浅埋近距离煤层群上行开采数值分析

运用相似材料模拟实验及数值模拟计算对浅埋近距离煤层群上行开采可行性进行分析.对下位煤层开采后覆岩运动与结构发育的分带规律、上位煤层所处状态的观测结果表明:下位煤层在受上位煤层的采动影响下,虽然有明显的弯曲下沉,但其整体连续性保持完好,可以上行开采。现场实测与分析结果吻合。

浅埋近距离煤层群上行开采可行性分析

为了确定浅埋近距离煤层群合理的开采顺序,保证煤层安全高效开采。根据煤矿煤层埋藏特征,在分析上行开采的主要影响的基础上,采用比值判别法"、三带"判别法、围岩平衡法、数理统计法及数值模拟的综合方法对煤层群上行开采可行性进行分析。研究结果表明:采出5-1煤层后,4-2上煤层整体弯曲变形,并且处于裂隙较为发育的区域,但4-2上煤层的结构发生中等程度破坏,采用上行开采是可行的。

浅埋近距离煤层开采房式煤柱群动态失稳致灾机制

针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象,采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿井本煤层房式开采后,只有当房采煤柱的弹性核区比例大于31%时,房采煤柱才能处于长期稳定。下煤层采后的模拟结果表明:上覆房采煤柱的破坏形式及其失稳次序同其与下煤层工作面相对位置密切相关,房采煤柱依次从工作面开切眼位置、工作面位置、采空区中部位置发生破坏及失稳,且工作面开切眼和工作面位置处煤柱多发生顺向采空区的斜切破坏,而采空区中部煤柱则发生垂向压裂破坏。根据石圪台煤矿数值模拟结果显示,上部2-2煤层房采后煤柱支承应力峰值由原岩应力2. 8 MPa增大至12 MPa,应力集中系数为4. 28;当下部3-1煤层工作面采后,上覆2-2煤层房采煤柱的支承应力峰值增大至30 MPa,应力集中系数达10. 71;下煤层工作面开切眼侧与工作面正上方的房采煤柱呈现横向不均匀承载特征以及受水平拉伸变形影响,最终导致边界处房采煤柱易出现对角斜切破坏模式。两侧边界煤柱失稳后,其顶板岩层瞬间发生整体拉剪破断从而引发矿震,顶板多层岩层以"整体运动"的形式急剧快速下沉并撞击底板,将采空区中部上方的房采煤柱压垮压塌,同时巨大的冲击力进而导致上下煤层间的岩层发生全厚切落,造成下煤层工作面发生切顶压架。实验发现从上覆房采煤柱群首个煤柱发生破坏至整体失稳运动并达到稳定,历时仅约为0. 45 s,其中,上下煤层之间的岩层发生全厚切落历时仅约为0. 05 s。

近距离“薄-中-厚”交错分布煤层群上行协调开采定量判别研究

开滦矿区开平煤田煤系地层80 m范围内交错分布“薄-中-厚”5层可采煤层,该类煤层群的安全高效回收需要上行与下行相协调的开采模式,关键难题在于如何判断在多层采空区下煤层上行开采的可行性。本文以开滦矿区多年上行开采经验为研究背景,采用理论分析、数据统计和现场实测等方法,对开滦矿区近距离煤层上行开采的扰动破坏影响进行研究。基于上行开采的采动影响系数与间深比判别法,结合煤层群开采层间扰动影响、煤系地层分布、岩层物理力学性质、覆岩破断特征等多因素,提出上行开采综合性判别指标,建立上行协调开采的“可行度”定量判别式与评价体系;通过统计分析30个上行开采案例,提出上行开采可行度的区域划分方法;应用钻孔窥视与地质雷达探测技术实测了覆岩裂隙发育程度及破碎情况。结果表明:12-1号煤层的垮落带范围为15.4~21.2 m,观测段内岩层整体下沉量为0.1~0.4 m,验证了钱家营矿1692工作面上行开采方案的合理性;计算分析了范各庄矿全井田66个钻孔上行开采可行度,预测出井田范围内存在的危险区域,有效指导范各庄矿12号煤层→9号煤层上行开采可行性的问题。同时,通过对“可行度”判别式的研究,给出了开滦矿区近距离煤层、极近距离煤层及煤层群的判别依据。该方法在开滦矿区现场工程实践中成效显著,为安全高效开采近距离煤层群资源提供新的理论依据。

