解放层下深部复杂构造区震动波CT及时序预警技术研究

针对徐庄煤矿保护层开采下复杂地质构造区8331工作面回采时存在的高应力危险,通过震动波波速CT成像技术和冲击变形能时空短临监测技术,分析了保护层开采下复杂地质构造区工作面开采的矿震活动规律,建立了震动波CT成像探测的保护层开采下复杂地质构造区工作面回采期间的冲击危险性评价技术和冲击变形能监测预警指标,并指导完成现场实践。研究表明,上方保护层的开采降低了8331工作面的应力水平,但回采至断层构造区时,矿震活动仍然频繁,动压显现强烈。震动波CT成像探测技术和冲击变形能时空短临监测技术组合使用,能对8331工作面回采期间的高应力冲击危险区域及其冲击危险程度做出实时、定量评价和体现震源的时序变化趋势,对于大能量事件和能量事件密集区的监测预警效果较好。

顶板“人造解放层”防治冲击地压方法、机理及应用

冲击地压矿井开展解放层(保护层)开采,能够根本性的改造采掘工作面应力集中程度,从而大范围降低采掘活动空间冲击危险性。针对无解放层可采的单一煤层矿井,为了实现冲击地压煤层区域性卸压目标,提出了煤层上覆主导致灾层位厚硬顶板区域水力压裂“人造解放层”卸压防治冲击地压方法,并建立了工程力学模型,综合采用理论分析、工程验证等方法进行区域性卸压机理及工程试验研究。结果表明,在冲击地压发生载荷供给历程中,通过区域性改造煤层上覆岩层结构与载荷,可以改变冲击地压发生必须的基础静载荷集聚;针对顶板控制型冲击地压矿井,在开拓、准备、回采不同阶段,针对影响冲击地压发生的厚硬顶板开展区域性水力压裂改造覆岩结构与载荷分布,使得巷道掘进及工作面回采期间均处于压裂覆盖范围下的低应力区,实现冲击地压单一煤层顶板产生“人造解放层”效应;顶板区域水力压裂人造解放层卸压防治冲击地压机理为:与压裂前相比,煤层上覆厚硬顶板人为区域性致裂,在走向上使其长梁变短梁,大块变小块,从而不具备大面积悬臂功能,降低由悬空面积增大的顶板断裂带来的动载荷;在倾向方向上也使得其上覆载荷由硬传递变为软传递,降低了压裂区域下方煤层的整体静载水平;在陕西孟村煤矿401102综放工作面首次进行地面区域压裂“人造解放层”技术试验后,工作面回采期间微震事件呈现高频低能分布,顶板岩层断裂块度减小,顶板水均匀降落在采空区,工作面涌水量降低,采场及两巷压力及变形量降低显著,实现了解放层卸压效果。

千米深井解放层开采卸压机理及效果分析——以华丰煤矿为例

解放层开采是煤与瓦斯突出、冲击地压等煤矿动力灾害防治的重要措施,以山东泰安千米深井华丰煤矿2613、2412工作面为背景,采用物理模拟与数值模拟相结合的方法,围绕解放层开采卸压机理、卸压效果评价等工程科学问题开展研究,明晰解放层开采后上覆岩层运动规律及矿压变化特征,厘清被解放层采动过程中采场应力与岩层位移演化规律,进而对解放层开采卸压效果和被解放层开采可行性进行指标化评价。结果表明:(1)解放层开采过程中,上覆岩层逐渐垮落形成漏斗状、非对称的多固支梁状结构,解放层开采结束后,采场左右两端分别形成对被解放层起永久性卸压保护的类悬臂梁结构,左右保护角分别为54°、60°。(2)解放层上覆岩层划分为“永久性卸压保护区”和“采空触矸压实区”,两种应力分布区对应解放层顶板应力最大值约20、36 MPa,对应被解放层内最大应力值约29、24 MPa,被解放层受两种应力区的叠加影响。(3)解放层开采结束后,工作面两端出现应力积聚,其他区域上覆岩层整体处于卸压状态,“采空触矸压实区”的持续发育已影响到被解放层,被解放层50~100 m区域沉降量约等于采高。(4)被解放开采过程中,覆岩板裂指数f为0.5,小于临界值0.7,不具有发生强矿压动力灾害的倾向,上覆岩层扰动范围较开采前变化极小,同时结合覆岩破坏形态,可知,被解放层开采始终处于解放层卸压范围内,解放层卸压充分,被解放层开采具有可行性。

