Study on the Theory and Method on Identification of the Mobile Block in the Face-Contacted Blocks Structure in Rocks Between Coal Seams to Mine the Left-over Coal Above the Gob

In mining the left-over coal above the gob,stope wall rock of mining area have hard limestone.through field observation,the face-contacted block structure was found in rocks between coal seams to mine the left-over coal above the gob.In order to probe into the movement law of rock strata and strata control measures,it is very important to identify the mobile block in face-contacted block structure of rocks between coal seams.This paper relies on the thought of block theory to establish appropriate parameter matrix and figure out its discrimination matrix in view of the fact that the block in face-contacted block structure has high intensity and stiffness,the

煤的冲击倾向性对深部煤岩界面超低摩擦效应影响研究

为了揭示动载扰动下煤的冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤块为研究对象,首先通过单轴压缩试验测定了煤样冲击倾向性,然后采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以煤块滑动位移、动能表征冲击过程中超低摩擦效应强度,开展了应力波扰动下不同冲击倾向性煤块超低摩擦试验。研究结果表明:(1)超低摩擦效应强度受扰动频率影响存在频率显著影响区,强、弱、无冲击倾向性煤块频率显著影响区分别为2.5~3.5 Hz、2.0~3.0 Hz、1.5~2.5 Hz,频率显著影响区内煤岩界面更易发生超低摩擦效应。随着煤块冲击倾向性增强,频率显著影响区域整体右移。(2)超低摩擦效应强度与扰动幅值正相关,在高强度扰动下强冲击倾向性煤更易发生超低摩擦效应。(3)建立了有效弹性能释放速率指数与动能之间的拟合函数关系式,实现了用煤的冲击倾向性指标综合评价超低摩擦效应强度。

不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.

岩块尺度对采空区煤自燃区域的影响研究

为探究综放采空区岩块尺度对煤自然发火的影响,采用Fluent软件数值模拟不同直径岩块条件下采空区的煤自燃规律,分析采空区氧浓度场和风速场,分别以氧气体积分数和风速为指标,确定采空区氧化带面积并以二场叠加场作为采空区煤自燃危险区划分标准,研究煤自燃危险区域与岩块直径的关系。研究结果表明:当岩块直径由0增加到10 m时,以氧气体积分数为指标,氧化带宽度变小,面积由5563.84 m^(2)减至2602.69 m^(2);以风速为指标,氧化带面积由3376.60 m^(2)减至1262.95 m^(2);将2种指标确定的氧化带进行叠加得到煤自燃危险区,随着岩块直径的增加,其面积由1854.04 m^(2)减至552.91 m^(2),煤自燃危险区最大宽度由20.40 m缩减至9.06 m。研究结果可为采空区煤自燃发火区域的确定提供参考。

松软厚煤层区段煤柱剪切滑块运动机理及协同控制技术

松软厚煤层区段煤柱高、煤壁暴露面积大,加之煤质松软、裂隙发育,强采动作用下极易造成煤柱失稳,巷道维护难度极大。以山西伏岩煤业3号煤层开采为工程背景,基于剪切滑块理论,探究采掘扰动下煤柱变形破坏机理,求解煤柱剪切滑块运动范围及应力分布规律,揭示煤柱侧帮剪切滑块运动机理,提出煤柱稳定性协同控制对策并在现场进行工程实践验证。结果表明:①采用极限平衡理论与叠加理论,确定了煤柱剪切滑块运动范围及煤柱垂直应力分布规律,阐明煤柱剪切滑块安全系数分布规律:0~1.26 m深度,煤柱上部安全系数较小;在1.26~3.95 m处,煤柱中线部分大面积安全系数较小,易受顶板来压破坏。②提出了1种以“注浆加固—锚索强化—切顶卸压”为主体的区段煤柱协同控制技术,煤柱侧裂隙较无支护条件及原支护条件分别减少62.89%和46.26%,巷道围岩完整性大幅提高,形成了强承载结构,有效控制了煤柱变形及底臌。③根据松软厚煤层区段煤柱条件,合理确定了协同控制设计参数,并对煤柱防控效果进行试验监测评估。现场试验结果表明,煤柱裂隙得到充分填充,注浆后煤体强度提高63%以上;巷道位移、锚杆索受力、离层等均在可控范围,表明协同控制技术明显提高了煤柱承载力,回采巷道围岩变形得到有效控制,为工作面安全高效开采提供了空间保障。

