特厚煤层小煤柱沿空掘巷支护技术研究

小煤柱沿空掘巷过程中易出现巷道围岩变形大、局部鼓出等现象,针对这一问题,采用理论分析、数值模拟、工程类比的方法,对巷道基本顶破断方式进行了判断,并采用数值模拟分析不同宽度下煤柱的应力及位移变化规律,初步确定了煤柱留设宽度为8 m;对比邻近矿井的沿空掘巷案例,采用工程类比法最终确定了煤柱宽度,并对巷道支护方案进行设计,现场应用效果良好。

特厚煤层沿空掘巷围岩支卸协同控制技术

针对特厚煤层小煤柱沿空掘巷大范围塑性全煤巷道锚网索的支护难题,以塔山煤矿8204-2小煤柱工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析等方法,揭示了锚杆、锚索对沿空大范围塑性全煤巷道的支护机理。锚杆支护主要作用于浅部二次破碎区煤体,形成浅部连续承载结构;锚索主要作用于深部处于三向受力状态的稳定煤体,形成更大范围的连续稳定承载结构;进一步明确了锚杆、锚索有效长度的计算方法,形成了以高预紧力、高强“锚-网-索”支护为基础,以坚硬顶板井下磨料水射流切顶卸压、巷帮大直径钻孔卸压、底板卸压槽卸压为辅的“支卸协同”小煤柱沿空巷道围岩控制技术体系。工程应用结果表明,试验巷道围岩最大变形量小于700 mm,能够满足使用要求。

基于穿层钻孔声波远探测有限元方法的煤岩界面成像

小型地质构造是造成煤与瓦斯突出事故的主要因素,小构造的精准探测是亟需解决的关键问题。煤岩界面高精度探测是查明小构造,实现透明工作面的基础。声波远探测技术具有探测范围大、分辨率高、可成像等优点,能够实现对煤岩界面的精准识别。为此,提出了基于穿层钻孔声波远探测的煤岩界面探测技术,通过在井下穿层钻孔内布置声波远探测仪,采集孔周煤岩分界面产生的阵列波形,并利用反射波信息反演获得煤岩界面成像图,进一步结合钻孔群,实现工作面的整体勘察。首先,利用COMSOL Multiphysics软件构建出煤系单极远探测数值模型;然后通过模型正演分析全波信号与波场快照的全时空变化规律;最后对远探测声波数据进行反演实现煤岩界面的偏移成像。正演结果表明:模型中煤层的纵波波速比顶底板岩层慢1.2 km/s左右,声波在煤层中传播时能量衰减得更快,同时声波穿过煤岩界面时会出现主频的漂移;当测点趋近于仪器从底板岩层向煤层过渡的位置时,直达波的变化特征为幅度的骤降与声时的增大,而界面反射波的特征为时间-深度域中倾斜同相轴的斜率改变。对采集到的波形数据进行滤波、波场分离、反射波增强、偏移成像四个步骤完成模型反演,成像结果与原始模型相似度高,煤岩界面倾角误差0.6°、煤厚误差0.212 m,穿层钻孔远探测声波有限元方法可以有效地反演出煤岩界面的位置和形态特征。该研究可为声波远探测技术应用于穿层钻孔煤岩界面识别提供基础理论支撑。

浅埋煤层留小煤柱沿空掘巷技术研究与应用

在凤红煤业151302工作面采用沿空掘巷工艺技术,通过理论计算并结合数值模拟,综合分析确定了小煤柱的合理尺寸为5.0 m,同时优化了小煤柱巷道支护参数方案。工程应用结果表明:采用留小煤柱沿空掘巷技术,锚杆索受力远低于破断载荷;巷道顶板下沉位移在200 mm之内,回采帮内位移位小于200 mm,煤柱帮内位移在150 mm之内,巷道围岩和小煤柱皆处于稳定结构状况,整体围岩控制效果良好。