人工解放层在冲击地压防治中的应用实践探索

为解决煤层上方坚硬岩层问题,根据煤层上覆岩层赋存情况,确定影响冲击地压的主关键层位高度,确定高位钻场施工层位,由高位钻场施工散射状爆破钻孔至冲击地压主关键层后进行顶板爆破,破坏冲击地压关键层位的完整性,降低关键层位大面积悬顶造成的静载以及其达到极限跨距后断裂、滑移造成的动载。主关键层位爆破形成的破碎带,形成缓冲吸能带,对更高位岩层破断、滑移时产生的能量进行缓冲耗散,从而在根源上消除诱发冲击地压的能量源。

探讨适应岩石解放层高效开采液压支架优化设计

为落实国家、河南省、中国平煤神马集团关于瓦斯综合治理精神,瓦斯治理工程必须区域治理达标,以开采保护层为主要内容的区域瓦斯治理,是目前应对和治理瓦斯突出灾害最根本、最有效的方法。能起到释放地应力、消除瓦斯突出的作用,并最终实现“不掘突出头、不采突出面”的目标。己组煤层的瓦斯问题一直制约着平煤股份十矿、十二矿、十三矿己组煤层的开采,研究适应岩石解放层高效开采液压支架,为煤矿安全高效开采方案提供技术与装备支撑。

开采解放层采煤机电控箱组件减振系统研究

开采解放层采煤机对设备的抗振性要求很高,传统的减振措施一般采用橡胶减振方式。针对橡胶减振方式可靠性差、寿命短等缺点,提出了一种钢丝绳减振方式。建立并分析了电控箱减振系统力学模型和数学模型,并且提出了不同电控组件的钢丝绳减振结构方式。在无减振和有减振条件下进行多点振动测试,实验结果说明钢丝绳减振效果更好,可以提升采煤机电控组件的寿命和系统稳定性。最后进行了工业性试验,进一步证实了钢丝绳减振的可行性。

上解放层开采对下煤层卸压作用研究

依据济宁三号煤矿十二采区工作面地质条件及开采参数,对上解放层工作面开采过程进行实验室相似模拟,结合现场实测结果分析上解放层开采对下煤层的卸压作用。研究结果表明:开采解放层后下方煤岩层发生膨胀变形,破坏其完整性,释放了大量弹性能,被解放层煤层应力得到释放,最大应力释放率19.2%,起到了良好卸压效果;通过实测结果计算可得工作面走向卸压角为77°,倾向卸压角为79°。

深部强冲击厚煤层开采上、下解放层卸压效果相似模拟试验研究

为了研究深部强冲击厚煤层开采上、下解放层的卸压效果,采用相似材料模拟试验的方法,通过监测解放层开采过程中及稳定后被解放层应力变化情况,分析应力变化规律,计算下解放层下部合理卸压角,确定了被解放层下平巷的合理位置;比较两次开采上解放层模拟试验的卸压程度,确定了上解放层工作面的合理位置;证明了开采下解放层后,被解放层上平巷附近区域仍是高应力集中区,易发生冲击地压,而开采上解放层后,该区应力明显减小,说明上解放层卸压效果明显;验证了井下发生大能量冲击地压之前,地表沉降出现"反弹"的异常现象。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有重要的现实意义。

深部强冲击地压易发矿区厚煤层开采解放层卸压效果数值模拟

为研究深部强冲击厚煤层开采上、下解放层的卸压效果。采用数值模拟方法,分析不开采解放层,开采下解放层,开采上、下解放层条件下,被解放层的应力变化情况及应力变化规律,计算开采下解放层后的合理卸压角,确定解放层平巷位置。模拟结果表明开采上、下解放层后,应力明显减小,但仍存在高应力区,易发生冲击地压,必要条件下应采用其它辅助卸压方式。证明了煤壁前方应力增加区域一般在煤壁前方8～25m。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有一定的现实意义。

上解放层开采解放作用机理数值模拟研究

为实现大埋深冲击矿压煤层的安全高效回采,依据济三煤矿十二采区工作面地质条件及开采参数,对上解放层工作面开采过程中围岩的应力、变形规律进行数值分析及地应力的现场实测分析。研究结果表明:开采解放层会改变被解放层原岩应力分布状态;开采解放层破坏顶底板岩层结构,提前释放高位岩体弹性能,改善被解放层开采中能量积聚与释放的空间分布状况;随解放层工作面的推进,下方被解放层应力会经历采前应力升高、采后应力降低和应力逐渐稳定3个阶段;数值分析结果和现场测定卸压效果基本吻合。研究成果为工作面开采布置提供借鉴,具有一定的理论意义与实用价值。

急倾斜煤层开采解放层相似模拟实验

针对京煤集团木城涧矿,大台井地质条件与煤的赋存状况,通过相似模拟实验方法,讨论急倾斜煤层开采解放层的可行性。通过观测煤岩失效过程,了解冲击地压的发生规律,裂隙带发生、发展过程和解放范围,为安全回采提供科学依据。通过研究先回采11槽煤对12槽煤的解放效果,为后续的局部反程序开采作为防治冲击地压的一项措施奠定理论基础。

