上保护层开采相似模拟实验台的研发及应用

基于对上保护层的开采及其渗透性影响因素的分析,自行研制了上保护层开采时被保护层渗透性测试相似模拟实验台。本实验台解决了对两煤层处于不同间距及不同采高条件下的开采过程中,被保护层渗透性变化的问题。实验结果表明,被保护层随工作面的推进,瓦斯渗流速度的变化趋势,经历了由原始渗透性先降低、后升高、再降低、再升高、最后保持不变的过程。

不同间距上保护层开采卸压效应UDEC数值模拟

为了对比研究不同间距上保护层开采时对被保护煤层的保护效果,利用UDEC软件对不同间距上保护层开采卸压效应进行了数值模拟,得到不同间距保护层开采时,被保护层在开采过程中的垂直应力和位移变化规律,结果表明:上保护层开采后,采空区下部的被保护层垂直应力随间距的减小而减小,垂直位移随间距的减小而升高.并且模拟得出开采后不同间距被保护层的卸压率、卸压角和变形膨胀率,为预防煤与瓦斯突出,优化卸压瓦斯抽采系统,提高卸压瓦斯抽采质量浓度、抽采量以及抽采率提供了一定理论依据.

远距离薄煤上保护层开采方案保护有效性论证

为验证薄煤上保护层开采的卸压保护效果,采用相似材料模拟试验,对薄煤保护层开采设计方案进行实验室还原,得到保护层工作面推进过程中支承压力、被保护煤层及保护层底板的应力分布特征。给出被保护层相对保护层开切眼不同位置煤体的受载力学路径、卸压范围,并依据应力保护准则对保护有效性进行判定。依据岩石强度指数及广义胡克定律,计算得到底板导气裂隙带及卸压解吸带的分布范围。以红阳三矿保护层开采方案为例对保护有效性进行前期论证。研究结果表明,采用该保护层开采方案,未起到有效保护作用。

开采上保护层下伏煤岩应力效应演化规律

为研究青龙煤矿上保护层开采过程中下伏煤岩层的应力效应演化规律,评价保护层开采效果,利用数值模拟的方法,研究了被保护层最大主应力沿走向分布状态,并对被保护层变形特性和瓦斯流量进行了现场考察,分析了保护层开采过程中被保护层的卸压规律。结果表明:上保护层开采过程中,被保护层最大主应力沿走向呈现"四带"分布特征,卸压带内应力最大释放率为43%;煤层相对膨胀变形率最高达到4.9‰;钻孔瓦斯流量最高为0.194 m3/min,提高28倍。煤层变形特性及瓦斯流动规律与数值模拟结果基本一致,卸压区域更加有利于瓦斯排放,合理布置钻孔可有效提高抽采效果。

间距对上保护层开采保护效果影响的相似模拟实验研究

为研究上保护层开采保护效果随层间距的变化规律,以南桐矿区作为实验背景,保持保护层倾向工作面开挖长度、煤层埋深、倾角、岩层物理力学性质相同,将层间多层岩层处理为复合岩层,分别进行近距离、远距离和超远距离上保护层开采相似模拟实验。综合分析被保护层卸压规律及基于被保护层垂直于层面的膨胀变形保护准则所得保护范围可知:上保护层开采被保护层卸压曲线呈"凸形",且"凸形"中心线偏向下山方向。随层间距增加,"凸形"底部被保护层小于原岩应力的卸压范围与"凸形"顶部卸压曲线顶部较大卸压的范围均呈减小趋势;两者中心位置均向下山方向转移,且后者转移度大于前者;被保护层卸压曲线中卸压范围的卸压程度及应力集中范围的应力集中程度均呈减弱趋势;以垂直层面的膨胀变形量3‰确定的上下边界膨胀变形保护角均小于《防治煤与瓦斯突出规定》中相应条件的卸压角,因此以该方法确定的保护范围相对《防治煤与瓦斯突出规定》偏于安全,且随层间距增加保护范围长度呈加速减小趋势。

海孜矿上保护层开采卸压保护范围数值模拟研究

为准确考察海孜矿7煤层上保护层工作面开采后下部卸压保护范围,保障被保护层工作面的顺利接替,应用FLAC-3D数值模拟软件,模拟实际地质条件下的保护层开采行为。研究了受采动影响后的被保护层走向及倾向上的应力分布。应用实际地质条件参数计算得出被保护9煤的应力卸压准则:当煤层最大主应力小于8.18 MPa时,煤层得到充分卸压。结合被保护层应力分布及应力卸压准则研究得出上保护层开采卸压保护范围:风巷侧卸压角为77°,机巷侧卸压角为75°,走向卸压角为63°。这些结果与实测结果基本一致。

