新景矿带压开采技术研究

新景矿的煤层都具有良好的隔水层,但是在开采时仍有突水的可能性。因此,为了保证开采的安全性,需要对新景矿的地下水带压开采进行评价。在带压开采评价时,采用了五图-双系数法,双系数的取值均为0.06 MPa/m。研究结果表明,3^(#)、8^(#)、9^(#)、15^(#)煤层带压开采时,在井田内双系数均小于0.06 MPa/m,正常情况下,发生突水的可能性极小。可以为煤矿带压开采提供一定的参考。

水峪煤业2号煤层带压开采可行性分析及评价

随着开采深度的增加,煤层底板突水成为影响矿井安全生产的重要地质灾害之一。以水峪煤业2号煤层带压开采为工程背景,对奥灰水地下水流场、富水性及隔水层阻水能力等进行分析,并采用突水系数法对2号煤层突水危险性进行计算,得到底板奥灰水突水系数为0.0102~0.0403 MPa/m,突水系数值均小于0.06 MPa/m,确定突水危险性分区为Ⅰ区,属于带压开采相对安全区。为避免矿井水害的发生,制定了带压开采技术措施,保障了水峪煤业的安全生产。

煤矿钻孔成缝切顶卸压技术

切顶卸压技术作为一种被广泛认可的有效巷道支护手段,在改善巷道内的应力分布和减轻围岩变形方面发挥着积极作用。为解决西川煤矿1123运输巷道所面临的应力问题,以及减少围岩变形的需求,提出了钻孔成缝切顶卸压技术。此技术能把钻孔深入到高压带,卸压效果好且灵活可靠,适用于煤层中较为坚硬的岩石,具有较高的可靠性和实用性。通过应力函数法的精确计算,确定了适用于该煤矿的钻孔的上下阈值,分别为14.14和6.32,通过数值仿真软件对不同孔间距下的顶板垮落状态进行深入分析,研究切顶前后实体煤的应力分布规律。结果表明:切顶卸压技术显著改善了顶板的冒落性,可有效地预防冲击地压的发生;同时该技术能够有效地降低应力转移比例,使实体煤中应力峰值下降25.44%,峰值点内推179.18%。研究结果可为后续小煤柱留设和支护方式的选择提供参考。

急倾斜煤层水平分段开采煤层厚度变化区矿压显现规律与防治技术研究

针对急倾斜煤层水平分段开采煤层厚度变化区冲击压灾害频发现象,以王家山矿2号井水平分段开采工作面为工程背景,采用有限差分数值模拟(FLAC3D)方法,研究了急倾斜特厚煤层水平分段开采应力场和塑性区演化规律,揭示了急倾斜煤层水平分段开采煤层厚度变化区冲击矿压发生机理,并提出了防治对策。研究结果表明:在煤层厚度发生改变时,两巷道附近走向高应力逐渐在煤层厚度变化区内集中,直至转移至回风巷道顶板附近,最大值可达到40MPa,易导致回风巷道顶板出现冲击矿压情况。研究结果与现场实测相吻合。

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。

基于五图-双系数三级判别法的煤层底板突水危险性评价

为了更准确地评估北辛窑煤矿6^(#)煤层底板突水的危险性,在充分考虑井田水文地质条件和区域构造位置的基础上,采用五图-双系数三级判别法对6^(#)煤层底板奥灰水突水危险性实行分区评估,以确保带压安全开采,为煤层安全开采提供技术支撑,也便于更深刻地认识煤矿安全生产指导工作的重要性。五图-双系数三级判别法是一种有效的方法,可以用来评估底板突水的危险性。

卸压槽法在修复煤矿破损井壁中的应用

卸压槽法修复破损井壁对保障煤矿的安全、持续生产具有重要意义。以临涣煤矿东风井修复实例,根据实际地层参数计算分析井筒与地层相互作用,获得等效含水层收缩量,在此基础上,利用FLAC^(3D)有限差分软件建立模型,分析不设卸压槽疏水及在-237 m设卸压槽疏水的2种工况条件下的井壁受力及位移情况。结果表明,在-227 m处设置卸压槽后,竖向应力变为渐进连续分布,井筒整体承载能力提升;卸压槽对疏水沉降层中的井壁有显著的卸荷作用,改善三隔下部井壁应力的集中现象;卸压槽的存在使得井筒自身可发生垂直收缩,其与岩土层共同作用的整体沉降量增加。

