近距离煤层采空区下厚煤层开采强矿压机理及控制研究

针对近距离煤层采空区下W1701厚煤层工作面开采顶板强矿压现象,利用物理相似模拟实验、理论分析及数值模拟实验,研究了一次采全厚条件下W1701工作面顶板强矿压诱发机理及控制对策。研究结果表明:W1701工作面顶板受其上方“高位关键层(硬岩)-巨厚软弱岩组-低位关键层(硬岩)”覆岩结构破断运动影响,顶板呈现大周期、小周期来压变化,其中,低位关键层“砌体梁”结构性失稳形成小周期来压,巨厚软弱岩组纵向裂隙周期性贯通并发生台阶下沉,形成大周期来压,大周期来压造成工作面顶板支承压力跳跃式突增,支架载荷高达67248kN,是支架额定工作阻力的3.7倍,极易将整个工作面支架压死,并引发重大生产安全事故。对于准南煤矿此类近距离多煤层采空区下厚煤层不宜采用一次采全厚开采,宜采用分层开采,分层开采使得高位关键层、低位关键层之间的巨厚软弱岩组产生了分次破坏,工作面来压相对于一次采全厚有效缓和,能够有效避免工作面强矿压事故。

极近距离煤层群下行开采采空区瓦斯治理技术

针对极近距离煤层群下行开采中采空区瓦斯治理难题,提出了1套创新性的技术方案。分析了极近距离煤层群瓦斯涌出的规律,并基于钻孔施工、采空区瓦斯抽采施工、采空区密封工程3个方面提出了1种适用于极近距离煤层群下行开采的采空区瓦斯治理技术,旨在提高极近距离煤层群下行开采的安全性,减少瓦斯事故的发生,为中国煤炭行业的高质量发展提供技术支持。

极近距离煤层群下煤层开采巷道支护技术研究

极近距离煤层群开采导致下煤层顶板破坏严重,支护难度增大。为了研究下煤层巷道顶板支护最佳方案,以甘庄煤矿11和14号煤层开采为背景,通过岩石力学实验、现场窥视和理论计算得到了巷道的理论支护方案,采用数值模拟的方法对理论支护参数进行模拟分析,并在现场展开监测。研究表明,14号煤层理论计算支护参数为锚杆φ18 mm×2 000 mm的螺纹钢,间排距1 200 mm×1 100 mm;锚索φ15.24 mm×4 000 mm的钢绞线,间排距为2 400mm×1 100 mm,根据巷道垂直应力和垂直位移云图得到最优支护方案,并进行现场监测验证。该研究为后续巷道的支护提供了理论依据,并为类似地质条件提供了一种解决方案。

深井极近距煤层群工作面布置方案数值模拟研究

为研究深井极近距煤层群工作面合理布置方案,基于FLAC^(3D)数值模拟软件,对深井极近距煤层群相邻工作面等距内错、等距外错、不等距内错5种方案下的扰动应力场分布及围岩破坏特征进行深入研究。研究表明:上层工作面开采后,垂直应力呈现轴对称分布,最大垂直应力点位于工作面超前煤壁区和切眼之后煤柱区,超前支承压力影响区为工作面前方12 m,峰值达到53.577 MPa;下层工作面布置时应将巷道布置于上层煤采动后的应力降低区,同时考虑煤炭回收率,采用进风巷内错30 m、运输巷内错10 m的方式来布置巷道;潘二矿采用模拟最优方案进行了现场施工,实现了安全回采,并且对比等距内错方案,提高了采出率。研究成果可为煤层群工作面布置及安全开采提供参考依据。