近距离上保护层开采保护范围研究

通过对数值模拟研究平煤十一矿己二采区己14-15—22090工作面保护层开采的保护范围,在走向和倾向上分别布置两组钻孔测定保护层开采后被保护层的瓦斯参数,根据测压钻孔确定被保护层在理论保护线两侧瓦斯压力分布,通过瓦斯压力确定被保护层保护范围,并结合数值模拟和现场测试,确定保护范围为沿走向的卸压角为56°,沿倾向的卸压角为71.57°,保护层开采后,被保护层的透气性增大了18.44～171.39倍。

千米级深井上保护层开采下伏煤层卸压效果研究

为深入研究千米级深井上保护层开采下伏煤层卸压效果,以埋深超千米的平煤十二矿己_(14)-31070工作面为依托,利用YHW19矿用本安型顶底板位移监测仪对其下伏己15煤层的膨胀变形量进行现场监测。结果表明,随着己_(14)保护层工作面推进,下伏己_(15)煤层膨胀变形量经历了初期平缓增长,中期迅速增长,后期趋于稳定3个阶段,且距采面15～45 m区域为保护层开采卸压主要影响区域,该区域内被保护煤层膨胀变形量受开采速度变化影响显著;己_(15)煤层最大膨胀变形平均值为22.4 mm,最大膨胀变形量平均值为6.82‰,被保护层煤层卸压充分;数据点拟合发现,煤层膨胀变形量、单孔瓦斯浓度与瓦斯抽放总量在整个监测周期内均较好符合一元三次多项式的增长趋势,整个回采过程卸压特征明显,卸压效果显著。

祁东煤矿远距离上保护层开采保护效果分析

为了保障祁东煤矿具有突出危险的9煤层的安全开采,根据矿井煤层群赋存条件及突出危险性的情况,采取了远距离上保护煤岩层开采结合被保护9煤层底板穿层钻孔卸压瓦斯抽采相结合的治理措施。结果表明,采取上述措施后,9煤层的瓦斯压力由3.3MPa降为0.2MPa,瓦斯含量由11.2m3/t降为3.2～6.5m3/t,煤层膨胀变形量达到1.7%,煤层透气性系数增大1484倍,达到了区域性防治9煤层煤与瓦斯突出的目标。

近距离上保护层开采保护效果考察

为了有效考察潘一矿11518工作面区域瓦斯治理效果,实测被保护区域7-1煤层残余瓦斯压力(含量)、卸压角等参数,分析上保护层保护效果,结果表明:11518工作面开采对下覆7-1煤层走向、倾向上方、倾向下方的卸压保护角分别为58°、76°、77°,被保护层工作面7-1煤层累计预抽卸压瓦斯585.44万m^3,抽采率为78%,经保护卸压抽采后实测残余瓦斯压力为0.20 MPa,残余瓦斯含量为3.48 m^3/t,分别降低90%、58%,保护效果显著。

新庄孜矿5608-4上保护层开采实践与效果

分析了新庄孜煤矿开采上保护层的目的及意义,并提出其必要性与可行性,通过实践取得了良好的效果。

开采不同厚度上保护层对下伏煤层卸压瓦斯渗流特性的影响

为解决开采不同厚度上保护层对下伏煤体卸压瓦斯渗流特性影响的问题.利用自主研制的固气耦合物理相似模拟实验台,对不同条件下上保护层开采时,被保护层卸压瓦斯渗流规律进行了研究.实验结果表明:随着工作面的推进,瓦斯渗流速度的变化趋势经历了由原始渗透性先降低、后升高、再降低、再升高、最后保持不变的过程,采空区瓦斯渗流性最终大于原始渗透性.通过对实验数据整理并拟合曲线,当上保护层开采完毕后,被保护层沿走向方向其渗透率变化曲线呈马鞍形.在保护层间距一定时,采高越大,下伏煤层在采动平衡后相对于原始的瓦斯渗透率增高就越明显,且对下伏煤层的影响范围也越大.

上保护层开采遗留区段煤柱现存状态研究

为研究深井近距离上保护层开采遗留区段煤柱在下保护层开采时的状态,采用煤柱极限强度计算、数值模拟及现场探测同步进行的研究方案,对平煤四矿己;-23160联络巷两侧宽度均为4m的区段煤柱进行了研究,得到以下结论:(1)区段煤柱理论计算极限强度最大值为26.0 MPa;(2)煤柱1和煤柱2在己;煤层及己;煤层开采过程中承受的最大垂直应力分别为131.1MPa、85.1MPa,远超煤柱极限强度;(3)现场两个探测组探测的遗留煤柱最大残余高度均为0.64m,高度损失达到原始煤柱高度的60%,坍塌垮落煤体涌向煤柱两侧采空区和己;-23160联络巷;(4)残余煤柱不会在下部对被保护层形成明显的应力集中区,保护效果在倾向上有连续性。