煤矿深井开拓方式和矿压控制技术

深井开拓是煤矿行业中比较困难的一种采矿方法,因此,对于煤矿深井开拓方式开发与应力的控制一直备受重视。该技术的科学运用可以在某种程度上确保矿山开采的正常进行,同时对保障工人的工作安全具有重要的作用。本文重点从煤矿深井开拓方式的特点出发,对煤矿深井开拓方式和矿压控制技术展开了深入的探讨,期望可以在此基础上,为我国的煤矿深井工作的科学发展,推动其开拓技术和矿压控制技术的持续进步与创新。

极近距离煤层重复采动影响下卸压瓦斯综合治理技术研究

针对极近距离煤层重复采动条件下工作面瓦斯涌出量大、回风隅角瓦斯易超限等问题,以彬长矿区大佛寺煤矿为工程背景,提出了“分区段”卸压瓦斯综合治理方法,并在40201综放工作面开展了工程实践。结果表明:40201综放工作面瓦斯涌出量大、回风隅角瓦斯易超限是由4号煤层顶板与4上号煤层采空区底板隔厚h不均、瓦斯抽采措施不合理等因素耦合造成的。应采取与h相对应的卸压瓦斯治理措施:h<8 m时,采取“上隅角迈步式埋管+风排瓦斯”的方式;8≤h<15 m时,采取“高位卸压钻孔+上隅角迈步式埋管+风排瓦斯”的方式;h≥15 m时,采取“高位定向钻孔+上隅角迈步式埋管+风排瓦斯”的方式。通过合理选择并实施卸压瓦斯抽采措施,有效降低了工作面瓦斯涌出量,回风隅角瓦斯未超限,确保了工作面的安全回采。

旧采残煤综合机械化长壁复采的几个问题

为解决目前我国大面积旧采残煤如何实现安全复采的问题,通过分析以往我国井工开采煤矿采用房柱式、条带式等旧式采煤方法开采后的残煤资源总量及其埋藏深度,初步得出我国残煤资源总量达802亿t,80%为埋藏深度150 m以浅的残煤赋存基本特点,以及赋存残煤资源老矿井的采空区瓦斯、水及顶板的赋存特征。并在此基础上提出了旧式残煤长壁综合机械化开采方法、分区布局、采空区积水与积气的分区处置原则与方法。以山西阳城西河煤矿旧采残煤区复采为例,通过太原理工大学研制的大型三维相似模拟试验台,以三维相似模拟的方法,进行了针对旧采残煤综采复采两类工作面布置方法进行的三维相似模拟试验研究,给出了工作面长度方向平行与30°角斜交采空区空巷2种走向布置方式时,旧采长壁复采采场的顶板垮落形态、垮落方式、垮落步距,特别是架前垮落概率和对支架影响的新的特征与规律。得出旧采残煤综合机械化开采工作面长度方向与采空区空巷应成30°以上角度斜交布置,即可顺利实现旧采残煤的综合机械化复采。

矿山压力对煤矿瓦斯涌出影响实验分析及其控制

为了在室内再现工作面煤岩瓦斯涌出量随开采过程矿山压力变化的响应过程,利用自主研发的温度-压力耦合气体运移实验系统,进行了应力状态改变下的气体解吸-运移室内模拟实验。实验中在恒温条件下对煤样进行单轴压缩破坏和施加围压两个应力变化过程,实验全过程实时监测逸出气体压力、流量,并抽样检测气体浓度和成分。实验结果表明逸出气体压力和流量随应力状态变化相应明显:气体在样品破坏和围压降低瞬间出现了负压现象;逸出气体流量与应力状态变化呈近似正相关规律且流量变化略滞后于应力状态改变。结合现场经验提出了以"短壁梁理论"为基础的110工法的矿山压力控制对策,以唐山沟8820工作面液压支架压力监测情况为例展示了其对周期来压的控制效果。

矸石(固体废物)直接充填采煤技术发展现状

总结了矸石直接充填采煤的技术框架,系统地介绍了综采矸石充填技术、普采矸石充填技术和掘巷充填技术的充填开采系统布置、关键设备及充填开采工艺;研发了矸石直接充填采煤技术中矸石自地表向井下运输的大垂深投料系统,并对其进行了优化设计;以综采矸石充填技术为例,分析矸石直接充填开采矿压规律的等价采高模型,得到了充填综采采场所需支护强度,以及充填综采与传统综采支护强度修正系数η,并对充填开采后的地表沉陷进行了预计和实测分析,得出了充填开采较传统综采采场矿压显现减弱、地表变形等级仅为轻微的结论;从实现煤炭资源绿色开采应重视的基础科学研究、重点技术攻关等方面对今后矸石(固体废物)直接充填采煤技术相关研究进行了展望.

