《“三下”开采规范》中安全煤(岩)柱留设问题探讨

针对《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中安全煤(岩)柱设计以及水压对顶板突水控制作用等问题进行探讨。首先分析了规范的附表4-3表头文字,指出保护层厚度的有关规定仅适用于松散含水层(含地表水体),至于基岩含水层下采煤应如何确定保护层厚度则未明确;进而以泥岩与黏性土层均具有阻水功能为桥梁,推导出基岩含水层下采煤可参照“松散层下黏性土层累计厚度大于采厚”条件执行,遵照“就高不就低原则”,基岩含水层下保护层厚度统一取采厚的4倍为宜;既然规范适用条件为单层采厚不大于3.0 m,则附表4-3中“松散层厚度小于采厚”的规定难以理解,建议删除。其次,基于“保护”一词的科学内涵对“保护层”重新定义,即导水裂缝带顶界面到含水层底界面之间的隔水岩层均具有“保护”功能,应统称为保护层H_(b);进而提出了保护系数B_(s)概念,即保护层厚度与单层采厚的比值;松散含水层下保护系数分区阈值(B_(i)=2、3、4、5、6、7),基岩含层下保护系数分区阈值B_(i)=4,据此对顶板水害风险进行等级划分:突水区(B_(s)≤0)、危险区(0<B_(s)<B_(i))、安全区(B_(s)≥B_(i))。此外,借鉴底板突水系数概念,将单位厚度保护层承受的水头压力称为保护层承压系数(T=P/H_(b)),通过对3种煤水结构条件下承压系数的分析,得出第4系松散含水层、非煤系基岩含水层下采煤可以不考虑水压,煤系基岩含水层下采煤随着开采深度增加、水压随之增大而带来突(涌)水风险。最后,分析了底板含水层顶部存在被泥质物充填隔水带时,《“三下”开采规范》给出的底板防水安全煤(岩)柱表达式(h_(a)≥h_(1)+h_(2)+h_(4))与附图相矛盾,正确的表达式应为h_(a)≥h_(1)+h_(2)-h_(4)。

同层位老空积水区防隔水煤(岩)柱的计算方法

煤矿井下采掘作业生产期间,为了避免老空水在高水压作用下破坏原始煤(岩)层(探水线)稳定性而发生井下透水事故,本文通过对采掘破坏影响以及老空透水机理进行分析,提出了“同一煤层,老空区导水裂缝带范围与开采煤层导水裂缝带范围不连通为基础,并保证足够的挡水岩柱”的防治措施,充分考虑老空积水区水头值高低、煤(岩)层厚度、强度、岩层移动规律、采煤后形成的导水裂缝带等相关因素,确定了合理的计算方法,从而对老空区防隔水煤(岩)柱尺寸进行计算。该方法思路正确,可达到安全警示与矿井保安的目的。

含水砂砾岩下综放开采安全煤岩柱留设研究

水体下采煤包括地表水体、含水砂层水体及基岩含水层下采煤。留设安全煤岩柱是解决水体下采煤的有效途径和必要措施。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》(下文简称《留设规范》),不同类型水体下留设的安全煤(岩)柱类型有三种,即顶板防水安全煤(岩)柱、顶板防砂安全煤(岩)柱和顶板防塌安全煤(岩)柱。目前,随着国内外对第四系和第三系含水层水体下安全采煤的深入研究,相关技术已经在许多矿区应用并取得重大进展。科学、合理留设安全煤(岩)柱,既能提高回采率、避免资源浪费,又能创造良好效益。多伦协鑫煤矿借鉴其他煤矿及已经开采完毕的1703~(-1)、1703~(-2)、1704~(-2)、1707~(-2)等工作面的实践表明,在开采1705~(-2)工作面时,通过合理留设安全煤(岩)柱,煤矿成功实现了综放开采,并取得了良好效果。

东峡煤矿南汭河防隔水煤(岩)柱设计方案浅析

东峡煤矿井田北部发育的常年性河流南汭水河自西北向东南流经该井田,在靠近水体采煤的时候,需要严格控制采动影响,南汭河属于常年性流水河流,不允许导水裂缝带高度到达水体。设计方案计算了垮落带、导水裂缝带的最大高度,确定了防水隔水煤(岩)柱高度及煤柱下限标高,然后按照岩层裂缝角,确定了河流防隔水煤(岩)柱宽度。同时,为了有效防范由于地面塌陷进而导致河流河堤下沉的问题,设计方案按照经验留设了地表河流保护煤柱,并在河流堤岸建立了地表移动变形观测站。

