某矿山断层附近采场地下开采对上覆岩层内井巷工程采动影响分析

某矿山矿围岩稳固性好,矿体厚度较厚,矿体埋藏很深。为了实现该矿山185中段F3断层附近的矿体安全回采,同时确保采场顶板上覆岩层内井巷工程的安全稳定,依据断层附近的矿体赋存条件、顶底板围岩岩性特征、地质构造与上覆岩层结构特征,构建了地表与井下采场的三维数值计算模型,采用FLAC^(3D)有限差分法来模拟地下开采在断层影响作用下对上覆岩层内井巷工程稳定性的影响分析,同时计算分析了地下矿体逐段开挖、逐段充填对保安矿柱及地表稳定性的影响。通过模拟计算结果表明:该岩层移动是一个自下而上传递的动态过程,断层附近矿体的开采通过采取设置10 m宽采场间柱和矿房之间采用“跳采”方式开挖后,大大缩短了采场空区的跨度,控制了断层附近的采场地压,并未引起采场顶板产生过多的塑性扰动区,上覆岩层产生的塑性扰动区范围非常有限,并未波及到采场顶板上部井巷工程,实现矿体顺利回采和上覆岩层内井巷工程的整体安全稳定。本文研究结果为深部矿体安全高效回采、采场地压管理和控制上覆岩层安全稳定提供了理论决策依据和技术指导。

煤矿采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术

煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿化充填关键技术,并从必要性和可行性2个方面阐述了该技术在采动影响体资源二次开发、CO_(2)安全封存以及燃煤电厂粉煤灰固废高效处置等的广阔前景。其总体思路是将采动影响体作为一个厌氧发酵“工厂”,高产高效产甲烷菌群作为“劳动者”对“工厂”已有的原材料——残煤、薄煤层和分散有机质以及注入的CO_(2)进行加工,其“产品”是甲烷,进而实现微生物采残煤和CO_(2)资源化。同时,CO_(2)与碱性的粉煤灰结合,在实现了CO_(2)矿化封存的同时,也实现了采动影响体的充填。该技术涉及的关键科学问题包括采动影响体类型划分与有机质特征、采动影响体原位条件下厌氧发酵产甲烷机制、微生物-CO_(2)-粉煤灰协同矿化/固化机制以及微生物采残煤与充填关键技术示范工程建设。实验室物理模拟采动影响体原位条件实验表明其中残煤和富含有机质的泥页岩能够在微生物作用下生成生物甲烷,且添加少量的粉煤灰能够进一步强化甲烷的产出。物理模拟地下水补给的动态实验表明营养物质的补给对厌氧发酵系统的影响尤为重要,补给循环周期为14 d的厌氧发酵系统恰与产甲烷菌群繁殖的周期一致,能够保证厌氧发酵系统的持续高效运行。高钙粉煤灰-CO_(2)-矿井水协同胶结的试件经过28 d的养护后抗压强度为12.31 MPa,其矿化封存潜力约为21.99 m3 CO_(2)/t(粉煤灰),说明粉煤灰在实现采空区固化的同时能够实现CO_(2)减排。此外,基于微生物采残煤与粉煤灰充填目的对工程试验靶区进行优选,地下水滞留区是CO_(2)矿化和粉煤灰充填的最佳场所,因采掘活动自然形成的自然圈闭和人工充填形成的圈闭是较有利的工程试验靶区之一。针对这些靶区提出了微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术,旨在为中国碳减排和采空区生态环境治理提供一条新的技术路径。