小断层附近煤与瓦斯突出危险性预测

煤与瓦斯突出危险性预测关系到瓦斯治理措施的有效实施。为提高煤层隐伏小断层附近瓦斯治理的效果,结合煤与瓦斯突出的主要影响因素,提出了小断层附近煤与瓦斯突出危险的动态分析方法,包括瓦斯地质条件勘查、瓦斯地质数值建模、采动应力场演化及煤与瓦斯突出预测等流程。以古汉山煤矿14171采煤工作面为例说明该方法实施过程,在瓦斯地质条件精细勘查基础上构建数值模型,开展了工作面开采前,以及开采过程中的采动应力场数值模拟分析,发现煤层在开采前应力集中区出现在断层端部偏一侧部位、在开采过程中沿断层走向一侧范围出现应力集中,预测在小断层端部偏一侧15 m范围内有煤与瓦斯突出危险,开采距断层小于21 m范围内煤层存在煤与瓦斯突出危险,煤与瓦斯突出危险带的分布范围为区域防突措施评判和工作面预测提供了理论指导。现场实施的检验钻孔表明,瓦斯解吸指标Δh2和钻孔瓦斯涌出初速度指标q在开采距小断层8~20 m范围内出现异常增大现象,该范围煤与瓦斯突出危险性大,与煤与瓦斯突出动态分析的结果基本吻合,佐证了该方法的有效性。研究成果为复杂构造带煤与瓦斯突出预测开辟了新思路,为相似地质条件下矿井开展瓦斯治理工作提供了技术借鉴。

深部煤层沿空掘巷小煤柱合理尺寸留设研究

采用实验室实验、数值模拟、现场实验等方式进行研究,确定深部煤层的沿空掘巷小煤柱合理尺寸。通过物理力学实验,获得了淮南矿区丁集矿1121(3)工作面煤岩的密度、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等参数。测量了该区域的地应力,为后续的理论计算、数值模拟提供了可靠的数据。采用数值模拟的方法研究,综合考虑沿空留巷煤柱的应力、竖向位移、塑性区分布特征情况,兼顾煤炭采出率及预防冲击现象,初步确定煤柱宽度为5 m较为合适。工业性实验监测数据显示顶板的位移范围最大值为86 mm,两帮最大范围为145 mm。在一定程度上达到了巷道围岩的控制要求,5 m煤柱尺寸具有一定的科学性与合理性。

小煤柱护巷技术在厚煤层中的应用

煤矿开采过程中,小煤柱存留的目的就是隔离巷道和采空区,避免采空区内存在的蔓延和危险气体会蔓延到巷道,影响后续开采作业,引发事故。本文以小煤柱护巷机理为切入点,阐述了控制沿空掘巷围岩思路,最终依据工程实例,针对小煤柱护巷技术在厚煤层中的具体应用进行探讨。

特厚煤层小煤柱稳定性及合理护巷宽度分析

针对特厚煤层小煤柱稳定性差的问题,以一煤矿为例,介绍一种特厚煤层小煤柱稳定性及合理护巷宽度分析方法。首先,将煤矿作业面各岩层密度、抗拉强度等参数录入到FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)软件内,由该软件自动构建出煤层三维立体模型,之后以此为基础,根据作业面开采情况分别向模型施加一定应力,由软件自动对模型掘进巷道、回采阶段及小煤柱巷道围岩力学特性进行分析,以寻找出整个巷道内的薄弱点,最后根据力学特征分析结果,设计出最佳的小煤柱巷道支护方案,提升整个特厚煤层的稳定性,防止煤矿开采过程中出现巷道坍塌等问题,具有一定的应用价值。

保安煤矿褶曲构造影响区三软煤层巷道变形特征及支护优化

保安煤矿运输巷在褶曲构造影响区掘进时,随着围岩破碎程度增加,受构造应力发育等影响,出现原有架棚支护无法有效控制围岩变形的问题。在综合地应力测定、认识围岩破碎分布范围及原支护围岩变形特征基础上,提出采用留断面+锚杆(索)+围岩注浆+钢架棚方式进行支护。通过适当增大巷道断面,允许围岩出现一定变形,以便释放部分围岩应力;通过注浆改善围岩承载能力及稳定性,提升锚杆(索)与围岩耦合效果;采用架棚+单体支柱+金属网,给巷道表面围岩施加较大作用力,并与锚杆(索)、围岩共同配合,控制围岩变形。经工程应用,运输巷围岩变形问题得以较好解决,为构造影响区三软煤层巷道围岩支护提供借鉴。

