深部宽煤柱开采的煤柱安全性与地表变形特征

煤柱安全性与地表变形特征是煤矿开采过程中亟需关注的问题,基于深部煤矿煤柱的流变特性和大变形特征,以山西省某矿煤矿宽条带煤柱开采为工程背景,采用现场实测、三维相似材料模拟试验和理论分析相结合的方法,研究了深井宽条带煤柱开采的煤柱安全和地表变形特征。结果表明,在深井条件下,煤柱塑性区宽度明显变大,煤柱垂直应力呈马鞍形分布;煤柱侧向变形主要集中在距离煤柱边缘9.5 m的区域,呈不连续、阶梯状、突变状。此外,若只开采一个条带煤柱工作面,则煤层开采造成的影响程度更弱,地表沉陷和曲率更小。若多工作面条带煤柱开采,则地表沉陷明显。

高速公路压煤区安全煤柱留设及其对路基稳定性的影响

开采地下矿产(煤炭)资源和保护地面或地下结构物是既矛盾又统一的两个方面。在结构物下方留设保护煤柱是保护结构物免受地下开采影响的一种比较可靠的方法。但其缺点是要放弃部分矿产资源的开采。本文结合某高速公路压煤情况,围绕解决这一问题进行了研究。根据压煤区地质条件和相关规程,分析确定了走向移动角的大小、煤层留设宽度和禁采深度。通过不同走向移动角对路基稳定性影响的弹塑性有限元数值模拟,进一步分析了走向移动角对路基变形和稳定性以及路基压煤量的影响程度。在走向移动角δ=55°、60°和65°时,按数值模拟方案[1]～[6]步依次开采完成后,路基表面结点下沉最大位移为12 72～29 45mm,第[1]步和第[6]步路基不均匀沉降最大位移为7 33～8 19mm;在δ=70°时,路基表面结点下沉最大位移为44 00mm,第[1]步和第[6]步路基不均匀沉降最大位移达27 08mm。在55°≤δ≤70°范围内,煤层开采临空单元岩体最大剪应力皆小于煤层顶、底板泥岩夹页岩的抗压强度,其屈服接近度也大多小于1 0。据此提出了该区安全极限走向移动角取值(δ=65°),从δ=60°到δ=65°,可减少压煤量27 47万t,相对减少15 16%。为解决高速公路压煤问题提供了科学依据。

采煤规范对水库安全煤柱留设的不足与改进

近年来随着大规模全陷式煤炭开采,形成了很大范围的采空区,不仅造成河流规划、工程建设难度加大,而且对现有的水库工程安全和功能构成威胁。现行的《建筑物下、水下、铁路下及井巷煤柱留设与压煤开采规程》以最大限度开采煤炭资源为目标,水库安全煤柱留设按照充分采动、地表塌陷盆地边缘尽可能接近水体为原则,采用经验参数垂直断面图解法确定水库周边禁采范围边界线是不科学的,因未考虑到水库工程的特殊性而存在缺陷。本文初步分析了现行方法存在的主要问题,提出了合理的弥补措施,建议水利部门尽快研究制定相应规范,确定合理的安全煤柱留设依据,充分保障水库工程安全和效益的发挥。

应用模糊综合评判原理评价安全煤柱的留设

勘探阶段如何定量评价在厚度较大的新生界下采煤时,如何确定留设安全煤柱的水文工程地质条件,目前尚无完善的方法。以新郑矿区煤田地质勘探获取的水文地质及工程地质资料为例,选取新生界底部含水层、隔水层、风化带、煤层上覆岩组的水文地质及工程地质特征及区域地应力状态五个指标,采用模糊综合评判方法,对矿区留设安全煤柱的水文地质及工程地质条件进行综合评价。评价结果表明:研究区安全煤柱留设条件的优良级得分为48分,中等级得分为33分,较差级得分为19分,表明该矿二1煤层留设安全煤柱的水文地质及工程条件较好。研究结果可为矿区留设安全煤柱提供参考。

酸性矿井水对煤矿安全煤柱影响的探讨

煤矿矿井建设和生产中会留设大量的安全煤柱,酸性矿井水中含有丰富的盐类离子,具有较强的腐蚀性.本文在探讨酸性矿井水形成原理的基础上,分析了酸性矿井水对安全煤柱的物理软化作用、化学腐蚀作用和力学作用.结合H煤矿的具体工程实例,详细讨论了酸性矿井水对8号煤遗留煤柱的影响.酸性矿井水的作用会导致煤柱力学强度劣化,承载能力降低,建议采取有效措施进行治理,保证安全开采.

