不同通风方式下“110工法”采空区自燃“三带”数值模拟研究

为探究不同通风方式下“110工法”采空区自燃“三带”分布特征,以顾北矿1532(1)工作面“两进一回”通风方式为工程背景,基于风流控制方程、浓度组分方程和能量方程等,利用Fluent数值模拟方法建立煤自然发火多物理场耦合数值模型、工作面实时动态推进模型,模拟了3种通风方式下“110工法”采空区自燃“三带”分布特征。结果表明:随着工作面不断推进,在通风方式1(机巷侧和沿空留巷进风,回风巷回风)和通风方式2(机巷侧和回风巷进风,沿空留巷回风)条件下,采空区氧化自燃带均匀分布在运输巷侧、工作面中部和留巷侧,其氧气体积分数分布形状相差不大,采空区温度首先升高,开采约50 d后,最高温度出现在运输巷侧深部,且该位置温度不随工作面继续推进而升高;在通风方式3(沿空留巷和回风巷进风,机巷侧回风)条件下,采空区留巷侧氧化自燃带变宽2~4倍,工作面中部和运输巷侧明显变窄,采空区运输巷侧氧气体积分数较低,留巷侧氧气体积分数较高,漏风量明显增大。采空区高温位置主要出现在1532(1)工作面始采线留巷侧,且当工作面开采50 d后,此处采空区温度最高。综上所述并结合现场实际情况,对氧化自燃带宽度及位置进行分析,最终确定通风方式3更有利于防止煤自燃的发生,对矿井煤自燃的预防提供了理论指导。

神南矿区“110工法”采空区覆岩稳定性研究

以神南矿区为工程背景,采用岩体微观室内实验、现场监测、物理模拟实验(DIC监测、应变监测)和FLAC3D数值模拟方法,分析了矿区主要岩层岩体结构特征,获得了“110工法”(一种新型的无煤柱开采技术)开采工艺下采空区上覆岩体位移场和应力场的演变规律。研究结果表明:神南矿区岩体节理裂隙发育程度较高,岩体质量等级较差;110工法利用岩体的碎胀效应和高恒阻能量吸收锚索补偿力学支护特性,在千米级埋深的煤层开采中仍具有良好的沿空留巷效果;110工法下的采空区位移沉降从大到小依次为中部区域、切线侧区域、非切线侧区域。110工法的切顶卸压和高恒阻能量吸收锚索的联合开采技术,可为其他地下空间中大变形软弱围岩的稳定性研究提供科学依据。

110工法在中厚煤层开采中的应用研究

煤矿开采过程中经常会遇到中厚煤层,在进行中厚煤层开采作业时,要合理应用110工法开展作业。下面以110工法概述为切入点,阐述了110工法优势,最终依据工程实例,针对110工法的应用进行了深入探讨。

黄陵一号煤矿中厚煤层110工法瓦斯治理技术研究

切顶留巷无煤柱开采下煤与瓦斯共采是我国无煤柱开采技术的重要发展方向,为解决陕西黄陵一号煤矿中厚煤层110工法开采工艺条件下卸压瓦斯治理难题,采用理论分析与数值模拟相结合的研究方法,分析了切顶留巷开采导致覆岩结构变化及裂隙分布特征。结果表明,根据110工法开采过程顶板结构状态变化特征,将切顶留巷围岩结构运动划分为4个阶段。工作面充分采动后,垮落带的高度基本不再变化,稳定在7 m左右,裂隙带发育高度为55 m左右,应力集中系数约为2.73,采空区中部垮落带内裂隙基本处于压实闭合状态,裂隙区宽度约为40 m,切眼处岩层破断角为67°,工作面停采处岩层破断角约为62°。根据1009工作面切顶留巷无煤柱开采技术下裂隙分布特征,施工定向高位试验钻孔,现场抽采效果良好,有效治理了1009回风巷瓦斯浓度超限问题,实现了1009工作面安全回采。

