《“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。

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。

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。

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。

大采深矿井断层防隔水煤(岩)柱留设的探讨

峰峰矿区断裂构造发育,在深部开采的一些矿井,由于水压高,在高压水头和矿山压力联合作用下,断层上盘开采或掘进时,可能发生突水事故,须留设防隔水煤(岩)柱,但由于水压高,留设的防隔水煤(岩)柱尺寸较大,影响正常生产,也不利于断层的导(含)水性、断层带胶结程度及断层带附近煤岩层完整性精准探查。因此,在保证巷道掘进安全的前提下,重新探讨矿井深部断层防隔水煤(岩)柱的留设,通过分析计算巷道掘进期间底板安全隔水层厚度、超前距表格及公式等,决定Ts暂取0.10 MPa/m进行计算留设,既能满足巷道掘进期间底板安全隔水层厚度及超前距,又能为断层的导(含)水性、断层带胶结程度及断层带附近煤岩层完整性进行探查与治理创造条件。

导水构造防隔水煤(岩)柱的计算方法

矿井生产期间,开采煤层受底板承压水威胁时,往往因导水构造的影响造成突水淹井事故,因此,需对导水构造留设合理的防隔水煤(岩)柱,避免水害事故的发生。以往对导水构造防隔水煤(岩)柱的留设主要以绘图法为主,留设煤柱尺寸虽合理,但在思想逻辑上不易于理解。本文通过将导水构造防隔水煤(岩)柱留设的实际问题转换为数学问题,建立数学模型,通过对煤岩层的赋存状态及导水构造的发育形态进行分析、总结,确定了固定的计算公式,准确、合理的计算出导水构造防隔水煤(岩)柱尺寸。

我国矿井断层防水煤(岩)柱留设研究现状与展望

我国煤矿底板突水事故中断层水害占绝大部分,断层防水煤(岩)柱留设是预防断层水害的主要手段,关系到煤矿的安全、高效生产。留设合理的断层防水煤(岩)柱宽度不仅可以防止地下水通过断层涌入矿井,还可以服务煤炭资源的合理、安全开采。断层防水煤(岩)柱宽度留设涉及到许多因素,也是许多学者和工程技术人员研究的重点之一。截止到目前已有多种研究方法与手段得到了应用,主要包括理论计算、多元回归分析、BP和RBF、相似模拟、数值模拟等,针对不同断层条件下的煤(岩)柱留设问题进行了具体研究。在此基础上对断层煤(岩)柱留设研究现状进行总结,指出其存在的问题并展望了今后研究的技术与方法及发展前景。

赵固二矿11020工作面安全煤(岩)柱留设研究

为实现赵固二矿11020工作面变分层开采为大采高一次采全高开采,提高开采效率,在水文地质勘探、土工试验、点荷载强度试验以及干燥饱和吸水率试验的基础上,研究工作面上覆岩层的富水性以及阻隔水特征,论证工作面留设防砂安全煤(岩)柱的可能性,并利用现场实测、经验公式、数值模拟等手段预计"两带"发育高度。研究结果表明:11020工作面大部分区域均可留设防砂安全煤(岩)柱进行一次采全高开采,对于部分疏放后钻孔涌水量仍大于15m^3/h的区域,应留设防水安全煤(岩)柱,利用该区基岩柱厚度反算安全采高。

工作面轨道顺槽附近断层上盘防隔水煤(岩)柱留设研究——以山东省宁阳-汶上煤田义桥煤矿5302工作面YF_(33)断层为例

5302工作面位于五采区东北部,工作面的东部为YF_(33)断层。YF_(33)断层落差较大,3煤底板与奥陶系灰岩顶界面距离较近,隔水层厚度变小,从而使工作面受奥灰水威胁变大,对安全开采有一定的影响。在分析5302工作面附近地质及水文地质条件的基础上,对YF_(33)断层进行了探查,认为在五采区轨道下山与-480m东翼轨道巷、-473m东翼胶带巷附近断层为不含水,不导水断层。为了开采安全,采用《煤矿防治水细则》中的公式计算出合理的防隔水煤柱宽度。

刘庄煤矿13_(-1)和11_(-2)煤层防水煤(岩)柱计算方法设计分析

为了研究刘庄煤矿采厚大于3 m的单一煤层开采防水煤(岩)柱计算方法,根据刘庄煤矿13_(-1)和11_(-2)煤层煤厚特征、围岩类型,采用经验公式法计算了导水裂缝带高度和保护层高度,并利用实测导水裂缝带与经验公式计算结果对比分析,结果表明,经验公式计算裂采比小于实测裂采比,为确保安全开采,防水煤(岩)柱高度计算时,裂缝带高度取实测裂采比计算。

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。

大型正断层下盘厚煤层开采断层渗透性演变规律与煤柱优化研究

通过对123上02工作面西侧尹家洼断层开展物探、钻探及数值模拟试验等多种技术及方法对研究区尹家洼断层的含水性进行了探查,对断层侧向含水层影响下大型正断层下盘开采断层渗透性演变规律进行分析研究,合理优化煤柱尺寸,从而有效指导东十二采区的防治水工作,有效地防止断层水害事故的发生,提高了煤矿安全生产的理论和技术水平,解放更多的煤炭资源。