关家崖煤矿重复采动巷道变形特征及控制对策研究

针对重复采动巷道围岩变形严重、无法复用,重复采动巷道在服务期内具有明显的叠加演化特征的问题,以关家崖煤矿13092巷道为研究背景,采用现场实测、数值模拟和理论分析的方法,对重复采动巷道变形的叠加扩展特征和控制对策进行了研究。重复采动巷道变形特征分析结果表明:①一次回采扰动下,重复采动巷道变形呈现分区和非对称破坏特征,可划分为快速变形区、强烈变形区和缓慢变形区;裂纹破坏主要在煤壁帮和煤柱帮,而顶底板较少,表现为巷道两帮显著片帮和内移;煤壁帮与顶板、煤柱帮与底板交汇处变形严重。②二次采动巷道在一次破坏基础上叠加扩展,使得非对称破坏更加显著,形成巷道围岩蝶形叠加塑性破坏区。③重复采动巷道围岩控制的重点时间为一次回采阶段,重点区域为强烈变形区和缓慢变形区的巷道煤柱帮一侧。通过分析采动巷道蝶形变形特征和破坏分区规律,提出了重复采动巷道多层次耦合控制技术,采用浅低压−深高压注浆提高煤柱支撑力,采用锚索补强提高支护体支撑力,实现耦合控制。通过加固前后变形量对比分析验证了多层次耦合控制满足巷道复用要求。

多煤层重复采动回采巷道失稳机理与控制技术

戊9-10-22290工作面为平煤六矿三水平二采区的孤岛工作面,风巷外段在采掘服务期间将会受到上覆戊8及下伏五矿己组回采影响,采掘时空关系异常复杂。目的为探讨多煤层重复采动回采巷道失稳机理与控制技术,方法基于采掘工作面应力时-空演化关系,提出平煤六矿戊9-10-22290工作面风巷外段全生命周期内的围岩控制方法,并进行现场工程应用。结果结果表明:上覆近距离煤层开采后,巷道顶板出现拉剪破坏;本煤层和下伏煤层回采过程中,巷道将逐段受到超前支承压力作用;根据巷道围岩所处的扰动时-空过程和高应力环境,提出“高预应力高强锚杆+锚索+深孔爆破卸压”的抗压-让压-卸压相结合的综合围岩控制技术。现场工业性试验表明,巷道服务期间两帮最大变形量为347 mm,顶板下沉和底板鼓起均在可控范围内,能够满足矿井安全生产需求,取得较好的技术和经济效益,结论研究结果可为类似条件下的回采巷道围岩控制提供参考。

近距离多煤层下行重复采动覆岩变形与裂隙演化特征研究

随着地壳浅部易采煤炭资源的逐渐枯竭,复杂地质条件下的多煤层开采将成为新常态。由于多煤层开采对上覆岩体造成极大的重复扰动,导致覆岩的垮落、移动与裂隙演化规律相较于单一煤层开采更加复杂。为了研究多煤层下行重复采动条件下覆岩变形与裂隙演化特征,本文以陕北神府矿区张家峁煤矿4^(-2)煤层、4^(-3)煤层、4^(-4)煤层、5^(-2)煤层开采为研究对象,进行了几何相似比1∶100的相似模型试验和UDEC数值模拟研究。张家峁煤矿四层煤层下行重复采动物理相似模拟和数值模拟分析结果表明,周期来压步距随下行开采呈逐渐减小的规律,冒落带高度与煤层厚度正相关,4^(-2)煤层开采后导水裂隙带贯穿至地表,4^(-3)煤层、4^(-4)煤层、5^(-2)煤层开采结束后,导水裂隙带均贯穿层间覆岩。顶板围岩在反复拉伸、挤压作用下,破碎程度逐渐增大,且多为未闭合裂隙。研究结果可以为多煤层开采条件下的顶板管理和开采设计提供理论层面的参考和指导。

重复采动影响下含瓦斯岩层瓦斯运移规律

受重复采动影响,煤层邻近岩层中赋存的瓦斯解吸涌出,成为工作面瓦斯主要来源之一。为研究重复采动影响下含瓦斯岩层中瓦斯运移规律,以沙曲一矿5#煤及其邻近煤岩层为工程背景,在测定煤岩体瓦斯基础参数的基础上,通过数值模拟研究了重复采动影响下煤岩体卸压增透范围,得到了含瓦斯岩层渗透率的空间分布情况,进而对含瓦斯岩层瓦斯运移规律进行模拟。研究结果表明:邻近岩层中,L5灰岩层瓦斯赋存量最高,含量约为5#煤层的14.3%;重复采动导致煤岩体卸压程度增大,L5灰岩层卸压区分布在永久煤柱的边缘区;L5灰岩层卸压区内渗透率最高可达4.8×10^(-15)m^(2),为初始渗透率的7.7倍,高渗区域与卸压区域分布一致;L5灰岩层内赋存的瓦斯解吸并上涌至工作面,致使上隅角瓦斯浓度由6.1%升高至7.1%;受巷道通风影响,L5灰岩层瓦斯主要聚积在岩层后方与回风巷侧,是瓦斯抽采时应关注的重点区域。