采动影响下构造发育区煤层瓦斯运移规律研究

为研究采动影响下构造发育区煤层瓦斯运移规律,以桑北矿区为工程背景,综合运用理论分析、现场实测与数值模拟的方法,通过构建采动影响下煤体渗透率动态演化模型,结合煤岩应力场、变形场和渗流场相互作用,研究了瓦斯运移流固耦合机制。研究发现,桑北整合区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南,构造复杂,含褶曲、断层等,地应力受重力与构造运动双重影响,3^(#)煤层应力值普遍小于15 MPa。基于含瓦斯煤层应力-损伤-渗流多场耦合模型建立数值模拟,模拟不同抽采时间下瓦斯运移情况。结果表明:原始区域抽采时瓦斯压力变化区域随时间外扩,30 d变化明显,180 d后幅度变小;完全卸压区域瓦斯压力随时间降低,卸压程度越高受抽采钻孔影响越明显,降低幅度越大;构造发育区瓦斯压力变化受构造发育程度影响,发育程度越高影响越小,且随抽采时间增加压力变化区域扩大,前90 d变化明显。现场实测与模拟结果对比显示,原始区域、完全卸压区域和构造发育区瓦斯压力变化趋势分别基本一致。

鹤壁九矿工作面开采对副井井筒采动影响分析

煤矿副井是地下开采活动的重要通道,肩负着矿井的人员提升、物料运输和通风等重要功能,在井筒保护煤柱开采中对井筒稳定性的研究至关重要。以鹤壁九矿新副井保护煤柱内工作面开采为研究对象,利用概率积分法计算井筒移动变形规律,并以此为基础,通过Drucker-Prager准则对井筒全段岩层的破坏情况进行判定,以此来评价开采方案对新副井的采动影响,可为煤矿的生产规划提供依据,为类似条件矿井井筒保护煤柱开采提供理论指导。

近距离下伏煤层采动影响巷道围岩稳定性分析

针对近距离下伏煤层采动影响上部轨道大巷变形失稳、围岩稳定性较差的问题,本文以张集煤矿北区14148工作面上方12m左右南翼轨道“Y”型大巷为工程背景,运用“竖三带”经验公式分析得出巷道与工作面之间的层位关系,采用数值模拟与现场实践相结合的方法,研究了近距离下伏煤层回采过程中上覆巷道应力分布特征及位移演化规律,确定了巷道重点支护部位。研究结果表明:上覆巷道位于覆岩裂隙带影响范围,围岩应力受工作面超前支承压力集中影响,呈先增大后急剧减小的趋势;围岩呈非对称性变形,变形速率随工作面推进呈三段式规律;顶板深部离层呈逐渐增大后平稳趋势,浅部离层呈先增大后减小的趋势。在此基础上提出了采前锚杆索预加固+采后U型棚“补强”巷道支护技术,数值模拟对比结果显示,补强支护后巷道两帮应力增大了9MPa,顶板下沉减少了103mm,巷道薄弱点位移量大幅减小,补强支护控制效果显著。实测结果表明,该支护方案能有效地控制巷道围岩变形,保证了矿井安全生产。

淮南矿区强采动影响下煤巷锚网安全支护与围岩控制技术

淮南矿区近年来逐步进入深部开采,围岩应力高、环境复杂、软弱破碎、稳定性差、变形剧烈等工程技术难题日益突出,传统支护技术的局限性日显露,因此本研究基于淮南矿区潘三矿深井地质条件,采用理论分析、数值模拟、工业性实验、现场实测等方法针对深部强采动影响下煤巷围岩控制难题开展系统深入研究,分析了淮南矿区深部强采动煤巷围岩赋存特征,主要为埋深大、岩性变化大、巷道断面大、复合顶板较多、煤体强度较低等问题,根据淮南矿区煤巷围岩赋存特征分析了深部强采动煤巷控制技术难点;针对淮南矿区深部强采动煤巷围岩控制技术难点,建立了“应力优化-围岩改性-锚固强化”一体化协同控制技术体系,创新了“切顶卸压—注浆加固-厚锚固层强化”一体化围岩控制技术;在2121(3)运输巷道开展了工业试验,巷道回采期间运输巷道两帮最大累积变形量为436.6 mm,底板累积最大相对位移量约为390.1 mm,小于原支护方式下变形量的50%;2121(3)运输巷道顶板浅部岩层1.5~1.8 m范围存在离层和裂隙发育,深部顶板岩层完整性较好,具有较好的承载性能,可以较好的维护巷道稳定性,验证了该技术体系在深部强动压煤巷围岩稳定控制上具有较好的维控效果。

