复合煤层开采覆岩裂隙带发育特征

复合煤层开采过程中的重复扰动作用易诱发顶板剧烈变形、矿压显现异常等问题。为探明黄陵二号煤矿复合煤层开采状态下的覆岩裂隙带发育特征,运用3DEC数值模拟软件建立全尺度的数值模型。对复合煤层开采状态下的覆岩运移图与裂隙场发育图进行分析,并对下组煤开采前的覆岩裂隙特征进行钻孔实测分析。结果表明,上组煤层开采扰动造成地层中存在大量劈状裂隙与垂直裂隙,造成赋水空间增大,部分裂隙被地层中泥岩类物质充填。下组煤开采使垮落带增大37%~56%,导水裂隙带增大了约42%~46%。同时,复合开采所形成导水裂隙带高度明显大于单煤层开采裂高,总体增大9%~15%。

复合煤层开采相似模拟实验研究

复合煤层开采的强烈扰动影响将导致覆岩裂隙带的发育趋于复杂,根据新景煤矿的地质条件建立相似模拟实验模型,对开挖过程中的导水裂隙带与离层空间的发育过程进行研究,并结合声发射技术对覆岩变形特性进行分析。结果表明:8号煤回采结束,覆岩下沉呈现“梯形”分布,内部发育倒“V”形分布的非对称性离层破断。声发射定位被圈在呈“梯形”范围之内,倒“V”形区域内的覆岩声发射振铃数较多,声发射定位沿着“梯形”的右腰线和上顶边继续扩展。9号煤回采结束后,覆岩下沉呈现“M”形,垮落形态相较于上层煤外错。声发射定位主要集中在破断线位置处。达到充分采动之后,模型顶部下沉盆地进行前移,产生较多的声发射事件。

近水平复合煤层露天矿非工作帮高位煤层回采方案研究

在我国近水平复合煤层露天煤矿开采建设过程中,边帮压煤问题普遍存在,但通常只针对下部煤层回采问题进行研究。基于如何进行非工作帮高位煤层回采的问题,利用初步形成的内排土场为作业平台,考虑边帮边坡稳定性对回采模式的影响,提出了在边坡稳定的前提下沿边帮依次形成“敞口”、“斜坡道”并分阶段回采的模式。结合露天矿实际生产中需满足一定边坡角以确保边帮整体稳定的要求,以经济效益最优为判断准则,将分阶段回采模式分为回收阶段间煤柱和保留阶段间煤柱两种回采方式,并通过定量分析分别给出2者经济可行性的理论判据,随之讨论了2种回采方式所取得的净收益值与煤层厚度的关系。研究表明:不同回采方式的净收益值与煤层厚度大小正相关,因此可借助分析煤层厚度与净收益值的关系来选择较优回采方式,具体应用过程中回采方式的经济合理性需结合现场实际进行验算。以某露天矿为工程实例:①确定回收阶段间煤柱回采方式更经济,其净收益为6385.320万元,非工作帮残煤回采剥采比为0.758;②可通过降低煤柱高度、增大采场和排土场所对应帮坡角的方式对保留阶段间煤柱回采方式进行改进以提高经济效益。成果可应用于类似露天矿,通过减少煤炭资源浪费,提升矿山企业整体经济效益的同时保证矿山安全、绿色、高效开采。

软硬复合煤层厚度比对卸荷破坏的控制作用

在煤炭开采和煤层气抽采相关工程中,软硬复合煤层的卸荷破坏问题是围岩支护和煤层增透改造所面临的共性问题。为了探求复合煤层卸荷过程中的力学特性及破坏过程中的能量演化规律,基于能量耗散方程及煤岩损伤模型,采用PFC数值模拟和室内试验相结合的方法,研究了新田煤矿4^(#)煤层复合煤层在不同软分层厚度比下的煤体变形破坏方式、力学特性及能量耗散和声发射规律,最终得到新田煤矿4^(#)软硬复合煤层厚度比对卸荷破坏控制规律;并在现场利用水力冲孔加以验证。结果表明:在三轴压缩下,不同厚度比对复合煤体变形破坏方式的作用表现在主裂纹的转移、剪切拉伸裂纹数量变化、剪切面卸荷破裂带变化上;复合煤体的应力-应变曲线以厚度比0.45(软分层厚度/复合煤层厚度)为分界点,产生“阶梯式”的平缓与剧烈变化,并与围压大小相关联;复合煤体卸荷破坏的本质是颗粒间黏结键的断裂,厚度比对耗散能的大小以及煤体颗粒间黏结键的断裂产生积极作用;且现场水力冲孔的结果与模拟结论呼应。

