中厚-厚煤层近距离高效同采矿压控制研究

南阳坡煤矿主采煤层为3号煤和4号煤，层间距23～26m ，下部煤层开采受上部煤层开采损伤影响，为中厚-厚煤层近距离同采。基于煤岩物理力学测试、在线应力监测、支护载荷无损监测及数值计算，得出了监测区域的侧向应力分布规律，3煤开采对下煤层传递角为45°，显著支承压力增高区域传递角为31°；监测评价沿空30205运输顺槽、4105运输顺槽支护效果，分析下煤层沿空巷道变形严重的四个原因；确定了未采下区段4107回风顺槽设计留设的区段煤柱尺寸以及正常条件下下煤层滞后上煤层合理距离。研究结果有助于合理设计采场及选取支护参数，有利于实现中厚-厚煤层近距离高效同采。

极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制方法研究

极近距离煤层传统长壁开采,受上层遗留煤柱和采空区垮落等因素的影响,下煤层开采过程中应力环境复杂、矿压显现剧烈,易诱发巷道围岩大变形。为解决上述问题,提出了极近距离条件下巷道定向切顶–约束高强支护无煤柱自成巷控制方法。通过顶板定向预裂切顶,主动改变顶板悬臂结构,切断采空区向巷道顶板的应力传递。充分利用矿山压力和岩体碎胀特性,取消煤柱留设,结合高强支护加强巷道顶板整体性,共同实现切顶自成巷。建立了极近距离煤层开采覆岩结构模型,计算了下煤层切顶自成巷巷旁支护阻力。以典型极近距离煤层为工程背景,开展了不同开采方法的数值试验对比研究,结果表明,提出的自成巷控制方法使巷道围岩应力降低59.8%,巷道顶板变形减少70.8%,并明确了极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制机理。在此基础上,开展了典型极近距离煤层工程设计及现场应用研究,结果表明该方法有效降低了矿压显现程度,保证了自成巷的安全稳定控制。

极近距离煤层(EBZ-220)掘进机拐弯开切眼支护与施工技术探讨

本文针对极近距离煤层下掘进机拐弯掘切眼支护空间大的难题,提出了近距离煤层采空区下“组合钢性结构”的大断面支护方案。成功的实现了掘进机组90°转弯掘切眼,有效的解决了顶板漏顶问题,保证了安全高效生产。

近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究

为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。

近距离采空区下大断面切眼支护技术应用

以9101采煤工作面为工程实例,该采面切眼跨度为8 m,且上覆为8^(#)煤层采空区及煤柱。切眼拟采用分次掘进方法施工,首先掘进巷道宽度4.5 m,后刷扩3.5 m;在掘进期间,通过探测切眼顶板与上覆8^(#)煤层采空区层间距,再设计切眼顶板支护方案;现场应用后,切眼顶底板、巷帮变形量分别为60 mm、73 mm,实现了近距离采空区下大断面切眼围岩变形有效控制。

近距离多煤层回采巷道层位选择与支护参数优化研究

针对在上覆采空区及遗留保护煤柱下采用下行开采布置放顶煤工作面时,下分层煤层掘进巷道严重变形和回采过程中导致下部煤层工作面发生冒顶、压架等问题,本文以芦子沟煤业为例通过FLAC3D数值模拟,对遗留煤柱下巷道稳定性进行研究,得出下层煤巷道与煤柱外错35 m时所处应力环境得到极大改善;采用合理的巷道布置方案和高预应力强力支护方案后,矿压监测结果显示,回采期间巷道顶底板移近量为90 mm,两帮移近量为179 mm,巷道断面收缩率仅为3.9%,保证了下部5号煤层煤炭资源的安全高效回收。

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。

近距离煤层超前应力演化及动压大巷围岩变形研究

为了解决近距离煤层采动超前侧动压巷道变形严重问题,以某矿近距离煤层工作面超前动压大巷为研究对象,建立近距离煤层开采数值分析模型,研究超前侧动压巷道围岩受重复采动超前叠加应力影响应力演化规律。结果表明,上位煤层工作面推进到停采线时,巷道围岩应力环境发生改变;下工作面推进至停采线30 m时,超前叠加应力影响到大巷附近;上位煤层工作面推进到停采线,下工作面推进至停采线30 m期间,大巷围岩应力不断增大,而后不断减小,当保护煤柱为60 m,峰值应力达到最小,而后再次增大;动压大巷围岩变形破坏主要原因是工作面超前叠加应力较高、巷道围岩强度较低、支护密度较低、支护能力较差等。研究结果可为类似条件下的动压巷道围岩稳定性控制提供参考依据。