极近距离煤层组重复采动顶底板破坏特征微震监测研究

为研究极近距离煤层组重复采动过程中顶底板岩层破坏特征,以平煤十矿己17-33200工作面(下分层)回采作为工程背景,采用微震监测、理论计算等方法,分析其上三带发育特征、周期性运动、底板破坏深度等规律。研究结果表明:下分层重复采动覆岩活动呈现出裂隙带向上叠加发育、中及大能量事件减少、来压周期变长、底板破坏深度减小等特点。裂隙带破断向上增大幅度为40%;通过微震事件总频次和近煤层顶板事件频次“双增长”20%~70%判定,己17煤周期来压步距为25.4 m,周期为5~8 d;与单层回采中大能量事件聚集在近煤层不同,下分层回采呈现空间分布散乱,且中、大能量事件占比下降约28.2%~38.4%,说明极近距离上分层回采对于下分层具有卸压降能的作用;己17回采底板破坏带约20 m,比己15减小,但底板事件向工作面两巷外部延展范围约150 m,较单层回采增大50%,需加强工作面两巷附近及外围底板隐伏裂隙防治水工作。

易燃特厚煤层群最短自然发火期试验

煤层的最短自然发火期是煤的自然发火危险性最重要的指标之一,在开采容易自燃或自燃煤层矿井时首先需对煤层的自然发火危险性进行评价。以新疆某矿23-25号易燃特厚煤层群为研究对象,根据煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选,确定指标性气体为CO、C_(2)H_(4)。基于煤的氧化升温试验,测定了该易燃特厚煤层群在不同温度变化区间内各种气体的产生速率及其随温度的变化趋势。利用DSC实验得到不同温度条件下煤样的比热容,并通过改进的卡连金模型分段计算出煤样升温到各温度点所需的时间,将各段时间叠加,得出该矿煤层的最短自然发火期为39 d,为该矿井安全开采该煤层群以及设计实施安全有效的防灭火措施提供了依据。

纵深大区域煤层群开采覆岩活动规律相似模拟

以大同矿区"双系"煤层群协同开采为工程背景,相似模拟实验研究了纵深大区域煤层群开采覆岩位移、裂隙及应力演化分布规律。结果表明:侏罗系近距离煤层群采用刀柱式与走向长壁式开采交错布置方式,形成不同的组合开采模式,表现出不同的覆岩破断特征,应力集中现象突出;石炭系特厚煤层开采致使覆岩大面积垮落,与上部侏罗系煤层群形成了复杂的多层采空区连通状态,且受侏罗系煤柱叠加应力影响,工作面来压频繁、覆岩活动剧烈。纵深大区域煤层群覆岩应力应变形态作为耦合时变系统,随煤层开采经历了"平衡—失稳—平衡"循环变化过程。

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.

特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术架构

综放开采方法是我国特厚煤层矿区实现高产高效的主要技术途径,智能化综放开采是未来综放开采技术发展的重要方向。在分析千万吨级特厚煤层智能化综放开采技术和问题的基础上,围绕安全、高效、智能这一主题,综合考虑特厚煤层顶煤体和上覆岩层的相互作用,以掌握特厚顶煤冒放理论,实现综放工作面放煤智能化,降低含矸率、提高顶煤采出率为主导,提出要解决的关键科学问题和技术构想。针对综放开采存在的煤矸智能识别、智能放煤控制、"采-支-放-运"系统智能协调等主要难题,凝练出特厚煤层智能综放开采大尺度顶煤体破碎与冒放机理,特厚煤层智能化采放协调控制机理与方法,特厚煤层智能综放开采群组放煤过程控制原理三大科学问题。攻克特厚煤层群组协同智能放煤工艺决策技术,特厚煤层顶煤厚度与放煤量实时监测技术,冲击振动和高光谱融合的煤矸识别技术,多模式融合的智能化放煤装备及控制技术,综放工作面"采-支-放-运"系统智能协调控制技术五项关键技术。突破特厚煤层智能化综放开采技术与装备瓶颈,研发煤矸识别装置、开发智能放煤控制系统及软件,解决采放协调、煤矸识别、群组放煤等难题,创建年产1 500万t智能化综放开采示范工程。最终实现特厚煤层智能化综放开采,为我国特厚煤层的安全、高效开发提供可靠的技术支撑。

