浅埋煤层过沟开采覆岩破坏特征及水害防治技术研究

黄土沟壑区溃水水害是浅埋煤层开采的主要灾害之一。安山煤矿煤层埋藏浅、局部沟道所在区域5-2煤层顶板距离地表不足30 m,为了解决黄土沟壑区工作面过沟开采可能遇到的水害问题,通过数值模拟的手段研究了工作面过沟开采时的覆岩破坏特征,提出了研究区过沟开采时冒裂安全性分区标准,并基于分区结果提出了预防工作面过沟开采发生溃水水害事故的防治技术,过沟开采防治技术包括采前筑坝截流引流,采后工作面地表裂缝修复等,并在工作面过沟开采区域成功地进行了防治应用,应用结果表明,防治技术能够有效预防工作面过沟开采溃水水害。研究成果对榆神矿区工作面安全、绿色高效过沟开采具有一定的借鉴意义。

浅埋煤层过沟开采覆岩裂隙与地表裂缝演化规律数值模拟

浅埋煤层过沟开采在陕北矿区普遍存在,严重威胁着矿井安全生产和生态健康发展。覆岩采动裂隙及地表裂缝的发育是岩体微裂隙的延伸和扩展的结果,为更加系统地研究浅埋煤层过沟开采覆岩微裂隙的演化规律,以陕北安山井田125203工作面为背景,根据现场沟道剖面及钻孔资料,采用Particle Flow Code (PFC)数值模拟平台构建颗粒流数值采煤模型,模拟分析覆岩微裂隙的发育特征、数量变化规律和力链演化特征,揭示微裂隙的发育规律和地表裂缝发育机理。结果表明:浅埋煤层过沟开采过程中,覆岩微裂隙发育表现为“产生–延伸和扩展–聚合成群–贯通成缝”的动态演化过程;根据微裂隙的基本发育特征及分布规律,可将发育全程划分为非连续跳跃式、连续贯通式和横向扩展式3个微裂隙发育阶段;覆岩微裂隙数量随工作面推进距离的增大而增多,非连续跳跃式和连续贯通式发育阶段呈现指数增长特征,分别累计发育微裂隙547和2 867条,覆岩微裂隙逐渐发育至地表;横向扩展式发育阶段呈线性增长特征,累计发育微裂隙11 705条,微裂隙数量随岩层高度的增大而减小;覆岩力链演化过程中,强黏性力链的破坏致使微裂隙发育,局部产生应力集中,强黏性力链拱自下而上逐渐破坏并贯通至地表,导致微裂隙延伸发育至地表形成地裂缝,力链在未贯通岩层的微裂隙两侧和尖端及地表裂缝两侧形成强力链区,微裂隙处形成弱(无)力链区。该研究成果可为陕北矿区浅埋煤层过沟开采覆岩及地表损害防控提供理论指导。

柴沟矿薄基岩顶巨厚煤层过沟开采防治水技术

在过沟区域开采浅埋薄基岩顶板巨厚煤层时,将面临严重的水害威胁。柴沟煤矿在雨季过沟开采1503工作面,其煤层厚度20 m,埋深200 m.根据开采经验,该条件下回采后形成的裂缝带将直接导通至地表,届时将给井下生产带来严峻的水害威胁。通过对矿井及工作面水文地质条件及充水因素进行全面分析,应用理论计算,对不同地段的涌水量进行预测,认为工作面开采的主要充水水源为地表水和大气降水,且水量较大;充水通道主要为开采形成的顶板裂缝带。故提出"拦截、封堵、疏导"的防治水方案,具体为采前筑坝铺管打泄水孔,采中裂缝封堵及采后回填压实等3个阶段完成,同时提出相应的防治水技术措施,以此确保工作面安全过沟开采。

