富水沟谷区浅埋煤层导水裂隙演化特征

富水沟谷区域下浅埋煤层赋存条件特殊,采场上覆岩层导水裂隙发育演化特征复杂。为了揭示沟谷区浅埋煤层在回采扰动作用下覆岩裂隙演化规律,以朱家峁煤矿1305-2工作面过沟谷区回采阶段为工程背景,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟与现场效果验证的方法,建立了覆岩裂隙−渗流场概念模型,开展了覆岩结构发育与微震能量演化研究,分析了覆岩变形与塑性破坏分布特征,提出了针对沟谷区下浅埋煤层导水裂隙防治措施,并应用于现场工程实践。结果表明:开采扰动下裂隙−渗流场模型呈“梯台”结构,并依次划分为初渗区域、稳渗区域、紊渗区域3个区域;将所研究矿井的工况数据代入模型结构,计算出各个渗透区域范围,并根据计算结果对矿井的稳渗区域采取注浆措施。工作面回采至沟谷区段,覆岩裂隙域形态呈现“拱形-梯形-复合梯形”的扩展演化特征,裂隙纵向发育高度达到163 m,并与沟谷区地表贯通。随工作面推进,地表裂隙依次经历“滑移-挤压-撕裂”过程;沟谷区域位移云图呈现出滞后开采“高位梯形”破断形态,在沟底处下沉位移最大,达3.47 m。针对开采导致的裂隙大范围扩展贯通,提出在地面进行采动裂缝注浆处理,在工作面上覆岩层进行注浆封堵,实现过沟谷区开采“井上−井下”联合防治,保证安全开采。该研究结果可为浅埋煤层的过沟谷区开采、采动裂隙防治及富水区“保水采煤”提供新的科学依据。

神东矿区浅埋煤层开采地表裂隙分布及动态演化特征研究

神东矿区浅埋煤层群开采导致地表裂隙发育良好,立体漏风复杂。为研究神东矿区地表裂隙分布特征及动态演化规律,以大柳塔煤矿活鸡兔井和补连塔煤矿浅埋藏开采为工程背景,采用现场无人机定点观测、红外、地质雷达等技术相结合的方法,研究地表宏观裂隙、隐蔽裂隙分布特征,并对裂隙动态演化规律进行分析。结果表明:神东矿区浅埋煤层开采工作面采空区对地表走向裂隙的影响相比于倾向裂隙较大,其中活鸡兔井12下206工作面101条裂隙有效影响范围35 m,补连塔煤矿22310工作面122条裂隙为62 m,走向裂隙最大裂隙宽度达到80 cm,倾向裂隙普遍在10 cm以下;随工作面的推进,裂隙宽度逐渐变大,直至发育完全,裂缝位置不连续断面间距变大,落差增大;宽度较大的裂隙(裂隙宽度大于10 cm),如果距离工作面较近,随着工作面的推进,裂隙宽度会逐渐缩小,甚至可能闭合。

浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数与裂隙演化分析

目的为了探究浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数与裂隙演化规律间的关联机制,并量化表征覆岩垮落、裂隙分布特征,方法以崖窑峁煤矿为研究对象,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的方法,分析覆岩垮落空间分布形态,并量化表征上覆岩层垮落“梯形”的分布参数。结果结果表明:上覆岩层受煤层开采扰动影响,沿两侧破断线整体呈“梯形”形态,由于破断角φ,γ不同,故覆岩采动裂隙在空间上呈非对称“斜四边形”裂隙发育体的展布形态,结论基于理论计算得出崖窑峁矿业30204工作面覆岩垮落分布形态,覆岩垮落两侧破断角开切巷处破断角φ∈[58.7°,68.7°],采煤机机头处破断角γ∈[60.8°,67.8°],并根据破断角公式进一步计算,得出开切巷处覆岩垮落长度Lφj=11.5 m;采煤机机头处覆岩垮落长度Lγj=10.4 m。依据现场30204工作面3-1煤层顶板垮落实际监测数据,得出上覆岩层垮落的最佳高度为11~30 m,裂隙发育最佳宽度在距离工作面开切巷5 m和采煤机机头5 m范围内。

浅埋煤层房采破坏区充填复采技术研究与应用

针对浅埋煤层前期开采遗留的大量房采破坏区严重影响现阶段工作面正常开采的问题,以五家沟煤矿5-1号煤层15301工作面的赋存情况和开采条件为研究背景,采用煤矿探巷机器人和机载三维激光扫描系统,探查出靠近15301辅运巷道三个房采区的情况,对房采破坏区失稳机理进行研究,确定了破坏区支护强度,通过对充填材料不同配比实验,同时结合填充效果的探查结果,提出了安全快速通过充填区技术。研究与实践表明:当破坏区支护强度P_(k)≥2.1 MPa时,可避免房采破坏区失稳;确定了满足五家沟煤矿充填的主体材料为充填料Ⅰ,其中,水泥、粉煤灰掺入比例为3∶7,水灰比为1∶(0.8~1.2);对房采区进行充填后,利用安全快速通过充填区技术,顺利完成了15301工作面房采破坏区充填复采,取得了良好的技术与经济效益,为类似条件下的浅埋煤层开采提供技术借鉴。

