坚硬顶板群临空巷道强矿压显现特征及控制

为解决局部坚硬顶板群破断,致临空巷道强矿压显现的顶板安全问题,以酸刺沟煤矿6_(上)207工作面为研究背景,精准测定了坚硬顶板群分布范围与巷道强矿压显现特征,开展了巷道临空侧坚硬顶板群深孔定向爆破压裂卸压,并揭示了卸压机理。结果表明:坚硬顶板群分布于工作面采位2240~2840 m,强度均大于53 MPa,其失稳破断是造成6_(上)207辅运巷强矿压显现的根本原因。采用深孔定向爆破技术对22~55 m坚硬顶板群进行了压裂,使得破断块体回转挤压转变为滑移垮落,卸压效果显著。保证了酸刺沟煤矿安全生产。

极近距离煤层群多工作面协调开采规划研究

针对西部矿井浅埋煤层群多工作面协调开采难题,以山西河曲沙坪煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟的研究方法,对于二盘区内多煤层工作面开采的时序和空间布局进行了分析和优化,有效指导了二盘区内的工作面布置和接续。结果表明:通过数值模拟分析实现了不同开采方案的采动响应定量化分析,重复采动的覆岩结构决定着侧向采动影响角;13104工作面需在9201和9202工作面开采后接续,对10201无明显影响;协调开采时为保障综放工作面顺序接替,需采用切顶卸压沿空掘巷技术。

大采高工作面过空巷群顶板破断及矿压规律研究

为解决大采高综采工作面快速通过大断面空巷群,避免发生冒顶压架问题,以哈拉沟煤矿22311综采工作面过26条空巷群为研究对象,采用理论研究、数值模拟以及现场监测等方法,研究了综采工作面过空巷群期间空巷失稳机制及基本顶破断规律,模拟了综采工作面过空巷期间采用泵送支柱支护效果,监测了综采工作面过空巷期间顶板下沉量及压力情况,最终22311综采工作面安全顺利通过了26条大断面空巷群。研究表明:空巷失稳主要是由基本顶超前破断引起的,其次是由于空巷支护不足导致的,泵送支柱支护应具有可切割、大断面、高承载与让压变形特征。采用"泵送支柱+锚索+W钢带"联合支护方式,使支柱与顶底板围岩处于协同作用状态,可保证综采工作面安全通过大断面空巷群。

基于结构模态的纵向采空区群爆破动力响应

构建纵向采空区群离散多自由度动力响应模型,提出基于结构模态的空区群爆破动力响应分析方法.针对某金矿工程实例,对该方法进行检验分析.结果表明:该方法计算结果可直观反映采空区群内部岩体的位移与速度响应规律,揭示岩体爆破动力响应特性,与数值模拟结果趋于一致;受内部阻尼作用,岩体作减幅振动,振幅逐渐衰减至0;在爆破荷载施加位置,岩体响应强度最大,随着与爆破作用点之间距离增大,响应强度呈减弱趋势.结构模态分析方法可大幅缩短计算时间、提高计算效率,为岩体的动力响应研究提供了一种新方法.

多采空区下坚硬厚层破断顶板群结构的失稳规律

为弄清多采空区下坚硬顶板群结构的破断失稳对工作面矿压的影响,根据大同矿区多采空区坚硬厚层破断顶板群的赋存条件,采用理论分析、相似模拟实验和现场实测分析相结合的研究方法,对多采空区破断顶板群结构的失稳规律及其对工作面来压的影响进行了研究探讨。研究表明,多采空区下坚硬厚层破断顶板群结构的失稳具有一定的概率特征;采用威布尔多参数分布函数对破断顶板群结构的失稳形式具有很好的描述,并建立了近距离煤层群多采空区顶板群结构的失稳模型,确定了大同矿区坚硬顶板群结构的失稳参数,得到了侏罗系煤层群顶板结构的失稳率;通过对大同矿区永定庄煤矿15号煤层端头及中部位置矿压和支架阻力的实测分析表明,工作面上方破断顶板群结构的失稳率与工作面支架阻力大小具有相关性,验证了工作面坚硬厚层破断顶板的失稳规律。

