瞬变电磁技术在底板采空区富水性探测中应用

采用基于双烟圈效应理论的矿井瞬变电磁法对梨树园煤矿老采空区内部富水状态及其边界进行探测,依据测试数据将测试区域划定了2处高阻异常区和4处低阻异常区。对于初步探测到的底板富水区域,提前采取自然排水和低洼处排水降压的措施,避免开采过程中水害事故的发生。

上行重复采动底板采空区突水及开采稳定性理论分析

下煤层积水采空区上采用“上垮-下柱”方式复采上煤层带来严重的安全稳定性与底板采空区突水问题。将下煤层煤柱群与承压性空区积水联合支撑的蹬空覆岩简化为半无限平面体,建立合理的力学模型,通过弹性力学求解,得到蹬空覆岩的应力场分布。引入Mohr-Coulomb准则,极值求解得到顶板覆岩最大破坏高度,再结合上煤层开采底板破坏深度,分析重复采动层间岩层稳定性状态,并提出了相应的判别指标。考虑层间隔水控制层与水头损耗,提出不同层间岩层稳定性状态下的突水判据,并揭示水平构造应力对重复开采稳定性的作用。兼顾重复采动稳定性、底板采空区突水、煤柱承载稳定性,给出不同工况条件下的评价方法与防治措施,包括合理的疏水降压措施与煤柱“柱旁充填”指标。研究结果表明:顶板应力场与采深、水平地应力、煤柱宽度、单个空区跨度、空区水压有关,采空区顶板破坏形态大致为“波浪形”;当安全系数T≥1,重复开采稳定性较差,未采取措施不易在上煤层采用长壁式垮落法开采;水压越大,可减轻煤柱承载,并使煤柱处于高围压条件下,煤柱稳定性较高,但高水压又易发生底板采空区突水;煤柱宽度越大,承担的平均支撑力越小,σ_(y)应力峰值越低,层向分布波动越小,σ_(x)应力同样越小,顶板与煤柱越不易发生破坏;侧压力系数大于1且越大,可有效提高上行重复开采的可行性;疏水降压后的水压值p_(1)需同时满足可规避突水与煤柱失稳的条件,即p_(m)<p_(1)<max(p_(f),h_(d)/100+p_(max)),否则需对积水完全疏放,后按照“柱旁充填”尺寸指标W_(m0)对空区进行柱旁充填。研究可为积水采空区上采用“上垮-下柱”安全复采上煤层、防止底板采空区突水、提高资源采出率及减少资源浪费提供有益指导。

近层间距、多煤柱条件下采空区底板巷道联合支护技术研究

以忻州窑煤矿14-2号煤层集中巷为工程背景,开展近层间距、多煤柱条件下采空区底板巷道围岩控制技术研究。分析得出,近层间距、多煤柱条件下采空区底板应力环境大致分为两类,即采空区煤柱下方的采动应力集中区和采空区下方的采动应力降低区,且二者交替分布,不同部位的不同地应力环境导致巷道矿压显现特征存在差异明显。在采空区煤柱下方的采动应力集中区,水平应力明显低于垂直应力,但总体应力环境相对较高,导致巷道围岩受力破坏程度严重,在采空区下方的采动应力降低区,水平应力高于垂直应力,但总体地应力环境相对较低,巷道围岩受力破坏程度较轻。由于巷道布置距离上覆采空区底板较近,上覆采空区的底板采动破坏与近距离的巷道顶板围岩破坏存在裂隙贯通,因此被动支护相对主动支护的作用更为有效;提出西二盘区14-2号煤层集中巷"锚杆+锚索+金属网+木垛壁后充填+U型钢支架"的主被动联合支护技术方案。工业实践支护效果反馈表明,主被动联合支护技术的围岩稳定性控制较好,达到预期使用要求。

基于地震波法的底板破坏区域探测技术及应用

针对煤矿煤层底板采空区域不明确的问题,为了确定采空区的精确范围以及内部状态,采用物探的矿井反射地震波探测技术,首先利用地质探测仪对地震波波形进行数据采集,并进行数据分析以及波形的反演计算,最终根据波形的形状和频率确定底板破坏情况;其次将底板破坏区域分为上位层破碎带和下位层破碎带;最后在现场采用底板钻探的方法对地震波探测技术进行了验证。结果表明反射地震波探测技术得到的结果接近于钻探结果,采用反射地震波探测技术可以较精确判断底板采空区破坏范围。

住房城乡建设部关于发布国家标准《煤矿采空区岩土工程勘察规范》局部修订的公告 第1710号

现批准《煤矿采空区岩土工程勘察规范》GB51044—2014局部修订的条文,自2018年2月1日起实施。经此次修订的原条文同时废止。