煤厚变异区三带分布规律研究

以滕州东大矿业存在煤厚变异情况的工作面为研究背景,以数值模拟、公式计算、现场观测等研究方法,分析煤厚变异区开采后上覆岩层运动规律与“三带”发育特征,研究煤层开采后“三带”的发育高度,最终确定7202工作面“三带”高度。通过现场实测得到垮落带高度为28.4m,断裂带高度为84.5m,利用“三下”经验公式计算可得,其误差分别为23.3%、4.7%;通过数值模拟得到的结果,误差分别为9.2%、10.2%。研究结果表明,利用数值模拟方法可有效预测煤厚变异区的“三带”高度,可为相似条件下煤厚变异区安全开采评价提供参考。

煤厚变异区开采冲击地压发生的力学机制

针对地质构造区域煤层开采容易发生冲击地压的情况,建立了煤岩组合体力学模型,研究了煤厚变化对超前支承压力分布特征和能量演化规律的影响,揭示了煤厚变异区煤层开采冲击地压发生的力学机制。研究表明:煤厚变薄区的原岩应力比变厚区大,煤厚减小率或岩煤弹性模量比越大,应力变化梯度越大;工作面由厚向薄回采,超前支承压力呈"双峰值"分布,而工作面由薄向厚回采,超前支承压力呈"单峰值"分布;冲击地压发生时,工作面由厚向薄回采,第2峰值应力区内形成高能区会阻碍能量向煤壁深部传递,产生的冲击能量将主要向巷道或工作面临空面释放,而工作面由薄向厚回采,冲击能量可向煤壁深部转移,冲击影响范围小。现场案例分析及工程实践表明,工作面由薄向厚回采更有利于防冲。

采动影响下煤厚变异区超前支承压力变化规律的数值模拟

大量工程实践表明在煤厚变异区及其周围极易出现煤与瓦斯突出和冲击地压等复杂的矿山压力现象。以数值模拟为研究手段,分析了不同煤厚变异区的宽度、煤厚变异程度及采煤工作面分别从厚煤区和薄煤区向煤厚变异区推进的过程,受采煤工作面超前支承压力影响的煤厚变异区及其周围应力分布特征;研究了采动影响下,煤厚变异区及其工作面超前支承压力集中现象和应力分布的规律;揭示了采动影响下煤厚变异区支承压力的转移机制。结果表明:煤厚变异区变薄点比变厚点的原岩应力大,煤厚变化梯度K越大,煤厚变异区应力梯度就越大,应力集中的程度就越高;当工作面接近煤厚变异区时,煤厚变异区对工作面超前支承压力分布特征的影响显著。工作面在厚煤区回采向煤厚变异区推进时,超前支承压力呈"双峰值"分布,而工作面在薄煤区回采向煤厚变异区推进时,超前支承压力呈"单峰值"分布。由于煤岩弹性模量存在差异,工作面回采至煤厚变异区时超前支承压力会向煤厚变薄点转移;相比采煤工作面在厚煤区回采向煤厚变异区推进,从薄煤区向煤厚变异区推进时的工作面超前支承压力集中程度更强烈。

爆破载荷作用下煤厚变异区损伤破坏特征实验研究

针对地质构造区域爆破施工容易诱发煤与瓦斯突出的现实情况,建立煤岩组合弹性力学模型、根据爆炸应力波在煤岩介质中的传播与作用规律,分析了煤层变厚时原岩应力的分布特征、爆炸应力波在构造煤岩体中的传播过程,并结合相似模拟实验与数值模拟研究了爆破载荷作用下煤厚变异区的损伤破坏特征。理论分析表明,薄煤层区域承受的原岩应力高于厚煤层,且应力变化梯度随煤厚减小率的增大而增大,爆炸应力波由岩体传播至构造煤体时会发生波的透射和反射现象,反射形成的拉伸波将加剧煤岩交界面岩体侧的损伤程度;爆破模拟实验中采集得到的应力曲线,煤厚变异区岩体处的测点存在着2次较大的拉应力峰值,应力波在该处相互作用形成了叠加破坏区,破坏区同时又引导其余方向的爆生裂纹向其延伸汇集,导致岩体严重破坏。数值模拟验证了爆炸应力波在煤岩交界面上的透射和反射现象,应力云图表明应力波在煤厚渐变区的叠加作用最明显且延续时间长。研究成果对于揭示爆破扰动煤厚变异区诱发煤与瓦斯突出的机制有重要指导意义。

