基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征

陕北浅埋煤层开采引起地面塌陷严重影响了矿区生态环境,与浅埋单煤层开采相比,浅埋双煤层开采所导致的覆岩破坏、裂缝发育更为复杂。以柠条塔煤矿N1206和N1114典型工作面为研究对象,采用颗粒流方法对浅埋双煤层斜交开采的过程及其所致地表裂缝发育特征进行了模拟研究。研究结果表明:浅埋双煤层斜交开采煤柱所在区域的上行和下行裂隙密集发育;各工作面采毕地表下沉曲线呈现宽缓的“W”型;1^-2煤采毕与2^-2煤采毕裂缝发育速率比值为1:3~1:2,地表最大下沉量比值为1:7;开切眼及终采线位置附近裂缝密集且会导通至地表;地表最大下沉量位于工作面开切眼位置附近,地表最大水平正向位移位于工作面开切眼位置附近,左侧工作面采毕最大负向位移位于工作面终采线位置,右侧工作面采毕最大负向位移位于1^-2煤右侧工作面靠近终采线位置。研究结果可为浅埋双煤层开采的相关研究与工程实践提供理论参考与实际借鉴。

双煤层工作面开采布置方式对采煤沉陷的影响

为了研究工作面的布置方式对采煤沉陷的影响,以安山煤矿为例,采用相似材料模拟实验、数值模拟等研究手段,在3^(-1)号煤中布置面间煤柱宽度分别为20 m和40 m的2个工作面,在3^(-1)号煤的下方3号煤中布置一个工作面,且使该工作面中心与上层煤留设的煤柱中心重合,构建了双煤层工作面的2种布置方式。研究结果表明,留设不同宽度的煤柱,采用数值模拟和相似材料模拟得到的覆岩破坏变形特征基本一致。煤层重复采动工作面布置方式使工作面上覆岩层下沉形态呈现“W”型。工作面留设的煤柱越宽,煤柱上方覆岩下沉范围显著减小,对于覆岩的支撑效果越好,越能抵抗覆岩的移动变形,采煤沉陷越不明显。通过对结果的分析,在布置工作面时,适当的增加煤柱宽度,可以有效减缓采煤沉陷,为科学预防采煤沉陷灾害的发生提供了参考。

榆神矿区双煤层开采错距方案优化数值模拟

为研究双煤层开采错距最优方案和对覆岩结构关键层的影响,以榆神井田地质条件为工程背景,采用FLAC3D数值模拟手段,从开采错距5种模拟方案中比选出最优方案,并基于Mohr-Coulomb强度准则与数值模拟结果,讨论了不同开采错距对覆岩结构关键层的影响。研究表明:双煤层错距开采工作面覆岩拉应力呈现“谷-峰-谷”形分布,错距煤柱影响范围内最大主应力呈“平峰”状分布,下沉值呈现“尖峰”状分布;最优错距为40 m,最不利错距为0 m;通过对双煤层开采错距方案优化,可以有效保护覆岩结构关键层完整性,减小覆岩破坏范围。

陕北某矿双煤层开采对覆岩影响的模拟对比

多煤层开采条件下煤层覆岩破坏具有独特的特征,影响矿井生产布置。以陕北某矿为例,以该矿地质采矿条件为基础,采用相似材料模拟实验与数值模拟相结合的方法,通过建立模拟模型,开展了双煤层开采对覆岩的破坏影响研究。结果显示:留设不同宽度的煤柱,采用相似材料模拟和数值模拟2种方法得到的煤层覆岩垮落带高度、裂隙带高度都基本一致;在双煤层开采时,留设的煤柱宽度越大,两个煤层的叠置区域就越小,煤层开采对覆岩的破坏程度就越小。在工作面布置时,建议增大两个煤层的开采距离,并尽量增加煤柱宽度,以减缓覆岩移动破坏范围和破坏程度。研究成果为类似双煤层开采工作面的设计及覆岩破坏控制提供技术支撑。

双煤层不规则煤柱应力—能量演化规律及防冲技术研究

煤矿开采遗留煤柱区域往往是高应力和能量聚集区,多煤层开采条件下,当上部遗留煤柱与工作面煤柱重叠时,多重应力作用下煤柱区应力分布及能量演化更为复杂,工作面回采过程中易发生动力现象。以某矿双煤层开采遗留不规则煤柱区开采为背景,采用数值模拟和工程实践等方法,研究了工作面开采过程中煤柱区的应力分布、能量演化规律,建立了不规则煤柱区冲击危险监测体系,并制定了针对性防冲方案。结果表明:不规则煤柱区应力集中程度受采动影响较高,煤柱内高静载是影响工作面冲击危险性的主要因素;工作面回采临近煤柱时,“双层”煤柱中应变能积聚程度显著高于采空区下单层煤柱;现场微震分析可知,高能事件多分布于煤层中,煤柱为能量积聚释放的主体;钻屑法与应力在线监测结果表明煤柱区域为高应力集中区。根据数值模拟及现场监测结果,提出了煤体大直径卸压方案,并进行了效果验证。