大倾角大采高软弱顶底板工作面分区矿压规律研究

为研究内蒙古长城二矿大倾角大采高软弱顶底板复杂开采地质条件下,1305S工作面正常区、过渡区、卸压区的矿压显现规律及特征,建立了倾斜煤层采空区冒落矸石滑移充填数值模拟模型,采用数值模拟和现场实测相结合的研究方法进行研究。研究结果表明:沿倾斜方向,1305S工作面中上部所受垂直应力呈现出过渡区>正常区>卸压区的特点,工作面下部呈现出卸压区>过渡区>正常区的特点;1305S工作面推进过程中,平均周期来压步距为13.3 m,周期来压时支架工作阻力在26.75~33.05 MPa之间,沿工作面倾斜方向顶板所受垂直应力总体呈现出工作面上部>中部>下部的特点;巷道工作面一侧的边帮变形量较大。现场实测结果表明,回风巷顶板监测最大移进量为860.18 mm,运输巷顶板监测最大移进量为367.84 mm,两巷围岩移进量呈现出回风巷>运输巷的特点。

亚急斜煤层采空场覆岩变形破坏数值与相似模拟

依据煤层倾角及开采后顶板破坏特征及其影响不同,将倾角在45～60°的煤层称为亚急斜煤层,其开采过程中顶板影响相对显著。文中针对乌鲁木齐矿区,通过相似材料与数值模拟试验,对亚急斜水平分段放顶煤开采过程中采空场覆岩变形破坏特征进行了试验研究。研究结果表明:亚急斜煤层开采过程中采空场覆岩变形破坏主要沿煤层法向方向发展;基本顶(老顶)岩层破坏后并没有直接垮落,而是有可能形成一定的结构体——铰接岩块结构;关键层位结构体的回转失稳是造成大范围覆岩剧烈活动的根本原因;岩层结构的存在,特别是关键层位结构体的存在,使得覆岩大范围垮落对工作面的影响程度大大降低了,支架可以保持良好的运转,有助于工作面的安全高效生产。

块系覆岩中摆型波传播对巷道支护动力响应影响

为研究支护体自身的动力响应规律,通过理论和计算分析岩体中的非线性摆型波传播对巷道支护动力响应的影响,根据摆型波在非连续自应力块系上覆岩体中传播时的支护动力响应模型,研究上覆岩块间的黏弹性性质及岩块破坏对支护动力响应的影响。通过计算分析得出,上覆岩块间弹性下降时,支护的动态受拉和受压幅值随之下降且周期变大;上覆岩块间阻尼增大时,支护的受拉和受压周期不变,但周期内的微扰动逐渐消失且幅值略有下降;上覆岩块沿垂直冲击方向破裂成两个子块时,支护的受拉和受压次数增加。

不同块度煤系软岩崩解性室内试验研究

煤系软岩遇水易软化崩解,基于不同块度煤系软岩的崩解性室内试验,探讨了干湿循环作用下煤系软岩耐崩解性指数和崩解物粒径分布的变化规律,并分析了产生崩解的原因。试验结果表明:(1)随着干湿循环次数的增加,煤系软岩耐崩解性指数呈指数关系降低,且降幅主要发生于前3次循环,并以第一次干湿循环所致降幅最大;(2)不同块度煤系软岩的崩解物均可定名为级配不良砂,其中0.5～5 mm粒径的颗粒含量能较为清楚地反映煤系软岩崩解进程,故建议该粒径范围作为评定煤系软岩崩解稳定的标准之一。