FX24断层防隔水煤(岩)柱安全评价及工程实践

通过含水或导水断层防隔水煤(岩)柱的经验公式、“下四带”理论的分析计算,确定了FX24断层防隔水煤岩柱的尺寸,同时通过物探和钻探手段对5302工作面水文地质环境进行验证分析。5302工作面的安全顺利回采证明,该论证方法科学合理,具有很强的指导意义。

薄基岩厚冲积层大采高工作面防砂防水煤岩柱留设实践

赵固二矿当前回采工作区域在煤层隐伏露头松散层下部砾石含水层及基岩风化带含水层下,其上覆巨厚松散含水层、薄基岩对回采工作面产生重大影响,直接关系到安全生产工作。本文对回采作业区域顶板基岩厚度及上覆含水层进行探测,通过运用FLAC3D数值模拟软件预测“两带”高度,根据《三下采煤规范》以及相关论文选择合理计算方式计算“两带”高度,二者结果高度吻合。根据探测数据、模拟与计算高度合理论证留设防隔水煤(岩)柱及限厚开采措施,实现一次采全高综采,对赵固二矿实现高产高效安全生产具有重要指导作用,对煤炭资源的开发利用有着重大意义。

贵州大河边煤矿上覆岩层导水裂隙带的发育高度和分布形态研究

大河边煤矿的3#煤层开采引起上覆移动变形破坏,含水层的水渗入到130101工作面,不仅严重破坏矿区的生态环境,而且威胁到矿井的安全生产问题。为进一步研究上覆岩层破坏导水裂隙带的发育高度和分布形态,保护水资源,提高煤炭资源回收率,保障矿井安全生产,通过应用传统经验计算公式和数值模拟计算相结合的研究方法,给出导水裂隙带分布形态和最大高度,最后通过工程实际测量方法验证其可行性,该方法对保护矿区生态环境具有重要的科学研究意义和应用价值。

钻探在破碎煤(岩)层的探放水实践研究

本文通过钻探在破碎煤(岩)层的探放关闭矿井采空区积水实例分析和探讨,论证探放水钻孔遇到破碎煤(岩)层如何破解塌孔难题,本次采空区探放水遇到破碎煤(岩)采用风动力推进,利用大钻头扩孔下套管的方法,取得显著的效果,为关闭矿井采空区疏放水具有推广性和可借鉴性,实现采空区探放水疏放水效果,确保矿井安全生产。

断层防水煤(岩)柱安全宽度的计算与评价

针对如何确定导水断层附近的防水煤(岩)柱宽度是困扰煤炭开采的问题,以开滦集团荆各庄矿3092工作面为例,综合运用经验公式、数值模拟和原位探测来确定其断层防水煤(岩)柱的安全宽度,最终得出了符合实际的且小于原留设宽度的断层防水煤(岩)柱安全宽度,为该矿节约了可采储量,延长了矿井服务年限,具有显著的社会和经济效益;同时该法为本矿及相似矿井以后处理类似问题提供了参考,具有较高理论和现实意义。

近距离上保护层开采下伏煤(岩)裂隙时空演化过程分析

为研究近距离上保护层开采下伏煤(岩)的裂隙时空演化特征,以平煤五矿为例(保护层与被保护层平均层间距为8 m),利用3DEC软件模拟不同开采距离下伏煤(岩)裂隙发育及分布特征,统计被保护层穿层斜交卸压瓦斯钻孔的抽采数据并对保护层开采效果进行验证。结果表明,随着保护层工作面的不断推进,底板岩层内裂隙逐步发育并向深部延伸;从回采8 m开始,被保护层己16-17煤层已出现裂隙发育,当回采18 m时,己16-17煤层内横向裂隙和垂向裂隙发育明显;然而,当回采24 m时,由于采空区上覆岩体的垮落压实作用,底板岩层内的裂隙将发生闭合现象。沿着水平方向,底板岩层裂隙依次可以分为原始状态区、高强度卸压增透区和重新压实区。随着卸压效果越来越明显,被保护层月瓦斯抽采量由2014年6月至11月逐渐增大,最大值达到每月174 400 m3;之后,由于被保护层裂隙闭合,每月瓦斯抽采量开始降低,并逐渐稳定在每月50 000 m3左右。

水体下近距离煤层组安全煤(岩)柱的留设研究

为合理开发煤炭资源,最大限度地提高水体下煤炭资源的利用率,解放呆滞的煤炭资源,文章以姚桥煤矿近距离煤层组7、8号煤工作面为例,运用地质勘探、实验室土工试验和理论分析等研究方法,分析获得第四系松散层下部含、隔水层性质,从而确定了安全煤(岩)柱留设类型为防砂安全煤(岩)柱,进而合理确定了7、8号煤层安全煤(岩)柱合理留设尺寸及7、8号煤层的开采上限。