正文煤矿采空区下回采巷道支护应用分析

为解决正文煤矿近距离煤层下方回采巷道围岩支护难题,以11107回采工作面为工程背景,综合运用理论计算、现场实测等方法,对回采巷道支护及应用进行了探讨;分析表明,9#煤层开采引起底板损伤破坏深度为4.69m,以层间岩层厚度是否大于5m为条件将其巷道围岩分为损伤间隔层、块裂间隔层两种类型,并采用不同的支护方案;应用表明,在掘巷阶段取得较好的围岩控制效果。

近距离煤层群围岩碎裂特征与裂隙分布关系

六家煤矿近距离煤层群裂隙网络发育,为了防止顶板及层内裂隙导水、邻空面瓦斯超限与煤体自然发火等隐患,基于分形理论,以巴西劈裂试验和现场窥视统计试验为研究手段,探讨了岩体碎裂尺度及均匀度对裂隙分形特征的影响。研究表明:劈裂块度分维值越接近2,则破裂后碎块尺度越均匀,表现为存在一条主裂隙将试样大致均分且裂隙面较平整;劈裂块度分维值与2相差越大,碎块尺度差距越悬殊,裂隙面越粗糙。劈裂块度分维值与裂隙分维值之间符合抛物线分布,劈裂块度分维值越接近2,则裂隙分维值越大,表明劈裂块体尺度越接近,岩层内裂隙条数越少、裂隙环越平整且与层面夹角越小;劈裂块度分维值与2相差越大,则裂隙分维值越小,表明劈裂块体尺度相差越悬殊,裂隙条数越多、裂隙面越粗糙且裂隙方位无规律。裂隙分布规律与劈裂碎块尺度大小无关,与碎块尺度均匀性密切相关。

上保护层开采下煤岩强扰动力学行为与渗透特性

保护层开采在低渗透高瓦斯近距离煤层中得到广泛应用,研究保护层开采扰动下的煤岩强扰动力学行为与渗透特性为进一步更加高效安全的开采被保护层煤层提供了理论支持。选取平煤集团十二矿上保护层己14煤层工作面己14-31010和被保护层己15煤层工作面己15-31030为研究对象,进行相似模拟试验和保护层开采过后被保护煤层受力分析。通过相似材料模拟试验获取保护层开采方式下被保护层的受力情况,上保护层开采过程中,煤层压力先增大后减小,采空区重新压实稳定后,应力状态近似恢复到原岩应力状态。通过对保护层开采后的被保护煤层受力分析获取煤层变形后的应力状态,上保护层开采过后,被保护层煤层产生变形,煤层上部分膨胀变形,应力小于原岩应力;下部分煤层压缩,应力大于原岩应力。结合二者的结果获取保护层开采方式下室内试验中被保护层煤层应力加载路径。依据被保护层煤层应力加载路径,设计进行采动耦合应力路径下的煤样渗流试验。试验结果表明:上保护层煤层开采过程中,同等试验条件下,被保护层煤层可承受的上保护层开采扰动应力越大,被保护层煤层开采过程中的煤体破坏应力峰值越大,体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样和N组煤样应力应变曲线与常规保护层卸荷三轴试验相比,扩容点出现位置明显提前;同等应力状态下,水压越大,煤样的体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样初始围压为35MPa,围压对渗透率的影响大于轴压的影响,N组煤样初始围压为20MPa,围压、轴压交替对渗透率产生主要影响,渗透率曲线呈现“W”型。两组试验中,扰动应力最大的试样破坏前的渗透率普遍大于其他试样的渗透率。

近距离煤层群开采底板不同分区采动裂隙动态演化规律

为了研究采动影响下底板不同应力分区裂隙动态分布及其演化规律,运用弹塑性力学和卸荷条件下断裂力学等相关力学理论分析了不同分区裂隙张开、扩展力学机理,提出不同分区裂纹扩展的应力、位移条件,通过FLAC3D和UDEC数值模拟软件分别研究了底板三维应力状态、位移变化和裂隙演化规律,对底板应力分区做出量化,同时得到采动影响下底板裂隙发育"O"形圈及其动态变化。通对底板不同分区内裂隙的发育倾角统计结果分析,得到了底板不同分区裂隙发育特点:压缩区裂隙多为弯折拉伸裂纹,方位角大致为垂直方向;过渡区裂纹多为反向滑移和弯折扩展裂纹,裂纹倾角多为45°以上;膨胀区多为Ⅱ型剪切裂纹,倾角大部分在45°以下;裂隙发育特征与力学分析相吻合。

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。

极近距离煤层同采工作面合理错距的确定

结合天悦煤矿4.0 m极近距离煤层赋存特点,通过现场矿压监测得出上下层煤支承压力分布规律及围岩破坏特点。并对下层煤提出减压区开采和稳压区开采2种开采方式,最终通过理论分析及数值模拟方法综合对比研究,确定合理错距。

