长壁间隔式开采方法研究及其应用

陕北神府矿区中小煤矿均采用房柱式采煤方法,多个煤矿进行长壁采煤方法试验均因浅埋煤层矿压显现剧烈,单体支柱不能有效的控制顶板而失败。南梁煤矿2-2煤层属于地表厚松散层浅埋煤层、改建设计改为刀柱式采煤法,为了提高矿井的经济效益,提出了长壁间隔式开采方法,通过相似材料模拟实验、数值模拟、理论分析和现场试验确定间隔开采方法工作面合理开采段长度和煤柱尺寸。南梁煤矿采用间隔开采方法已成功采完9个工作面,成为榆神府矿区中小型矿井第1个采用长壁布置单体支柱开采的矿井。间隔开采方法已被临近煤矿所采用。

冲沟地貌间隔式开采顶板破断机制分析

针对南梁煤矿冲沟地貌间隔式开采后采空区顶板破断垮落问题,根据矿井地质条件,采用了弯曲薄板理论,建立四边固支弹性矩形薄板模型,计算分析了薄板应力分布特征,认为最大拉应力在矩形薄板长边(工作面长度方向)中心位置处,最大拉应力值8 MPa。对比实验室测试结果得出确定南梁煤矿20305工作面开采后其采空区顶板发生垮落破断,为该矿井在下组煤开采、支架选型、顶板支护及巷道布置提供理论依据。

平缓地貌间隔式开采顶板周期破断机制分析

针对南梁煤矿平缓地貌间隔式开采后采空区顶板周期破断失稳问题,结合井田地质条件,采用弹性薄板理论,通过建立三边固支一边简支的矩形弹性薄板模型,模拟计算了薄板应力分布方式,并指出了在薄板简支边(工作面倾向方向)中点处,出现最大水平应力为8 MPa。结合相似模拟实验结果得知南梁煤矿20305工作面开采过后顶板周期破断为切断破坏而非弯曲下沉,从而为下组煤开采提供顶板管理、巷道维护及支架选型等方面的理论和技术支持。

覆岩中断层活化突水的力学分析及其应用

据资料统计,国内煤矿的突水淹井事故80%以上是由断层引起的,大多数是原始地质条件下的非导水断层在采动影响下活化发生突水。出于安全生产和保水采煤的需要,对采场覆岩中断层因工作面的推进而活化突水进行力学分析,研究防止断层活化突水和保水采煤的开采方法。由摩尔-库仑破坏准则得出断层的活化准则,推导出断层活化的临界倾角、断层活化时的临界开采深度和间隔式开采断层活化时工作面临界推进距离。结果表明,断层的破坏形式与断层倾角有很大关系,随着断层倾角的增大,断层的破坏形式依次表现为,随着工作面的推进断层和覆岩一同破坏、剪切破坏和拉破坏。断层倾角越大,越容易活化。以大柳塔煤矿保水采煤为例,应用研究成果计算了间隔式开采工作面的临界推进距离,并且以相似模拟试验验证了计算结果。

深部煤岩体保护层开采上覆岩层应力释放与转移特征的实验研究

煤层群保护层合理开采及了解其上覆岩层应力释放和转移特征是考察保护层开采效果的重要途径。对煤层群保护层开采卸压机制进行了分析,得出间隔保护层开采卸压方式可使上、下被保护层双向卸压重叠(即保护层开采上、下双向应力释放,开采影响范围相互叠加),煤层卸压效果较好。采用相似材料模拟和数值计算相结合的研究方法,对煤层群保护层开采卸压过程进行研究,分析保护层开采上覆岩层及被保护层应力释放与转移特征。研究结果表明,应力的积聚、释放和转移过程也伴随着岩层的变形,应力呈现出"增加-减小-再增大-再降低-平稳"过程,其变形呈现出"增加-急剧减小-再增加-平稳"的过程;相似模拟实验结果与数值计算结果具有较好的一致性,说明间隔保护层开采卸压方式可使上、下被保护层双向卸压重叠,是煤层群开采中较合理的卸压方式。