过沟开采速度对浅埋煤层覆岩移动变形的影响研究

为了研究过沟开采速度对浅埋煤层覆岩移动变形的影响,以陕北府谷庙哈孤矿区安山井田为研究对象,采用Rhino^(3D)-FLAC^(3D)耦合技术建立过沟模型,分别以4m/d、6m/d和8m/d的推进速度进行数值模拟,探讨了不同开采速度对覆岩变形的影响。研究表明:当以4m/d的速度对煤层进行开挖时,导水裂隙带高度、地表下沉值和水平移动值分别为42.2m、1.67m和0.2m;以8m/d的速度对煤层进行开挖时,导水裂隙带高度、地表下沉值和水平移动值分别为32m、1.01m和0.14m,相对于以4m/d的速度开采,其导水裂隙带高度、地表下沉值和水平移动值分别减少了24%、40%和31%。随着开采速度增加,覆岩移动变形量有所减小,因此为了减少开采过程中覆岩的移动变形量,在煤矿生产过程中,可根据实际情况,适当增加煤层推进速度。

浅埋煤层过沟开采覆岩破坏特征及裂隙演化规律研究

浅埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征是影响矿井涌水有关系,尤其在地表沟谷区,由于剥蚀作用使煤层埋深减小,为了研究清楚浅埋煤层过沟开采时,上覆岩层的扰动破坏规律与裂隙发育特征,以榆神矿区张家峁煤矿14213工作面的过沟段为研究对象,通过相似材料物理模拟与数值模拟的方法,对覆岩的破坏规律及裂隙发育特征进行了研究。结果表明,煤层开采过程中,顶板覆岩会伴随产生层间离层与切穿岩层的垂向裂隙,回采至60 m时,煤层顶板悬露面积达到极限发生垮落,原有层间离层伴随垮落消失,新出现的层间离层继续向上发展,离层空间与垂向裂隙交替发育,回采至105 m时,垂向裂隙导通至地表,离层结构完全破坏,岩层发生整体下沉。裂缝的动态发育规律是:斜坡裂缝的宽度随着开挖的进行由小变大并趋于稳定,坡脚裂缝的宽度则是由小变大、再变小至闭合,沟底裂缝的宽度由小变大再变小的趋势。地表裂缝的这种演化规律主要与地形和地表应力状态有关。坡肩和斜坡上部,采动裂缝形成后受斜坡拉应力的影响而宽度增大;坡脚采动裂缝形成后受坡脚压应力的影响而宽度变小甚至闭合;沟底采动裂缝形成后受压应力和坡段岩块压实调整宽度变小。

沙漠产流区工作面过沟开采保水技术

沙漠产流区是榆神矿区重要的水源地,同时也可能成为安全生产的水害隐患。为保护沙漠珍稀水资源,保证煤炭安全高效开采,开展沙漠产流区保水采煤分区关键技术研究。采用现场实测、数值计算等手段剖析了过沟开采保水采煤的影响因素及分区标准,并基于分区特性提出了过沟保水关键技术。研究结果表明:过沟开采对水资源的影响可分为地表径流漏失和汇流区地下水漏失两类,其中汇流区进一步划分为突水溃沙区、突水区、渗漏区和保水区。残余隔水层厚度为0时原沟谷底部隔水层失去隔水性能,地表径流将泻入井下造成水资源漏失。过沟保水采煤技术包括采用修复地裂缝,突水区筑坝引流等,在综合治理开采区取得了工程应用成功。

浅埋煤层过沟开采上覆岩层破坏规律数值模拟

针对安山煤矿2002工作面过沟开采地表形成的裂隙可能导致季节性流水涌入矿井造成矿井水害的问题,提出采用计算机数值模拟技术,模拟过沟开采煤层覆岩破坏的发育规律,为工作面安全过沟开采提供理论依据。

