浅埋房柱式采空区煤柱稳定性及控制研究

老采空区受矿区早期采煤方法的限制,具有较强的隐匿性,很难得到有效治理,为其地表构筑物建设带来巨大挑战。以昌盛煤矿房柱式老采空区治理为工程背景,采用理论分析、钻孔勘探、数值模拟以及现场瞬变电磁勘查等方法,分析了房柱式采空区覆岩裂隙特征;判别了房柱式采空区上地表的稳定性,数值模拟进一步分析得出,在新的单位载荷作用下,采场中央遗留煤柱将发生活化失稳,引起采场所有煤柱发生多米诺骨牌式破坏,进而导致房柱式采空区地表发生失稳。基于对房柱式采空区稳定特征及浆液在房柱式采空区流动的特性提出了散点式注浆充填方案,给出了浆液配比及注浆工艺。现场瞬变电磁勘查结果表明,散点式注浆充填法能有效实现老采空区的充分均匀充填,注浆效果整体良好,同时该方法可为对类似老采空区地表治理提供参考。

房柱式采空区顶板破坏失稳机理研究

针对房柱式采空区失稳致灾问题,以榆林某矿房柱式采空区遗留煤柱为研究背景,采用理论分析、物理相似模拟、数值分析等研究方法,对房柱式采空区顶板失稳机理进行研究。研究结果表明:矿井采空区遗留煤柱稳定性安全系数为1.54,考虑煤柱在顶板长期载荷作用下发生蠕变作用,最终会发生大面积失稳;房柱式采空区煤柱破坏失稳诱灾影响因素包括煤体物理力学性质、风化作用、开采方式、积水浸蚀、蠕变作用等5种因素;房柱式采空区顶板灾变演化为“由点及面”的破坏规律,顶板由破坏到失稳分为初步破坏阶段、破坏扩展阶段、破坏加剧阶段及彻底失稳阶段4个阶段;采空区彻底失稳时煤柱应力峰值为15.08 MPa,应力集中系数为3.92,顶板下沉位移为392.44 mm。

煤田房柱式采空区地震响应特征物理模拟研究

在总结了蒙陕地区地震地质条件、煤田房柱式采煤时采空区特征的基础上构建了蒙陕地区房柱式采空区地质模型,并在水槽实验室对其进行物理模拟地震数据采集,使用针对性的处理流程对采集的数据进行处理,最后对成像结果中目的层进行属性分析,总结了蒙陕地区房柱式采空区的成像特征,其结果可以用于提升煤田采空区探测的效率和质量。

房柱式采空区顶板垮落冲击对下层煤开采的影响评估研究

为了研究上层煤房柱式采空区顶板失稳垮落后对下煤层开采的影响,以某矿3-1煤层房柱式采空区下5-2煤层长壁综合机械化开采条件为研究背景,采用理论分析、数值模拟、实测数据对比等手段,分别对房柱式采空区顶板垮落冲击荷载及其在底板内的影响深度、下层煤开采覆岩破坏高度进行分析,并以上层煤顶板垮落冲击荷载影响范围是否波及下层煤开采覆岩破坏范围为判据评价上层煤对下层煤开采的影响程度。研究方法及判据可为类似条件房柱式采空区下煤层下行开采影响评估提供有益借鉴。

房柱式采空区下近距离煤层巷道支护技术研究

针对在房柱式采空区下近距离煤层巷道顶板结构不连续、破断特征复杂的问题,结合山西某煤矿10#+11#煤103工作面材料巷掘进实际情况,采用理论分析、数值模拟等研究手段对顶板上部为采空区、煤柱情况下的巷道围岩稳定性进行了分析。结果表明,由于房柱式采空区的存在导致下方巷道围岩应力呈波浪状变化,遗留煤柱下方巷道较采空区下方巷道应力集中系数大,高应力区域距离煤帮更近,对支护要求更高。针对不同段巷道的受力情况分别进行了巷道支护方式的优化与设计。研究结果能有效提高房柱式采空区下的巷道掘进速度,降低支护成本,对相似条件下的安全支护措施制定具有一定的借鉴意义。

动静载作用下房柱式采空区煤柱失稳时间预测研究

针对动静载作用下大面积房柱式采空区失稳时间难以预测的问题,以鄂尔多斯市敬老院煤矿为研究背景,通过室内循环加卸载与单轴加载试验对比分析了煤柱在动载与静载作用下力学承载特征。选取开尔文体模型,基于蠕变理论,结合顶板-煤柱系统力学模型,得出了房柱式采空区煤柱保持稳定的最小时间函数表达式。考虑时间因素,通过施加循环加卸载荷模拟动静载作用方式,建立了房柱式采空区数值模型,研究了动静载作用下房柱式采空区煤柱随时间失稳的动态演化过程。研究结果表明:煤样在循环加卸载作用下比在固定载荷作用下的极限破坏强度偏低;煤柱在蠕变作用下的有效承载时间与煤柱横截面积的对数正相关,与煤柱的高度和顶板刚度的对数负相关;将煤柱的破坏过程分为稳定阶段、发育阶段和失稳阶段。通过理论模型、数值模拟及现场实测,验证了煤柱有效承载函数的可靠性。

