倾斜矿体采空区非对称顶板-矿柱结构体协同承载机理

为解决倾斜矿体回采后大倾角顶板和非对称空区可能引发的采空区支撑结构体变形及破坏失稳问题,以某石灰石矿非对称顶板-矿柱支撑结构体为研究对象,构建结构体承载力学模型,求解顶板挠曲变形值及矿柱安全系数,分析不同倾角、跨度比下顶板变形特征及矿柱失稳破坏模式,研究其协同承载机理。结果表明:顶板变形、矿柱失稳破坏模式受采空区倾角θ和跨度比λ的双重影响,顶板变形大小随着θ的增加表现为双增长率,与λ的关系伴随着θ的变化而变化。矿柱失稳破坏模式受θ的影响程度随着λ的增加而减小,当0°<θ≤30°时,矿柱主要为小偏心受压破坏;当θ=0°和30°<θ≤60°时,随着λ值的增加,矿柱破坏模式从大偏心受压破坏向小偏心受压破坏转变。顶板维系采空区稳定的能力随着θ的增加逐渐降低,矿柱维系采空区稳定的最优λ值随着θ的增加逐渐减小,矿柱约束顶板变形作用大小随着λ的增加而降低。数值模拟和工程实例验证了理论计算结果的可靠性,为地下空场法矿山安全开采提供一定的理论支撑。

沁水煤田承压破碎无烟煤气体渗透特性试验研究

充分掌握采空区垮落带瓦斯运移规律,对提高煤层气抽采效率具有重要意义。为揭示老空区抽采中后期破碎无烟煤的瓦斯渗透规律,利用自主设计研发的破碎煤岩体压实-渗透试验装置,对0.32~0.63 mm粒径破碎无烟煤开展试验。研究结果表明:以动态渗透过程中气体压力及流量的变化趋势为依据,气体在破碎无烟煤中的渗透可划分为两种模式;老空区煤层气抽采中后期低雷诺数下破碎无烟煤中气体运移存在拟启动压力梯度,且空隙率越小所需要的拟启动压力梯度越大;破碎无烟煤渗透率与气体压力呈对数正相关,且随空隙率降低呈指数函数减小;随着轴向应力的增加,破碎无烟煤由弹性变形转化为非弹性变形,此时空隙率对轴向应力的敏感程度降低。

多种勘察方法在复杂山区煤矿采空区岩土工程勘察中的应用

为了在复杂山区煤矿采空区岩土工程勘察中得到更好的勘察效果,采用测氡法、高密度电阻率法、瞬变电磁法、微动探测4种勘察方法共同对研究区域开展勘察。测氡法根据采空区周围应力变化获得勘察结果;高密度电阻率法专门针对地形较为复杂的环境开展勘察工作;瞬变电磁法能够勘察出研究区域中不同深度位置的地电特征,获得工程勘察结果;微动探测勘察方法能够获得工程结构勘察结果。勘察结果表明,氡气值较高、高密度电阻率和瞬变电磁电阻值较高的区域均为复杂山区煤矿采空区,使用微动探测勘察方法的误差较小,能够获得准确的勘察结果,勘察效果总体较好,能够勘察出煤矿采空区。

井下瞬变电磁法在铜镍矿采空塌陷区中的应用

本文将井下瞬变电磁法运用到铜镍矿的采空区勘查工作中,简述了该物探方法的工作原理,在实地工作过程中,通过井下采集、数据处理、反演成图,在异常解释及对采空区位置的推断与前期所圈定的范围基本相一致,充分验证了方法的准确性和有效性。综合研究发现,将井下瞬变电磁法应用于地表存在塌陷的矿区具有重要意义,既满足了勘查目的,又保证了安全施工,为矿区隐蔽治灾工作提供物探数据支撑。

煤矿覆岩裂隙带长钻孔瓦斯抽采技术研究

针对煤矿覆岩裂隙带瓦斯具有危害大,难抽采的特点,为有效治理该类瓦斯,以山西某矿覆岩裂隙带瓦斯赋存工况为背景,基于长钻孔瓦斯抽采理论,研究了长钻孔瓦斯抽采技术在覆岩裂隙带瓦斯治理中的应用,通过应用模拟软件分析了顶板裂隙带发育高度,设计了抽采钻孔参数,监测了瓦斯抽采体积分数,分析了瓦斯抽采效果,发现瓦斯抽采体积分数呈倒“V”形趋势,通过长钻孔抽采,采煤工作面上隅角瓦斯体积分数从0.55%变为了0.35%,出现了显著降低,达到了较好的瓦斯抽采效果,可为类似工况下覆岩裂隙带瓦斯的治理提供参考。