浅埋近距离煤层煤柱下开采异常矿压机理

针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题,采用现场实测、理论分析等手段,研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明:浅埋近距离厚煤层开采时,下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害,支架活柱下缩量达到1 000 mm;下煤层工作面推进过程中,两层煤之间的关键层结构也不断的变化,重复采动阶段,两层煤之间存在一组亚关键层结构,进煤柱阶段,两层煤之间存在一组主关键层结构;进煤柱阶段,煤柱上方关键块的铰接结构发生反向回转运动,导致主关键层关键块上覆载荷增加,发生滑落失稳,引发强动压灾害,同时造成地表出现大的台阶下沉现象。

浅埋近距离煤层群工作面上隅角贫氧致因及综防技术

我国神东、平朔、大同煤田赋存着大量浅埋近距离煤层群,浅埋近距离煤层群具有煤层埋藏浅、煤层间距近等特点,在开采扰动下,层间易产生裂隙形成漏风通道,当地表空气进入上覆采空区,易引起上覆采空区遗煤自燃,间接影响下层煤开采过程中工作面上隅角的氧气浓度,造成贫氧现象。为了探究浅埋近距离煤层群工作面上隅角贫氧致因,提出防治贫氧的措施,以大恒煤矿91103综采工作面为研究背景,采用理论分析、CDEM数值模拟以及SF6示踪气体漏风测试等方法进行了研究。结果表明:地面裂缝、沉积现象明显;模拟煤岩损伤、破裂过程、裂隙发育,得出地表与上覆采空区、工作面贯通模型;利用连续定量释放SF6示踪气体在工作面进行漏风测定,测定结果验证了数值模拟中地表、上覆采空区以及工作面的贯通。工作面上隅角贫氧是由于浅埋赋存煤体破碎析出的低氧气体、采空区氧化衍生气体以及防灭火注入的惰性气体,在通风负压和大气压力的双重作用下,通过漏风通道进入工作面,加之U型通风方式的通风特点等多种因素共同造成的,其中工作面与地表贯通造成漏风严重是上隅角贫氧的主要致因。基于对贫氧致因的研究,大恒煤矿采用了井上下堵漏、安设风帘、埋管抽采、风机配合风筒等综合性防治措施,有效解决了工作面上隅角贫氧对安全生产的制约和影响,确保了工作面上隅角氧气浓度始终处于正常水平。

近距离煤层群上行开采相似材料模拟试验研究

基于某矿上行开采的要求,为获得下组煤开采后覆岩破坏高度及裂隙带发育高度,进而研究特定地质条件下近距离煤层群上行开采的可行性,采用物理试验的方法对下组煤开采后覆岩的破坏高度及裂隙带发育高度进行了模拟研究,并分析了受采动影响的顶板矿压显现规律、覆岩破坏特征、围岩应力场及位移场的变化规律。结果表明:覆岩破坏高度约为18.4 m,裂隙带发育高度约为49.3m,上组煤处于下组煤裂隙带的中上部。因而,以上覆岩层"三带"判别法为依据,初步判定采取一定安全措施后该矿上行开采方案可行。

近距离煤层群下伏厚煤层综放开采下上行开采技术

为提高煤炭资源回采率、延长矿井服务年限和实现厚薄煤层间合理配采,开展了近距离煤层群下伏厚煤层综放开采下上行开采可行性研究。基于燕家河煤矿近距离煤层群5^(-1),5^(-2)及8煤地质条件,采用理论分析、物理模拟、数值模拟和现场实测等研究方法分析了8煤综放开采采场覆岩运移规律及破断特征,掌握了上覆5^(-1),5^(-2)煤层与岩层的破坏特征及变形规律,确定了5^(-1),5^(-2)煤层上行开采可行性。研究表明,8煤覆岩冒落带高度为16~26.7 m.5^(-1)煤位于8煤裂隙带下层位,处于8煤冒落带之上,5^(-1)煤及其顶底板虽有明显弯曲变形下沉,但无台阶错动,整体连续性好。5^(-2)煤位于8煤裂隙带与冒落带过渡层位,接近8煤冒落带;巷探表明了5^(-2)煤处于整体下沉,顶底板无台阶错动,整体连续性较好。除内错采空区0~25 m的5^(-1),5^(-2)煤层破坏较严重外,其余范围的5^(-1),5^(-2)煤层结构连续完整,均可上行开采。