110工法工作面预裂切缝钻孔角度模拟分析

荣康煤业决定将110工法首先应用于11004工作面,其轨道顺槽拟采用“切顶卸压+恒阻锚索支护”技术方案,而定向爆破切割顺槽顶板工艺是实现切顶卸压的关键环节。针对定向爆破预裂切缝钻孔角度技术问题,采用数值模拟等方法,分析得出在切顶角度为10°的条件下,能够实现采空区岩层及时垮落,且应力集中区域能够远离巷道,确保巷道围岩处于稳定状态。

黄陵一号煤矿110工法下采空区漏风规律及其封堵技术

采用110工法后工作面通风方式由U型通风变为Y型通风,造成了采空区漏风增大,遗煤在漏风高氧条件下存在氧化加快等问题。为掌握黄陵一号煤矿1010工作面在开采过程中采空区及沿空留巷漏风规律,本文以黄陵一矿1010工作面为工程背景,采用理论分析与现场实测相结合的方法,研究掌握110工法下综采工作面贯通采空区后的漏风规律。研究表明:在1010工作面及后巷存在多个漏风通道,平均漏风速率大于0.27~0.48m/s;1010工作面沿空留巷150m至900m处,风量不断增大,其中在150m至300m处为采空区风流向1010工作面沿空留巷的主要区域;此外1010工作面119支架至11支架之间存在采空区向工作面的漏风;在此基础上,针对主要漏风区域提出“设置堵漏隔离墙,采空区注胶”封堵技术,以解决采空区漏风情况,保障煤矿安全高效生产。

110工法采空区漏风控制及煤自燃分区防控技术

针对陕西黄陵一号煤矿“两进一回”通风方式下,采空区漏风通道复杂及煤自燃防治困难等问题,通过数值模拟结合现场实测,分析通风量对漏风规律、氧浓度分布的影响,提出110工法沿空留巷采空区漏风控制与煤自燃分区防控技术。研究结果表明,“两进一回”通风方式下,采空区内漏风影响范围随着辅运顺槽风量增加而增大,辅运顺槽侧采空区内氧气浓度大于进风顺槽侧;进风顺槽风量增大也会产生类似的现象,但较辅运顺槽风量改变时不明显。现场观测结果表明:1009工作面进风顺槽氧浓度测点在125m处降至18%,当深入到273m处氧气浓度降至8%,辅运顺槽测点在300m处氧气浓度降至18%,与模拟结果基本吻合。结合现场实际提出集“隔离、堵漏、惰化、阻化、应急”为一体的采空区防灭火工艺,研究结果对采空区漏风及煤自燃灾害防治具有重要意义。

110工法沿空留巷顶板注浆加固技术实践

沿空留巷巷道受下一阶段回采工作面采动动压影响,采用常规的锚网索支护方式难以控制巷道顶板下沉。以韩家湾煤矿214202工作面回风顺槽沿空留巷巷道围岩控制为研究对象,分析受两次回采扰动影响下巷道顶板岩层结构变化特征,提出在第2次回采扰动影响前,采用顶板注浆加固方式稳定巷道围岩,运用现场施工测量技术对加固前后巷道顶板下沉、围岩变化等实测数据进行分析。结果表明,沿空留巷经过注浆加固之后,在沿空留巷受二次采动影响时,巷道顶板离层量大大的减少,相比未注浆段巷道顶板离层量普遍减少300~400 mm,通过对顶板进行注浆加固,固结了破碎顶板,显著增大了围岩的内聚力和内摩擦角,增强顶板整体自承载能力,保证了工作面的安全高效回采。

庞庞塔煤矿110501综放工作面“110工法”技术研究及实践

针对霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿留煤柱开采导致采掘接替紧张、煤炭资源回收率低的问题,以110501综采工作面为研究对象,提出采用切顶卸压无煤柱自成巷“110工法”进行开采,设计了恒阻大变形锚索补强支护和顶板预裂切缝孔布置方案。现场应用结果表明:所采用的技术方案有效控制了110501胶带顺槽围岩变形,使110501综采工作面多回收煤柱资源约5.8万t,创造经济效益约3480万元。