榆家梁煤矿多煤层开采矿压显现规律研究

通过神东矿区榆家梁煤矿4^(-2),4^(-3)和5^(-2)近距离煤层群分层同采的实测对比,分析了近浅埋煤层群开采下煤层过采空区和煤柱的矿压显现规律,以及不同面宽、不同采高工作面的矿压显现变化规律。研究表明,下煤层开采过上煤层采空区时,工作面来压步距变短,强度平均增大29.0%.下煤层工作面过上煤层煤柱时的矿压影响最大,煤柱影响区的支架载荷增幅达41.4%.相同面宽条件下,随着采高的增大,工作面支架载荷增大。在工作面宽度为240~360 m范围内,宽度变化对矿压影响不明显。

煤矿采空区下组煤三维地震勘探技术

利用三维地震勘探技术探测老窑采空区的位置和范围,已取得了很好的效果,但是对于采空区下组煤的探测,还处于探索阶段。总结了采空区下组煤地震反射波特征,分析了影响下组煤探测效果的主要因素,提出了采取"高覆盖次数、单深井激发、大药量、中低频检波器、变观"等手段,可以获得具有较高信噪比的下组煤层地震信息,说明三维地震方法探测采空区下组煤是可行的。

近距离煤层采动对相邻巷道围岩应力及变形影响研究

依据济三矿183上煤层和183下煤层赋存特点,结合183上06工作面、183上07工作面以及183下05工作面回采巷道的生产技术条件,采用理论分析和FLAC3D数值模拟的方法,对济三矿近距离上煤层采动对下煤层相邻巷道围岩应力及变形进行了分析研究。结果表明,受上部煤层工作面开采影响,下部煤层工作面前方产生超前支承压力,超前支承压力和侧向支承压力产生应力叠加,通过煤层底板传播到下煤层,导致下煤层回采巷道顶板最大下沉量和底鼓量增大。在水平方向上,由于水平应力较大,会对巷道产生挤压,从而使巷道两帮产生明显位移。

近距离煤层群沿空掘巷小煤柱留设研究

针对近距离煤层群沿空掘巷小煤柱留设问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了近距离煤层群沿空掘巷围岩变形、围岩应力分布规律及小煤柱稳定性与煤柱宽度之间的关系,研究结果表明,该工程地质条件下合理煤柱宽度为5~8m,研究对类似条件下沿空掘巷合理煤柱的留设具有一定的指导意义。

近距离煤层群超大采空区注浆防灭火技术及其应用

神东公司传统的"以快治火"方法随着复合煤层的开采,已很难发挥其原有的效果,所以需采用一种高效、长久、经济、便利的防灭火方法解决神东公司矿井内因火灾隐患。神东公司针对近距离煤层群超大采空区的矿井开采现状,深入研究了注浆范围、材料、方法、工艺、过程、注浆区排水及效果考察等相关防灭火技术,在应对矿井自燃火灾时,采取了以注浆防灭火技术为主的综合防灭火措施,并取得了较好的效果。结合注浆防灭火技术在补连塔煤矿的应用情况,进一步说明了科学、合理地应用注浆防灭火技术能够有效治理矿井煤炭自燃火灾,从而保证矿井的安全生产。

急斜煤层群重复采动沿空软岩巷道变形破坏机理

急倾煤层沿空软岩巷道变形破坏机理复杂,多次采动影响下巷道维护难度大.利用现场调研实测、物理相似模拟实验和数值模拟分析,对赵家坝急斜煤层群重复采动沿空软岩巷道变形破坏机理进行了深入分析结果表明:赵矿急斜巷道变形破坏是十分复杂的时间、空间问题,即在初次采动阶段:非对称岩体结构及应力分布导致巷道变形失稳;二次扰动阶段:非对称原岩应力释放机理导致巷道变形失稳;三次、四次扰动阶段:拱脚效应与层间压剪变形失稳机理导致巷道变形失稳,为该类型巷道支护形式与参数的选择提供了科学依据.