浅埋深近距离煤层群上覆采空区积水排放技术

为解决传统积水采空区排水技术存在的排水时间长、准备工程量大、排水系统复杂等问题,对大柳塔煤矿22301综采工作面上覆采空区积水排放技术进行研究,采用了群孔对泵直排新技术,在深入分析上覆采空区底板起伏情况的基础上,确定主要的积水区域,然后对上覆采空区各主要积水区域分别施工多个排水孔,再将各排水孔与大功率离心泵直接对接,排放的水不再经水仓中转直接排出,而是经离心泵直接泵排至地面,简化了排水系统。结果表明:22301工作面排水所需时间比传统方法缩短了3个月,并节省大量工程及设备费用,工作面回采期间顶板基本无淋水,实现了绿色高效排放上覆采空区积水。

近距离煤层群上行开采设计研究

在近距离煤层群上行开采实践中,对下层煤开采的可行性研究较多,对下层煤开采对开采上层煤的影响以及下层煤开采技术研究不多。文章除论述了判别上行开采可行性的方法外,分析了下层煤开采对上层煤的影响、下层煤开采及巷道布置,以及下层煤开采的技术措施,可供在进行上行开采设计时参考。

浅埋深近距离煤层群大采高综采工作面隅角低氧防治技术

以神东矿区补连塔煤矿12煤四盘区综采工作面回风隅角低氧防治为案例,对浅埋深近距离煤层群开采的同一盘区大采高综采工作面回风隅角出现的"低氧"与"未发生低氧"2种现象进行原因剖析,并通过通风系统调整、回风隅角管理、开采设计、巷道一般防火密闭设计、地表回填等多项技术多措并举,成功地解决了综采工作面回风隅角低氧问题,确保了矿井的安全、高效生产。

近距离煤层群上行开采覆岩垮落及运移规律研究

为研究近距离煤层群上行开采覆岩垮落及运移规律,以晋城某矿近距离煤层群为研究背景,结合其煤层地质条件建立二维相似模拟试验模型,对煤层群开采过程中覆岩垮落和运移规律进行了监测。试验结果表明:煤层群上行开采过程中,上煤层周期来压步距小于下煤层,且覆岩离层高度更大;上煤层表现为工作面的大小周期来压现象,伴随着大周期来压剧烈和小周期来压不明显,且基本表现为小周期来压时垮落角减小,大周期来压时垮落角增大的规律;上煤层开采后覆岩破碎难以形成结构,其覆岩离层高度增加幅度较小。研究结论可为类似条件上行开采和岩层控制提供参考。

近距离煤层群上行开采裂断拱演化规律及数值模拟

采用FLAC3D的模拟方法,对单一采场的裂断拱发展演化规律和复合采场的裂断拱发展演化规律进行了模拟分析,得出了近距离煤层群上行采场结构空间在单一采场与复合采场两种不同的情况下采场上部裂断拱的演化规律及变化形态。

近距离煤层群上行开采条件下沿空留巷围岩运移规律与控制

以叙永一矿15采区缓斜近距离多煤层群为研究对象,运用离散元数值模拟软件UDEC 6.0分别对其C19、C20和C24煤层上行开采过程中的沿空留巷方式及其相应的应力分布情况和围岩运移规律进行了系统地对比分析研究,得到了缓斜近距离多煤层群上行采动影响条件下的最佳沿空留巷方案。所得研究结果可为近距离多煤层群的开采方式及沿空留巷方案提供一定的技术参考及补充。