特厚煤层动压巷道小煤柱护巷技术应用

以A特厚煤层煤矿39204工作面为例,介绍一种适用于特厚煤层动压巷道的小煤柱护巷技术。采用FLAC3D数值模拟软件对特厚煤层动压巷道围岩应力分布及变形情况进行仿真分析,结合小煤柱动压巷道控制理论,设计了特厚煤层小煤柱动压巷道控制方案,并将该方案应用于A特厚煤层煤矿工程实践,确认所提出的特厚煤层动压巷道小煤柱护巷技术具有较强的可行性。

特厚煤层综放开采小煤柱巷道支护技术研究

特厚煤层综放开采时巷道更容易变形,对支护方案提出了更高的要求。在对某特厚煤层进行概述的基础上,结合煤层实际情况设计了小煤柱巷道支护的技术方案。方案主要是使用锚杆、锚索、W型钢带、钢筋网、金属网等进行联合支护,锚杆和锚索的规格型号分别为Φ22 mm×2400 mm和Φ21.8-1×19-6300(或4300)mm。巷道破碎区域可以使用W型短节钢带、矿用工字钢、高强度蝶形托盘等进行强化支护。通过实践观察,发现巷道围岩变形量在可以接受的范围内,锚杆和锚索的预紧力也在理想范围内。支护方案有效保障了小煤柱巷道的稳定性。

井约束处理技术在高精度煤田地震勘探中的研究与应用

小微构造识别、薄煤层预测等一直是煤田地震勘探解释层面的难题,解决问题的关键在于拥有一套高保真、高信噪比、高分辨率的地震数据体。为提高地震数据体品质,将井约束处理技术应用于煤田地震勘探数据处理中显得尤为重要。本文将井约束处理技术应用到山西赵庄煤矿三维地震资料处理中,解释成果通过钻孔、工作面和巷道进行了验证,达到了精细识别小微构造、薄煤层的目的,论证了井约束处理技术在高精度煤田地震勘探资料处理中的可行性与优越性。

厚煤层沿底托顶小煤柱巷道支护技术

为进一步探究厚煤层沿底托顶小煤柱巷道掘进开采模式下的支护方案优化举措,结合具有该特征的某矿井作为实际研究案例,首先通过三维建模分析,确定其当前存在的位移量偏大、应力偏高和塑性区大面积分布的问题,辅以文献研究,确定具体的巷道支护方案及参数。从数值模拟分析和现场实测2个角度同时着手,对巷道支护方案进行测试。结果显示,优化后的支护技术方案在降低应力和变形方面均发挥出较为显著的作用,证明该技术方案具有一定的实际应用价值。

复采残采煤层小煤矿开采技术研究

平顶山市新华区为全国重点产煤县 (区 ) ,区内煤矿以乡镇小煤矿为主 ;小煤矿井田多位于平顶山煤业集团大型矿井浅部报废水平内 ,主要开采残留煤柱和采后剩余底部煤层。笔者根据新华区小煤矿生产的特点 ,总结、规范了复采残采煤层小煤矿井田开拓、采煤方法 ,重点研究了房柱式采煤法采准巷道布置和采煤工艺 ,特别是保持煤房稳定、提高采煤工作面安全生产的特殊支护问题 ;同时结合小煤矿生产中存在的主要问题 ,依据煤炭行业的法律、法规 ,提出了小煤矿采煤方法改进的技术措施。上述研究成果 ,对规范我国小煤矿的采煤方法、提高小煤矿的安全生产能力、推动小煤矿由数量型向质量效益型转化、发展地方经济都具有重要的现实意义。

海孜煤矿构造变形及其对煤厚变化的控制作用

分析了海孜煤矿岩、煤层组合特征 ,总结了 7,8,9,1 0煤层的断层、层滑构造和煤厚变化情况 ,探讨了断层与层滑构造的形成机制以及构造变形对煤厚的控制作用 .结果表明 :7,8,9,1 0煤层等软弱层属于塑性层 ,而各煤层及顶底板岩层组合及构造变形又有较大区别 .在多期构造应力场作用下 ,7,8,9煤层以层滑构造发育为主 ,形成煤层急剧增厚变薄带 ,并见压剪和张剪性两种层间断层 ;1 0煤层以中小型剪切式断层为主 ,层滑构造发育程度次之 ,煤厚变化幅度较小 .

