上薄下厚煤层群上行开采可行性研究

上行开采可有效缓解矿井接续紧张,延长矿井服务年限。以某矿典型的上薄下厚煤层群开采为例,综合采用理论分析、数值模拟等方法对B_(5)煤层上行开采可行性展开研究。结果显示,B_(4)^(2)煤层、B_(5)煤层层间岩层为含单一煤层结构,B_(5)煤层处于在B_(4)^(2)煤层开采后形成的裂隙带范围内,B_(4)^(2)煤层开采后,上覆岩层形成铰接岩梁结构,随着工作面推采,铰接岩梁结构不断向前传递,B_(5)煤层可以保持较好的完整性和连续性。采用4种判别方法对该矿水平采区范围内B_(5)煤层是否具备上行开采的可行性进行验算,明确了B_(5)煤层部分区段具备上行开采的可行性,为高效开采提供了理论依据。

Comprehensive evaluation of water-inrush risk from coal floors

Lower groups of coal seams are presently being mined from water-inrush from coal floors in order to have safe production in the Yanzhou coal mining area. We need to evaluate the risk in the lower groups of coal seams in mines. Based on a systematic collection of hydrogeological data and some data from mined working faces in these lower groups, we evaluated the factors affecting water-inrush from coal floors of the area by a method of dimensionless analysis. We obtained the order of the factors affecting water-inrush from coal floors and recalculated data on depths of destroyed floors by multiple linear regression analysis and obtained new empirical formulas. We also analyzed the water-inrush coefficient of mined working faces of the lower groups of coal seams and improved the evaluation standard of the water-inrush coefficient method. Finally, we made a comprehensive evaluation of water-inrush risks from coal floors by using the water-inrush coefficient method and a fuzzy clustering method. The evaluation results provide a solid foundation for preventing and controlling the damage caused by water of an Ordovician limestone aquifer in the lower group of coal seams in the mines of Yanzhou. It provides also important guidelines for lower groups of coal seams in other coal mines.

浅埋煤层群上下层位土层与基岩层协同隔水稳定性研究

浅埋煤层顶板突水是由于导水裂隙带贯穿隔水层而引起的,随着煤层群的下行开采,土层与基岩层的协同隔水机理亟待明确。为了分析隔水土层在煤层群下行开采工程背景下的破坏机理,以便准确预测煤矿顶板突水问题,以陕北神府矿区韩家湾煤矿2−2、3−1和4−2煤下行开采为研究背景,通过原位钻孔取心试验得出不同埋深的隔水土层性质的差异;通过建立上层位隔水土层渗透扩展力学模型来描述裂隙发育形态;采用土−岩复合隔水层力学模型,在“给定变形”条件下计算下层位隔水土层处于整体稳定状态时的力学判据。研究表明,隔水土层根据其性质不同可以分为上层位隔水土层和下层位隔水土层;通过比较总载荷与上层位隔水土层抗拉强度的大小,当总载荷小于等于上层位隔水土层抗拉强度时裂隙不再向下发育从而得出裂隙发育长度;在“给定变形”条件下,当下层位隔水土层长边中部位置处产生的拉应力小于或等于拉伸强度阈值时,下层位隔水土层整体结构处于稳定状态,不会产生拉伸破坏;根据韩家湾煤矿地质情况进行数值模拟,模拟结果与理论分析结果相吻合。研究可为相似地质条件下顶板突水预测提供参考。

煤层群上下保护层开采围岩应力时空演化规律及应用研究

为实现煤层群上下保护层开采被保护层卸压瓦斯高效抽采,采用数值模拟方法研究上下保护层开采后围岩应力分布及演化规律,根据卸压范围分布实现卸压瓦斯抽采钻孔精准布置。研究结果表明:上下保护层双重开采,有效降低被保护层的应力,卸压范围增大。下保护层开采后被保护层倾斜上下边界卸压角分别为87°、72°,走向卸压角为63°;上保护层开采后被保护层倾斜上下边界卸压角分别为76°、79°。卸压抽采钻孔瓦斯浓度从卸压前的30%~40%增加到卸压后90%以上,单孔瓦斯流量从卸压前0.03~0.08 m^(3)/min增加到卸压后的1.1~1.85 m^(3)/min,瓦斯纯流量呈现数10倍增加,但工作面推过150 m左右,抽采数据快速降低,卸压瓦斯抽采存在显著的空间和时间效应。研究结果可促进多重保护层开采卸压瓦斯抽采技术发展。