急倾斜特厚煤层水平分层开采矿压特征

运用相似材料模拟、数值模拟、现场实测等研究手段,对急倾斜特厚煤层分层开采的矿压特征进行了研究,初步揭示了急倾斜特厚煤层开采顶板岩层移动的复杂性、周期来压的双重性、陷落区的叠加性和动态性、应力场和位移场的不均衡性等特有规律,分析了巷道支护困难、易底臌、动力冲击等矿压现象的原因.

浅埋综放L工作面开采方法及其矿压实测研究

根据路天煤矿16#煤层的具体条件,提出并成功实践L形巷道布置的开采方法。通过现场实测分析,研究L工作面浅埋综放开采时顶煤和顶板的垮落特征、支架的工作阻力、地表塌陷规律及填埋碾压技术等,分析L工作面顶板破裂扩展及分块垮落顺序,建立浅埋综放开采的拱–台阶岩梁组合力学模型,揭示浅埋综放的覆岩移动规律及破煤机制,并给出维护顶板稳定的支架阻力计算公式。研究结果表明:(1)L工作面开采方法是一种高效、安全、高回收率的采煤方法,采露头煤或者露天转井工开采时可以借鉴;(2)在合适的煤层条件下,浅埋深放顶煤开采在技术上是可行的;(3)周期来压步距随覆盖层厚度的增加呈增大的趋势;(4)工作面中部周期来压显现明显;(5)地表变形垮落可分为4个阶段,填埋碾压应分2个阶段进行;(6)为提高端面顶板和煤壁的稳定性,应提高支架初撑力。研究结果对类似条件下的开采方法及矿压规律研究具有积极的指导意义。

基于M-Ⅱ型瓦斯压力测定仪+套管法的穿多煤层测定瓦斯压力技术

针对穿多煤层条件下测定煤层瓦斯压力时存在的钻孔封孔段密闭问题、所穿多煤层段松软孔壁垮塌问题以及由于多煤层孔壁裂隙连通造成的压力区分问题,提出了一种基于M-Ⅱ型瓦斯压力测定仪+套管法的穿多煤层测定瓦斯压力技术,阐述了该技术的原理及工艺,介绍了该技术在某煤矿煤层瓦斯压力测定中的具体应用。经煤层瓦斯压力间接计算法检验可知,该穿多煤层测定瓦斯压力技术能够准确、快速地测定煤层原始瓦斯压力,效果良好。

基于缺陷法孤岛工作面冲击地压防治技术研究

针对孤岛工作面冲击地压事故频发的问题,通过在孤岛工作面高应力区域采用缺陷法防治冲击地压的技术,在孤岛工作面采用人为缺陷体转移应力场,在应力场转移过程中伴随着能量持续、缓慢的释放,并且能够形成卸压保护区,降低冲击地压危险性。采取卸压巷、爆破钻孔、大直径钻孔等人为缺陷技术方法,能够有效起到应力向工作面深部转移、能量释放的效果,并采用主动应力监测技术进行了效果检验。观测结果表明:通过缺陷体预先卸压,应力得到了有效降低与转移,工作面未出现应力积聚的现象。

高水压工作面底板注浆加固技术研究

作为焦作矿区的新建矿井,赵固二矿底板富水性强,水压大,隔水层薄,严重影响工作面安全生产。为了保证工作面安全生产,在简单分析试验工作面概况的基础上,提出了底板加固技术及其具体的技术指标,设计了"分散制浆、细管输浆、双重固管防喷、反复透孔注浆"的超高压注浆方法,直流电法探测结果表明,注浆对底板加固改造效果理想,该成果对高水压工作面注浆加固具有一定的参考价值和指导意义。