四川煤田上三叠统极薄煤层瓦斯抽采程度分析

针对四川煤田地质条件复杂,煤层赋存条件差,瓦斯灾害严重的现状,对开采上三叠统须家河组极薄煤层的10对煤矿进行了现场实测和实验室煤样分析,得出了煤层瓦斯压力、含量与煤层埋深的关系。结果表明:四川煤田上三叠统须家河组极薄煤层属于难抽采煤层,瓦斯压力梯度为0.003～0.006MPa/m,瓦斯含量为6～8m3/t。

极薄煤层群卸压瓦斯抽采技术研究

针对极薄煤层群开采中隅角瓦斯超限频繁的问题,通过分析工作面卸压瓦斯的来源及卸压机理,采用顶底板穿层钻孔进行卸压瓦斯抽采,有效解决了隅角瓦斯超限问题,实现了极薄煤层开采中的煤与瓦斯共采。

极近距离煤层群回采巷道合理位置的柱宽效应研究

针对极近距离煤层群开采地质条件,在弹性理论的基础上,推导出底板岩层中任意一点附加垂直应力解析解,绘制了不同宽度大煤柱下底板岩层垂直应力等值线图,揭示了5～#煤层垂直应力分布规律,结合大煤柱下应力非均匀分布特征的影响,最终确定沙曲矿45 m宽大煤柱支承压力下5～#煤层25301工作面胶运巷采用内错4 m布置。现场实践表明其支护效果良好,无明显变形,矿压显现较为缓和。

四川须家河组极薄煤层瓦斯综合抽采实践

针对四川开采须家河组极薄煤层小煤矿瓦斯经常超限的问题,选择了四川有代表性的杨村铺煤矿,开展了多种抽采瓦斯方法的综合应用实践,解决了矿井采掘工作面瓦斯经常超限的难题,实现了可持续安全生产,具有显著的安全经济效益。

华蓥山煤田团坝、堡子井田急倾斜煤层群开采可行性的研究

文章对四川省华蓥山煤田团坝、堡子井田内急倾斜煤层群中各煤层开采后对临近层的影响进行分析,并结合安全性、经济性及矿山开采后的实际情况,得出了井田内各煤层开采可行性结论,为今后相关部门合理划拨资源和矿方合理利用资源提供了参考依据及建议。

极近距离煤层采空区下递进开采矿压显现规律研究

基于天安煤业股份有限公司四矿己15、己16-17极近距离煤层群的地质条件和己16-23090工作面与上覆己15-23110采空区、相邻己16-23070采空区、己15-23130生产工作面的空间关系,采用理论分析和数值模拟的方法,系统研究了已开采工作面和正在开采工作面的对下伏近距离煤层的采动应力分布及传递规律,从而明确了矿压显现规律,得出了将己16-23090运输巷的位置布置在距己15-23130回风巷35 m较为合理,为实现“一巷多用”提供了依据。

极近距离煤层开采下煤层采场顶板破断规律

以叙永一矿极近距离薄煤层开采为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法,提出了煤层群开采层间距的划分方法;并利用顶板岩梁理论推导了C20煤层直接顶断裂步距表达式;研究揭示了极近距离煤层工作面采场顶板破断规律;利用现场实测矿压数据较好地验证了理论分析和数值模拟结果。研究结果可以为极近距离煤层开采安全高效开采提供参考。

极浅埋近距离煤层群上覆岩层矿压规律的研究

针对鄂尔多斯凯达煤矿极浅埋近距离煤层群开采的问题,采用FLAC^(3D)有限元数值模拟软件并结合现场工作面实际情况,分析近距离煤层群上层煤层开采之后对下分层工作面回采时的影响,结果表明:在极浅埋煤层群开采的过程中,虽然顶板会出现直接切落的现象但并没有出现一般浅埋工作面顶板来压突然增大且动载系数较大的现象,而是出现来压平缓、动载不明显的现象,数值模拟结果与现场实际相吻合,该研究补充了浅埋煤层开采在极浅埋近距离的情况下覆岩的矿压规律。