黄陵一号煤矿110工法下瓦斯储运特征及卸压瓦斯抽采参数设计

为深入研究110工法下覆岩层采动裂隙分布规律,指导采空区卸压瓦斯抽采,基于黄陵一号煤矿1010工作面,采用物理相似模拟与数值模拟结合的方法,研究了卸压瓦斯储运区形态特征,对110工法下卸压瓦斯抽采钻孔进行参数优化。研究结果表明:不同覆岩区域采动裂隙均以水平离层裂隙为主,竖向破断裂隙区及垮落裂隙区范围内破断裂隙角度主要集中在80°~120°。上覆岩层距开采层越近时,下沉位移越大,顶板下沉的响应时间越短。覆岩位移云图总体呈现出梯形,开切眼位置断裂角为55°~61°,工作面位置断裂角在59°~62°范围内变化,梯形框架,左右两腰的应变区宽度约为22~27 m。根据采动覆岩裂隙形态特征,设计后巷高位钻孔布置参数,保障工作面的安全回采。

三交河矿“110工法”无煤柱开采技术试验研究

针对煤矿井下因留设煤柱造成的回采率低、巷道掘进量大、安全性差等问题,设计采用“110工法”增加了煤炭资源回采率。以三交河矿10-207工作面为工程背景,通过理论分析、数值模拟和实践相结合方法,模拟分析出最佳的切顶孔角度和切顶高度。通过对切顶后巷道顶板的动态监测,当切顶角度为5°,切顶高度为20.5 m时,能确保切顶顺槽巷道顶板的位移下沉量最小,从而有利于巷道的管理和维护。

“110工法”切顶留巷采煤工作面瓦斯抽采技术在丁集矿的应用

无煤柱自成巷开采技术“110工法”被称为我国矿业技术变革的第三次探索,目前已在全国范围内进行了推广并取得了巨大成果。以具体的工程实例为研究背景,对矿井切顶留巷条件下瓦斯抽采技术进行了系统的研究。1452(1)工作面是丁集矿第一个采用“110工法”切顶卸压留巷的综采工作面。由于设计施工的顶板穿层钻孔及高抽巷层位合理,采空区及留巷段抽采系统完善,上覆煤岩层的卸压瓦斯基本上全部被拦截抽采,抽采瓦斯浓度在10%~20%左右,再通过留巷段及采空区预埋管路抽采,采空区内基本上没有高浓度瓦斯积聚区,上隅角瓦斯一直在0.5%以下,工作面留巷回风和轨顺回风瓦斯浓度均控制在0.2%以下,工作面的平均瓦斯抽采率在88%以上,平均总抽采量为41.06m^(3)/min,从而杜绝了工作面和上隅角瓦斯超限现象,确保了丁集矿首个“110工法”切顶留巷综采工作面的顺利回采。

近距离煤层群“110工法”开采工作面煤自燃危险区域判定

煤层自燃危险区域的精准判定能够指导防灭火方案的制定与实施,减少煤自燃灾害的发生,提高煤矿安全生产水平。针对沙曲二号煤矿近距离煤层群5302工作面“110工法”开采特点及布置方式,分析了该工作面开采过程采空区煤自燃危险性。结合现场实际情况,设计了采空区“三带”的观测方案,对采空区遗煤厚度、氧气浓度及漏风强度进行了测算,判定了采空区煤自燃“三带”分布规律,研究结果可为该类煤矿的自燃灾害防治提供参考。

“110工法”条件下综采工作面复合顶板沿空留巷矿压规律研究

为了确保沿空留巷的施工安全,本文对110工法条件下综采工作面复合顶板沿空留巷矿压规律展开研究。布设数据采集节点,获取基础的矿压变化数据、信息,结合110工法,分析复合顶板承压支架的实际受力情况,设定辅助架的伸缩距离,营造合理的承压环境。结合获取的前期留巷、后期留巷数据,在不同的测试阶段下,测算出整体的挡矸压力值。经过3个阶段的测定,挡矸压力值随着顶板巷道间距的增加而增加,可得出结论,综采工作面扩大,顶板沿空留巷的移位间距也随之增大,此时的挡矸压力的变化值也会随之增加;反之,综采工作面缩小,顶板沿空留巷的移位间距也随之减小,此时的挡矸压力的变化值也会随之下降,致使矿压出现正向的变化规律。