高强度采动影响下巷道非对称性加固技术与试验研究

以湾图沟煤矿3号煤层13405、13406工作面巷道大变形为工程背景,综合采用现场调研、工业性试验等方法,总结得到工作面采动支承压力扰动、巷道围岩强度低、巷道支护强度低和巷道支护质量差等是试验巷道变形破坏的主要影响因素。基于此,提出了巷道非对称性加固思路,开发了高强度采动影响下巷道非对称性加固技术,并进行了现场工业性试验,监测了巷道围岩变形量、锚杆受力状态、煤柱应力分布等矿压显现特征,分析了试验巷道采动影响规律和变形破坏特征,矿压监测结果验证了加固技术和支护参数的合理性。

采动影响巷道支护方案设计及效果

为减少松软煤层围岩巷道受采动影响的破坏,提高煤层开采的安全性,以某矿为对象,分析该矿松软煤层在采动影响下围岩的变化规律,设计巷道联合支护技术为“锚网喷+锚索梁+注浆”。与无支护技术相比,经联合支护优化后,该矿巷道顶底板及两帮变形量分别降低68.5%、50%、61%,降幅明显,表明该联合支护技术能有效控制围岩变形,支护效果好。

采动影响下煤矿顶板岩层三维应力变化规律研究

本文以我国某煤矿为研究对象,深入研究了采动影响下煤矿顶板岩层三维应力变化规律。通过对矿区地质条件的深入分析,构建了煤矿顶板岩层三维应力变化模型,并采用FLAC3D有限差分软件进行了数值模拟。研究结果表明:煤矿开采导致顶板岩层内应力重新分布,形成应力集中现象,且应力变化与工作面的推进距离和速度密切相关。此外,研究还揭示了采动影响下煤矿地表的沉降和水平位移变化规律,为煤矿安全开采提供了重要的理论依据和技术支持。

采动影响下层理裂隙煤体的瓦斯渗流特性研究

为研究工作面采动影响下煤体中瓦斯沿层理裂隙渗透的规律,通过采集工作面的原始煤样,根据达西定律,利用三轴流变实验系统对试样进行加卸载条件下的渗透试验,并对试验结果进行了现场验证。试验结果表明:加卸载过程,平行于层理方向瓦斯的渗透率始终大于垂直于层理方向;煤样卸载后渗透率有损失,平行于层理方向渗透率损失58.66%,垂直于层理方向渗透率损失82.27%。实践表明:回采工作面受采动影响区域煤体瓦斯渗透特性与试验结果高度吻合,回采工作面布置穿层钻孔更有利于瓦斯抽采。

采动影响下的煤矿巷道修复与加固技术研究

为保证采矿工作的顺利开展,需要不断优化煤矿巷道修复与加固技术,根据实际情况采用具有针对性的解决措施,从根本上提高煤矿巷道的稳定性。基于此,本文以煤矿巷道修复与加固技术为研究对象,文章共分为四个部分,第一部分主要分析一些常见的煤矿巷道问题;第二部分说明煤矿巷道修复与加固的重要性;第三部分根据实际情况提出相应修复加固技术;第四部分对实际案例进行分析。以期通过本次研究为提高煤矿领域发展提供相关参考。

基于InSAR技术的生产煤矿采动影响范围研究

随着煤炭资源的持续开采,煤矿采动对地表及建筑物的影响日益凸显。准确划定煤矿采动影响范围,对于保障居民生命财产安全、维护社会和谐稳定具有重要意义。文中以某煤矿为研究对象,基于实测经验数据对煤矿采动影响范围进行精确划定,并利用InSAR解译结果对划定结果进行校核。结果表明,InSAR解译结果与基于实测资料的开采影响范围计算结果一致。通过InSAR技术监测和分析,发现村庄部分房屋区域未出现明显的规律性下沉,养殖厂区域存在少量的移动变形。文中研究成果为煤矿采动影响范围的划定提供了科学依据,对于指导煤矿安全生产和保护居民生命财产安全具有重要意义。

