急斜特厚煤层群采动应力畸变致诱动力灾害控制

采动应力诱发的动力灾害是制约急斜特厚煤层群安全开采的难题之一。以乌鲁木齐矿区乌东煤矿动力灾害防控为目标,采用开采技术条件调查、理论分析、数值计算和现场监测等方法与手段,揭示采动应力畸变致诱动力灾害机理。研究表明:43号煤层产生的采动应力经其顶煤传导作用至层间夹持煤岩柱(sandwiched coal-rock pillar in seams,SCPS),同时受自重作用SCPS发生大变形,造成其倾向上部层位受拉伸应力而倾向下部层位受压缩应力,引发45号煤层+575水平南巷顶板应力高度集中,导致动力灾害频发。针对43号煤层工作面高于45号煤层工作面的开采布局,制定"先注水后爆破"解危措施。现场监测结果表明微震大事件频率由4.0次/min降至1.0次/min,电磁辐射峰值强度降至42.8 m V,动力灾害得到有效控制。

急斜特厚煤层动力学失稳现场声发射监测

急斜特厚煤层开采扰动区(Mining Disturbed Zone,MDZ)煤岩应力与变形规律复杂,采动影响下局部煤岩层滑移造成应力集中,使煤岩体产生"强烈"的动力学失稳与破坏。以大洪沟煤矿B3+6急斜特厚煤层综放开采为工程背景,通过现场声发射(acoustic emission,AE)监测,分析采动条件下煤岩介质动力学失稳及破坏规律,为制定解危对策提供科学依据。

急斜特厚煤层开采扰动区(MDZ)煤岩体动力学变形失稳过程分析

为研究急斜特厚煤层开采扰动区(Mining Disturbed Zone,MDZ)内煤岩动力学灾害控制问题,综合利用现场声发射(Acoustic Emission,AE)与光学钻孔影像(Borehole Optical Image,BOI)技术方法,并依托乌鲁木齐矿区急斜特厚煤层煤岩体动力学灾害控制为工程背景,揭示了急斜特厚煤层开采环境条件下深部开采扰动区结构演化特征。结果表明:急斜煤层深部煤岩破裂与变形过程中"波-力"指标演化分为5个阶段(初始压密→破裂萌生→破裂加速→整体破坏→能量急剧释放);开采扰动区内覆层煤岩体局部动态演化特征显著,主要表现为局部应力畸变诱发煤岩体整体结构失稳和致灾;煤岩体变形破坏致灾是开采深度、煤岩体禀赋性、顶底板夹持结构及应力非对称效应共同作用结果,为急斜特厚煤层动力学灾害预报预测提供依据。

急斜特厚煤层综放开采顶板动态运移规律及其控制

为研究急斜特厚煤层综放开采顶板的运移规律,以乌鲁木齐乌东煤矿北采区45号特厚煤层为研究对象,通过物理相似模拟、数值模拟以及理论分析的方法进行研究。研究结果表明:急斜特厚煤层水平分段综放开采时,采空区顶板在倾斜方向的不同层位上表现出不同的运移特征;顶板从空间上依次可分为挤压失稳区、滑移失稳区、回转失稳区;获得挤压失稳区顶板的变形挠曲函数,滑移失稳区顶板失稳的必要条件以及回转失稳区顶板发生二次断裂的位置;最后提出了对顶板实施井下与地表相结合的弱化方案并进行了优化。揭示了采空区顶板随着工作面的推进,顶板将在空间上产生"挤压-滑移-回转"有规律的交替运动。研究结果可为采空区顶板的治理以及巷道围岩稳定性控制提供参考。

急斜特厚煤层残留煤柱稳定性分析及其动力灾害防治

为研究急斜特厚煤层开采过程中残留煤柱的稳定性及其应力异常区引起的回采安全问题,以乌鲁木齐矿区乌东煤矿南采区87°急斜特厚煤层为研究背景,运用块体理论构建了残留煤柱滑移失稳力学模型,采用FLAC 3D数值模拟软件分析开采扰动下残留煤柱的应力演化特征,提出了残留煤柱分段深孔爆破弱化的卸压措施。结果表明:当煤层倾角α,顶板侧围岩与残留煤柱的摩擦系数μ1,底板侧围岩与残留煤柱的摩擦系数μ2之间满足α>arctan(μ1+μ2)时,残留煤柱将发生滑移失稳;残留煤柱易使顶底板应力状态改变,在开采扰动和顶底板高应力双重作用下,残留煤柱极易诱发动力灾害;卸压措施有效削减残留煤柱内部储存的应力强度,降低动力灾害的发生频率,实现工作面安全通过煤柱危险区域。

复杂地质条件下急斜特厚煤层巷道松动圈监测分析

通过对大洪沟煤矿地下巷道松动圈及钻孔窥视的联合监测,同时结合现场工程地质调查研究,综合分析了+555B1~B6巷道的失稳主要受局部地质因素和整体岩体结构因素的共同影响。提出顶底帮支护与巷道局部破坏后的重新支护宜强不宜弱的论点与矿压控制措施,为后续安全高效生产提供科学依据。

急斜特厚煤层水平分段放顶煤工作面放煤参数研究

放顶煤工作面放煤参数的合理选取,对提高顶煤回采率和降低含矸率极其重要。根据某矿2637放顶煤工作面的实际条件,通过理论计算和相似模拟试验,对该矿放顶煤工作面的放煤参数进行选择研究。结果表明,该矿首选放煤方式为多轮间隔放煤方式,合理放煤步距为0.8m(一采一放),采放比为1∶2.9。在该放煤参数下,该矿放顶煤工作面达到了高产高效水准,且回采率最大,为类似工作面的生产提供了参考依据。