近距离煤层群上行式开采悬空结构稳定性研究

为解决上行式开采工作面推进至下部煤层采空区开切眼附近的底板下沉风险问题,选取新疆龟兹矿业西井A6-103典型上行式开采工作面,采用理论分析和相似模拟方法,通过研究上行式开采重复采动下顶底板结构形态,得到覆岩破断机制,并提出了"上行式开采三铰拱式结构"。结果表明:近距离煤层群上行式开采工作面通过下部煤层采空区开切眼上方前会逐渐形成特殊块体结构,该结构以下部煤层开采而产生的预定裂隙位置为中间铰接点,且只能靠层间岩层关键层形成的悬空结构提供支撑才能保持稳定,并得到了该模型稳定条件判据及计算方程。另通过相似模拟结果,证明了该结构在上述条件回采过程中无法保持稳定,下部煤层采空开区切眼边界处的悬空结构会发生二次失稳,使得上行式开采工作面顶底板突然垮断。最后提出了针对性的防治措施,保证了工作面的安全回采。

浅埋深近距离易自燃煤层群复合采空区漏风规律研究

以补连塔煤矿为背景,运用理论分析、数值模拟和现场实践对补连塔煤矿的漏风规律进行研究,研究结果表明:在工作面水平方向,漏风强度大小与距工作面长度呈正相关关系,距工作面越近,漏风强度越大;在倾向方向上,从运输巷到回风巷漏风量有逐渐增加的趋势;在垂直方向上,漏风程度与层位高度密切相关,在较高的层位上,漏风强度变化程度缓慢。

浅埋近距离煤层群房柱采空区下支架合理支护强度确定

为了确保浅埋近距离煤层群房柱采空区下综采工作面的安全高效开采,采用数值模拟和理论分析的方法研究了房柱式采空区下工作面支架合理支护强度。研究表明,房柱采空区残留煤柱集中应力影响的深度约为20m,下部工作面回采时应考虑集中应力的影响,残留煤柱对下部工作面开采合理的应力集中系数为1.30;并根据＂短砌体梁＂理论,计算得到了大地精煤矿房柱采空区下综采工作面支架合理支护强度为1.07-1.21 MPa。该研究方法和结果对类似条件下综采工作面支架合理工作阻力的确定具有借鉴和指导意义。

浅埋近距离煤层相邻对向开采工作面煤自燃防治技术与应用

浅埋近距离煤层群两"U"型通风工作面相邻对向开采,易发生以上覆采空区为主要漏风通道的串联通风现象,针对海湾煤矿三号井2206工作面因串联通风导致的漏风发火情况,提出"超前-立体化"煤自燃防治技术;采用超前监测的方式,对工作面上下层采空区漏风发火动态进行预测;采用地表回填、巷道喷浆、注氮惰化、阻化剂喷洒、遗煤控制等防灭火技术,对上下煤层立体化分布的煤自燃危险区域进行治理。结果表明:2206工作面串联通风现象得到有效控制,上下层采空区煤自燃得到有效抑制。

岩溶条件下浅埋近距离煤层开采的数值模拟研究

为研究岩溶条件下煤层开采的采动影响,基于贵州毕节青龙煤矿的地质条件,建立包含岩溶结构的开采模型,模拟研究开采扰动、开采速度、开采方向等因素的影响。研究表明:岩溶结构造成顶板应力突变,突变位置在岩溶与非岩溶边界区域较为明显;岩溶结构正下方煤层内垂直应力相对较小,但外围可能较大,应在到达岩溶结构正下方以前做好防灾准备;浅埋近距离上保护层开采对下部被保护层有较好的卸压效果,但增透效果较为有限;适当提高开采速度有助于缓解顶板的高应力状态,但也会造成下部被保护层增透效果减弱;下部煤层采用与上部煤层相同的开采方向时,安全性相对更高。

极浅埋近距离煤层群上覆岩层矿压规律的研究

针对鄂尔多斯凯达煤矿极浅埋近距离煤层群开采的问题,采用FLAC^(3D)有限元数值模拟软件并结合现场工作面实际情况,分析近距离煤层群上层煤层开采之后对下分层工作面回采时的影响,结果表明:在极浅埋煤层群开采的过程中,虽然顶板会出现直接切落的现象但并没有出现一般浅埋工作面顶板来压突然增大且动载系数较大的现象,而是出现来压平缓、动载不明显的现象,数值模拟结果与现场实际相吻合,该研究补充了浅埋煤层开采在极浅埋近距离的情况下覆岩的矿压规律。