采空区瓦斯治理技术及治理效果分析

店坪煤矿204工作面回采期间架后采空区150 m范围内瓦斯浓度高达4.7%,导致工作面上隅角、架间间隙以及工作面内瓦斯严重超限现象,制约着工作面安全高效回采。店坪煤矿通过技术研究,对204工作面采空区瓦斯超限原因进行合理分析,布置采空区埋管+高位裂隙带钻孔+顺煤层长短孔,并采取Y型通风等联合瓦斯治理技术。实际应用表明,采取联合瓦斯治理技术后,工作面在后期回采中架后采空区瓦斯浓度控制在1.0%以下,上隅角及工作面未出现瓦斯超限现象,取得了显著的应用成效。

Integration system research and development for three-dimensional laser scanning information visualization in goaf

An integration processing system of three-dimensional laser scanning information visualization in goaf was developed. It is provided with multiple functions, such as laser scanning information management for goaf, cloud data de-noising optimization, construction, display and operation of three-dimensional model, model editing, profile generation, calculation of goaf volume and roof area, Boolean calculation among models and interaction with the third party soft ware. Concerning this system with a concise interface, plentiful data input/output interfaces, it is featured with high integration, simple and convenient operations of applications. According to practice, in addition to being well-adapted, this system is favorably reliable and stable.

矿井老空水探放工艺研究

针对矿井老空水往往具有涌水量大、破坏性强的特点,为有效治理矿井老空水,以山西某矿12#煤层8637回收煤柱工作面采煤工况与水文地质工况为例,分析了其存在的主要老空区积水情况,通过布设探放水钻孔,应用疏放水管路把积水疏放至8613采空区,经大力疏放,8611采空区积水排放了约8.1万m3,8637工作面面临的老空水安全隐患得到了排除,更好的保障了8637工作面的安全生产,该研究可为类似工况下的矿井老空水治理提供参考。

矿井采煤工作面沿空留巷围岩控制技术研究

为解决山西某矿3号煤层开采作业中,留设区段保护煤柱,易造成煤炭资源严重浪费的问题,基于该矿3号煤层开采工程概况,提出可应用沿空留巷技术来减少煤炭资源浪费量,提高煤炭资源实际回收率的策略。通过进行理论分析,并进行数值模拟试验,得到了最佳的充填体宽度与具体的巷道支护方案,并进行了应用测试,测试结果表明:应用新方案后沿空留巷效果较好,巷道顶板离层量为4 mm,巷道顶底板移近量最大值为137 mm,两帮移近量最大值为100 mm,有效控制了巷道围岩变形,更好的保障了矿井安全生产。

非煤矿山采空区失稳风险综合评估方法研究及应用

采空区的失稳会造成井下发生大规模地压活动,进而诱发地表沉降塌陷、采场大规模冒顶和井下透水事故,给矿山带来巨大灾难。采空区失稳风险评估是预防采空区灾害的重要手段,对保障矿山安全生产具有重要意义。目前常用的风险评估方法很少考虑安全措施对采空区风险的抵消作用,使得风险评估的结果与真实情况存在偏差。同时,现有的采空区风险评估方法未对事故风险的潜在强度进行考虑。创新性地提出基于数值模拟方法通过引入采空区周边塑性区范围内的总弹性应变能指标用于衡量采空区失稳风险的强度。此外,受体的暴露程度在风险评估中很少被关注。因此,紧密耦合采空区失稳风险的可能性、采空区失稳风险的强度、受体暴露特征和治理措施效果有关的独立参数来表征采空区的失稳风险,构建了四重耦合综合评估模型,将其应用于内蒙古某矿山采空区风险评估工作。结果表明:Ⅲ号矿区采空区失稳风险较大,风险等级为Ⅲ级,预警色为橙色。基于数值模拟结果验证了评估结果的准确性,分析了采空区失稳风险的机理,为评估模型结果提供理论依据。研究成果可为指导采空区治理提供重要的参考依据。