复合煤层多组工作面开采条件下覆岩破坏规律研究

为探究复合煤层覆岩运移与破坏规律,以陕西某矿为例,运用3DEC软件完整复现了垂直尺度的地质赋存环境,通过模拟复合煤层双组工作面下行开采过程,对覆岩破坏规律、导水裂隙带发育趋势、沟谷型地表变形特征进行分析。结果表明:下组煤开采时垮落带相较于裂隙带会更快达到稳定状态。裂隙带高度是上组煤层开采时的3.5倍,相较于上组煤裂隙带会更慢达到稳定状态,并会促进上组煤裂隙带的进一步扩展,导致沟谷型地表下沉区域均呈明显“条带状”分布特征,易使沟谷中心及凸出型沟谷一侧承受水害影响。

近水平复合煤层露天矿中间搭桥内排运输系统优化

对于近水平复合煤层露天矿,为发挥其开采优势,开采工作线长度一般较大,从而导致内排运距较大。为解决该问题,提出在采场中部进行迈步式搭桥的内排方案,并针对保留端帮运输通路前提下的中间搭单桥、双桥2种开采方式分别建立了内排运距计算模型;利用成本补偿法,分别给出了2种搭桥方式所节约成本的计算方法;以某露天煤矿为例,分别计算2种方式的经济效益,并给出搭桥方案的适用条件。研究结果表明:当一次移设范围内剥离物总量大于桥体二次剥离量4.17倍时,经济上具备实施搭桥内排运输方案的条件;当该范围内剥离物总量超过桥体二次剥离量33.89倍时,搭双桥方案更具合理性,即该露天矿采用搭双桥方案经济效果明显;运距节省原则下,中间搭桥宜设置在最下1个排土台阶标高处,服务水平为最下部3个排土台阶。

复合煤层开采上隅角瓦斯超限与低氧协同防治技术研究及应用

为了解决复合煤层开采条件下,上覆采空区瓦斯下泄导致的下覆工作面回采时,上隅角瓦斯超限和严重低氧问题,以晋华宫矿为例,通过分析晋华宫矿各煤层情况、上隅角有害气体来源和上覆采空区气体下泄运移规律,得到了治理下泄气体的防治技术。结合8714工作面的实际情况,提出主动治理和被动治理的技术措施,并利用上隅角埋管和高抽巷抽采治理瓦斯及低氧,解决了上覆采空区瓦斯下泄导致的瓦斯超限和低氧问题,对类似矿井具有重要的指导意义。

露天煤矿复合煤层边坡空间形态优化

针对复合煤层软岩逆倾边坡形态优化问题,以扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡为工程背景,基于刚体极限平衡理论,通过横采内排开采方式,从二维边坡稳定性分析角度出发,提出复合煤层边坡逐水平优化方法,确定扎哈淖尔露天煤矿北帮到界边坡参数。应用FLAC^(3D)数值模拟软件分析了优化后的北帮边坡稳定性及滑坡机理。结果表明:受横采内排压帮开采方式产生的时空效应,最终确定扎哈淖尔露天煤矿北帮不同层位边坡稳定系数从上到下依次为1.20、1.10、1.05;逐水平优化后北帮整体边坡角增大至29°,深部陡帮开采边坡角增大至34°,滑坡力学成因机制类型为推动式;边坡岩体的主要破坏形式为拉-剪复合型。

复合煤层露天矿下部煤层开采境界优化

通过理论分析与计算,研究近水平复合煤层露天矿剥、采、排程序对经济剥采比的影响,提出了复合煤层露天矿下部煤层开采境界的优化方法。分析了露天矿经济剥采比的影响因素,建立了复合煤层露天矿剥、采、排工程位置模型,构建了下部煤层及其覆盖物厚度拟合函数,揭示了下部煤层开采境界与开采成本的关系,研究开采下部煤层经济剥采比的优化确定方法。在神华宝日希勒露天煤矿进行了实践,结果表明:此方法能够使近水平复合煤层露天矿下部煤层得到经济合理地回采,实现矿床开采的经济效益最大化。