浅埋厚黄土层下综放工作面过沟谷强来压机理分析

通过矿压分析、理论计算深入研究了千树塔煤矿13302工作面过沟谷区域时的冲击来压。研究结果表明:过沟谷强来压常发生在进入沟谷中部和底部阶段。通过建立沟谷下"非对称压力拱"结构力学模型,得出过沟谷时形成稳定压力拱的条件:沟谷允许最大深度与黄土层厚度、周期来压步距、黄土摩擦因数成正比,与压力拱高度和侧压系数成反比;当工作面向沟谷推进过程中,沟谷深度逐渐增加,当超过允许最大深度时,压力拱会突然失稳,沟谷段上覆黄土载荷层给基本顶造成冲击,这是造成浅埋薄基岩厚黄土层下过沟谷冲击来压的主要原因。

生命探测履带车过沟性能的仿真分析

通过运用多体动力学分析软件RecurDyn对履带车的过沟工况进行动力学仿真,分析履带车过沟不同阶段的运动状态,提出速率比来衡量履带车的过沟性能,并以此研究履带车的重心位置等因素对其过沟性能的影响,为过沟性能高的履带车设计提供理论依据。研究结果表明:采用速率比能较好地衡量履带车结构对过沟性能的影响;重心位置相对于几何中心靠前、靠下均有利于过沟性能的提升。

基于产流-汇流-渗流充水模式的黄土梁峁区过沟开采涌水量预测

为保障黄土梁峁区浅埋煤层安全过沟开采,开展过沟开采工作面涌水量预测研究。采用野外地质调查查明研究区沟道特征,分析研究区煤炭开采沟道洪水充水模式。基于水力学理论,推导黄土梁峁区沟道洪水涌入采煤工作面的流量计算公式,并开展工程检验。结果表明:黄土梁峁区沟道洪水经产流-汇流-渗流模式涌入采煤工作面;基于采煤工作面产流-汇流-渗流充水模式,提出过沟开采正常和最大涌水量计算公式。经工程实践检验,提出的计算模型能够较准确预测涌水量,误差仅为3.2%。依据涌水量计算公式,提出相应的防治水措施,研究结果可为类似采矿地质条件过沟开采提供借鉴。

煤层过沟开采覆岩破坏特征及地表水入渗规律研究

为分析煤层过沟开采覆岩破坏特征及地表水入渗规律,选取过沟开采典型工作面为研究对象,基于工程地质条件及岩层物理力学性质,采用UDEC建立了覆岩破坏数值模型,研究了煤层过沟开采覆岩破坏特征;数值计算得到导水断裂带高度为230~250 m,实测导水断裂带高度为225~245 m,两者结果较吻合;通过提取覆岩采动裂隙并导入COMSOL,构建了煤层过沟开采地表水入渗数值计算模型,分析了地表水沿采动裂隙入渗至工作面的规律。结果显示:当工作面推采200、250、300 m时,导水断裂带沟通地表,地表水沿裂隙入渗至工作面,稳定后的水量分别为10.4、14.3、19.7 m^(3)/h;以工作面推采300 m为例,对比分析了数值计算与现场实测的工作面稳定水量,两者所得结果相差较小。

浅埋煤层过沟掘进巷道顶板淋水治理技术

为了研究浅埋煤层过沟掘进时巷道顶板淋水治理问题,分析张家峁煤矿4-2煤集中辅运巷过沟处的地形地质条件,根据水文地质勘探孔和顶板探查孔分析巷道出水的原因,认为巷道淋水的水源是基岩风化带水,通道是锚索孔,提出封堵锚索孔的注浆堵水治理思路,对顶板水治理工程进行设计。实践证明:采用直接封堵锚索孔的方法,依次注入水泥浆、水泥-水玻璃双液浆和尿醛树脂化学浆,可以有效封堵过沟巷道的顶板大面积淋水。