近煤层岩巷掘进中防治煤与瓦斯突出技术研究

为了保证近煤层岩巷的安全快速掘进，采用FLAC加分别对煤层距巷道底板5，10m时的情况进行了数值模拟，研究了近煤层岩巷掘进工作面前方岩层、煤层的应力分布规律，结果表明：煤层距巷道底板5m时，前方5～20m为煤层应力集中区；煤层距巷道底板10m时，其应力集中区在10～25m，其应力峰值处在煤层距巷道底板5m时的集中应力区与原始应力区的交界处。根据煤层应力集中区情况，建议煤层距巷道底板5m时必需采取防突措施，防突长度为掘进工作面前方20m，并进行了合理的钻孔设计。

近距离采空区下特厚煤层综放开采可行性研究

根据龙王沟矿煤层赋存条件及上覆岩层力学性质,研究近距离煤层上覆6上煤层已采对下覆6煤特厚煤层综放开采时支承压力的影响,进行了物理相似模拟实验研究。从围岩应力场分布角度对上覆已采煤层对下覆煤层综放面作用机理进行了分析。研究认为:该条件的近距离采空区下特厚煤层综放面在开采过程中,强矿压发生频率高,发生第二次周期来压后,每次周期来压发生时支架工作阻力超过模拟支架量程,达到24000k N以上,最大82952k N,对工作面危害大,支架上方顶煤破坏严重,煤壁片帮严重,支架超载、压架现象频繁,严重影响工作面的正常生产,所以采用垮落式采煤方法开采6上煤之后在采空区下一次开采21m厚的6煤,研究认为目前不可行。

近距离突出煤层群瓦斯综合治理技术研究

近距离突出煤层群条件下,进行有效的区域瓦斯治理措施,包括必要的瓦斯抽采和煤层消突措施,能够保障开采过程中的安全。本文针对原相矿近距离突出煤层群区域瓦斯治理中存在的问题,分析目标煤层瓦斯赋存及运移规律,提出适合原相矿采掘抽衔接的区域防突措施,优化原始煤层瓦斯预抽参数和被保护煤层卸压瓦斯抽采参数,最终形成原相煤矿区域瓦斯综合治理技术。该技术的使用有效的降低了突出煤层的瓦斯含量,消除了突出煤层的突出危险性,缓解了原相煤矿采掘抽接替紧张的矛盾,为矿井的安全高效开采提供了技术保障。

极近距离煤层联合开采同采工作面合理错距研究

近水平、缓倾斜近距离煤层组常采用下行式,对下煤层的巷道维护和回采有利。为保障某矿上下煤层工作面安全协调生产,需确定下层煤工作面回采的滞后距离,通过矿山压力理论分析,结合FLAC3D数值模拟和现场矿压观测确定上下煤层工作面合理错距在32~60 m。按照此错距回采,下层煤工作面在上煤层工作面超前支承压力的影响范围之外,不仅能够保证下煤层顶板的完整性,上层煤工作面又可以避开下层煤顶板采动影响。

极近距离上邻近层瓦斯抽采试验研究

为探究行之有效的极近距离上邻近层瓦斯抽采方法,针对兴无煤矿42207工作面上部存在极近距离上邻近层4_上煤层,且其随采随冒的充分卸压瓦斯大大增加了采空区的瓦斯涌出,极易造成上隅角和回风流瓦斯体积分数超限的问题,同时在工作面通风方式由"U+L"型改变为Y型的情况下,工作面风排瓦斯能力降低,需加大瓦斯抽采量,试验利用回采工作面前方的超前卸压效应,采用千米钻机合理施工瓦斯抽采钻孔,在极近距离上邻近层4_上煤层冒落到工作面之前对其瓦斯进行抽采。试验表明,该方法能持续高效抽采极近距离上邻近层超前卸压瓦斯,最大单孔瓦斯抽采纯量达到了1.86 m^3/min,在一定程度上解决了工作面回采期间的瓦斯超限问题,大幅度减小了通风压力,保障了工作面的安全生产。

浅埋煤层近距采空区危险性评价

在浅埋煤层含煤地系中有大部分煤层相距较近,上覆煤层开采完成后,存在大量上覆煤层开采后遗留的采空区,当下部煤层开采时,面临浅埋-近距-上覆采空区多重扰动影响,在开采过程中工作面顶板来压剧烈,且存在明显的动载现象,采动裂隙可直接沟通地表,易引起煤层自燃、地下水流失与地表植物死亡等安全与环境灾害,并对地面建筑、地面工程结构物的稳定造成严重危害。为保障矿井安全开采,对冯家塔煤矿进行了工程地质调查、地质雷达探测与采空区危险性评价,得出了上覆采空区结构形态及其对下覆煤层开采的影响,揭示了浅埋近距采空区影响下矿压显现规律和围岩破坏规律,建立基于浅埋-近距采空区影响下工作面稳定性评价方法和危险源识别系统,实现安全高效开采。