复合煤层条件下拉斗铲作业方式优化研究

对复合煤层条件下的拉斗铲作业方式进行了总结与评述,依据拉斗铲数量和夹矸层剥离方式不同分为单铲逐层倒堆剥离、夹矸层辅助设备剥离、双铲联合倒堆剥离3类.研究分析了各种作业方式的适用条件,提出评价拉斗铲倒堆剥离作业方式的4项优选指标:辅助设备年总工程量及平均移运距离、拉斗铲年有效工程量、拉斗铲再倒堆工程量和选用的拉斗铲规格,通过优选指标计算和方案对比可确定具体埋藏条件下的拉斗铲最佳作业方式.以某个露天煤矿的具体煤层赋存条件为例,对复合煤层条件下的拉斗铲作业方式进行了研究,通过优选指标评价和经济效益分析,认为采用单铲逐层倒堆剥离方案最优.

复合煤层露天矿软岩边坡参数逐阶段优化方法研究

为解决复合煤层露天矿软岩边坡形态参数优化这一难题,从对影响边坡稳定性关键因素的分析出发,采用刚体极限平衡理论和FLAC3D数值模拟软件相结合的方法,结合露天矿采场自上而下逐水平形成的特点,提出了一种顺倾层状边坡参数逐阶段优化方法,将该方法应用于白音华一号露天矿北帮边坡,分4个阶段优化设计了该矿北帮复合煤层软岩露天矿边坡空间形态。研究结果表明:白音华一号露天矿北帮边坡滑坡模式以剪切圆弧为侧界面,以煤层顶、底板弱层为底界面的切层-顺层滑动;经逐阶段优化后,1煤的底板弱层以上台阶边坡角为12°,边坡平台宽为25 m;2煤的顶板弱层以上台阶边坡角为22°,边坡平盘宽为30 m;3-1煤的底板弱层以上台阶边坡角为15°,边坡平盘宽为54 m;3-2煤的底板弱层以上台阶边坡角为14°,边坡平盘宽为25 m;北帮最终设计边坡角由原设计13°提高至15°,多采煤量为443万t,多剥离岩量167万m3;经优化设计确定的复合煤层软岩露天矿边坡形态参数,可弥补采用传统方法设计造成的边坡角偏小的不足,实现经济效益最大化。

含弱层复合煤层露天矿边坡空间形态优化设计

为探究弱层赋存位置及形态对复合煤层露天矿边坡滑坡模式的影响,采用剩余推力法与FLAC3D数值模拟法,结合露天矿采场自上而下逐水平形成的特点,提出一种新的复合煤层露天矿边坡参数逐阶段优化方法,将该方法应用于霍林河南露天矿,分3个阶段优化设计了该矿顶帮复合煤层边坡空间形态,避免了霍林河南露天矿顶帮未降深至坑底时就沿17煤底板弱层发生滑坡.研究结果表明:优化后弱层2以上边坡角由23°提高至27°,多采出17煤197.5万t,多剥离岩量为81.6万m3,剥采比为0.413 m3/t.

近水平复合煤层露天矿备采煤量留设位置与保有期优化

为了确定经济合理的露天矿备采煤量留设位置和保有期,运用露天开采基本原理与统计分析方法,分析新时期露天煤矿的发展变化特点及其对备采煤量留设位置和保有期的影响;以经济效益最优为判断准则,研究复合煤层露天矿备采煤量留设位置与内排运距的关系,建立备采煤量留设位置优化模型;研究季节性剥离露天矿备采煤量保有期与剥离成本、运输成本以及资金时间价值的关系,建立备采煤量保有期优化模型。以内蒙古东部地区某露天矿为研究实例,确定了该矿经济合理的备采煤量保有期为6.5个月,备采煤量应全部留在1号煤层。研究结果表明:该优化模型可用于指导露天矿生产,有效降低剥离成本,提高经济效益。

东荣二矿近距离复合煤层自燃防治技术

通过数值方法模拟采空区流场和浓度场,确定了近距离复合煤层自燃危险区域。在此基础上,采用粉煤灰复合胶体防灭火技术成功地扑灭了自燃火灾。说明复合胶体具有优良灭火性能,并具有添加材料用量更少、成本更低、抗动压性能好等优点。多功能复合胶体注胶系统能够实现大流量快速注胶,适用于大范围火灾的快速灭火。