覆岩应力-漏风综合影响下浅埋煤层群下煤层开采巷道布置研究

针对浅埋近距离煤层群上部遗留煤柱影响下的下部工作面巷道合理布置位置确定问题,以活鸡兔井为例,采用离散元方法(DEM)模拟研究了遗留煤柱底板应力分布与上、下煤层开采采空区裂隙发育特征。结果表明:12号煤层开采过后,22号煤层水平距上覆煤柱20 m内为垂向应力与主应力差增高区,22号煤层水平应力在区段煤柱内侧较低;下煤层巷道布置采用外错式与重叠式时,巷道两侧围岩主应力差较大,且外错式与重叠式布置方式下22号煤层工作面开采时夹层与上部老空区覆岩二次运移剧烈,采空区两侧斜向裂缝带发育与贯通较好;采用内错式,巷道两侧围岩主应力差随与煤柱距离增大先降低、后升高,在距煤柱25~35 m处主应力差达到最低,且该布置方式下上部采空区覆岩沉降均衡,裂缝带闭合性较好,极大阻止了地表与层间贯通漏风通道的发育。

浅埋煤层采动诱发覆岩应力响应及地裂缝动态发育特征

为探究浅埋煤层综放采动诱发覆岩应力响应及地裂缝动态发育特征,利用UDEC软件对甘肃环县甜水堡矿区采煤过程中地裂缝的发育情况、应力变化情况进行数值模拟。研究表明:随着工作面的不断推进,地裂缝由下而上发育并且越发密集,采空区范围大到一定程度时,中部岩层被压实,临时性裂缝呈自闭合特征,永久性裂隙存在于采空区两侧。上覆岩层的下沉位移区域随工作面推进距离增大而增大,呈现出采空区两侧下降距离最少,越靠近采空区中部对称轴中心下降距离越深的趋势。采空区上覆岩层应力变化依次为应力集中、损伤变形、断裂坍塌到应力释放的过程。

浅埋煤层留小煤柱沿空掘巷技术研究与应用

在凤红煤业151302工作面采用沿空掘巷工艺技术,通过理论计算并结合数值模拟,综合分析确定了小煤柱的合理尺寸为5.0 m,同时优化了小煤柱巷道支护参数方案。工程应用结果表明:采用留小煤柱沿空掘巷技术,锚杆索受力远低于破断载荷;巷道顶板下沉位移在200 mm之内,回采帮内位移位小于200 mm,煤柱帮内位移在150 mm之内,巷道围岩和小煤柱皆处于稳定结构状况,整体围岩控制效果良好。

鸡西矿区浅埋煤层矿井地应力分布规律研究

为探究鸡西矿区浅埋煤层矿井地应力分布规律,采用水压致裂法在4座代表性矿井的23个测点开展地应力测试,分析了岩性对矿区地应力场分布规律的影响。结果表明:测试矿井垂直主应力比最大水平主应力要小,水平应力占地应力主要部分,构造应力场特征显著;无超高地应力场区,低、中及高地应力场区均有分布,以低及中等地应力场区为主;水平主应力总体上与埋深呈正相关关系,最小水平主应力与埋深相关性相较最大水平主应力要差;侧压比处于1.16~5.28范围且全部超过1,随埋深增加,侧压比整体逐渐减小,但离散性加强;随着埋深增加,最大、最小主应力相对差值有增大趋势,水平主应力差比逐渐接近0.5,矿井不同开采水平水平主应力差均较大。该研究成果对于鸡西矿区浅埋煤层矿井采掘工程设计及围岩控制具有重要的指导意义。

浅埋煤层大采高工作面地表裂隙漏风研究

为了掌握浅埋煤层大采高工作面采空区上方地表裂隙漏风规律,通过地表裂隙考察、SF 6示踪气体现场测试、数据拟合分析等方法进行地表漏风特征分析,并制定专项漏风防控措施进行治理。结果表明:大采高工作面采空区上方距离工作面20 m以上的粘土层地表区域,容易发育形成长期稳定的张开型和塌陷型裂隙;不同区域地表裂隙漏风风速呈现回风侧塌陷型裂隙>中部张开型裂隙>进风侧塌陷型裂隙,且分别距离工作面584、539、487 m后漏风风速基本为零;通过对地表裂隙回填压实和井下回风侧采空区注浆堵漏,在降低上隅角CO浓度的同时增加了O_(2)浓度,有效抑制了采空区的遗煤自燃,减少了采空区惰性气体的涌出。