特厚煤层小煤柱沿空掘巷数值分析及应用

沿空掘巷开采技术成功的关键主要取决于采场覆岩稳定的时间和沿空掘巷的位置。采场采动岩体运动导致围岩应力重新分布,动态采场应力作用于围岩并使其状态发生灾变是发生矿山灾害的根本原因。特厚煤层分层综采巷道布置(包括内错、外错和垂直),合理确定煤柱尺寸、巷道支护方式和参数选择能够最大可能发挥围岩的自承能力,是提高巷道稳定的重要保证。在稳定的内应力场范围内布置小煤柱护巷,能够明显提高巷道围岩稳定状态,减少巷道维护费用。通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法,对特厚煤层下分层沿空掘巷小煤柱不同巷道布置设计,通过煤柱的应力、应变和位移进行对比分析,确定特厚煤层下分层沿空掘巷合理的巷道位置和煤柱尺寸及上覆岩层防控技术,并得到工程验证是正确可靠的,从而为特厚煤层小煤柱开采技术提供了重要的科学依据。

赵各庄矿极复杂区域保护煤柱留设数值模拟研究

针对赵各庄急倾斜、大断层和采空区下极复杂区域煤层开采中煤柱留设宽度问题,理论分析了极复杂区域煤柱留设条件:一是作为断层保护煤柱,二是作为9煤老空区保护煤柱。将断层煤柱划分为采空区一侧煤体塑性区、有效隔水煤柱的弹性区和断层处煤体裂隙带三个区域,分别计算煤柱宽度。在理论分析和数值模拟基础上,建立了极复杂区域老空区下急倾斜煤层开采保护煤柱数值模型,模拟分析了工作面无煤柱、煤柱距离32m和64m三种不同情况开采时工作面围岩应力变化、围岩位移变化和塑性破坏区等情况,直观分析解释煤柱留设的依据。结合现场地质条件,计算赵各庄3839区域煤层开采煤柱留设宽度为66.2m。

浅埋深特厚煤层小煤柱沿空掘巷强力支护技术研究

根据千树塔煤矿浅埋深特厚煤层地质条件,采用数值模拟并结合工程类比的方法,分析确定该煤矿沿空掘巷护巷煤柱宽度为8 m。提出了千树塔煤矿小煤柱沿空掘巷护巷的基本支护思路:保证围岩整体有足够的支护强度和刚度;薄弱部位进行重点控制;遵循控制效果与经济成本的合理平衡原则。提出了千树塔煤矿小煤柱沿空掘巷护巷高预应力强力支护技术方案并进行了现场实践,结果表明:运输巷道掘进期间围岩整体变形量在100 mm以内;工作面回采期间围岩最大变形部位为煤柱侧帮,最大位移量约为295 mm。实现了巷道掘进和工作面回采期间运输巷围岩的稳定与安全。

中小煤矿在浅埋薄基岩下开采灾害防治研究

长壁留煤柱采煤法是陕北煤田中小型煤矿在采用单体支柱难以抗御剧烈的动压显现,在采空区留煤柱以支撑顶板防止切落而采用的一种特殊的采煤方法.在有限煤柱群的支撑下,顶板可能形成大面积悬露不垮,最终导致大面积整体垮落,这种大面积垮落的机理不同于坚硬或极坚硬顶板大面积垮落.针对陕北煤田中小煤矿采用的长壁留煤柱开采,其防灾减灾的技术目标是区分两类不同性质的煤柱,即区内煤柱和区域间的隔离煤柱,实现隔离小区域的适时无灾害垮落,防止跨隔离区的大范围垮落.建立防止大型顶板事故的“设计-诊断-监测-识别-对策”体系.

大采高工作面小煤柱合理宽度研究

为了确定厚煤层大采高工作面留小煤柱的合理宽度,采用数值计算和理论分析相结合的方法,对不同宽度煤柱进行了对比分析,得出了随煤柱宽度变化的煤柱应力和破坏演化规律,揭示了小煤柱的屈服让压特征,建立了小煤柱-顶板关键块结构模型,确定了小煤柱宽度的计算公式。