海域煤层防水安全煤柱估算方法评述——以山东省黄县煤田梁家煤矿扩大区(西海域)为例

山东省黄县煤田梁家煤矿位扩大区位于龙口湾内,水文地质条件与陆地不同,通过海域钻孔资料分析,划分出松散层及煤层和顶底板含隔水层,结合伺服试验结果进行充水因素分析,计算导水裂隙带高度和防水煤柱高度,从而合理留设防水安全煤柱,为安全采煤提供重要依据。

天安煤矿安全煤柱的留设分析

介绍了天安煤矿安全煤柱的种类和留设原则,分析了各种安全煤柱的留设状况。

强突煤层高瓦斯工作面回收安全煤柱瓦斯综合治理技术

阐述了强突煤层高瓦斯工作面回收安全煤柱期间,工作面瓦斯综合治理方法。回收安全煤柱前,采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯的方法对煤柱进行消突,回收安全煤柱期间,工作面距高抽巷法距21m至0m(回采725m至830m),抽采效果随工作面推进逐渐降低,直至完全失去功用。为确保回收安全煤柱期间瓦斯治理达标,采用了顺层钻孔抽采、老塘埋管抽采、高抽巷抽采及高位钻场顶板走向钻孔抽采的瓦斯治理措施。通过对安全煤柱的回收,提高了煤炭资源回收率,多回收煤炭资源8万吨,直接经济效益达4800万。

矿界安全煤柱被破坏后的密闭问题

矿井边界安全煤柱历来被视为禁地,《煤矿安全规程》第44条明确规定:“严禁破坏矿界安全煤柱”.但在特定的情况下,需要在矿井边界煤柱中施工巷道,矿界安全煤柱发生了人为的破坏.施工完毕后,两井田边界安全煤柱需要修复,对所掘巷道进行密闭.本文就处于矿界安全煤柱中的巷道所需密闭的位置、形式、尺寸等问题所确定的原则及技术依据作一介绍.

双侧采空不规则煤柱稳定性分析

为确定某矿3303工作面不规则煤柱处于两侧采空状态时的稳定程度,通过数学模型对不规则煤柱最小安全尺寸及煤柱稳定性系数进行计算,在此基础上,以数值模拟对不规则煤柱两侧采空状态下的应力变化规律展开分析。结果表明:煤柱最小安全尺寸为31.2 m,大于3303工作面推进36.5 m范围内不规则煤柱尺寸;煤柱稳定性系数为1.14,根据煤柱稳定性判别指标判定煤柱为稳定状态;不规则煤柱应力随工作面推进距离增大呈上升趋势,最大应力值与理论计算煤柱承载强度最小值基本一致;综合评定双侧采空状态下,不规则煤柱能够保持稳定。

基岩裸露地区河下煤层开采安全性探讨

为解决我国西南地区基岩裸露丘陵地区某河下煤层开采面临的安全问题,基于地质采矿条件,探讨上覆岩层破坏高度及防水安全煤岩柱尺寸留设情况,结合地表移动和变形预计,分析了煤层开采后河床所受的采动影响,并提出相应的采煤安全技术措施。结果表明:从导水裂缝带顶端至河床基底间的岩柱厚均大于340 m,导水裂缝带远未波及到河床基底;煤层开采后河床最大水平拉伸变形1.75 mm/m,最大倾斜变形5.0 mm/m,河床移动变形值较小,不会影响矿井安全开采。

孤岛高应力区内的安全探放水

针对孤岛工作面两侧的大容量老空区水和高应力的现状,采取掘进超前中间巷的方案,计算留设安全煤柱、改进高应力区的放水孔塌孔卡钻的钻进工艺,安全放出近60 000 m3的老空区水。

煤矿地下水库煤柱坝体极限水头值研究

安全煤柱坝体所能承载的极限水头值大小对煤矿地下水库系统安全运行有很大影响。以李家壕煤矿为例,综合运用数值模拟,理论分析研究了水库稳定性与煤柱坝体所能承载的临界水压的关系。二者对于煤柱稳定性的影响相反,最后利用煤柱所能承载的极限水头值与塑性区宽度之间的函数关系对安全煤柱的极限水头值进行了预测。