沟壑地区浅埋煤层采空区煤自燃危险区域研究

沟壑地区浅埋煤层上覆岩层厚度不均匀,采动影响造成地表开裂形成台阶式下沉趋势,造成地表裂隙漏风,长时间漏风供氧致采空区遗煤自燃氧化条件良好,威胁矿井安全生产。以典型的某矿沟壑地貌浅埋煤层中11B602工作面为研究对象,现场观测地表裂缝发育几何形貌及大尺度漏风裂缝分布特征,并采用数值模拟研究采空区漏风规律,划分煤自燃危险区域。研究表明:工作面对应地表存在拉伸型和开裂型等裂缝,且风流由地表漏向采空区;受地表漏风影响,采空区内整体O_(2)浓度升高,两巷位置O_(2)浓度大于8%,采空区内由地表向两道漏风引起的煤自燃危险区域为进风侧100~151 m、回风侧14~85 m。通过采取井上下综合防治的措施,有效控制了地表漏风和采空区遗煤自燃,保障了工作面的安全生产。

安山煤矿浅埋煤层覆岩导水裂隙带发育高度实测研究

为了研究庙哈孤矿区浅埋煤层开采导水覆岩裂隙带发育规律,以安山煤矿133103工作面为研究背景,采用理论分析与现场实测相结合的手段对3-1煤层开采后覆岩裂隙发育规律进行研究。结果表明,133103工作面垮落带高度10.69~15.88 m,垮采比为4.86~5.73,导水裂隙带发育范围52.33~62.52 m,裂采比为23.8~28.4。研究成果为庙哈孤矿区类似条件下工作面开采顶板水灾害防治提供参考。

榆神矿区浅埋煤层矩形巷道围岩应力应变场及支护参数研究

榆神矿区所辖煤矿井下巷道支护参数的优化,一定程度上可以提高工作面端头割煤速度、改善回采两巷围岩应力状态、降低支护成本并且提高掘进时效,为煤炭资源的绿色、安全和高效回采提供保障。针对榆神矿区陕北侏罗纪煤田较有普适性的地质条件和开采技术参数,采用复变函数理论对矩形中等断面巷道围岩应力—应变场分布情况进行求解,选择FLAC^(3D)数值模拟软件进行拟合,根据解析结果在原有支护参数的基础上提出优化,认为增加0.2 m顶板锚杆间距、减少锚杆数量,并将顶板锚索由6.5 m延长至7.0 m的巷道支护方案,可在不影响巷道围岩稳定性的同时提高掘进进尺,并为智能快掘4.0装备设计打下理论基础。

龙华煤矿浅埋煤层区段煤柱合理宽度研究

为减少煤炭资源浪费,保障工作面开采期间巷道的稳定性,本文采用现场监测、数值模拟和理论分析相结合的研究手段,对龙华煤矿30203工作面区段煤柱的合理留设宽度进行研究。结果表明:30203工作面区段煤柱塑性区宽度为1.8 m,运输顺槽超前支承压力影响范围为25 m;辅运顺槽侧超前支承压力影响范围为20 m,随着工作面的推进,回采巷道顶底板移近量为50 mm,两帮位移量为5 mm。理论计算得出区段煤柱合理宽度为14.86~15.26 m;采用数值模拟验证了优化后的15 m宽区段煤柱能够满足工作面安全生产的要求,区段煤柱能够保持良好的稳定性,研究成果为类似条件矿井安全生产提供借鉴。

浅埋煤层群开采工作面防灭火技术研究

针对3305采煤工作面埋深浅、采空区漏风复杂以及采面与上覆采空区间间距小等问题,提出以预防性灌浆、注氮为主的防灭火技术措施,并通过强化监测手段提高火灾预警能力、通过减少漏风实现采空区遗煤及时惰化。结合3305采煤工作面现场情况,对采用的防灭火技术措施进行详细分析。现场应用后,3305采煤工作面回采期间采空区及上覆2#煤层采空区均未发现有遗煤自燃发火征兆,采用的防灭火技术措施取得较好效果。