煤柱对上保护层开采卸压消突效果的影响研究

针对上保护层开采过程中留设特殊煤柱会对开采效果产生不利影响的情况,以淮北青东煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,就煤柱对上保护层开采效果的影响进行了研究。理论分析得出,在煤柱下方区域会存在卸压盲区;数值模拟分析了留设不同宽度煤柱情况下上保护层开采过程中煤体应力、位移等时空变化规律,得出在留设煤柱情况下上保护层开采时会造成保护区域不连续,且煤柱越宽,对上保护层开采效果影响越明显;对青东煤矿8210工作面煤柱影响区域煤层透气性系数和钻屑量2种指标进行实测,得出在上覆7煤层留设不同宽度护巷煤柱时,在煤柱下方区域的8煤层会存在潜在突出危险区;现场实测结果与数值模拟分析结果基本吻合。

上保护层开采遗留煤柱对保护效果的影响

为研究上保护层开采遗留区段煤柱对被保护层保护效果的影响,以平煤四矿己;-23160联络巷下帮遗留的4 m煤柱及己_(15)-23140、己_(15)-23160、己_(16.17)-23140工作面为研究对象,采用数值模拟和现场实测相结合的方法进行了研究。研究结果表明:煤柱沿z轴负方向被压实,累计最大位移为0.289 m;煤柱两侧煤壁沿x轴移动方向不同,上壁沿x轴负方向,下壁沿x轴正方向,累计位移量分别为0.055 m和0.156 m,己;-23160工作面采掘活动对煤柱位移影响最为显著;遗留煤柱最大残余高度为0.59 m,相比原始煤柱高度降低1.01 m;深部煤体残余瓦斯含量和钻屑量变化趋势一致,最大残余煤层瓦斯含量2.63 m^(3)/t,煤层瓦斯释放率保持在50%以上,最大钻屑量为3.7 kg/m。残余煤柱影响区内煤层瓦斯得到很好地释放且无明显应力集中,保护层开采遗留4 m煤柱能够达到连续的保护效果。

上保护层开采煤岩卸压变形数值模拟

采用FLAC模拟软件对上保护层开采过程中下伏煤岩体卸压移动规律进行了模拟,分析了采场底板煤岩层卸压规律分布。通过埋点的方式绘制出底板岩层各测点的应力变化规律图,得到卸压程度与距采场的垂直位移呈反比例关系。采场开挖到100 m时,同一埋深测点垂直应力小于10 MPa的区域占总体开采长度的54%,小于5 MPa的区域达到62%。下伏煤岩体卸压效果良好,有利于卸压瓦斯的运移和抽采,达到消突的目的。

乌兰煤矿上保护层开采的实践

以神宁煤业集团乌兰煤矿保护层开采为工程实例,对保护层开采后的保护范围以及保护层留设的煤柱影响范围进行了理论计算,同时对被保护层的突出危险性进行了现场考察和分析。考察结果表明:保护层的开采对被保护层有一定的卸压效果,保护区内被保护层最大残余瓦斯含量为5.21m3/t,在煤柱影响区内被保护层的最大瓦斯含量为6.11m3/t,被保护层工作面回采区域已属于无突出危险的区域。

谢桥煤矿上保护层开采保护范围研究

谢桥煤矿B6煤层的开采对B4煤层进行卸压保护,利用数值模拟软件,根据膨胀变形量确定被保护层保护范围,模拟出走向卸压角分别为78.5°和77.6°。倾向卸压角分别为78°和侧80°,得到B4煤层的卸压保护范围。根据模拟得出的卸压角和B6煤层工程实践,设计煤层变形考察孔和测压考察孔,现场测定被保护煤层的变形量、瓦斯压力,研究其在保护层的开采过程中的变化规律,得到准确的卸压保护范围,保证卸压瓦斯抽采的有效性。

石炭井焦煤公司上保护层开采数值模拟研究

根据石炭井焦煤公司上保护层的开采条件,应用FLAC3D数值模拟方法模拟计算了3#煤层先行开采后对其下伏的4#、5#突出煤层的卸压影响程度、保护范围（走向、倾向卸压角）等。研究结果对石炭井焦煤公司进行上保护层开采效果考察工作以及安全开采4#、5#煤层具有重要的理论指导作用。

双层被保护层的上保护层开采岩层移动和卸压规律数值模拟

为了研究上保护层开采对双层被保护层卸压规律和位移变化规律,依据平煤一矿戊组煤层地质赋存特点,通过COMSOL5.2软件模拟并分析了上保护层开采后双层被保护层应力场及塑性应变区分布情况,计算得到沿走向方向和倾向方向上的卸压角。其中被保护层戊9煤层沿走向上的卸压角为51.59°,戊10煤层沿走向上的卸压角为53.42°;保护层戊8煤层沿倾向下侧的卸压角为72.39°,沿倾向上侧的卸压角为70.35°。