水库下厚煤层综放开采安全性及采动影响研究

针对潞安矿区漳村煤矿常隆水库下厚煤层综放开采安全与否问题,采用现场实测、工程类比等方法研究了综放开采导水裂缝带发育规律,计算了水库下采煤防水安全煤岩柱合理尺寸以及文王山南正大断层上盘安全隔离煤柱尺寸,分析了断裂构造对水库下采煤的影响,进行了水库下采煤安全可靠性分析,采用概率积分法和克里格差值法预测了水库下开采区域地表沉陷情况和采后水库区域扩大淹没范围。基于实测地表裂缝临界水平变形,预测了开采地表及水库底部地裂缝极限发育深度,分析了采动后水库渗漏可能性及开采对坝体采动影响。研究结果表明:水库下综放开采留设防水安全煤岩柱尺寸是足够的,采取合理的安全技术措施可实现水库下综放顶水开采,受地表沉陷影响水库淹没范围有一定幅度增加,水库下综放开采地裂缝极限发育深度为7.8 m,不会导致库区渗漏和库内水位骤降,可以达到地表水资源保护和水库下采煤的双重效果。

敏东一矿回采工作面水体下开采安全技术研究

敏东一矿水文地质条件复杂,矿井在试生产期间,首采工作面因顶板涌水量大严重影响了工作面的正常生产。为解决此问题,敏东一矿采取分段开采的采煤方法,留设工作面与含水层之间的保护煤柱,从而保证工作面的开采不扰动上覆含水层,确保安全开采。敏东一矿在南一盘区西翼I0116^(3上)03工作面进行了实验,直至工作面开采结束,未出现因水患影响生产的情况发生。因此,以控制Ⅱ含水体为原则留设安全保护煤柱,进而确定I0116^(3上)03工作面回采时各段回采高度。该工作面控制采后的方法可以应用于相同水文地质条件的工作面。

堰塞湖下特厚煤层综放开采安全性及采动影响研究

针对彬长矿区火石咀煤矿七采区地表堰塞湖下特厚煤层综放安全开采问题,采用现场实测、工程类比等方法研究分析了特厚煤层综放导水裂缝带发育高度,验算了水体下采煤防水煤岩柱尺寸,并类比开采案例分析了堰塞湖下采煤安全性。采用概率积分法计算了堰塞湖地表沉陷变形,预测了湿陷性黄土开采地表裂缝极限发育深度和采动扰动坡体稳定性。研究结果表明:彬长矿区特厚煤层综放导水裂缝带发育异常剧烈,裂采比达到20倍;堰塞湖下煤层顶板基岩厚度远大于所需安全防水煤岩柱尺寸,采取合理的技术措施可以实现地表水下安全开采;地表沉陷不会使堰塞湖淹没面积大幅增加。目前堰塞体稳定性良好,短期不会出现湖水漫坝情况。预测地裂缝最大发育深度达12.8 m,受地形影响堰塞体及湖底地裂缝发育受到抑制,不会导致堰塞湖水体渗漏。采动影响会扰动地表特别是东侧塬体的稳定性,地表沉陷和地裂缝会对临空坡体的崩落滑坡产生促进作用。

沿空掘巷小煤柱合理宽度的数值模拟研究

针对某煤矿沿采空区边缘布置开拓巷道、护巷煤柱宽度的选择问题,依据矿井生产地质条件及现场实际,采用理论分析对煤柱的宽度范围进行确定,并利用FLAC^(3D)数值软件对7种宽度范围内的煤柱进行模拟,分别从沿空掘进期间煤柱的垂直应力分布、水平位移分布、表面位移对煤柱的稳定性进行对比分析,确定了合理的沿空掘巷煤柱尺寸。研究结果表明,理论公式计算得出煤柱的最大宽度为15.03 m;煤柱宽度为4~5 m时,煤柱内垂直应力峰值最小,煤柱向巷道移近量较小,且较稳定。

云南省长坡煤矿采空区开采安全技术措施研究

以云南省楚雄州长坡煤矿为例,分析长坡煤矿的开采方式和采空区情况以及采空区对露天开采的影响,根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》对覆土安全高度进行计算,并对采空区开采提出安全措施,以保证安全生产。

白集煤矿F5断层煤柱的研究

本文在分析研究白集矿矿井水文地质条件的基础上，对Ｆ５断层防水煤柱进行了合理计算，并对此可靠性作了初步评价，为矿井安全开采提供了科学依据。