受断层控制的下组煤开采底板变形特征及突水危险性探究

为了探究杨村煤矿十采区下组煤17煤层首采10703工作面断层突水危险性,在系统分析其地质及水文地质条件基础上,确定了该工作面属于典型的受断层控制的带压开采范畴,主要突水含水层为十三-十四灰和奥灰。在此基础上,建立了集完整和有断层于一体的10703工作面所在区域的三维工程地质模型,采用数值模拟方法对比模拟获得了16上和17煤两薄煤层依次开采后受断层控制的底板变形破坏深度和特征。在此基础上,采用安全带压系数法系统评价了完整和有断层条件下十三-十四灰和奥灰对10703工作面带压开采突水危险性,结果认为均是安全的,与突水系数法结果进行了比较。研究结果对该工作面带压开采底板水防治具有很好的参考价值。

“以孔代巷”超前抽采卸压瓦斯技术实践

针对官地矿909工作面顶板岩层复杂地质条件和瓦斯集聚浓度高问题,设计了以孔代巷技术,从采动裂隙发育规律和钻孔瓦斯抽采特征等方面,分析了高位大直径定向钻孔替代高抽巷的技术原理。实践表明,该技术实现了穿层钻孔代替顶板瓦斯抽采巷抽采被保护层卸压瓦斯,更新了“以孔代巷”技术方法;实践了覆岩外展岩移区超前卸压瓦斯抽采技术,加大了瓦斯利用;改善了瓦斯重大灾害治理措施的时空效应,为煤矿安全开采提供了条件。

慈林山矿煤层群下部采场覆岩运移规律

煤层群下部煤层开采,上部工作面与下部工作面双重扰动作用会加剧覆岩运移,覆岩原、次生裂隙发育演化形成导水裂隙,顶板、采空区水会极大地制约下部工作面安全、高效开采。为解决此类工作面开采难题,采用相似材料实验、理论分析法,对慈林山矿煤层群下部煤体开采时覆岩运移规律等进行研究。研究结果表明:慈林山矿煤层群下部工作面初次来压步距为55m,平均周期来压步距18.7 m,岩体垮落角在煤壁侧大于切眼处,下部煤体开采会扰动上部工作面煤柱,破断裂隙会贯通上部工作面采空区,且在上部壁式工作面一侧不易闭合,进而演变为导水裂隙,使下部工作面遭受岩体冲击、采空区水威胁,覆岩运移量由下至上具有降低—升高—降低演变特性,上部工作面覆岩沉降量整体较下部工作面大。

应用多源信息复合法评价突水影响因素

煤矿突水危险性评价可为安全开采提供重要依据,而正确评价各突水影响因素的影响程度是其前提条件。在系统收集研究区水文地质资料的基础上,分析评价了突水影响因素。根据研究区实际情况,利用多源信息复合技术,提出多因素复合原则,评价突水影响因素影响程度。评价结果为矿区下组煤开采突水危险性评价提供了有力依据,对制订奥灰水防治措施有一定的指导作用。

近距煤层群下部煤层回采巷道布置研究

近距煤层群开采工作面间易相互作用,下部采场围岩力学环境复杂,巷道布置要求高,合理布置回采巷道是下部煤层高效开采的关键。为解决下部煤层回采巷道布置难题,综合采用现场实测、数值计算、理论分析等手段,对下部煤层回采巷道松动圈范围、巷道布置影响因素、巷道布置参数等进行研究,研究结果表明:近距煤层群下部回采巷道布置的主要影响因素为上部采场残余煤柱承载、上部采空区水及同煤层采动作用;残余煤柱承载形态呈现为马鞍状,煤柱承载会向底板岩层转移,并于煤柱附近底板岩层中发生应力集中,应力强度与距煤柱距离呈负相关性;下部煤层同煤层临近采场采动促使拟布置巷道围岩承压整体呈现出"升高-降低-升高-降低"的分布特征,且上下采场采动作用易叠加;近距下部煤层回采巷道布置的关键是兼顾上、下煤层采动影响,合理设计工作面间煤柱宽度。

