作面采空区高效膏体充填液压支架结构探究

综采工作面采空区高效膏体充填可行与否的关键在于充填液压支架,因此对充填液压支架的结构研究至关重要。文章基于综采工作面采空区充填液压支架的功能分析,对比了旋转尾梁结构式充填液压支架和伸缩尾梁结构式充填液压支架两种方案,后者具有充填空间大、待充区支护强度高、隔离速度快、隔离费用低等优点。

轨道交通采空区隧道施工难点及技术

地下采空区问题是困扰轨道交通工程的棘手问题,易影响新建隧道的施工安全和结构稳定性,要求施工单位采取科学可行的施工技术,确保隧道的安全建设和正常运营。基于此,论文以某隧道工程为例,根据采空区分布规律及塌陷特点,分析采空区隧道施工风险,探讨隧道穿越采空区的处治方案,做好前期勘察、注浆加固、初期支护等相关工作,通过科学合理的组织安排,最终顺利完成采空区隧道的施工,隧道施工安全和施工质量达到设计要求。

煤矿采空区及局部积聚瓦斯安全抽排技术研究

为了解决煤矿瓦斯抽采效率低、采煤工作面瓦斯超限等问题,研制出瓦斯智能抽排装置及自动伸缩筒。该装置采用单板机测控和新的传感技术,实现集中显示和多点测控。控制装置通过安装在抽放管路上传感器对采空区瓦斯抽放参数(CH4浓度、CO浓度等)进行检测,视其所检测信号量值的大小,发出相应的控制指令,对采空区瓦斯抽放系统的抽放参数进行相应的调整,确保采空区瓦斯抽放始终处于最佳状态,从而实现均压抽放和智能抽排采空区瓦斯及自动抽排工作面积聚瓦斯。

鲁南高铁菏曲段区域地面沉降的防治

区域地面沉降已成为近年来影响高铁达速运营的关键原因之一,鲁南高铁菏曲段建设过程中通过开展变形观测发现部分地段观测数据长期不能收敛,结合沿线水井、矿井排查和InSAR解译成果,确定沉降因素主要为地下水开采和采空区影响。本文分别论述了地下水开采和采空区对区域地面沉降的影响,在鲁南高铁菏曲段建设经验基础上总结了预防和整治措施,可为其他高铁建设控制区域地面沉降提供参考。