厚煤层沿空掘巷围岩失稳机制及控制技术

深埋厚煤层沿空掘巷回采期间巷道大变形治理是制约煤矿安全开采的难题,国内外专家在支护实践中,总结多套巷道支护技术,但由于矿井地质条件的复杂多变性,现有的支护技术还不能完全控制围岩大变形。以羊场湾煤矿130205工作面深埋厚煤层小煤柱沿空掘巷回采期间围岩大变形为工程背景,依据全尺寸数值计算分析构建厚煤层沿空侧的覆岩运动特征与力学结构模型,利用摩尔-库仑准则分析沿空采动期间围岩失稳机理,得出通过降低作用于煤柱上方的垂直应力才能有效控制围岩变形的结论。在此基础上提出泵送支柱辅助支护方案,通过该方案的实施,风巷超前段围岩大变形得到有效控制,两帮移近量由3.6 m减小至1.5 m,减小58.3%;顶底板移近量由1.5 m减小至0.7 m,减小66.1%,确保了工作面的正常回采。

基于自稳系数法的采空区群“短板”单元空区甄别及实例分析

提出采空区群"短板"单元空区甄别的类框架结构自稳系数分析方法,为采空区群失稳的超前防控提供依据。构建采空区群类框架结构自稳模型,通过建立系统结构的位移法典型方程组,结合岩石强度理论,给出顶柱、间柱自稳系数计算式,引入顶柱、间柱重要度因子α,β,进行采空区群"短板"单元空区甄别分析。以某大型金属矿山4个中段12个单元采空区组成的采空区群为例,开展爆破与非爆破影响两种工况条件下"短板"单元空区甄别研究。结果表明:该方法可以有效甄别采空区群中的"短板"单元,揭示单元空区自稳系数与其赋存深度、位置之间的关系,反映"短板"单元空区的分布情况。现场踏勘及位移监测结果从不同维度验证了分析结果的可靠性。为采空区失稳灾变的超前防控提供了一种新的方法。

切顶卸压沿空留巷技术在高瓦斯煤层群中部煤层的应用

针对白皎煤矿高瓦斯煤层群中部煤层的工程地质条件,提出并实践了切顶卸压沿空留巷无煤柱开采的技术,研究了留巷加固支护、切顶自动成巷和采空区防灭火工艺。研究表明:采用切顶卸压技术,将采空区原整体的顶板提前采用爆破切顶的方法使采空区垮冒区域与沿空留巷区顶板的压力实现应力分区,当不需要留巷部分采空区顶板在周期来压作用下自然垮落后,形成新巷帮,成功保留2443机巷,从根本上解决了在高瓦斯煤层群开采过程中留设煤柱带来的应力集中、瓦斯突出、煤柱发火等技术难题。

煤层群叠加开采采空区覆岩裂隙演化规律研究

针对煤层群开采条件下覆岩裂隙的发育特征,采用相似材料模拟实验和理论分析的方法,开展了李家壕煤矿31114工作面开采相似模拟实验,分析了单一煤层开采和叠加开采条件下覆岩裂隙的演化规律,揭示了叠加开采对覆岩裂隙发育的作用机制。结果表明,上煤层开采的覆岩垮落、矿压显现和裂隙发育与单一煤层开采的情况相同,下煤层开采后,叠加采动影响下破坏了上煤层覆岩垮落结构的平衡状态,裂隙大量发育;下煤层顶板破断后,上煤层采空区覆岩的垮落结构失衡,部分岩层发生旋转,形成竖直裂隙区,下煤层开采前期周期来压步距表现为“一大一小”;下煤层工作面通过上煤层采空区后,主关键层破断,覆岩呈整体垮落,工作面矿压显现明显。