兖州矿区下组煤开采底板突水危险性评价

在系统收集兖州矿区各勘探阶段及各生产矿井水文地质资料的基础上,对兖州矿区下组煤底板奥灰含水层的水文地质特征进行了分析。利用单位涌水量资料对奥灰富水性进行了分区,综合考虑奥灰含水层的富水性、水压、隔水层厚度及底板破坏深度等因素,对影响下组煤各煤层开采的底板奥灰突水危险性进行了分区预测,为矿区奥灰水防治提供了依据。

深部下组煤首采工作面周邻区段底板突水危险性预测评价

以济北矿区某煤矿高承压水体上下组煤首采工作面周邻区段采掘为工程背景,为预测底板太原组主要灰岩含水层的突水危险性,运用突水系数法对正常块段十三灰的突水危险性进行预测评价,结果表明,完整地段10个钻孔的突水系数值均大于《煤矿防治水规定》中的临界突水系数0.1 MPa/m,带压开采危险性较大。与此同时,结合钻孔和伺服渗透资料,分别计算了这些钻孔底板岩层的综合阻水强度,并将这10个钻孔的实际水压值与其相应的综合阻水强度值的比值进行分区研究。两种方法对比分析表明,突水系数大的区段一般对应的比值也较大,两者之间具有一定的关联性,比较符合实际情况。这为济北矿区及地质条件相似矿井煤炭资源向深部带压开采所引起的底板水防治提供了新的研究方法。

新驿煤矿下组煤矿井涌水量预测研究

在系统收集水文地质资料的基础上,运用"大井法"和水文地质比拟法对开采16煤的涌水量进行了预测,利用突水系数法,对八采区16煤底板奥灰突水危险性进行了评价,得出了突水系数分区图。经综合分析对比,采用大井法的预测结果:即开采16煤正常涌水量为482m3/h,最大涌水量为540m3/h;奥灰突水量初期为1 083～10 640m3/h,一般为660～4470m3/h;如对奥灰采取疏排降压方案,疏降排水量预计为770m3/h。此结果可作为矿井回采阶段防治水设计的参考。

吕梁矿区近距离煤层群下邻近层瓦斯抽采方法研究

针对吕梁矿区主要矿井属近距离煤层群开采,且上部煤层回采面瓦斯涌出以下邻近层为主的特点,提出了下邻近层瓦斯抽采从瓦斯涌出源头上进行治理,并充分利用开采煤层的扰动卸压作用重点进行"拦截抽采"的抽采技术方法。高家庄煤矿、神州煤矿、赤峪煤矿等煤矿的下邻近层抽采实践表明,针对不同煤层瓦斯条件,通过采取合理的抽采方法,下邻近层卸压增透区瓦斯抽采量和抽采率可明显提高,达到了节省抽采成本、提高抽采效果的目的,对吕梁矿区近距离煤层群条件下邻近层瓦斯治理具有重要的借鉴意义。

奥灰岩溶水上带压开采区域超前治理防治水技术

针对邯邢矿区煤层开采受奥灰承压水威胁及保水开采的现状,提出了区域超前治理防治水技术,以超前主动、区域治理、全面改造、带压开采为指导原则,该技术在邯邢矿区奥灰含水层顶部区域超前注浆改造中进行应用,以孔口终压1.0 MPa、稳定30 min以上和单孔吸浆量小于50 L/min作为注浆结束标准。试验过程中采用地面多分支水平钻进关键技术,最终达到注浆加固煤层底板含水层及奥灰顶部改造含水层目的,大幅降低煤层底板突水可能性,安全开采出受承压水威胁的煤炭资源。

