壁式连采连充保水采煤条件下隔水层与地表变形特征

针对传统长壁式充填开采存在的充填与开采相互制约,有效充填空间不足等问题,提出了壁式连采连充保水采煤方法。首先将整个开采块段按照长壁系统设计运煤、运料及通风系统。此后,将块段内的采场巷道(宽巷)划分为若干开采阶段,在开采阶段内对采场巷道进行跳采式开采。每条采场巷道开采完毕,然后对其进行充填,直到开采并充填完阶段内的所有采场巷道,再进行下一阶段采场巷道的开采和充填,最终实现保水采煤。采用实验室物理模拟研究壁式连采连充"采充并行"保水采煤条件下的隔水层与地表变形特征,并进行了现场工业性试验。研究结果表明,所有阶段开采充填完毕后,隔水层的水平变形最大值小于2～3mm/m,隔水层仍具有隔水能力,可以实现保水采煤。在块段采出率超过90%的条件下,地表变形指标的最大值均小于国家规定的建筑物Ⅰ级损坏等级指标。

壁式连采连充保水采煤技术及实践

针对极薄阻隔层条件下保水采煤难题,提出一种壁式布置、负压通风和全采充填的连采连充保水采煤技术。该技术将壁式体系采煤法和房式连续快速采煤法相融合,建立了“多支巷布置、采充并行”的开采模式,将充填材料密实充入始终受到保护的采场支巷约束空间内,在能满足保护浅表生态水资源或维持含水层稳定性的同时,高效采出极薄阻隔层条件下的煤炭资源。开采块段按正常壁式采煤工作面布置回采巷道,设置2个及以上安全出口,并形成负压通风系统。按照旺格维利式布置采场支巷,对采场支巷进行多阶段间隔开采,块段内始终保持一条或多条采场支巷采煤与充填同时作业的高效开采模式,直至开采并充填完毕所有采场支巷。为了提高采煤效率,研发了高强度、大排距和低成本的大断面采场支巷快速支护技术,研制了以工业固体废渣为基础的多元化高水膨胀充填材料,发明了内置排气管的受约束空间内充填材料主动密实接顶技术,并结合快速采煤与连续运输技术,形成了“采装运支充”一体化高效采煤工艺及作业线。建立了基于壁式连采连充的覆岩变形结构力学模型,得出了包括隔水层在内的采场上覆各岩层变形计算公式,确定了能够保证安全开采的采场支巷最大空巷数目、最大滞后充填距离等关键开采参数。研究成果在煤矿现场进行了工业性试验,实现了极薄阻隔层条件下水资源保护性采煤。

近距煤层高效保水开采理论与方法

地下煤炭资源开采极易导致珍贵的浅表水资源流失,从而造成地表植被死亡和生态系统失衡。为保护维系西部矿区生态环境的浅表层水(河流湖泊水和第四系砂层潜水),尤其是为保护地下潜水(生态)水位,基于前期已取得的浅埋单一煤层保水开采理论成果和岩层控制工程经验,提出保(生态)水位和突水防治一体化的近距煤层水资源保护性采煤构想。以"高效保水采煤"为目标,针对近距煤层与极近距浅表水下开采条件,研究解决反复开采扰动区区域覆岩导水裂隙协同控制、极薄阻隔层低损伤控制,以及采掘面涌(突)水灾害监测预警等技术难题。提出长壁保水采煤方法、壁式连采连充保水采煤方法和采掘面突水红外监测辐射预警方法,实现近距煤层安全高效保水采煤,具体包括近距煤层岩层控制、采动覆岩导水裂隙带高度计算、隔水层变形计算和承载煤岩红外辐射响应等理论和特征,以及反复开采扰动区域导水裂隙控制、充填体主动接顶和"采-支-运"快速作业等技术。最终确定了保水开采薄弱区,形成基于水资源保护的浅埋近距煤层工作面优化布置、采煤方法配置与水资源运移监测的高效采煤理论与方法体系。研究成果已在陕北与华北等矿区进行了保水采煤实践,为实现我国煤炭资源的绿色化开采提供支撑。