近水平层滑构造高侧压系数对防突卸压角的影响研究

为确定近水平层滑构造高侧压系数对上保护层开采保护范围的影响,以韩城矿区下峪口煤矿为工程背景,分析了不同侧压系数对被保护层垂直应力演化、弹性能分布的影响,理论分析得出保护层开采后在煤层走向上产生高地应力梯度,进而减小防突卸压保护角;采用数值模拟方法得出保护层开采条件下煤层走向防突卸压角随侧压系数增大而减小,工作面倾斜上、下方的防突卸压角基本不受侧压系数影响的规律。该研究可为矿井被保护层工作面布置及瓦斯治理提供符合矿井实际的科学依据,并对相似矿井保护层开采范围的确定具有借鉴意义。

基于初采瓦斯涌出确定上保护层走向卸压角

本文针对保护层开采卸压范围现场考察困难的现状,提出了基于初采瓦斯涌出规律确定上保护层走向卸压角。并结合青东煤矿上保护层开采实践,通过数值模拟分析了工作面初采过程中底板卸压规律;理论计算及现场统计分析了初采期间瓦斯涌出规律,并根据初采瓦斯涌出数据确定了被保护煤层初始卸压时上保护层工作面的推进位置,以此计算了上保护层走向卸压角。通过现场合理布点,测试了上保护层工作面回采过程中被保护煤层瓦斯压力动态变化规律,同时测试了走向卸压边界区域瓦斯压力及含量的分布规律,根据实测结果确定了走向卸压角。对比分析可知,基于初采瓦斯涌出确定的上保护层走向卸压角与现场实测结果相吻合,验证了该方法的准确性。

关于远距离上保护层开采卸压保护角的确定

为了优化采区采掘部署,实现安全高效开采,基于保护层开采区域性防突措施的重要性,即保护层的开采,论文就祁东矿上保护层开采过程中,对下部被保护煤层卸压保护角的理论分析和煤岩及瓦斯动力参数现场考察,得到了矿井一定瓦斯地质单元条件的卸压保护角,该参数能为类似条件下上保护层开采确定卸压保护角提供参考。

开采远距离下保护层卸压保护角的相似模拟研究

通过对淮南矿业集团潘谢新区矿井煤层群开采条件下开采下保护层对上部煤岩层采动影响的相似材料模拟试验结果的分析,得出下保护层开采时上覆岩层的活动及变形规律,并对远距离下保护层开采后的卸压保护角进行了分析,模拟试验结果表明,卸压保护角存在合理增加的空间。

深部强冲击厚煤层开采上、下解放层卸压效果相似模拟试验研究

为了研究深部强冲击厚煤层开采上、下解放层的卸压效果,采用相似材料模拟试验的方法,通过监测解放层开采过程中及稳定后被解放层应力变化情况,分析应力变化规律,计算下解放层下部合理卸压角,确定了被解放层下平巷的合理位置;比较两次开采上解放层模拟试验的卸压程度,确定了上解放层工作面的合理位置;证明了开采下解放层后,被解放层上平巷附近区域仍是高应力集中区,易发生冲击地压,而开采上解放层后,该区应力明显减小,说明上解放层卸压效果明显;验证了井下发生大能量冲击地压之前,地表沉降出现"反弹"的异常现象。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有重要的现实意义。

深部强冲击地压易发矿区厚煤层开采解放层卸压效果数值模拟

为研究深部强冲击厚煤层开采上、下解放层的卸压效果。采用数值模拟方法,分析不开采解放层,开采下解放层,开采上、下解放层条件下,被解放层的应力变化情况及应力变化规律,计算开采下解放层后的合理卸压角,确定解放层平巷位置。模拟结果表明开采上、下解放层后,应力明显减小,但仍存在高应力区,易发生冲击地压,必要条件下应采用其它辅助卸压方式。证明了煤壁前方应力增加区域一般在煤壁前方8～25m。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有一定的现实意义。

上保护层开采下伏煤层卸压变形及应力分布

为掌握上保护层开采过程中下伏煤层卸压破坏变形及应力分布规律,提高上保护层开采预防下伏煤层煤与瓦斯突出的效果,以河南平顶山四矿己16-17煤层为对象,基于PoytingThomson模型构建煤岩体蠕变动力学模型,借助Comsol Multiphysics5.2软件对下伏煤层膨胀变形及卸压分布规律进行仿真模拟和工程验证。结果表明:随着上保护层工作面的推进(由10 m推进至60 m),下伏煤层左右两侧分别形成98.5°及114°卸压角,横向塑性变形量增至最大约为216 m;下伏煤层呈塑性变形→形变恢复的变化特征,说明上保护层的开采有助于下伏煤层瓦斯卸压通道的形成,有利于下伏煤层瓦斯的抽采。