岩溶地层下穿采空区段施工涌水及变形整治技术

依托某岩溶地层下穿采空区段铁路隧道工程,对现场出现的病害成因进行分析,并探讨不同处置措施的处理效果。围岩岩体破碎、稳定性下降和裂隙渗水是导致涌水和变形的主要原因;单一的处理措施效果较差,并具有一定的潜在风险;超前地质预报、初期支护加强、反压回填、封闭注浆和增设泄水孔等措施联合使用效果更佳,处理后隧道变形得到有效控制,监控量测显示16天后变形值趋于平缓稳定。

山西省阳泉山底河流域煤矿“老窑水”动态特征、演化机理及对娘子关泉域的环境效应

【研究目的】煤矿“老窑水”以分布范围广、隐蔽性强、污染程度重、自然净化慢、持续时间长等特点,成为后采煤时代严重威胁中国生态文明建设的重要制约因素。【研究方法】本文以山西省阳泉市山底河流域煤矿“老窑水”为研究对象,通过长系列水质和水量系统性监测,运用统计学方法系统分析了山底河流域老窑水的水量和水质动态特征及其演化机理,评估了“老窑水”对娘子关泉域岩溶水的环境效应。【研究结果】研究表明,山底河“老窑水”总出口pH值平均为3.58,TDS平均为4744 mg/L,SO_(4)^(2-)平均为3327 mg/L;雨季地下水位上升后与采空区接触面积或体积增大和降雨量的影响滞后等是造成煤矿“老窑水”的流量与水化学特征指标电导率、SO_(4)^(2-)浓度非线性相关的主要原因;煤系地层中黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;煤矿采空积水区的一定深度为还原环境,具备开展微生物法治理的条件;山底河煤矿“老窑水”出流后进入下游碳酸盐岩河段渗漏,对娘子关泉域岩溶水的渗漏补给量达7247.08 m^(3)/d,水质差,是娘子关泉域岩溶地下水的重要污染源。【结论】山底河流域“老窑水”流量对降雨量的调蓄周期为半年;水化学特征指标与流量呈非线性相关,“老窑水”黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;“老窑水”出流后渗漏补给娘子关泉域达7247.08 m^(3)/d,SO_(4)^(2-)、Fe和Mn超标严重,对泉域岩溶水污染严重,急需开展煤矿“老窑水”的治理和废弃煤矿生态修复。

复杂老采空区注浆治理充填效果评价研究

受煤矿老采空区影响的高层建筑场地,多方法开采陡倾煤层形成老采空区,场地地面沉陷区积水,下伏采空区处于充水状态,采空区经注浆充填法治理,充填效果直接决定采空区地基是否“活化”,影响场地的稳定性从而决定工程的整体质量和安全性耐久性,以采空区注浆治理充填效果评价为研究对象,通过场压浆系数比对分析进行评价研究,对于同类复杂采空区有必要考虑进行多次补充注浆,为类似项目提供了很好的借鉴。

马脊梁矿新建变电站场地下伏刀柱式采空区残余空隙率研究

采空区残余空隙率是采空区地基稳定性评价及充填注浆方案设计的重要技术参数,为了确定新建变电站场地下伏刀柱式采空区残余空隙率合理取值,采用离散元软件UDEC模拟了2#煤刀柱式采空区覆岩垮落特征,得到覆岩垮落高度为9.0 m。考虑冒落矸石碎胀效应,通过自定义fish函数得到采空区垮落范围内块体的残余体积,分析得到2#煤刀柱式采空区垮落带范围的残余空隙率为0.233。基于模拟得到的残余空隙率,预测得到变电站下伏采空区充填注浆量为25267 m3,预测结果与实际注入量的偏差仅为5.4%。结果表明模拟得到的空隙率能较好地表征采空区垮落范围残余空隙发育程度,可为采空区注浆充填治理提供技术参考。