综采工作面底板抽放巷采动影响下的矿压显现规律及其支护加固策略研究

针对禹州枣园煤业有限公司24011运输顺槽底抽巷在综采工作面回采期间面临的矿压显现及巷道变形挑战,本研究通过实地监测与理论分析相结合的方法,探讨了底抽巷在采动影响下的围岩应力重分布规律及其对巷道稳定性的具体影响。研究发现,采动对底抽巷的影响范围主要集中在工作面前后100米内,影响时间持续1至3个月,层间距和回采速度是影响巷道稳定性的关键因素。基于此,本文提出了“探、扩、喷、注、架、锚”六步加固方案,该方案在实际应用中有效控制了巷道的变形和破坏,显著减少了巷道维护的人力和物力成本,为类似条件下巷道的安全稳定提供了科学依据和技术支持。此外,本研究还强调了喷浆和注浆技术在提高巷道围岩整体强度、减少变形量方面的有效性,以及在设计支护方案时考虑涌水影响的重要性。

采动影响下底板暗斜井的破坏机理及其控制

针对采动影响下底板巷道围岩出现的大变形失稳及屡修屡坏的控制难题,综合现场调研、理论分析、数值计算及井下试验与实测等方法,对采动条件下底板应力的分布和传播规律及其与巷道围岩应力的关系、底板暗斜井受回采过程扰动的动态变形破坏特征、底板巷道的失稳机制及控制方法进行了系统研究。结果表明,围岩应力分布受超前支承压力在底板中传递的显著影响是底板巷道变形破坏的根本原因。在采动加卸载作用下,底板水平应力增量与垂直应力增量的异步变化引起围岩帮部的环向应力激增并破坏造成顶底板临空宽度的加大,进而导致顶板破断和严重底臌。采用高阻可让压锚索减小顶底板的临空宽度、抑制底臌大变形,提出了锚网索+注浆+底板锚索的控制方法。对江西高坑矿底板暗斜井进行了现场支护试验,围岩控制效果良好。

采动影响巷道弱胶结层状底板稳定性分析与控制对策

针对弱胶结层状底板巷道在强烈采动影响下的非对称性变形失稳问题,以梅花井矿工作面辅助运输巷为工程背景,综合采用现场调研、理论计算、数值分析和工程试验的方法,对巷道围岩变形破坏机制和控制对策展开研究。结果表明:井田内含煤岩系成岩程度低,胶结程度差,顶底板岩层层理发育,巷道围岩具有产生大变形的倾向。在采动影响下,巷道呈显著的非对称性变形破坏,实体煤侧肩角、煤柱侧底角和底板是大变形频发区域,巷道收敛以底臌为主;由于工作面位置的动态性和弱胶结软岩的蠕变性,巷道底臌具有典型的时空特性。基于弹性理论,建立采动影响下横观各向同性底板力学分析模型,推导获得层状底板任一点的真实应力状态,准确反映了层状底板非对称应力分布特征。根据摩尔-库伦准则,获得层状底板破坏判据,采用Matlab计算得到底板非对称马鞍形破坏形态。上覆岩层关键岩块回转变形所产生的偏载效应使围岩主应力方向发生偏转,主应力偏角越大,塑性区非对称性扩展越显著,围岩破坏具有显著的方向性,垂直于最大主应力方向围岩破坏程度更大。针对强采动弱胶结层状底板非对称破坏特征,提出基于破碎区修复、塑性区加固、弹性区承载的底板分区差异化支护技术。工程实践表明,支护系统很好的适应了围岩非对称应力环境,围岩变形得到有效控制。

采动影响陷落柱活化导水规律试验研究

为研究采动对陷落柱的活化作用,以双柳煤矿工作面穿X15陷落柱为研究对象,采用自行研发的相似模拟试验系统,对上、下组煤开采过程中影响下陷落柱活化导水过程进行相似模拟试验,观测陷落柱周围渗流场及视电阻率的变化规律。研究结果表明:充水陷落柱周边发育有塑性破坏区和渗透区域,塑性破坏区发育较不规则,渗透区域由下向上逐渐变大,在垂向平面,柱体顶部呈圆弧形状;随着开采工作面与陷落柱接近,采动破坏区逐渐与陷落柱渗透区域联系,陷落柱周边围岩物性发生相应变化,视电阻率变小;当陷落柱周边塑性区与工作面前方塑性区相互贯通时,形成导水通道,工作面发生突水;陷落柱柱体周边的渗透区域随着时间和水压增大而不断扩展,水流的不断冲刷导致下柱体的塑性破坏区不断扩大,塑性破坏区发育程度与水压呈正相关关系。