特厚煤层重复采动作用下采空区自燃“三带”位移变化

为探究特厚煤层重复采动下采空区煤自燃“三带”的分布特征,基于束管监测系统,在铜川下石节煤矿222工作面进行现场实测,确定其自燃“三带”的分布规律。借助Fluent软件分别模拟重复采动及单一采动时采空区内氧气浓度的动态分布规律,发现重复采动采空区内实测结果与数值模拟结果基本一致。与单一采动模拟结果对比,重复采动导致采空区内部的散热带和氧化带出现缩短趋势;在进风侧散热带前移6.8%,氧化带前移7.0%;回风侧散热带前移14.3%,氧化带前移11.3%。研究成果能够为重复采动作用下采空区煤自燃危险区域防治提供依据。

缓倾斜特厚煤层重复采动下回风大巷稳定性研究

针对煤层群开采后覆岩复杂破坏的特征,为保证回风大巷施工使用期间的安全稳定,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,建立不同工作面布置方式的煤层开采数值模拟,研究巷道合理支护范围及支护强度。研究表明,在工作面开采过程中,周围煤岩体中覆岩应力重新分布,当B1煤层工作面开采后,回风大巷受影响范围为80 m,随着下顺槽北移距离的不断增大,巷道围岩垂直应力降幅较缓,回风大巷支护距离降幅为17.5%、18.75%、13.75%、8.75%。在考虑巷道稳定性及提高煤炭资源回收率等因素的基础上,最终确定上顺槽北移4.5 m,该研究成果可为巷道安全掘进提供指导。

重复采动覆岩导水裂隙发育规律及注浆加固数值模拟

为了研究多煤层重复采动下覆岩破坏高度的发育规律,以新安煤矿阻水勘察为工程背景,理论分析了重复采动覆岩裂隙发育机理及裂隙带高度的计算方法,采用3DEC模拟软件,研究了重复采动覆岩的破坏特征,对隔水层进行注浆加固,模拟了加固前后覆岩运动差异。结果表明:数值模拟结果显示,10^(#)煤工作面顶板竖向位移最大沉降量达到4.3 m,裂隙高度最大发育至63 m,通过岩层拉伸率计算导高为60.7 m,两者计算结果基本一致;对采区上方隔水层注浆加固后,导水裂隙带发育高度有所降低。该研究可为新安矿区水害防治提供一定的参考。

重复采动下煤层顶板裂隙岩体的变形规律研究

为掌握西铭矿48703工作面重复采动对上覆岩层顶板裂隙的影响,采用FLAC3D数值模拟软件对48703工作面重复采动过程进行了模拟分析。随着煤层开采的进行,切眼处和煤壁前方的应力呈升高趋势,而采空区上部岩体则相反。煤层顶板岩体因为地应力的重新分布而在垂直方向出现向下位移的情况,且钻孔位置上部岩体最大位移量达到11.6 mm。开挖50 m后,应力模拟图像呈中间低、两端高的马鞍形态,综合而言,重复采动下巷道顶板的变形破坏取决于顶底板裂隙带的空间分布。

地表水体下大采高工作面重复采动安全性评价

为了确定地表水体下大采高工作面重复采动的可行性和安全性,采用FLAC3D数值模型,对宁东煤田红石湾煤矿五煤和八煤重复采动后的覆岩破坏规律进行研究,五煤和八煤工作面均为大采高工作面,采高分别为4.6 m和4.8 m,根据数值模拟结果,五煤和八煤工作面回采后的冒落带高度分别为13.8 m和15.0 m,八煤工作面的导水裂隙带高度为242.0 m,保护带厚度为56.4 m,八煤工作面最浅处距离地表水体353.0 m,大于需要留设的防隔水煤(岩)柱高度(298.4 m),结合研究区的构造发育条件和隔水层隔水性能特征,确定地表水体下五煤和八煤的大采高工作面重复开采的安全性较高。结果表明,可以采用数值模型对大采高工作面重复开采后的覆岩破坏规律进行分析,通过实例分析,地表水体下大采高工作面重复采动安全性评价符合实际情况,可以作为井田未来评价工作面受地表水体威胁程度的依据。