井田下覆房柱式采空区对上覆煤层开采影响研究

为了研究山西某矿5^(-2)煤层房柱式采空区条件下上覆2^(-2)、3^(-2)煤层开采的可行性,采用现场监测、理论计算与分析、FLAC^(3D)数值模拟等方法,进行了矿井地质条件分析,5^(-2)煤层房式采空区稳定性分析,得出5^(-2)煤房采采空区对上覆煤2^(-2)、3^(-2)煤层没有影响,对2^(-2),3^(-2)煤层进行开采是可行的。

房柱式采空区探查蛇形机器人关键技术研究

针对煤矿房柱式采空区环境特殊性及不同探查任务的要求,提出了一种基于四面履带驱动方式的蛇形探查机器人,对其整体结构以及单个模块的驱动、连接单元进行了详细的设计,保证其具有良好的越障能力、抗倾翻性及狭小空间的通过性,通过仿真与实验,验证了所设计机器人结构及控制方法的有效性。

房柱式采空区下行开采顶板突水危险性分析

为研究房柱式采空区下行开采顶板突水灾变规律,以郭家湾煤矿51207工作面为工程背景,采用大井法理论和岩体渗流理论对矿井涌水量进行分析,利用FLAC^(3D)数值分析软件对采动影响下顶板岩体的渗透系数及涌水量的变化进行研究。结果表明,矿井最大涌水变化量109.62 m^(3)/h,持续时间约为24 d;工作面推进至70 m,51207工作面顶板出现大面积的采空区,且渗透系数大幅增至1×10^(-5) m/s;当导水裂隙带连通房柱式采空区和51207工作面后,涌水量变化量会快速达到118 m^(3)/h左右;郭家湾煤矿51207工作面下行开采无突水危险性。

浅埋房柱式采空区下近距离煤层综采顶板控制技术

针对浅埋房柱式采空区下近距离煤层综采工作面开采可能出现覆岩大面积冲击式来压等问题,结合鄂尔多斯乌兰集团石圪台煤矿3-1-2煤层综采工作面开采实际,采用理论分析、物理模拟、数值模拟及现场实测等研究方法,对该类煤层开采引起覆岩变形破坏、岩体弹性能聚集造成冲击式来压和压架机理、地表移动规律和井下矿压规律关系等进行了研究,针对性地采取了残留煤柱爆破放顶卸压、地面钻孔注砂充填煤房和合理控制采高等控制和预防措施,实现了工作面的安全高效生产。

韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区下开采动载研究

为研究韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区及煤柱下开采的动载矿压,运用理论分析方法和物理相似模拟实验,采用应力和位移的监测手段,对综采工作面过房柱式采空区及煤柱进行模拟研究。研究表明,房柱式采空区下,工作面覆岩会随着下煤层关键层的破断而依次破坏,矿压显现较一般浅埋煤层开采剧烈,但未发生动载。而在进入区段煤柱期间,工作面只表现出比单一煤层开采时工作面压力较大,在出煤柱时则普遍存在动载矿压现象,动载易发区域在煤柱中的最后一次周期来压后10 m范围内。研究成果在韩家湾煤矿2405工作面进行了动载预测和防治。

上覆煤层房柱式采空区高浓度CO威胁的综合措施防治

针对龙华煤矿上覆煤层房柱式采空区高浓度CO威胁,首先采用充填封堵切断CO来源,然后注氮气降低CO浓度,最后采用局部正压通风防治CO涌出。实践结果表明,通过以上综合措施将上覆煤层房柱式采空区CO浓度由0.6%降至最低0.000046%,且回采过程中本煤层工作面上隅角CO浓度未超过0.000024%。

浅埋煤层房柱式采空区下长壁开采矿压显现特征

以鄂尔多斯地区浅埋煤层房柱式采空区下煤层长壁开采为主要研究对象,通过理论分析、现场矿压实测等方法,得出房柱式采空区上部覆岩在一定的采高范围内存在叠合梁结构,并且上位基本顶结构为固定梁,下位基本顶结构为悬臂梁,房柱式采空区煤柱及以下顶板构成直接顶;在上位固定梁的回转力矩作用下,下位悬臂梁周期性折断,其动载荷通过房采区煤柱传递给采场支护结构。上位悬臂梁与下位悬臂梁失稳的不同周期性,会引起工作面周期来压的不等距和来压强度的不等强性,是长壁采场支架失稳的主要原因。

浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱稳定性研究

为了降低房柱式采空区煤柱失稳引发顶板灾害的危险性,通过建立浅埋煤层房柱式采空区单个煤柱失效引发大面积垮落的数值模型,对房柱采空区煤柱的承载特征进行分析,得到了房柱式采空区煤柱尺寸对整个采空区稳定性的影响关系。基于房柱式采空区煤柱应力与强度的关系,建立了浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱群系统数学分析模型,借助数值模拟方法,对鄂尔多斯地区奎乌煤矿房柱式采空区顶板-煤柱群系统的稳定性进行迭代计算,可对该矿房柱式采空区的稳定性及破坏发展过程进行预测,为浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱群系统稳定性的评价提供了理论支持,同时再现了在流变条件下诱发大面积顶板灾害的煤柱群失稳过程。

浅埋煤层房柱式采空区下动载矿压监测分析

以石圪台煤矿31201工作面为例,基于该工作面矿压显现特征,首先对不同开采条件的顶板结构进行了分析,讨论了动载矿压发生机理;然后应用微震监测、地面钻孔多点位移观测、钻孔电视观测、地表裂隙及沉降观测等工作面开采状态多元化监测评价技术,对不同开采条件的矿压显现情况进行了评价,确定了动载矿压显现最危险区的位置。分析结果对于进一步采取动载矿压防治措施有一定的参考价值。

关于房柱式采空区集中煤柱下动载矿压灾害的防治

针对煤矿开采过程中工作面出上覆房式采空区集中煤柱期间产生的动载矿压灾害,进行了细致的分析和研究,并提出了相应的灾害防治措施,为相关工作人员提供了一定的理论借鉴。

房柱式采空区遗留煤柱稳定性的评价与研究

现阶段房柱式采空区塌陷是老矿区煤矿生产的主要地质灾害之一,对我国机场、铁路、高速公路建设,水利水电工程建设,以及西气东输等公共基础设施建设都有重大的影响。采空区内煤柱的大量遗留是导致煤矿发生此类安全事件的主要原因,因此,开展房柱式采煤采空区遗留煤柱稳定性的评价已显得十分必要和重要。在此背景下,本文采用定性分析和定量分析的方法对遗留煤柱的稳定性进行了评价,并结合实际案例进行了具体分析,希望通过本文的研究能够为相关人员治理采空区遗留煤柱稳定性提供一定的理论依据。

基于数值模拟的房柱式采空区关键层-岩柱系统破坏机理分析

为了提高浅埋房柱式采空区稳定性评价的精度和可靠性,本文以吕梁某高速公路桥梁下伏采空区为研究区,建立采空区二维模型,运用有限元数值模拟的方法,研究关键层厚度对关键层-岩柱系统应力场的影响。研究发现关键层-岩柱系统发生了应力重分布,应力集中主要位于岩柱的帮角、关键层跨中表面及岩柱正上方关键层上表面。随关键层厚度减小,岩柱应力呈先增后减趋势,关键层应力先缓慢增大后急剧增大。建立关键层-岩柱系统稳定性与关键层厚度之间的定量关系,确定关键层局部破裂、岩柱失稳、岩柱保持长期稳定时的关键层临界厚度分别为3.2 m、5.8 m和6.7 m。将数值模拟成果应用到实际工程中,发现与实际资料的吻合度较高。

近距离煤层房柱式采空区下巷道支护技术研究

针对近距离煤层房柱式采空区下巷道维护困难的问题,采用围岩结构窥视、数值模拟方式研究了下部煤层围岩特性和应力分布状态。针对上部为房柱式采空区、煤柱以及上下夹层厚度变化提出了采用高预应力树脂加长锚固锚杆差异化支护及架棚支护体系,有效地控制了巷道围岩变形,取得了良好的效果。

房柱式采空区下工作面矿压显现规律研究

针对房柱式采空区下工作面顶板控制难、矿压显现强烈的问题,采用宏观矿压显现观测、支架工作阻力观测和理论分析的方法,对工作面在实体煤下、房柱式采空区下和不同房柱尺寸条件下的矿压显现进行对比分析。研究结果表明:22201工作面上方房采采空区内的煤柱,在基本顶岩梁断裂时或者断裂以后发生失稳、垮塌;房柱式采空区下工作面矿压显现要比实体煤下剧烈,房采大煤柱区下工作面矿压显现比房采小煤柱区强烈。研究成果对避免房柱式采空区下工作面支架大面积压垮和顶板垮落等事故具有指导意义。