城市地区充水薄层煤炭采空区瞬变电磁法探测效能分析

本文通过瞬变电磁法对薄层充水采空区进行实地探测,并使用天然源面波法进行二次探测,通过天然源面波法的探测结果和钻探的结果验证了瞬变电磁法对薄层充水采空区探测的可行性。通过数值模拟,构建不同采空区含水率、不同深度和不同厚度的薄层充水采空区的电阻率模型,研究了瞬变电磁法对薄层充水采空区的探测效果。研究结果表明,瞬变电磁法可以对薄层充水采空区进行有效的探测;随着薄层充水采空区含水率的降低,瞬变电磁法探测出的异常区范围和电阻率异常幅值变小,当采空区未充水时,瞬变电磁法无法对采空区进行有效的探测;随着薄层充水采空区深度的增加,瞬变电磁法探测出的异常范围和电阻率异常幅值变小,在本文模拟的工况条件下,100 m为探测的极限深度;随着薄层充水采空区厚度的降低,探测出的异常区范围和电阻率异常幅值变小。

某矿区近水平煤层群上覆采空区水靶向探疏技术研究

【目的】为保障近距离煤层群下伏煤层采掘期间的生产安全,有效解决强补给含水层下上覆煤层采空区积水带来的安全隐患。【方法】以呼吉尔特门克庆煤矿为例,通过工作面开采覆岩的“横三区、竖三带”的分区以及采空区垮落顶板“正-倒置三角形”等理论,对采空区垮落形态进行进一步的分析。【结果】通过论文研究建立采空区积水分布“横二纵三”概念,从全局上细化采空区积水分布特征,并利用上覆煤层回采期间测定的底板标高数据,构架工作面采后高精度采空水流场图。【结论】该研究成果相较于早期的采空水防治路线,更加深入全面地分析了近水平煤层上覆煤层采空区积水赋存形态,圈定了靶向探放区域,提出了因煤层采后顶板垮落所形成的压实隔水区和煤柱支撑垮落不充分区域采空水害的探疏方法,采空水疏放更加彻底,成功应用于门克庆煤矿3107工作面上覆的2201采空区积水疏放工程,保障了工作面的安全回采。

厚煤层综采工作面下分层沿空掘巷关键采煤技术研究

针对沁秀公司坪上煤业2307(下)工作面沿空掘巷存在顶板及围岩稳定性差,巷道较难支护的问题,基于2307(下)工作面工程地质概况,重点研究了2307下分层工作面巷道合理布置方式及围岩控制技术,提出了可在23071巷下部垂直位置偏右处布设回采巷道,巷帮采用锚杆+工钢棚进行联合支护,顶板及两帮均选用双层网来护顶护帮,并对巷道进行注浆加固的顶板及巷帮控制措施,有效控制了巷道瓦斯超限。

煤矿综放综采工作面沿空留巷中切顶卸压技术应用研究

综放综采工作面沿空留巷中切顶卸压是煤矿深度开挖工程中的关键技术。以我国某煤矿首个综采放顶煤工作面为例,对该综放综采工作面的围岩结构进行分析,总结了该区域工作面煤层赋予特性,对该工作面煤层开展切顶卸压沿空留巷的技术应用情况进行阐述,通过与一般运输巷沿空留巷围岩控制技术进行对比,总结了该技术的应用效果优势。

煤矿采空区防灭火及工作面端头封堵技术研究

针对高瓦斯矿井采空区遗煤易发生自燃现象,工作面端头难封堵易出现封堵不严,引发瓦斯超限存在严重安全隐患的问题,基于晋能控股煤业集团某矿2303工作面采空区防灭火现状,分析了当前采空区防灭火技术现存的不足与工作面端头封堵方法现存的缺陷,提出了可采用超高水材料进行井下防灭火的策略,并提出了可采用超高水材料泵送装袋封堵工作面端头的方法,经实际应用,应用这些新材料新技术进行工作面采空区防灭火,工作面防灭火效果明显提高,工作劳动强度显著降低,且作业时间可缩减50%左右,减少了环境污染,取得了较好的应用效果。

采空区充填效果的随机规律研究

充填开采是煤矿绿色开采技术体系的主要内容之一,不论何种充填方式,对采空区的充填都无法达到理想状态,其充填效果在一定范围内是随机的。采用随机有限元方法对煤层全开采、采空区全充填,煤层全开采、采空区部分充填以及煤层条带开采、采空区全充填3种情况进行计算分析。通过大量随机抽样计算,发现地表沉降与采空区顶板变形对于充填效果的波动更敏感。工程中应将多个因素的最不利组合考虑在内,尽可能保证采空区充填效果达到或满足设计要求,严格控制充填效果的变异程度以及变异范围,从而保证充填方案达到预期的目标。