坚硬顶板厚煤层卸压开采覆岩运移特征试验研究

为研究多组厚硬顶板厚煤层开采覆岩运移特征及其对上煤层卸压范围的影响,结合潘二煤矿3煤和4煤开采地质及工程条件,构建了相似材料模拟试验模型。试验观测与数据分析表明,受煤层倾角和多组厚硬岩层影响,覆岩运移中出现非对称"台阶"断裂现象,应力卸压角、膨胀变形卸压角与经验法计算结果相差较大,应力卸压角小于理论计算卸压角平均13°,变形卸压角小于理论卸压角平均7.5°。应用关键层理论分析表明,卸压层和被卸压层间两个关键层是引起覆岩"台阶"断裂、运移不协调及卸压范围减小的主要原因,揭示了多关键层组合对覆岩运移的非对称及卸压特征的差异性的作用机理。

长平矿下保护层开采上覆煤岩体卸压变形分析

为研究长平矿下保护层开采问题,依据长平矿的地质条件制作相似材料物理模型,在下保护层开采过程中,分析上覆岩层的运动规律和被保护层的应力分布,并用面积膨胀变形率考察被保护层的膨胀变形效果.保护层开采完毕后,得出垮落带和裂隙带高度分别为保护层采高的6倍和20倍,且被保护层位于裂隙带的中上部.随工作面的推进,被保护层的应力依次呈＂V＂、＂U＂和＂W＂型分布,最大卸压系数为47%;根据上覆岩层的应力变化得出保护层开采完毕沿走向的卸压角为60°.被保护层的最大膨胀变形率为7.7‰,模型开采完毕后,在工作面后方25~125 m被保护层的膨胀变形率均大于3‰.试验为长平矿下保护层开采被保护层卸压效果分析、巷道布置等提供理论依据.

上保护层开采及卸压瓦斯抽采的消突效果研究

为分析上保护层开采及卸压瓦斯抽采对煤层消突的作用,采用理论计算、数值模拟及现场实测相结合的方法,研究上保护层开采底板破坏深度及卸压范围,优化卸压瓦斯抽采参数。研究表明:当煤层采高为1.4 m时,上保护层开采后煤层卸压深度为13.8~17.9 m,走向卸压角为59°,倾向卸压角为74°;对被保护层使用底抽巷网格式上向钻孔抽采,穿层钻孔终孔间距为15 m,终孔位置距2#煤层顶板约0.5 m,钻孔直径不小于100 mm;卸压瓦斯的抽采浓度达42.5%,被保护层保护范围内的瓦斯压力降为0.55 MPa,残余瓦斯含量降为5.214 m3/t,消除了突出危险性。

煤层群下保护层开采卸压范围扩界研究

通过开采保护层降低高突出煤层的危险性,作为一种有效的保护措施,在煤矿开采中得到广泛应用。而准确探究近距离煤层下保护层卸压范围,对合理布置保护层,提高卸压效率显得尤为重要。在过去,我们一般认为倾向卸压角度为80°左右,沿走向的保护范围卸压角在56°～60°左右。本文在前人研究的基础上,通过数值模拟及现场考察等方法,获得了近水平上被保护层工作面走向上和倾向上的煤层膨胀变形规律,在下保护层的设计中,为相对原来规定的范围增加扩界区域提供一定的理论支持。走向上通过对其卸压瓦斯的抽采,扩界区域同样可处于有效保护范围内,即走向卸压角可由56°提高至90°左右。倾向上可考虑将卸压角度由80°增大为90°,实现保护层与被保护层的等宽布置。并以淮南朱集矿1111(1)工作面首采保护层的现场监测数据做对照,分析结果与实际值相符。

无顶底板巷道条件的保护层开采效果考察研究

为了考察无顶底板巷道条件的保护层开采效果,需要在保护层工作面回风顺槽停采线外施工考察钻孔,考察被保护层膨胀变形量、开采前后煤层透气性系数以及残余瓦斯含量,通过现场实测数据分析,被保护层最大膨胀变形量为8.4‰,划定的保护范围边界附近瓦斯含量3.21~4.52m^(3)/t,远低于临界值,卸压保护效果显著。

急倾斜下保护层倾向保护范围数值模拟及验证

基于保护层顶底板煤岩层的物理力学参数和地质特征,利用有限元软件ANSYS生死单元模拟下保护层开采,观察开采后的被保护层应变、应力场的变化情况,根据保护准则确定倾向保护范围。结果表明,下保护层开采急倾斜煤层沿倾向下部边界的卸压角为88°。同时,在实验现场通过布置压力孔,观测压力变化情况来分析确定保护范围沿倾向下部边界的卸压角为86°。对比分析数值模拟和现场实验的结果,在现场施工不确定因素影响下,最后确定下保护层开采急倾斜煤层沿倾向下部边界的卸压角为86°。