急斜特厚煤层掘进防冲技术实践及安全管理

基于乌东煤矿掘进工作面矿压显现剧烈、巷道返修难度大的现状,开展了较多技术研究和防治实践。文章在钻屑法危险性预测的前期基础上,采用地应力监测等手段对危险区域进行监测。对具备冲击危险的区域,综合采用巷帮煤岩体卸压爆破、穿层动压注水卸压等卸压措施,削弱了矿压显现强度,有效降低了掘进工作面强矿压显现时对巷道的破坏。

基于地质雷达的急斜特厚煤层顶板致裂及其效果评价

急斜特厚煤层采空区顶板垮落特征和缓斜煤层不同,容易形成悬空顶板,从而诱发动力灾害。以乌鲁木齐乌东煤矿北采区45°煤层为背景,通过地质雷达对采空区顶板的塑性区变化特征实施综合立体探测。探测结果表明:随工作面的推进,采空区顶板没有发生较大的垮落,形成悬空顶板。提出对采空区顶板实施井下注水与爆破耦合致裂以及地表深孔爆破相结合的致裂方案。现场采用微震监测得出,顶板致裂方案有效减少了采空区顶板突然垮落所造成的动力灾害发生的频次。

急斜特厚煤层水平分段综放开采覆层类椭球体结构分析

急斜特厚煤层水平分段综放(Horizontal Section Top-coal Caving,HSTCC)工作面覆层结构稳定性预测对安全开采至关重要。以乌鲁木齐矿区急斜特厚煤层安全开采为目标,采用理论分析、数值计算和现场探测等综合方法,揭示了HSTCC条件下覆层类椭球体结构形成过程与局部化动态演化规律。研究表明:急斜特厚煤层水平分段综放开采工作面覆层垂向变形演化非对称趋势显著,顶煤与上覆残留煤矸复合形成非对称"拱结构"并演化为典型倾斜椭球体结构;拱角与拱顶煤岩滑落失稳,造成工作面局部压力畸变并诱发动力学灾害。这对急斜特厚煤层覆层结构和高度留设设计和灾害防治具有指导作用。

复杂地质条件下急斜厚煤层巷道变形特征

在急倾斜煤层的综放开采过程中,巷道变形与失稳对安全生产影响极为严重。乌鲁木齐矿区地质条件极为复杂,主采煤层均为急倾斜特厚煤层,地压活动强烈,煤岩接触带巷道局部变形、冒顶与底鼓严重,且有局部垮塌现象。通过对大洪沟矿+555B1～B6巷道围岩松动范围进行监测分析与评价,其巷道总体稳定性较好,因其处于煤带转折附近,地质构造复杂,煤层错位、松散、破碎。

急倾斜特厚煤层水平分段综放工作面矿压显现规律研究

工作面矿压显现规律的研究对工作面的安全高效生产尤为重要。基于2637试验放顶煤工作面矿山压力规律实测结果，通过相似模拟实验观测和数据分析，顶板周期来压步距在12～18m之间，工作面支架阻力最大值为1067．6kN，低于额定值，表明所选支架可以在整个生产期间提供可靠的支护强度保证。为该矿急倾斜特厚煤层的安全、高效开采及工作面支架选型提供参考。

煤层俯孔超前预裂注水技术在急斜坚硬特厚煤层水平分层轻型放顶煤工作面应用的探讨

根据王家山煤矿一、二号井急斜坚硬特厚煤层水平分层走向长臂轻型放顶煤工作面,回采过程中因煤质坚硬、煤层有冲击倾向性易于集聚弹性能等客观条件,导致回采过程中顶煤不宜放出、回采率低、坚硬煤体易生矿压显现等问题,进行了针对性技术方案研究,提出采用用煤层俯孔超前预裂注水技术,使其具有顶煤弱化破碎效果好、兼有煤体预裂卸压作用、省工省时便于操作等优点。

急斜特厚煤分层综放面自燃火灾治理技术研究

为解决急斜特厚煤层分层综放工作面煤自燃灾害严重,防治难度大的问题,以5521-15工作面煤自燃火灾治理为例,分析了分层综放面自然发火原因,预测了主要自然发火的位置,依此制定了采空区埋管与高位钻孔灌注三相泡沫灭火,工作面均压堵漏和快速推进防火相结合的综合治理措施。经现场应用,快速有效的消除了采空区立体隐蔽自燃火灾隐患,保障了工作面的安全生产。

急斜煤层残留高阶段煤柱动力失稳机理研究

针对乌东煤矿急斜特厚煤层综放工作面覆层残留高阶段煤柱动力失稳问题,采用变形失稳理论构建了覆层残留高阶段煤柱动力失稳力学模型,运用数值模拟分析了上覆高阶段残留高阶段煤柱动态失稳过程及应力演化规律,揭示了覆层残留高阶段煤柱动力失稳机理,提出了覆层残留高阶段煤柱诱发失稳防治措施,开展了基于微震监测的动力失稳防治效果评估。结果表明:急斜特厚煤层综放工作面推近及推过高阶段煤柱过程中形成的应力持续性高度集中是诱发动力失稳产生的力源;工作面前方的应力增高区与煤柱形成的应力集中区产生叠加效应,应力集中系数最高达到3.7倍;将距高阶段煤柱不同位置时工作面前方支承压力峰值划分为3个区域(平稳区、过渡区、叠加区),确定高阶段煤柱诱发动力失稳危险区在煤柱前方0~60 m。动力失稳防治实践表明:采取煤岩注水、卸压爆破耦合致裂措施对上覆残留高阶段煤柱解危,利用微震监测系统完成解危效果评估,保障工作面安全通过了上覆残留高阶段煤柱的危险区域。