基于微震监测的重复采动煤层潜在导水通道形成规律研究

为了避免煤矿深部煤层开采突水事故发生,探索重复采动工作面开采过程中底板潜在导水通道形成规律,以平顶山天安煤业股份有限公司十矿己17-33200工作面为工程背景,在两巷采取“梅花”式布置20个检波器,组成全包围式监测阵列,对工作面进行连续、实时、动态监测,利用微震技术对下层煤重复开采过程中上覆岩层塑性区破坏变化规律及底板深部微震事件进行分析,并结合理论计算探究潜在导水通道的形成规律。

重复采动影响下回采巷道支护设计及效果分析

回采巷道受重复采动影响下的支护较为困难。以新疆龟兹煤矿为工程背景,针对重复扰动下01工作面的回采巷道支护设计进行优化,将01下顺槽主要经历的采动影响阶段分为巷道本身掘进阶段、02工作面回采阶段、01工作面回采阶段。根据龟兹煤矿01下顺槽的特点,结合龟兹矿井A5及A6煤层的支护方案、相似开采技术及地质条件下的回采巷道支护方案,提出3种优化后的支护方案。通过对3种支护方案在01工作面回采阶段的支护效果进行数值模拟,得出各支护方案下01工作面下顺槽应力分布规律、巷道变形特点,最终确定优选的回采巷道支护方案。研究方法为回采巷道支护设计提供了一种新的思路,可为提高巷道支护的稳定性和安全性提供一定借鉴。

近距离重复采动煤层底板破坏深度微震监测研究及应用

带压采面底板突水事故是矿井常见的生产事故之一,预防底板突水有效方法是进行底板破坏深度探测。针对平煤股份十矿近距离重复采动煤层存在隔水层被二次破坏、底板破坏深度叠加、底板易涌水突水等实际问题,通过采用矿井微震动态监测和理论计算两种方法,对重复采动煤层底板破坏深度进行对比分析,绘出非常接近正态分布的微震事件底板破坏深度区间分布图,得出了精确的底板破坏深度发育范围,为提高煤矿水害预测能力和安全管理水平奠定了基础。研究表明:微震事件优势发育时间段为08:00-15:00的检修班期间内,主要集中在采线前方150 m范围内,顶板微震事件发育最高到己17煤层顶板96.67 m,底板微震事件发育最深到己17煤层底板84.78 m,取置信度为95%情况下确定工作面底板破坏深度的发育下限为40 m,且破坏深度处于理论分析范围内(35.02~42.96 m),验证了微震动态监测应用于探测底板破坏深度的准确性。

近距离煤层重复采动覆岩裂隙带发育特征及模拟研究

煤层重复采动覆岩破坏特征及裂隙带发育特征与煤矿安全、高效开采密切相关。本文以贵州松河煤业发展有限责任公司为研究背景,采用3DEC模拟分析覆岩内部的应力分布和裂隙演化过程,揭示覆岩裂隙带发育机制。研究结果对理解近距离采动下覆岩导水裂隙带形成及其对矿井安全的影响具有重要意义,为煤层开采工程设计和安全预测提供理论依据。

特厚煤层大断面重复采动影响巷道围岩失稳机理及控制技术

千万吨矿井生产过程中,为了保证采掘接替,经常出现上区段工作面回采时下区段工作面开始掘进的情况,掘进巷道在服务期间受两次采动影响严重。针对重复采动影响巷道围岩控制问题,以斜沟煤矿23108材料巷为研究背景,研究了重复采动围岩变形失稳机理,提出了高强度大延伸率高预应力锚杆支护技术。研究结果表明:巷道在重复采动应力影响下承受非对称性压力作用,呈现明显的偏向实体侧的应力分布特征,煤柱内部和巷道底板集中发生剪切破坏。一次采动影响阶段是采掘交锋巷道围岩稳定的关键控制阶段,巷道尺寸变大会使围岩塑性区范围扩大,从而导致巷道变形更为显著,高预紧力高支护强度能有效减少巷道围岩变形量。工业试验结果表明,优化支护后锚杆受力均匀、破断失效率低,巷道围岩变形量可控,围岩控制技术有效。