浅埋煤层地表隐蔽致灾因素普查技术

浅埋煤层地表各类隐蔽致灾因素制约着煤矿的安全、高效、绿色开采,如何快速、高效查明地表隐蔽致灾因素类型、种属性,并结合矿井生产分析其所处的状态及其致灾危险性,是需要首先解决的问题。以陕北侏罗纪煤田浅埋煤层新民矿区青龙寺煤矿为研究对象,通过卫星遥感、低空无人机、地面地质调查、地质测量、采样测试、综合分析等技术,快速查明地表隐蔽致灾因素时空分布,结合井下涌水量观测、导水裂缝带高度多手段探查、矿压大数据分析、采空区气体监测及分析、数值模拟、相似材料模拟等技术,综合研究地表隐蔽致灾因素与矿井水害、顶板、火灾等关系。结果表明,井田内地表隐蔽致灾因素种类有过深沟开采、薄基岩—风化基岩、地表露天采坑及其积水、露天采坑回填、煤层露头自然发火等,上述隐蔽致灾因素可诱发井下工作面冒顶、工作面过沟开采顶板切落—动载矿压显现、工作面过露天采坑积水及其回填区的溃水溃沙、露头隐蔽高温区的有毒有害气体涌入等矿井灾害。研究成果可以为煤矿各类隐蔽致灾因素调查、分析提供参考,为浅埋煤层地表隐蔽致灾因素精准治理与灾害防治提供依据。

浅埋煤层双回撤通道保护煤柱合理宽度确定

保护煤柱的宽度对于回撤通道的围岩稳定和提升工作面搬家倒面的效率具有重要意义。为合理确定浅埋煤层双回撤通道的煤柱宽度,以凉水井煤矿42206工作面预掘双回撤通道为工程背景,通过理论分析和数值模拟,研究分析了回撤通道变形机理、工作面煤柱的超前影响范围,最终确定通道间合理煤柱尺寸。结果表明,理论计算得出回撤通道保护煤柱宽度为15.8 m,数值模拟得出回撤通道保护煤柱宽度在14 m与在20 m处的应力差值仅为0.11 MPa,且大于14 m时稳定,而与20 m相比顶板下沉量差值仅为1 cm。综合考虑,最终确定将煤柱尺寸优化为15 m。

沙坪煤业浅埋煤层上覆小窑采空区灾害治理研究

沙坪煤业一盘区煤层埋藏浅,地表裂隙发育,矿区附近曾存在多个小窑,威胁工作面安全生产。为有效解决13102工作面上覆小窑采空区遗煤氧化及老窑采空区气体下泄隐患,根据地质资料,结合井上、下钻孔检测,将隐患范围圈定至工作面切眼200 m范围内及距切眼700~1000 m范围上覆小窑采空区。在回采前,地面钻孔采用注黄泥浆、注液氮的治理方法,对采空区进行降温处理;在开采过程中,异常区域采用应急均压系统防止矿界外小窑采空区气体下泄至工作面。结果表明,同位素测氡法结合井上、下钻孔探测的方法,可以较准确地圈定异常区域位置;开采前灌注黄泥浆、开采时注液氮的综合治理方式,有效降低了采空区内温度及一氧化碳浓度,消除了上覆采空区自然发火隐患。

浅埋煤层巷道围岩帮部变形机理及控制技术

陕北矿业有限公司韩家湾煤矿井下浅埋煤层214201工作面皮带顺槽在开采过程中,采用“110工法”进行沿空留巷,巷道帮部围岩变形严重,已影响了工作面的安全高效生产。本文通过分析214201工作面皮带顺槽帮部围岩变形原因,采用钻孔窥视、数值模拟等手段,分析回采巷道围岩变形机理。研究结果表明,工作面推采过程中应力影响区内帮部1.25 m内裂隙发育,顶板锚索初锚力不合格率高、施工工艺差,导致顶板压力传递至帮部使帮部岩体拉伸破坏。通过加强帮部支护强度,优化锚网索支护参数,提高锚杆(索)施工质量等手段,从而控制巷道帮部变形。该技术能保证回采巷道在巷道服务期内不返修,为工作面的安全高效回采提供了必要的基础条件,具有一定的经济与社会效益。

浅埋煤层工作面回采巷道支护设计及参数优化

针对浅埋煤层支护强度不合理的问题,以某矿浅埋煤层工作面地质条件为工程背景,通过理论计算获得巷道初步支护方案,进一步运用数值模拟技术进行巷道支护参数优化,并验证了巷道的稳定性。结果表明,锚杆为∅18 mm×2100 mm,间排距1100 mm×1200 mm,锚索为∅15.24 mm×6500 mm,沿巷道中线布置1列,排距为3300 mm时,在保证支护效果的情况下,回采巷道整体上围岩变形和破坏范围较小,更有利于保障矿井生产安全,提高经济效益。研究成果可为合理设计浅埋巷道支护方案提供经验借鉴。

浅埋煤层地表隐蔽致灾因素普查及防控研究

浅埋煤层地表各类隐蔽致灾因素制约着煤矿的安全、高效、绿色生产,探明浅埋煤层地表隐蔽致灾因素是函待解决的问题。本文介绍了4种浅埋煤层地表隐蔽致灾因素普查技术,并提出不仅要抓好综合勘探与前期防控部署工作,提升预测预报的精准性,同时也要加强对地表塌陷、火灾、地形地貌、地表水等具体隐蔽致灾因素的排查和防范。