考虑微孔超压环境的煤储层含气量计算方法

目前在煤储层含气量的计算过程中,普遍采用测井、试井等得到的储层压力代替气相压力进行反演计算,但由于超压环境下二者不能等同,故导致这一计算结果并不准确。为此,采集山西、河南不同煤级的煤样进行了煤孔隙毛细管压力测试,结合煤层气成藏过程和煤层生排烃史分析了煤储层微孔超压环境的形成机制,据此建立了考虑微孔超压环境的煤储层含气量计算方法,并对河南焦作中马村矿下二叠统山西组二段1号煤层的含气量进行了计算及分析。结果表明:1煤形成演化过程中不断有部分固体有机质转化为气体和水,在其孔隙内必然会出现气水两相界面,由此产生毛细管压力,致使其微孔内气相压力远高于静水柱压力,形成微孔超压赋存环境;2由于微孔超压环境的存在,致使气相压力高于储层压力,基于常规储层压力评价煤储层含气量的计算方法将导致煤储层含气量被低估;3微孔超压环境主要影响3~100 nm孔隙内煤层气含气量的计算,尤其是3~10 nm孔隙,而对于超过100 nm的孔隙则影响不大。结论认为:所建立的煤储层含气量计算方法厘清了煤层气赋存的压力环境,保证了煤储层含气量计算结果的准确性。

正压密封方法数值模拟及其在矿井防灭火中的应用

为控制采空区火灾和防止有毒有害气体外泄,基于矿井空气流动理论和均压防灭火方法,建立气室注氮正压控制密闭漏风数值模型。分析气室内氮气正压对采空区密闭漏风行为的控制规律,并以恒大煤矿2132工作面采空区火灾控制为实例进行验证。实例结果表明,在气室内连续注入的氮气的相对正压作用下,通风巷道向采空区漏风的速率迅速减小,并最终停止和反向,形成由气室向通风巷道微量漏氮状态;当采空区抽采负压在-300 Pa,瓦斯流量为30 m3/min,瓦斯体积分数为70%时,保持气室注氮流量0.2 m3/min、正压15 Pa,回风巷处采空区内O2体积分数在1天内降至5%以下,C2H2在3日内消失,C2H4在15日内消失,CO在26日内消失,温度在35日后降至30℃以下,采空区火灾得到控制。

露天边帮煤井工长壁综放开采工作面顶板压力计算

受露天矿剥离和内排回填的影响,采用井工长壁采煤法回采露天矿边帮煤的采煤工作面的顶板结构、覆岩活动规律、矿山压力显现规律与常规井工矿井地层条件下的工作面相比存在显著差别,因此,顶板压力计算方法也需要根据露天矿边帮煤特殊的顶板覆岩结构特点和应力场环境进行理论和实验研究。以黑岱沟露天矿一采区西帮和南帮煤为研究对象,分析其边帮煤层顶板覆岩结构特点。对于经过内排回填,且剥离较多的低台阶处煤层仅保留较薄且强度较低的基岩顶板,其上覆盖厚层的松散排土。这种软弱薄基岩厚松散覆盖层的顶板本质上不存在关键层,露天矿台阶下保留的软弱薄基岩仅仅作为井工长壁工作面的直接顶提供有限的保护作用。由于厚层的松散排土载荷作用,软弱薄基岩的破碎也较为严重。按照传统的矿山压力理论,这种不存在关键层的软弱薄基岩厚覆盖层的顶板压力应当按照支架上方全部岩层重量进行计算。然而,根据相似材料实验结果显示,支架实际受压比其上方岩层重量小得多。实验证明在没有关键层的顶板岩层中仍然存在某种保护结构。根据实验观察和矿山压力理论分析,结合放矿理论,提出了软弱薄基岩厚覆盖层的椭球拱结构和直接顶自承能力相结合混合力学模型。在露天矿边帮下煤层还存在另一种未进行内排回填的薄基岩无覆盖层的顶板覆岩类型。对于这种顶板覆岩类型,提出了薄基岩无覆盖层的台阶式悬臂梁结构和直接顶自承能力的混合力学模型。本文总结了露天矿边帮煤层3种顶板覆岩类型,推导建立了露天边帮煤井工长壁开采工作面3种顶板结构条件下的顶板压力计算解析公式。按照软弱薄基岩厚覆盖层的椭球拱结构和直接顶自承能力相结合混合力学模型计算的顶板压力与相似材料实验结果相吻合。考虑了直接顶自承能力计算的顶板压力比传统不考虑直接顶自承能力的顶板压力小约14%。采用实验和理论分析方法,对露天边帮煤井工长壁工作面开采过程顶板垮落、覆岩活动,顶板压力计算等矿山压力问题进行了系统研究。