双煤层煤层气井四通道分层控压排采技术及试验

针对双煤层煤层气井生产过程中层间相互干扰、储层伤害严重的问题,提出了双煤层四通道分层控压排采技术,排采过程中将两层煤控制在不同的压力系统中以达到分层生产的目的,研制出了一套双煤层四通道分层控压排采装置,包括四通道封隔器、监测设备、多通道油管扶正器、滚轮式抽油杆扶正器和辅助联通管。现场应用试验表明:四通道封隔器能够根据需要起到封隔效果,使两个产层处于两个不同的压力系统中,双煤层四通道分层控压排采技术具有现实可行性。

双煤层开采地表下沉影响因素分析

煤炭开采所引起的地面塌陷问题严重影响矿区生态环境,与单一煤层开采相比,双煤层开采所导致的地表下沉更为复杂。以不同矿区地表移动实测数据为基础,采用灰色关联度分析、理论分析及相似模拟试验等研究方法对基岩厚度、松散层厚度、上下煤层采高及煤层间距对地表下沉的影响展开研究。研究结果表明:基岩厚度和松散层厚度对地表下沉影响最大,上煤层采高和煤层间距影响次之,下煤层采高影响最小;考虑到各矿区地质条件的差异及各因素之间的交互作用,将基采比c、基载比z和间采比j作为关键参数研究地表下沉的变化规律,得出单一煤层开采地表下沉系数随基采比c和基载比z的增大而减小,双煤层开采地表下沉系数随三个关键参数的增大呈减小趋势;相似模拟试验结果与理论分析结果基本一致,说明研究结果是可信的。

顶底板双软型薄煤层工作面矿压显现规律分析

针对顶底板双软型薄煤层综采过程中围岩控制难度大的问题,建立了顶底板双软型薄煤层围岩变形力学模型,并结合现场实际条件,采用FLAC3D数值模拟分析顶底板双软型薄煤层开采过程中围岩塑性区、围岩垂直应力、煤壁前方支承压力的变化规律,得出薄煤层综采时的围岩破坏机理。赵官煤矿1705E工作面实测矿压结果表明:直接顶初次垮落步距为18.2 m;基本顶初次垮落步距为37.8 m,周期来压步距平均为16.0 m;煤壁支承压力在煤壁前方13 m左右明显增大,影响范围为0~25 m;巷道两帮最大移近量为300 mm;巷道顶、底板最大变形量分别为900、500 mm,围岩变形实测数据与数值模拟结果相吻合。

双突煤层综放工作面瓦斯开采技术研究

基于芦岭煤矿的地质条件,采用数值计算、三维封闭式物理模拟等方法和手段,对综放工作面覆岩破裂与移动规律,以及裂隙瓦斯运移规律进行了综合研究,分析了高位裂隙瓦斯运移特征,确定了瓦斯运移的关键层位,找出适合煤与瓦斯共采的基本条件,初步形成综放工作面瓦斯综合开采技术,并将其应用于工程实践。

双突软煤层大采高综采面支承压力分布规律研究

通过对河南神火集团梁北煤矿5.0m大采高综采一次采全高工作面支承压力进行现场实测和分析研究,找出了在极软双突厚煤层条件下大采高工作面支承压力的分布规律,为确定工作面超前支护范围及巷道保护煤柱留设尺寸提供了主要依据,同时,也为该采煤工艺在这种复杂条件下的首次实施和成功推广应用提供了技术支持。

浅埋双硬特厚煤层放煤规律分析及参数研究

新疆地区煤炭资源埋藏较浅、煤层较厚、煤层与顶板坚硬而导致顶煤冒放性较差,无法实现安全高效放顶煤开采,并且目前针对浅埋双硬特厚煤层综放工作面高效放煤的相关研究较少。针对上述问题,以榆树岭煤矿110501综放工作面为工程背景,对浅埋双硬特厚煤层放煤规律进行研究,从而确定合理的采放比及放煤工艺,提高采出率。采用FLAC3D软件分析了综放工作面回采过程中煤岩破坏规律,以设计合理采放比。结果如下:①随着工作面采高不断增大,顶煤及煤帮的屈服破坏系数不断增大,且工作面煤帮超前支承应力峰值和影响区域逐渐增大。②综合考虑顶煤、煤帮的稳定性和冒放性,设计采高为4.0 m,放顶煤高度为4.6 m,采放比为1∶1.15。利用PFC2D软件分析了综放工作面顶煤冒放规律,以设计合理放煤工艺(包括放煤步距和放煤方式)。结果如下:①“一采一放”含矸率比“两采一放”“三采一放”高,但由于放煤步距较小,整体放出率高于“两采一放”“三采一放”,因此选用“一采一放”的放煤步距。②单轮放煤相比于2轮放煤,放煤速度高,但含矸率较大,放出率较小;2轮间隔放煤与2轮顺序放煤相比,放出率较高,因此选择2轮间隔放煤方式。将设计的采放比和放煤工艺应用于110501综放工作面工程实践,结果表明:该工作面顶煤放出率为82%~87%,平均放出率大于82%,放煤效果较好。