近距离煤层群上保护层开采煤岩体动力学演化

针对平顶山十二矿己15煤层的地层条件,基于弹性力学和岩石破裂损伤理论,利用大型有限差分软件FLAC 3D模拟分析了上保护层开采过程中,被保护层水平变形特征及层厚变化规律.得出己15煤层最大膨胀变形量接近1.4%,确定了被保护层受保护范围为走向方向内错5-7 m,倾斜方向内错4-6 m.并将数值模拟结果与现场实际测定数据进行对比分析,两者基本吻合.研究结果对十二矿防治煤与瓦斯突出具有重大的理论意义和现实意义,也对类似矿井区域防治煤与瓦斯突出具有很大的借鉴意义.

上保护层开采保护范围确定及数值模拟

针对传统保护层开采保护范围确定方法的局限性,结合某矿井保护层开采的实际情况,提出了一种新的保护层开采保护范围的确定方法(包括沿工作面布置方向和工作面推进方向的保护范围),即现场流量观测分析和含量对比法.通过流量观测分析和含量对比,结合工程实际情况进行计算机数值模拟来确定上保护层开采的"两向"保护范围;在含量测试取样过程中,采取了"大孔口钻杆扩孔,小孔口钻杆接岩芯管"的定点取样方法.研究结果表明:确定的保护范围符合现场实际情况;定点取样方法基本上保证了含量测值的准确性.

近距离煤层下保护层开采保护范围的确定

为确定金佳矿中煤组近距离煤层群下保护层11223工作面开采的保护范围,在111811运输巷和回风巷共布置6组瓦斯解吸钻孔。通过现场测定的钻孔瓦斯解吸量,结合实验室煤层瓦斯参数计算出瓦斯压力。对瓦斯压力回归分析,得出6组保护范围临界点为理论保护范围,即分别向钻孔内偏移1.30、1.10、17.51、16.52、3.20和3.90 m;走向卸压角55°、倾向卸压角分别为54°和82°。保护范围内被保护煤层卸压瓦斯抽采纯量约2 628.63万m3,抽采率80.69%;钻屑瓦斯解吸指标未超标。

近距离煤层群上保护层保护范围的数值模拟

为了确定近距离煤层群上保护层开采保护范围,运用FLAC3D数值模拟对保护层开挖后的应力进行分析,得出了保护层的保护效果;结合应力卸压保护准则,确定保护层沿走向和倾向的卸压角。结果表明,近距离煤层群上保护层开采后,倾向上卸压角为67.7°,下卸压角为63.5°,走向卸压角为47.7°。通过现场考察,数值模拟分析计算得出的卸压角接近现场考察的卸压角。

张小楼井下邻近层卸压范围考察

上煤层开采使下邻近层卸压,下邻近层瓦斯压力将会下降。准确测定上煤层开采前后下邻近层瓦斯压力的变化,确定下邻近层的卸压保护范围,对下邻近层瓦斯治理有重要意义。利用速凝水泥封孔测压工艺,在庞庄煤矿张小楼井-1025西一下山采区7煤层工作面施工测压钻孔测定9煤层的瓦斯压力,考察7煤层工作面推进过程中下邻近层9煤层瓦斯压力的变化规律。结果表明,7煤层工作面回采前后,9煤层瓦斯压力由0.65 MPa下降至0.41 MPa,走向卸压角为65°,走向卸压保护距离为13.5 m,7煤层开采对9煤层卸压效果显著。

下峪口煤矿保护层保护范围的考察

下峪口煤矿3#煤层突出危险性很大,开采保护层是最有效的防治措施。该矿在23307采煤工作面进、回风巷掘进过程中预测了煤与瓦斯突出危险性,考察了保护层保护范围和卸压角。

近距离上保护层开采保护效果考察

为了有效考察潘一矿11518工作面区域瓦斯治理效果,实测被保护区域7-1煤层残余瓦斯压力(含量)、卸压角等参数,分析上保护层保护效果,结果表明:11518工作面开采对下覆7-1煤层走向、倾向上方、倾向下方的卸压保护角分别为58°、76°、77°,被保护层工作面7-1煤层累计预抽卸压瓦斯585.44万m^3,抽采率为78%,经保护卸压抽采后实测残余瓦斯压力为0.20 MPa,残余瓦斯含量为3.48 m^3/t,分别降低90%、58%,保护效果显著。