沙曲二矿中厚煤层110工法切顶成巷关键技术研究及应用

沙曲二矿传统的长壁开采、留设区段煤柱方式导致稀缺主焦煤回收率不高,且柔膜充填留巷围岩变形量大,巷道维护困难,影响工作面推进。为解决上述问题,以沙曲二矿4303工作面为工程背景,通过切顶成巷技术留巷供下一工作面使用,且针对巷道顶板岩性、地质条件进行支护设计。结果表明,巷道顶底板变形量最大为425 mm,两帮变形量最大为290 mm,双巷切顶成巷效果达到预期目标,显著提升了稀缺资源回收率。

“110工法”在28808工作面的实践应用及优化

为解决以往开采方法造成的工作面间煤柱损失、巷道掘进工程量大等问题,在东曲矿中厚煤层28808工作面进行了“110工法”布置应用研究,提升了安全管理水平,促进了资源回收效率,降低了开采成本,增加经济效益。

110工法在麦地掌煤矿中的改进

110工法在煤炭开采过程中所成巷道质量坚固,能够有效阻隔采空区不平衡压力传递、降低巷道充填及维护成本,从而实现安全开采与有效回收以及成本节约的统一。该工法在多个煤矿中获得应用,代表未来开采技术的方向。应用110工法开发煤炭资源时需要结合地质水文情况进行适应性改进,在分析太原麦地掌煤矿地质构型的基础上,结合110工法设计有利于安全、高效开采的适应性方法,对部分技术进行优化和改进,同时制定质量检查项目和标准,对开采过程实施闭环管理,最终确保社会效益和经济效益双重提升,为110工法在类似煤矿的应用提供理论依据。

2205工作面110工法上隅角瓦斯超限治理实践

首旺煤业2205工作面实施110工法开采时采空区漏风严重,上隅角瓦斯超限问题频发。采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对治理方案进行模拟研究。结果显示:增加直径300 mm的超大直径埋管可有效提高抽采效果,现场施工后上隅角瓦斯体积分数降低至0.30%以下,工作面上隅角瓦斯超限问题得到有效解决。

“110工法”沿空留巷应用首个刨煤工作面“一通三防”管理技术

晓南矿北二采区“110工法”沿空留巷成功后开始应用在首个刨煤工作面,作为北二1402运输顺槽的应用,存在自然发火、瓦斯等隐患;根据晓南矿北一采区沿空留巷“一通三防”管理工作经验,结合刨煤工作面回采后采空区顶板不易冒落的特点,部分有毒有害气体从该沿空留巷侵入应用后的刨煤工作面及采空区,同时本煤层、上邻近煤层及顶板裂隙带本身瓦斯涌出量较大,致使该工作面在回采期间有瓦斯超标的现象,同时该留巷本身存在自然发火的隐患,针对“110工法”上述问题及隐患等难题进行分析研究,采取随时调整通风系统、调整风量、调整抽采方式方法、采取联合抽采等多种“一通三防”管理技术的方式,最终实现安全回采。

黄陵矿业一号煤矿“110工法”开采工艺尾巷底鼓治理技术研究

针对“110工法”沿空留巷尾巷留巷段的底鼓治理问题,以黄陵矿业一号煤矿1009工作面为研究背景,提出采用“垛式支架+U29型曲线挡矸柱+16^(#)工字钢+C30混凝土砼地坪”复合底鼓治理方案。现场工业性试验表明,在整个监测周期范围内,底鼓量峰值达到83 mm,整体底鼓较小,巷道变形得到有效控制。