深井强冲击煤层解放层开采防治冲击地压研究

某矿4煤采掘时多次发生冲击地压针对该矿实际地质条件,采用数值模拟方法分析上、下解放层开采对4煤被解放层的解放效果及1410工作面上平巷发生冲击地压原因。研究6煤和1煤解放层不同开采时期的应力分布特征,确定4煤被解放层上下部临界卸压角和临界卸压点位置及被解放层回采工作面超前临界卸压范围,为后续4煤工作面开拓开采巷道布置参数优化提供依据。

开采解放层综采工作面瓦斯综合治理技术

为开采解放层采用了专用排瓦斯巷、高位抽放尾巷、高位钻场、高抽巷、底抽巷等先进瓦斯治理技术,并通过回采时对该采面的瓦斯变化、瓦斯地质情况、瓦斯来源及瓦斯抽放的参数进行总结、分析,及时提出改进措施、办法。为瓦斯含量高、层间距较近的煤层群开采解放层,提出了多方位的瓦斯综合治理措施,为有效治理瓦斯提供了宝贵经验。

钻式采煤机在高瓦斯解放层开采中的应用探索

五凤煤矿通过改进采煤工艺、煤层预抽瓦斯和钻采工作面负压通风等方式,有效地控制了工作面的瓦斯涌出,实现了螺旋钻式采煤机对高瓦斯薄煤层的安全回采,并将这一技术运用到解放层开采中,为薄煤层开采过程中瓦斯治理提供了思路。

上解放层底板下向钻孔抽放被解放层瓦斯技术研究

开采上保护层以解放邻近有突出危险煤层时,被解放层卸压瓦斯会通过裂隙大量涌入保护层采空区和工作面,增加了保护层工作面瓦斯治理工作难度.而在条件充许的情况下,如果直接对被保护层卸压瓦斯进行抽放可达到事半功倍的效果.据此思路,根据开采煤体时底板破坏理论可计算底板最大破坏范围及深度,提出上保护层底板下向钻孔抽放被保护层卸压瓦斯的抽放方法,并给出了抽放钻孔布置的设计方案.

开采解放层后支承压力分布规律的数值分析

为得出煤层开采解放层的卸压效果及开采过程中采场支承压力的变化特征,采用有限差分法分析软件FLAC3D进行模拟分析,得出开采解放层是煤层卸压的有效措施;支承压力集中系数与工作面推进距离有关,工作面初次来压完成后,随工作面向前推进,支承压力峰值逐渐增大,推进到一定距离后支承压力峰值趋于稳定;采空区支承压力分为卸压带、高支承压力带和原岩应力带。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有一定的现实意义。

下解放层开采覆岩结构分析及防冲研究

采用现场调研、理论分析、工程实践方法,研究了华丰矿1410工作面保护层覆岩结构特征及应力分布规律,分析了4号煤层发生冲击地压的原因,优化了1410工作面开采布置,提出冲击灾害监测防治方法。结果表明,1410工作面超前支承压力峰值距工作面的距离约为90m,支承压力峰值约为39.8MPa,倾向支承压力的峰值距煤壁15~18m左右,峰值约为41.1MPa。通过钻屑、微震监测冲击地压方法,采取煤体卸压爆破、顶板预裂爆破及煤层注水防治方法,卸压效果显著,高能量矿震现象消失,保证工作面安全回采。

薄煤层上解放层开采被解放层瓦斯抽放技术浅析

在谢一矿5111C15上解放层综采工作面回采期间,通过对被解放层C13煤层采取的各种瓦斯抽放治理措施,对5111C15综采面的安全回采起到了相当重要的作用,同时也为深水平上解放层回采期间的瓦斯综合治理提供了宝贵的经验。

远距离下解放层开采在深部矿井的实践

依据采场上覆岩层的垮落规律,分析了当解放层开采后上覆岩层的受力状态。结合断裂力学裂纹扩展理论,建立被解放层的断裂力学模型,并采用最大周向应力准则确定裂纹扩展的临界应力。工程实践表明,深井解放层开采后,被解放层透气性大幅提高,大量吸附态的瓦斯解吸,工作面回采时回风流瓦斯浓度维持在0.4%左右,满足了安全回采的要求。

门城煤柱开采解放层问题的研究

开采解放层是一种特殊的采煤方法,而被解放时刻、解放充分时间及解放范围等是开采解放层的重要参数。本文将对北京矿务局门头沟矿开采2槽及5槽矿界煤柱这一具体问题,进行以上各方面的探讨。