承压防砂煤(岩)柱下溃水溃砂工作面压架机理及支架阻力确定

新近系、第四系厚松散地层弱富水性含水层下留设防砂煤柱时,由于薄基岩界面倾斜和起伏变化等特殊地质条件,易形成松散含水层保压结构,含水层水压高,导致防砂煤(岩)柱承受高水压冲击,造成突水溃砂事故以及工作面矿压明显增大并压架。运用理论分析的方法,解释了防砂煤(岩)柱承压加大的概念与形成原因,研究了水砂降低摩擦因数和"高水压核"的水压冲击作用对支架阻力增大的影响,推导出工作面支架阻力计算公式。研究表明突水溃砂过程中工作面阻力异常增大主要是由于水砂降低摩擦因数和"高水压核"的水压冲击,得出了不同情况下摩擦因数降低的数值,并依据机械能守恒定律推导得出高水压对工作面支架冲击力的计算公式。以某矿11071工作面为工程实例,计算了工作面支架阻力变化过程,结果表明由于摩擦因数降低与高水压的冲击造成支架载荷额外加大,超出工作面支架最大载荷,验证了溃水溃砂过程中工作面矿压增大的结论,为类似条件工作面提供借鉴。

孙疃煤矿102采区防水煤岩柱留设技术研究

依据准北孙疃煤矿102采区资料,通过分析研究矿区第四系、基岩风化带及10煤层顶板水文地质及工程地质条件,利用规程计算、FLAC3D数值模计算以及临近许疃、桃园两矿的实测资料,最终得出采区的冒落带高度为14m,裂隙带高度为45.6m,从而确定该采区的防水煤岩柱为30m,并对其可靠性进行分析论证。该项研究可以使采区10煤层防水煤柱的留设从90m降低到30m,解放煤炭资源量42万t,产生直接经济效益10500万元。

狭窄煤(岩)柱岩爆的突变理论研究

本文对地下采矿中遇到的煤岩柱及顶板进行了力学的简化处理;从突变理论出发,引用煤岩损伤本构方程,讨论了煤(岩)柱失稳的物理机制,并给出了煤(岩)柱失稳的条件。从这种观点出发可得到比其它方法更丰富的结果,这种结果可为现场采矿设计提供依据。

煤岩热破坏对露头火灾的影响研究

论述了煤体与岩体的受热破坏特性 ,对露头煤层自燃火灾中煤岩体的热破坏机制进行了定性分析。提出对露头煤层自燃火灾发展过程的研究中应加强对煤体与岩体的破坏 ,尤其是热破坏的力学规律的研究。这对深刻揭示露头煤层自燃向煤层深部发展的动力学过程 。

煤系沉积环境分析与煤(岩)层对比研究进展

煤系沉积环境与煤(岩)层对比是煤炭资源预测和矿井开采的一项重要工作。总结了我国煤系沉积环境分析和煤(岩)层对比研究现状和进展,指出其发展方向是岩石学标志、古生物标志、地球化学标志、地球物理标志的融合和数理统计的综合运用。

松软破碎煤(岩)体下巷道支护形式探析

安阳鑫龙煤业大众公司井田范围内地质构造复杂,煤层及顶、底板松软、破碎,原巷道均采用刚性被动支护,失修、变形严重。2008年,该矿改革支护形式,采用主动支护和可缩性U型钢联合支护,走入良性循环。结合该矿实际,分析了几种支护形式的优缺点,介绍了该矿改革支护形式的做法,并探讨性地提出了改进的具体方法。

煤层露头区防砂安全煤(岩)柱的留设及应用

姚桥煤矿通过井上下水文地质补勘,在分析、评价新东四采区地质、水文地质条件的基础上,重新确定新东四采区浅部露头区开采上限,由原留设的防水安全煤(岩)柱改为留设防砂安全煤(岩)柱,实现了安全开采。

巷道防隔水煤(岩)柱留设研究

探讨了目前防隔水煤(岩)柱留设计算公式存在的缺陷,通过分析老空区边界以及掘进巷道两帮围岩受力特征及其破坏状态,提出防隔水煤(岩)柱应为三部分组成:掘进巷道两帮塑性区、防隔水煤(岩)柱中间弹性区、以及老空区边缘塑性破坏区。结合极限平衡以及材料力学相关理论,提出了老空区侧掘进巷道防隔水煤(岩)柱留设公式。经实例验证该计算公式是可行的。