断层影响区煤厚变异带对煤岩动力灾害的影响分析

为了揭示临近断层与煤厚变异区煤岩瓦斯动力灾害频发现象,以潘一矿的典型煤与瓦斯突出事故为工程背景,采用现场实践与数值模拟相结合的方法,研究了断层与煤厚变异区叠加影响下煤岩动力灾害发生的力学机制,揭示了工作面靠近断层由厚向薄煤层开采与远离断层由薄煤向厚煤层开采的采场应力场的分布规律,提出了靠近断层且由厚向薄煤层开采更易诱发煤岩瓦斯动力灾害的观点。

三维加载密封装置研制及煤厚变异区突出模拟试验分析

复杂性岩土工程问题目前尚难以用理论研究方法或数值模拟方法得到准确解答,采用物理模型试验研究方法可较好的弥补上述难题,国内外学者对物理模型试验和三维液压加载装置进行大量的研究。针对小尺寸的装置很难考虑和涉及地质构造因素的影响,大尺寸三维液压加载装置的箱体密封困难等问题,自主研制大型真三维液压加载密封试验装置,装置反力框架整体尺寸为4300mm×3580mm×3150mm(长×宽×高),试验加载箱体外形尺寸为2050mm×1400mm×1300mm,箱体为三向真三轴面加载密封箱体,可进行10MPa地应力及3MPa高压气体条件下煤岩样真三轴加载试验。同时,利用该装置进行煤矿井下巷道掘进过程中,遇到煤厚变异区的煤与瓦斯突出相似模拟试验,研究揭煤过程中瓦斯压力、煤岩应力和温度的变化规律。充气过程中,煤体吸附瓦斯放热使煤层内的温度升高;突出发生前,位于煤厚变异区的应力值较大;突出发生的瞬间,高速气流携带破碎煤岩疾速喷出,突出点附近的瓦斯压力迅速下降;突出发生后,瓦斯解吸和对外膨胀做功使煤层内的温度下降,煤厚变异区构造带附近的温度变化最为显著,下降最大可达7.3℃。顶底板煤岩交界面的应力同时急剧下降,煤厚变异区产生了较高的应力集中,应力值存在短暂升高的过程,最大值达到了1.4MPa,突出煤粉质量比为34.75%。最后,根据试验结果对煤厚变异区突出过程进行能量分析,实验结果符合煤与瓦斯突出的能量失稳判据,揭煤外力扰动会直接或者间接诱导煤与瓦斯突出发生。

基于ArcGIS地质统计学模块的煤厚空间变异特征分析

基于地理信息系统(GIS)和地质统计学原理,以地理信息系统软件ArcGIS为平台,采用Geostatisical Analyst地质统计分析模块中的Kriging插值方法研究了某一典型矿区的煤层厚度的空间变异性。并对不同的方案和参数的分析结果进行比较分析,选取出了典型矿区的煤层厚度空间插值和预测的最合适模型。研究表明,ArcGIS地质统计学模块为大区域煤层厚度空间变异分析与评价提供了可靠的技术手段,实践意义重大。

大厚度变异系数煤层综放开采合理采放比研究

基于九里山矿综放试验面在走向和倾向上煤层厚度变异性大,中间厚两边薄的特点,取煤层一走向变坡处进行了2组数值模拟试验,提出了合理的采放比,并利用现场试验进行了验证。研究结果表明:采高恒定组的采高增加时顶煤丢煤颗粒数目维持在恒定数值范围,采高变化对顶煤采出率影响不大。采放比恒定组随着采放比的增加,丢煤颗粒先多后少,顶煤放出率先降后升,采放比对顶煤采出率影响较大。2组试验进行对比结果表明:在煤厚逐渐升高的过程中,结合采出率,同时存在一个采出率较高的采放比区间0.9~1.1;煤炭采出率都受到煤厚的非线性影响,对于具体煤厚需要具体分析。顶煤运移跟踪仪对试验面顶煤采出率的现场测试结果表明,测试结果现场实施1∶1采放比条件下,放出率为85.7%。现场顶煤破碎程度高,中部及下端头煤较薄且破碎导致下位顶煤采出率高,下端头顶煤较厚且块度较大导致中上位顶煤采出率较低,部分较薄破碎顶煤在煤壁漏冒。工程实践表明:采用了1∶1采放比后,在回采过程中,参数优化最大程度减少了工艺煤损,综放工艺对顶煤厚度连续变化具有较强的适应性,综放工作面采出率达到90%,多采出顶煤约0.81万t,实现了安全高效、科学精准回采。