巷道围岩破碎区吸能防冲性能研究

为了掌握冲击载荷在围岩破碎区传播衰减规律,揭示巷道围岩破碎区的吸能防冲机理,提高巷道支护系统的防冲支护性能。从理论上分析了围岩破碎区形成机理与吸能防冲机理,给出了破碎区半径解析解。为了深入研究破碎区煤岩的吸能防冲性能,采用落球冲击筒内煤岩块实验装置,研究煤岩散体块径及厚度对破碎煤岩散体的吸能缓冲性能影响,实验结果表明:破碎煤岩散体具有良好的吸能缓冲性能,随着煤岩散体块径的增大,煤岩散体的吸能缓冲性能有所提高;随着煤岩散体厚度的增加,煤岩散体的吸能缓冲性能增加,煤岩散体厚度增加到一定程度时,其厚度对吸能缓冲性能影响不再明显。研究破碎区煤岩在冲击载荷作用下的吸能缓冲性能,揭示围岩破碎区的吸能防冲机理,为研究围岩破碎区防治冲击地压以及研发新型吸能防冲支护技术提供依据。

围压与冲击扰动作用下组合煤岩超低摩擦效应分析

深部煤岩在垂直扰动作用下发生振动,当水平冲击足以克服块体间摩擦阻力时,极易发生超低摩擦型冲击地压。文章以细砂岩-煤-细砂岩组合块体为研究对象,考虑顶板-煤-底板临近工作面开采工况,采用数值模拟方法,建立围压与冲击扰动下组合煤岩数值模型,以煤块水平位移、垂直加速度差值作为超低摩擦效应特征参数,分析围压、垂直冲击及水平冲击对特征参数的影响规律。研究结果表明:在垂直冲击与围压共同作用下,煤岩体残余位移及水平位移峰值随围压增大且呈指数增长趋势;在垂直冲击、水平冲击和围压三者共同作用下,煤岩体超低摩擦效应强度与作用时间都随着围压呈增加趋势;垂直冲击对组合煤岩超低摩擦效应的影响最为显著。

导水断层防水煤柱合理留设的应力分析计算法

根据导水断层的地质及水文地质条件,在全面考虑影响导水断层防水煤柱尺寸诸因素的前提下,建立了不同的岩石力学模型。应用岩石力学有限元理论(弹塑性)反复解算不同煤柱尺寸情况下的围岩应力及其变化,进而采用“无拉应力分析原理”分析研究在变化的应力状态下煤岩层的稳定性(计算中所用到的参数都进行了合理的修正)。在此基础上,确定出最佳的导水断层防水煤柱尺寸[H_(cb)=F^e(σ^-)|σ^-=R_(trm)]。通过某矿区的实例分析,收到了良好的效果。

寿阳区块15#煤层井壁失稳室内实验研究

针对目前煤层气水平井钻井过程中面临水平段井壁失稳的问题,采用扫描电子显微镜和室内煤样实验方法,以山西寿阳区块15#煤层为研究对象,开展了煤岩全岩矿物、黏土矿物组成、煤岩微观结构、煤岩化学特性及力学特性等研究,得出了导致水平段井壁失稳坍塌的主要原因是钻井液对煤岩强度的破坏,并指出提高煤层井壁稳定性的措施主要集中在提高钻井液的抑制性与封堵性。

综放面覆岩运动“时-空-强”演化规律分析

综放面覆岩运动是制约安全开采的关键问题之一。以新疆大南湖一矿1303综放工作面开采为工程背景,基于对工作面覆岩运动"横三区"与"竖三带"经典理论的理解,将区块链式演化思想应用于综放覆岩运动数值模型构建与链式演化过程精细计算,构建开采扰动区覆岩物理与数值计算模型,并将其植入三维有限差分计算FLAC^(3D)程序,揭示综放面覆岩运动"时间-空间-强度"链式演化与失稳破坏规律。结果表明:大南湖一矿综放面覆岩垮落带与裂隙带分别约为16.8 m与115 m.具有承载性的岩层受到外力破坏,均会出现应力集中;岩层垮落根据承载层和开挖尺寸不同,出现"分离-协同"运动现象,应力呈现"集中-分离-集中"规律,重合后的应力演化集中,造成工作面强矿压作用,这对现场安全开采提供了科学指导作用。