采动影响下矿区地下水主要水-岩作用与水化学演化规律

煤矿开采势必破坏天然水化学环境,然而矿区多类含水层地下水系统水化学研究尚未从时空角度分析采动影响下水化学演化的本质。以临涣矿区为研究示范,基于历年常规水化学数据开展主成分分析,揭示采动影响下水化学演化过程中的水-岩作用机制。其中,第1主成分代表碳酸盐、硫酸盐溶解及黄铁矿氧化作用,第2主成分代表阳离子交替吸附及脱硫酸作用。采动影响下矿区主要突水含水层地下水碳酸盐、硫酸盐溶解及黄铁矿氧化作用均逐渐减弱,减弱区域不尽相同;然而,阳离子交替吸附及脱硫酸作用的变化规律不明显。研究成果为矿井突水水源识别和水资源保护与利用提供理论依据。

采动影响下回采巷道底鼓机理及实用性技术研究

通过对回采巷道底板与煤柱的破坏关系分析,得到两帮煤体首先变形破坏是采动影响下回采巷道底鼓的直接原因,认为该类巷道的底鼓类型以挤压流动性底鼓为主,并得出对其底鼓机理的新认识;研究了现有底鼓防止措施,提出了在没有更好、更直接办法控制该类巷道底鼓的情况下,巷道起底翻修不失为一种有效、经济的实用性技术。现场实践表明,采用巷道起底翻修能满足生产需要。

采动影响下突出煤体温度与声发射特性

利用自主研发的大型煤与瓦斯突出模拟试验装置和16CHsSAMOS System声发射测试系统,探讨采煤工作面前方卸压带应力水平对煤与瓦斯突出的孕育与发生发展过程中煤体温度及其声发射特性的影响。试验结果表明:在煤体充瓦斯阶段,煤体温度升高,且随着卸压带应力的增大,煤体温度的增量有减少的趋势;在突出发生阶段,煤体温度经历一个陡降突变的过程,但卸压带应力水平的变化对煤体温度陡降突变的影响并不明显;在煤体充瓦斯阶段,随着卸压带应力的增大,Hit率峰值减小,产生的声发射特性不明显,而在突出发生阶段,随着卸压带应力的增大,Hit率峰值增加,产生的声发射特性越加明显。对煤与瓦斯突出全过程中煤体内声发射特性与其温度变化规律分析,发现二者有着密切的内在联系,说明煤与瓦斯突出过程中煤体破裂与能量变化有直接关系。

采动影响下金川二矿区14行风井变形破坏机制探讨

竖井作为井下开采矿山的咽喉工程,在矿山的安全生产中起着举足轻重的作用。金川二矿区14行主力回风井位于矿体下盘,井深715.5m,穿过的工程围岩有超基性岩、花岗岩、大理岩、辉绿岩等以及F207断层。该风井于1999年10月开工下掘,2002年投入使用,2005年3月突然跨塌。本文根据现场调查和数值模拟,分析了风井变形破坏的特征和机制。发现主要有井壁错动开裂、片冒、冒落物冲击井壁等几种破坏形式,并得出在采动影响下最易在以下几个位置发生破坏:(1)井筒上部(0～200m),易出现拉裂破坏和围岩整体剪切滑动;(2)F207断层及其上下接触部位(200～220m),井筒很有可能在此处发生上下错动,从而导致剪切破坏;(3)井筒中部(360～460m),受采动影响较大,可能发生鼓肚子破坏;(4)井筒下部F16断层影响带(井底以上50m),岩体在采动影响下将发生松动,从而导致在结构面穿插部位可能发生冒落。