钱家营煤矿巷道掘进瓦斯突出治理及冒落区超前锚注修复技术

高瓦斯煤层动力灾害是煤炭资源开采过程中常见的自然灾害,主要表现为瓦斯突出,对煤炭安全生产有巨大的威胁。以钱家营煤矿-850 m水平主石门掘进巷道为工程背景,通过现场探查、数值模拟等方法,分析了瓦斯突出诱发巷道冒顶灾害的机理。结果表明,巷道上方邻近煤层中高瓦斯压力及变异煤厚影响了冒落区周围的垂向应力分布,使应力突变并出现应力集中现象,进而诱发巷道顶板冒落。针对现场工程条件,试验了一种巷道超前锚注修复技术,此技术包括煤层瓦斯抽采、顶板冒落区注浆固化及锚杆支护三部分。现场采用此项技术后,瓦斯压力从4.60 MPa降到0.10 MPa,巷道安全通过了冒落危险区,两帮、顶底板最大变形量实测值分别为48 mm、4 mm,无明显变形破坏,满足生产要求。

基于GIS网格法的煤层稳定性类型定量评价

在统计钻孔见煤厚度的基础上,做出煤厚等值线图,运用MAPGIS软件的DTM模块,将等值线网格化。利用软件提取网格煤厚及可采区面积,计算煤厚变异系数、可采指数两个指标,定量评价煤层稳定性,并与经典统计学法结果进行对比。GIS网格法不仅提高了评价参数计算的精度,同时又降低了由于区域较小,钻孔点数量有限引起的误差,对煤层稳定性的定量评价结果更加合理准确。

Surfer8.0在矿井地质的应用

基于GIS软件Golden Software Surfer8.0用地质统计学的方法,通过克里格插值,对煤厚变化、影响矿井采掘活动的构造、矿井水文地质情况做出正确评价,保证煤矿的正常安全生产。

邹庄煤矿火成岩岩床侵蚀条件下煤层稳定性

为研究火成岩岩床侵入对煤层稳定性的影响,以邹庄煤矿81采区72煤为研究对象,采用数理统计和现场验证的方法,对比分析了72煤岩浆侵入区和非侵入区的煤层结构、厚度和倾角等特征.结果表明:72煤受火成岩侵蚀后成为煤、火成岩、炭质泥岩、天然焦及大夹焦等不等形式的互层结构,使72煤成复杂结构煤层.火成岩侵蚀区的煤层厚度及其倾角变异系数均大于无火成岩侵蚀区域,煤层的突出危险性增加.

李沟井煤与瓦斯突出的区域性特征

通过对李沟井14次煤与瓦斯突出资料的分析，总结出地应力、煤厚变化、大倾角、煤化程度高和低透气性松软的煤体是造成突出的主要因素；描述了该地区的突出特点，圈画了突出区域。

近距离煤层厚度及层间距探测研究

针对三交河矿计划开采的11~#煤层为局部可采煤层,采用了探地雷达、钻探、窥视等手段进行探查。通过探查得知10-201工作面下部11~#煤层厚度为2.2 m^3.7 m,与10~#煤层的层间距2.0 m^12.3 m,且往切巷方向层间距逐步减小,为下一步11~#煤层采掘布置提供了准确地质资料。

江西省煤层稳定程度定量划分方法的探讨

《煤、泥煤地质勘查规范》对煤层稳定程度类型的划分做了详细的定性阐释,但由于缺少定量的指标,使人们在煤炭地质勘查工作中,依据规范进行煤层稳定程度的划分时,往往产生意见分歧。为了减少人为的主观性,提高科学性,不少煤田地质工作者提出了定量划分煤层稳定程度的方法。本文在总结全省煤炭地质勘查资料的基础上,也提出了进行全省煤炭地质勘查时煤层稳定程度类型定量划分的方法,供大家在实际工作中参考。