中厚煤层切顶卸压小煤柱沿空掘巷关键参数研究

为解决青龙煤矿因围岩压力大带来的巷道帮鼓、顶板下沉、围岩变形大的问题,采用切顶卸压双向聚能爆破技术,结合理论分析、数值模拟、现场实测等方法对中厚煤层切顶卸压小煤柱沿空掘巷关键参数进行研究。提出了“切顶卸压预裂爆破技术”+“锚网索联合支护”的小煤柱沿空掘巷技术来应对传统小煤柱沿空掘巷在深部矿井所面临的问题。研究表明,当切断基本顶关键岩块,改变其断裂位置,能够减弱后期基本顶回转下沉对沿空巷道的破坏。切顶角度10°、切顶高度10 m、炮孔间距500 mm、煤柱尺寸5 m时卸压效果最佳。沿空巷道切顶段在掘巷期间顶底板移近量比非切顶段减小了32%;煤柱帮变形量比非切顶段减小39%;实体煤侧变形量比非切顶段减小42%。回采期间切顶段顶底板移近量比非切顶段减小24%;煤柱帮变形量比非切顶段减小30%;实体煤侧变形量比非切顶段减小27%。切顶卸压效果明显,对在深部围岩应力大、巷道变形严重难以控制的沿空掘巷矿井实施切顶卸压小煤柱沿空掘巷有一定借鉴作用。

浅埋深近距离煤层工作面出煤柱压架机理及防治措施

针对凯达煤矿6-2305工作面出煤柱时的液压支架压架问题,对压架内在机理和原因进行了研究。结果表明煤柱下开采时,第一关键层岩块滞后第二关键层岩块垮落;出煤柱时,由于挤推力的消失,关键层A2和A3岩块的同时垮落,造成压架事故的发生;液压支架工作阻力富裕系数小,单一大流量安全阀可靠性低。提出了合理的预防措施。

浅埋深矿井回采巷道底鼓治理技术研究

为解决补连塔煤矿综采工作面巷道底鼓严重的问题,在底板软岩、采动压力大的条件下分别应用了反底拱法、混凝土预制块法、隔离煤柱法等底鼓治理技术,结果表明:采用反底拱法时巷道两帮最大移近量400 mm,顶底板最大移近量890 mm;采用混凝土预制块法时两帮最大移近量400 mm,顶底板最大移近量990 mm,采用隔离煤柱法时两帮最大移近量400 mm,顶底板最大移近量900 mm,应用反底拱法、混凝土预制块法、隔离煤柱法等底鼓治理技术取得的效果基本一致,但从经济效益方面考虑应选用混凝土预制块法。

马丽散在煤仓注浆堵水及矿井围岩加固上的应用

通过调研及试验,针对矿井的实际情况利用马丽散配以一定比例的催化剂对矿井煤仓漏水现象进行了注浆堵水处理,对巷道围岩进行了注浆加固,取得了很好的效果,保证了矿井的正常生产。

基于煤层“三结构”的煤岩品质综合评价

为解决煤层气勘探开发过程中煤岩品质评价问题,梳理出煤岩品质评价关键要素为“三结构”即煤层结构、煤体结构和宏观煤岩类型结构。以沁水盆地SZB区块3号煤层为例,依托27口煤层气参数井煤岩描述和常规测井资料,分别建立了基于测井响应的煤岩“三结构”定量表征方法,形成了一套煤岩品质定量化评价体系。依据煤岩品质评价结果,研究区以Ⅰ类优质煤岩和Ⅱ类良好煤岩为主,主要特征表现为夹矸不发育或者发育较薄,以原生结构煤和碎裂煤为主,光亮煤和半亮煤发育,平面上主要发育在研究区东部和中部;Ⅲ类较差煤岩主要发育在研究区西部。该评价方法不仅可应用于煤层气优质储量和可采性评估,还可以用于指导煤层气井位部署、射孔选层以及排采制度制定等。

赵固二矿11020工作面安全煤(岩)柱留设研究

为实现赵固二矿11020工作面变分层开采为大采高一次采全高开采,提高开采效率,在水文地质勘探、土工试验、点荷载强度试验以及干燥饱和吸水率试验的基础上,研究工作面上覆岩层的富水性以及阻隔水特征,论证工作面留设防砂安全煤(岩)柱的可能性,并利用现场实测、经验公式、数值模拟等手段预计"两带"发育高度。研究结果表明:11020工作面大部分区域均可留设防砂安全煤(岩)柱进行一次采全高开采,对于部分疏放后钻孔涌水量仍大于15m^3/h的区域,应留设防水安全煤(岩)柱,利用该区基岩柱厚度反算安全采高。