极软双突厚煤层大采高综采技术研究

通过对梁北矿二1煤层开采技术条件进行数据采集、理论分析和现场研究,实施了极软双突厚煤层大采高综采技术,实现了二1煤层的安全高效开采,为禹州矿区煤炭资源合理开发闯出一条新路,对我国复杂煤层的开采具有一定借鉴意义。

双突三软特厚煤层矿井高效集约化生产与矿井安全分析

魏家地煤矿属双突三软特厚煤层矿井,开采条件十分复杂,近8年安全生产状况良好,其根本原因是矿井改革采煤方法,矿井生产实现了高效集约化模式。矿井生产高效集约化模式为矿井安全生产创造了条件,实现了“五集中,五减少,五提高”。

“双软”煤层工作面矿压显现规律及顶板活动特征研究

由于“双软”煤层开采条件下煤层、直接顶软弱,存在矿压异常、围岩易失稳等问题,工作面顶板管理难度大,掌握矿压显现特征及覆岩活动规律是解决“双软”煤层条件围岩控制问题的关键。以长平煤业3#煤层为研究背景,在工作面支架压力、巷道围岩应力监测数据分析的基础上,结合微震监测技术手段,掌握顶板破断机制和时空关系,研究矿压规律与顶板活动特征的响应机制,从微震能量的角度对矿压规律进行合理解释。得出如下结论:“双软”煤层条件工作面矿压显现较弱,分段局部来压特征明显,矿压整体呈现中部高—两端低的趋势;两巷超前影响范围较大,最远超过200m;工作面顶板超前破坏、两巷超前大能量微震事件频发是导致工作面矿压强度低、两巷超前应力影响范围大、工作面倾向矿压存在明显差异的主要原因。

顶底双软薄煤层沿空留巷支护技术

针对顶底双软薄煤层沿空留巷出现的问题,基于矿压关键层理论,分析了沿空留巷围岩变形机理,提出了预掘软弱顶板,建立"Z"字台阶型沿空留巷结构的错位沿空留巷方法。现场实测表明:该方法采用优先垒砌矸石墙,巷道内及时构建胶结充填体和单体支柱补强支护的沿空留巷工艺,留巷效果良好。

立井揭穿双突煤层之实践

根据寺家庄矿立井揭煤的施工实践,总结了揭穿双突煤层的施工程序和以预测预报、防治突出措施、措施效果检验、安全防护措施为主的"四位一体"技术方案的具体实施过程。从技术参数、工艺要求及现场管理等方面都取得了一些经验。该矿井立井揭穿双突煤层的实践结果未发生任何事故,达到了安全、优质、快速施工的目的,取得了良好的社会效益和经济效益,为今后立井揭穿双突煤层施工提供了宝贵的经验。

极软双突厚煤层一次采全高工作面矿压规律研究

通过对梁北煤矿5.0 m大采高综采一次采全高工作面的矿压进行现场实测研究,得出了极软双突厚煤层条件下大采高综采一次采全高工作面的矿压规律,并优化了该工作面围岩控制措施,为工作面安全生产提供了可靠的技术保障,同时,也为该条件下该工艺的成功实施和推广应用奠定了基础。

浅埋双硬煤层综放面关键设备选型配套研究

新疆地区煤炭资源普遍存在埋藏较浅、煤层较厚、煤层与顶板较硬的特点,顶煤的冒放性较差,采放比设计及设备选型需综合考虑。文章主要探究浅埋双硬特厚煤层综放面的合理采放比设计以及关键装备选型配套方案,以榆树岭煤矿110501综放工作面为工程案例,首先进行工程类比,然后使用FLAC3D数值模拟软件对不同采高条件下采场塑性区及垂直应力分布规律进行研究,针对不同采高顶煤的冒放性及煤帮片帮破坏特征分析,优化设计综放面采放比;并结合榆树岭煤矿110501工作面具体参数,采用理论计算和三机配套原则进行一系列计算,选取合适的设备,为类似条件下双硬特厚煤层综放面采放比设计及关键装备选型配套方案提供参考。

马丽散在三软双突厚煤层大采高综采工作面的应用

梁北煤矿在三软双突厚煤层条件下首次采用5 m大采高综采一次采全高工艺,工作面极易出现大面积片帮和端面冒顶问题。介绍了该矿采用注马丽散加固工作面煤壁和顶板成功解决了这一重大隐患,实现了安全高效采煤,同时也为极软双突厚煤层条件下大采高综采一次采全高工艺的成功实施和推广应用提供了可靠保障。

深部井筒揭双层煤深孔预裂爆破增透技术研究

针对顾桥矿深部进风井井筒揭8煤、7-2煤,8煤层埋深955.49~958.34 m,7-2煤在8煤下方6.5 m,属深部井筒。双煤层瓦斯含量与瓦斯压力均超出指标,为保障井筒揭煤安全,提出采用深孔预裂爆破增透技术。取得了良好的增透效果,消除了煤与瓦斯突出危险。