复合煤层露天矿采运排设备配置优化模型研究

市场经济条件下,露天矿山的合理生产规模是根据市场季节性需求而确定.露天矿山为完成产量要求,采用自营设备与外包设备相结合的生产模式.由于短期产量不同,造成自营设备与外包设备数量发生剧烈变化.本文通过灰色预测模型得到满足市场商品煤消费的预测值,在煤炭消费量预测值的基础上,以露天矿山整体经济效益最大化为原则,建立矿山采运排设备数量和租赁参考价格的数学模型.根据周边市场对煤炭需求的变化及时确定矿山生产能力及企业租进与租出设备资源数量,实现矿山企业采运排设备资源的充分利用,达到露天矿山动态经济效益的最大化.

露天煤矿复合煤层选采理论与方法研究

毛煤质量是制约和影响露天煤矿开发和生产的重要因素,论文分析了露天矿煤层复合煤层选采效果评价指标,在此基础上,从选采工艺设备、开采程序、爆破形式、组织管理4个方面详细研究了露天矿复合煤层选采的理论与方法,得出了与选采效果的关系。论文对我国露天煤矿复合煤层的选采提供了理论支撑。

复合煤层的选采程序

根据霍林河一号露天煤矿南采区范围内的勘探线剖面及钻孔数据分析,提出南采区复合煤层揭露和选采程序,意义在于一方面提高回采率,另一方面不影响选采煤层底板以下岩石台阶的正常推进。

复合煤层物性差异性试验研究

煤层的物性特征与煤与瓦斯突出、煤层瓦斯含量密切相关,为降低复合煤层的煤与瓦斯突出的危险性、煤层瓦斯含量,分别采用低温液氮吸附试验、压汞试验、甲烷等温吸附/扩散试验对焦作矿区复合煤层中的软硬煤物性差异性进行研究。结果表明:软煤的BJH孔容及BET比表面积均大于硬煤;构造作用可使一部分可见孔或裂隙转化为中大孔,硬煤的孔隙联通性比软煤的孔隙联通性好。软煤中一端开放的细颈瓶型孔占的比例较大,造成软煤的退汞效率低,这是软煤易发生煤与瓦斯突出的重要原因之一;软煤的吸附常数a值稍大于硬煤,而比表面积却有显著差异,孔隙中吸附瓦斯不仅与比表面积有关,还与孔径大小、吸附层数及兰纳-琼斯势能有关;软煤的扩散系数大于硬煤,其衰减得比硬煤快,扩散系数与时间呈现出时变特性;在软硬分层进行现场取心实测煤层瓦斯含量时,应以软分层漏失量最小为基准采取抑制瓦斯漏失的措施,以实现煤层瓦斯含量的准确测定;在软分层进行瓦斯抽采时应适当加长抽采时间、减小钻孔间距,达到软分层消突效果。软硬分层的瓦斯含量与软硬煤的水分、孔隙率相关,孔隙率越大游离瓦斯含量越大,平衡水分抑制煤体瓦斯吸附,平衡水分越大其吸附量越小。如果软分层的瓦斯含量大于硬分层的瓦斯含量,在进行瓦斯抽采效果检验时,软分层是首选检验对象;如果软分层的瓦斯含量不大于硬分层的瓦斯含量,在进行瓦斯抽采效果检验时,软分层和硬分层应同时作为检验对象。

复合煤层分层开采自然发火防治技术的探讨与实践

针对复合煤层分层开采自然发火治理困难的问题,提出了骨架充填式防火技术,在红阳二矿进行了现场应用。结果表明,该技术有效地克服了由于再生顶板不完整性造成漏风通路多的难题,减少向上覆采空区漏风和煤炭的氧化,降低了工作面的温度,改善了下分层工作面生产环境,消除了工作面自然发火隐患,实现了下分层工作面的安全开采。

复合煤层与顶板大倾角俯采技术与工艺实践

大宝顶煤矿4223-25工作面为倾向长壁布置,煤层及顶板为结构复杂的复合煤层与复合顶板。综放俯采过程中遇到诸多技术难题,通过现场技术指导及实践,总结出一套适合类似条件下综放开采的技术经验,对于今后我国大倾角综放俯采具有一定的现实指导意义。