近距离煤层蹬空开采设计研究及应用

以大同鹊山煤矿7、8号煤层实际情况为工程背景,在分析了煤层间距、层间岩性、下部煤层采高、时间间隔、煤层倾角等影响因素基础上,采用比值判别法、“三带”判别法和围岩平衡法判定蹬空开采7、8号煤层是可行的。根据分析判定结论,从工程设计角度,提出了7、8号煤层生产能力宜为30万t/a;先期试采地段位于井田西部边界与F2断层之间区域;对回采工作面主要设备进行了初选;确定了井下巷道断面及支护方式。通过现场试生产验证,提出的主要设计原则和设备参数科学合理,7、8号煤层日产量为650t,年产可达32万t,取得了较好的效益。

近距离倾斜煤层群上保护层开采对沿空留巷的影响研究

为研究近距离倾斜煤层群上保护层工作面开采布置对被保护煤层工作面沿空留巷的影响,以崔家寨煤矿1112工作面地质条件为工程背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等方法,对上保护层工作面卸压保护合理布置方式进行了研究。结果表明:上保护层采空区下方底板整体应力值较低,其下侧实体煤较上侧实体煤下方底板应力值要高;上保护层工作面布置于被保护工作面沿空巷道上方时能够更好的对沿空巷道围岩起到卸压效果。将优化后的上保护层工作面布置方式应用于1114工作面回采期间,现场液压支架工作阻力和沿空巷道围岩矿压监测数据证实了优化后的方案能够有效控制巷道围岩变形,改善沿空侧1114轨道平巷的围岩应力环境,提高沿空留巷服务期的安全性。

典型沿空切巷回采工艺下近距离煤层群防火技术

针对川南矿区煤层自然发火期短,典型沿空切巷回采工艺下的极近距离煤层群开采漏风控制难度大、发火危险性高的实际状况,结合矿井实际生产技术条件,通过建立"先探,后治,再采"防火机制,集成创新顶板再造、多源漏风测试以及区域通风防火控制等多种工艺并进行了现场技术示范。结果表明,上述防火关键技术满足了火与瓦斯灾害耦合的近距离煤层群赋存下沿空切巷回采工作面防火需要,保障了重点防火工作面的回采安全,回采期间CO气体浓度、温度等指标控制在合理范围内。

急倾斜煤层群开采突水预测研究

针对煤矿突水危害的巨大威胁,以新疆某矿为对象,运用FLAC软件,对急倾斜煤层群开采过程中的突水机理及可能性进行研究。结果表明:从数值计算结果中的塑性区分布情况来看,1号、2号和3号煤层隔离煤柱在各煤层回采过程中,整体都处于拉伸破坏和剪切破坏状态下,各煤层的隔离煤柱均发生破坏;1号、2号煤层隔离煤柱的透水因子分别为1.50、1.24,说明1号、2号煤层隔离煤柱渗流均不稳定,发生透水的可能性较大。3号煤层隔离煤柱的透水因子为0.92<1,3号煤层隔离煤柱渗流均基本稳定,发生透水的可能性较小。

“三软”薄煤层群沿空留巷区段上行式开采研究

为了研究"三软"薄煤层群沿空留巷条件下区段开采顺序对回采巷道的影响,在结合前期现场调查分析、支护研究、室内岩石物理力学参数测定的基础上,利用有限差分法对四川南部地区某煤矿的极近距离"三软"薄煤层群区段下行式或上行式开采顺序进行了数值模拟。研究表明,采用区段下行式开采顺序时,巷道顶板及高帮上侧顶板易发生挤压、剪切破坏,高帮充填带稳定性相对较差,而上行式开采较下行式开采的垂直应力在巷道矮帮0.5 m范围内至少减小1 MPa,剪应力减小1 MPa,产生的水平应力能阻止矮帮充填带向采空区侧滑移,也有利于提高充填带的初期强度。