极近距离煤层群下层煤回采巷道复合支护技术研究

为解决极近距离煤层群下层煤回采巷道支护难题,以山西省中阳荣欣焦化有限公司高家庄煤矿3号煤层为研究对象,对极近距离煤层群下层煤巷道支护技术进行了研究。通过现场观测和理论分析,在下层煤回采巷道采用复合支护方式,使围岩压力显现得到控制,有效减低支护成本,为安全生产工作提供有力保障,为类似矿井条件下极近距离煤层群开采支护提供参考。

急倾斜巨厚煤层组开采煤岩体联动诱冲机制与防冲调控

针对急倾斜巨厚煤层组开采时岩柱及顶板悬空致使动力灾害严重的现状,综合运用理论分析、现场监测等研究方法,构建岩柱、顶板力学模型,并推导表征岩柱、顶板弯矩和能量演化规律的表达式,研究随采深增加岩柱、顶板弯曲变形及能量演化的规律,评估不同煤层开采的冲击危险性,分析诱冲机制并提出防冲策略及方案。研究结果表明:(1)急倾斜巨厚煤层组开采时,随采深增加岩柱、顶板弯曲变形和能量蓄积均呈非线性加速变化,且回采阶段内弯曲变形严重、能量蓄积更高。采深300 m后能量急剧增加,确定该采深为冲击灾害发生临界值。(2)B1+2煤层回采时,岩柱撬转、能量积聚均较B3+6煤层回采时小,评估得出回采B1+2煤层的冲击危险性较回采B3+6煤层时小。相比岩柱,B3+6煤层顶板的弯曲变形更严重,能量蓄积更高。(3)确定冲击易发区域为各应力峰值叠加位置。冲击力源有静载和动载,静载是冲击发生的基础条件,为蓄能作用;动载为诱冲作用,动静载联动作用诱发冲击。(4)防冲的关键是弱化静载,B3+6煤层回采时需加强防治,重点防治对象为岩柱及顶板,重点防治区域为各应力峰值叠加位置。现场实施岩柱、顶板爆破及煤体注水后,有效弱化了静载水平,防冲调控效果良好。上述研究结果对乌东煤矿急倾斜巨厚煤层组开采时冲击地压灾害的防治提供了科学依据。

极近距煤层群重复采动覆岩破坏规律相似模拟试验研究

针对近距离煤层群下行开采时重复采动引起的覆岩冲击性破断问题以及再生破碎顶板条件下工作面安全开采问题,以潘二矿11221,11223工作面为研究背景,通过物理相似模拟试验,对极近距煤层群重复采动覆岩破坏及裂隙发育规律进行了研究。结果表明,1煤工作面覆岩垮落带平均高度22 m,裂隙最大发育高度85 m,“两带”发育高度相当于采高的24.2倍;受3煤、1煤工作面联合采动影响,裂隙带相对向上发育增加15 m,覆岩采动充分垮落角基本对称,顶板破坏范围增大;随着工作面推进,煤层群顶板均经历垮落、裂隙发育、采空区冒矸被压实的演变过程,14 m厚的粗砂岩层作为关键层抑制裂隙向上发育,在回采结束后其下方产生较大离层;3煤顶板覆岩垮落形态近似呈非对称“Π”型,相对于3煤,1煤采完后,工作面呈现出“两大一小”的特征;“两带”高度发育大,垮落带和裂隙带的高度分别增加了46%、21%,顶板下沉量大,顶板垮落步距小,初次垮落步距和周期垮落步距明显减小,来压较为缓和。研究结果可为煤层群开采的围岩控制提供参考。