重复采动下采场围岩应力响应特征研究

为研究近距离煤层群重复采动下采场围岩应力响应及变形破坏规律,以潘二矿多煤层开采为工程背景,采用现场调研和数值模拟方法,分析了多煤层重复采动下不同煤层工作面围岩应力响应特征及塑性区演化规律。研究表明:18126工作面回采时,煤层间距越大,煤层垂直应力受采动影响也就越小;受7-1煤层和18126工作面的开挖卸荷作用,在卸荷大小上5-2煤大于4-1煤,卸荷范围上4-1煤大于5-2煤;受18225工作面开采影响,5-1煤层底板再次发生卸荷破坏,底板塑性区发育到底部与5-1煤垂直间距为59 m;4-1煤沿煤层倾向塑性区再次发生扩张,最大集中应力为16.34 MPa,最小卸荷应力为9.56 MPa,应力差为6.78 MPa,沿倾向4-1煤的卸荷范围主要集中在183~266 m和543~615 m。18125工作面开采后,4-1煤最大集中应力为19.0 MPa,最小卸荷应力为7.44 MPa,应力差为11.56 MPa,位于18126工作面的开挖卸荷区。

煤矿深井重复采动割煤工艺和支护优化研究

针对王村煤业深井综掘机割煤时间长、部分区域支护难度大和巷道掘进速度慢等问题,研究了不同阶段重复采动围岩变形规律,对围岩应力场和位移场演化进行了分析,优化地质情况良好的地段、工作面顶板破碎阶段、在煤壁片帮地段或处于采后掘进阶段割煤工艺。在原支护方案的基础上,设计分段支护方案,采用泥岩顶锚网索梁支护以及架棚和锚索联合支护。通过对现场变形量监测以及保护煤柱采动应力监测,结果表明:巷道变形量基本稳定,整体支护效果良好,掘进速度显著提高。采用分段支护方案,每月的进尺比原方案提高了34.04%,生产效率和巷道支护质量大幅提高,说明所提出的割煤工艺和支护优化方案切实可行。

重复采动条件下覆岩下沉特性的研究

现场观测及实验室试验结果表明采动岩体碎胀量与深厚比成正比，据此得出了初次采动时地表及岩体内部下沉系数计算式．同时，根据受初次采动影响的岩体在重复采动时碎胀量减小，假定减小量与初次采动碎胀量成正比，推出了预测重复采动条件下地表及岩体内部下沉系数的计算式，并可由现场实测得出有关参数，经与３６个初采观测站资料和１０个重采观测站资料的实测资料对比，证明了所给公式的正确性．

浅埋煤层重复采动覆岩裂隙及漏风通道演化模拟研究

为了研究浅埋藏近距离煤层群重复采动下地表漏风对采空区煤自燃的影响,利用FLAC^(3D)数值模拟软件,对神东矿区补连塔矿回采不同阶段覆岩孔隙率的发育规律、塑性区分布以及覆岩垮落高度进行模拟分析。结果表明:(1)上煤层回采完毕后,覆岩裂隙发育呈"U"形分布,最大裂隙高度达130 m,尚未通达地表;下煤层回采完毕后,覆岩最大裂隙高度达162 m,贯通地表。(2)上煤层回采完毕后,覆岩在上煤层上方62 m处发生明显离层,离层区下方覆岩下沉高度1.75~4 m,离层区至上覆岩层下沉高度0.25~1 m;下煤层回采完毕后,离层区进一步发育,离层区下煤层采空区顶板垮落,上煤层采空区岩体进一步沉陷,最大下沉高度达7 m,离层区至上覆岩层下沉高度>1~2 m。(3)在回采同一阶段,同一高度覆岩孔隙率变化率两侧大于中部;下煤层的回采使上煤层覆岩孔隙进一步发育,孔隙率变化率明显增大。

承压水上近距煤层重复采动的底板岩体移动规律

通过对肥城矿务局曹庄煤矿９２０３、１０２０３两个重复采动工作面的现场综合观测，分析和总结了重复采动底板岩体移动规津的特殊性。

煤矿多煤层重复采动所致地表移动与建筑损坏分析

为了研究矿山高频次高强度重复开采下地表移动变形与建筑物损坏的演化过程,以七台河矿业精煤集团胜利煤矿一采区十二井为研究背景,采用基于概率积分法的煤矿采动地表移动变形的预计分析方法,建立煤矿采动地表移动变形预测模型,通过选取适当模型参数、理论分析与现场调查相结合的方法,探讨重复强开采条件下地表移动诱发建筑物裂缝的成因机制。对比理论分析与现场调研结果可知:高频次高强度的重复开采活动削弱了煤柱稳定性,导致采空区上覆岩层移动变形破坏加剧,增大了原有的地表下沉趋势。