煤矿过沟开采突水溃砂临界水力坡度计算及应用

为了研究浅埋煤矿综采工作面在过沟开采过程中发生突水溃砂灾害的临界条件,在松散含水层液化流动的临界水力坡度推算基础上,利用承压含水层单井非稳定流抽水模型导出了实际水力坡度求解公式,提出了突水溃砂灾害发生的临界判据。并利用临界水力坡度、实际水力坡度的计算方法及突水溃砂的判定方法对哈拉沟煤矿22404工作面过沟开采突水溃砂风险性进行了预测,结果表明:该工作面的实际水力坡度为3.595,实际水头高度大于12.64 m,均小于其临界水力坡度和临界水头高度,工作面具有突水溃砂的风险。根据计算结果,对该工作面上覆松散富水层在井下进行了预疏放水和注浆固砂处理,有效预防了突水溃砂灾害的发生,保障了工作面的生产安全。

浅埋煤层过沟开采地表裂缝动态发育规律研究

为研究煤层在过沟开采时地表裂缝在不同位置的动态演化规律,以陕北某矿14210工作面为原型,运用相似材料模拟实验并结合VIC-3D系统研究了地表裂缝的发育特征。研究结果显示:沟谷处地表裂缝发育宽度先增大再急速减少最终闭合;左侧坡面与右侧坡面地表裂缝发育宽度先增大后小幅减少再趋于稳定;根据其发育位置与应变变化将地表裂缝分为左侧坡面张拉地表裂缝、沟谷挤压地表裂缝及右侧坡面张拉地表裂缝3类。通过对14210工作面过沟开采进行安全性预测可知:在过沟开采期间导致乌兰不拉沟泉水涌入工作面的因素大致分为裂缝宽度、裂缝分布密度、沟中水位、工作面推进速度4个因素。

浅埋煤层巷道过沟探查及治理技术

为了解决薄基岩浅埋煤层巷道过沟遇到的问题,以张家峁煤矿4-2煤层3条巷道过老来沟为例,通过钻探工程、压水试验、岩心鉴定、钻孔录像、水化学测试等多种探查技术方法,查明巷道过沟掘进段4-2煤顶部覆岩结构、基岩风化程度、新鲜基岩厚度和风化带水文地质特征,依据探查结果,提出"地面超前注浆、地面河道修复治理、井下补充注浆"技术思路,避免巷道直接掘进遇到的水文地质及工程地质问题,既保障矿井高效安全生产,也保护地表水资源。

庙哈孤矿区浅埋深煤层过沟开采技术研究

煤炭为人类提供了发展能源。在对浅埋深煤层进行过沟采时,要认真分析可能发生的安全事故。该文以涌鑫矿业公司安山煤矿为研究对象,对521001工作面的薄基岩浅埋深煤层进行过沟采时做了事故预测以及技术应对措施的分析。经实际生产证明,安全的过沟采成效明显,为类似地质条件与埋深煤炭采提供理论借鉴。

浅埋深薄基岩煤层过沟开采水害防治技术

针对红柳林煤矿煤层埋藏浅、基岩覆盖薄且矿区范围存在沟壑的回采地质条件,以15207工作面回采为例,结合矿区水文地质条件,分析预测了工作面过沟开采遇到的涌水量及水害程度,提出了浅埋深薄基岩综采工作面过沟开采水害防治的具体措施,为安全回采提供了有力保障。

浅埋煤层过沟开采矿压显现规律及防治水措施

以神府矿区某煤矿52103工作面过沟开采为研究对象,基于工作面过沟开采时的矿压实测数据和现场施工工艺,分析得出影响过沟开采安全性的主要因素有水文地质条件和开采条件,并提出了预防过沟开采发生涌水溃沙事故的措施,研究对神府矿区过沟开采具有一定的借鉴意义。

崖羊山水电站引水隧洞过沟段开挖支护

崖羊山引水洞工程过沟段横穿隔界箐冲沟沟底回填体和冲洪积体,隧洞洞顶大部分为回填石碴,有一条场内交通主干道通过。引水洞过沟段施工从2004年11月开工到2005年8月过沟段开挖支护全部完成,未发生安全事故,隧洞内未发生大的塌方。过沟段开挖采用的施工工艺和支护措施,可以为隧洞开挖中遇到相类似的不良地质条件下的开挖和支护提供借鉴。