华北煤田下组煤底板岩溶含水层注浆改造技术应用及发展趋势

我国华北煤田含煤地层主要为石炭—二叠纪。由于煤系地层绝大多数直接沉积在奥陶系灰岩强承压岩溶含水层之上,其下部煤层(下组煤)距离奥陶系灰岩较近,开采过程中多次发生底板突水事故。为此,我国专家学者开展了大量的研究工作,在下组煤底板突水危险性评价理论和方法方面取得了丰富的研究成果。但是,由于华北煤田分布广,地质水文地质条件千差万别,这些理论和方法存在一定的局限性,下组煤突水事故仍时有发生。因此,下组煤底板岩溶含水层注浆改造成为近年来我国煤炭行业重点研究的课题之一。首先系统地介绍了我国下组煤底板岩溶含水层大面积注浆改造布孔方式发展历程,即由井下巷道扇形钻孔→井下巷道定向钻孔→地面定向钻孔;其次介绍了放水试验法、钻孔涌水量法和电阻率CT、震波检层、无线电波透视与瞬变电磁等物探方法在下组煤底板岩溶含水层大面积注浆改造效果评价中的应用状况;最后指出了未来下组煤防治水技术的发展趋势:(1)在进一步深入研究底板突水理论的基础上,研究浆液和下组煤底板岩溶地层的相互作用机理;(2)采用地面定向钻孔方式,对下组煤底板岩溶含水层进行注浆改造,优化注浆工艺;(3)结合水平定向钻孔工艺,研究经济高效的物探技术,实现对深部下组煤底板突水危险性和底板岩溶含水层注浆改造效果的精准探测与评价。

远距离下保护层开采对上覆煤层卸压保护效果研究

以平顶山煤田十矿为工程背景,针对远距离煤层群开采条件下,下保护层开采对上覆岩层卸压保护技术研究,应用离散元数值模拟技术,对被保护煤层卸压情况进行监测和分析,同时对下保护煤层跨越相距248m的被保护煤层顶板大巷和保护煤柱开采过程的巷道变形进行计算和分析。结果表明,下保护层采煤工作面虽然距上部岩层巷道248m,但采动的影响仍很显著,使远距离覆岩大巷产生大变形和沉降,丧失使用功能,数值模拟结果与现场观测到的情况一致,验证了数值试验对卸压保护效果的可靠性;通过数值模拟分析,下保护层开采后,上覆相距180m的被保护煤层最大主应力降低了20%,卸压保护角约为80°,卸压膨胀稳定区的膨胀变化率为2.25%-2.5%。这表明首先开采下保护煤层,对上覆被保护层煤层的卸压效果明显,具有一定的保护作用。

过采空区抽采下组煤煤层气技术及工程应用初探--以晋城寺河井田为例

晋城矿区寺河井田3号煤层经多年的煤矿开采,形成了大面积的采空区,大面积的卸压提高了下组煤(9号、15号)的渗透率,但由于采空区阻隔和煤层气地面预抽技术的局限,致使下组煤煤层气尚未得到有效抽采。为保证煤矿的安全生产和产能的释放,结合采空区特征,采用过采空区钻完井及压裂工艺新技术,分析施工参数及后期产能情况,评价过采空区抽采下组煤煤层气技术的应用效果。结果表明:地面钻井开发过采空区下组煤煤层气资源时,应首先进行井位优选及井身结构优化,以保证钻井的成功率;采用氮气置换套管钻井工艺及低压易漏注浆加固等穿采空区钻完井技术,不仅可以有效降低采空区煤层气自燃甚至爆炸风险,而且保证了穿采空区段固井质量;优化采空区下组煤层压裂施工参数并设计不同井位的煤层气井压裂工艺,有效扩展裂缝长度,同时也避免了“压穿”等压裂事故发生;精细化排采管控措施可以有效扩大泄流半径,提高单井产能。现场一百余口过采空区煤层气井排采实践表明,单井最高产气量达到8832 m^(3)/d,日均产气量达到2694 m^(3),验证了过采空区抽采下组煤煤层气技术可行,可推广应用。

南屯煤矿下组煤开采突水危险性分析

该文利用南屯及周围各矿的实测资料,计算出下组煤开采的各孔突水系数,绘制突水系数等值线图并进行分区,指出潜在的水害因素。

华北型煤田下组煤开采围岩破坏规律研究

为了防止华北型煤田下组煤开采因围岩破坏致煤层底板奥灰突水,基于FLAC3D数值模拟软件,建立了下组煤开采试验工作面数值模型,利用光纤光栅传感器技术,监测了工作面回采过程中底板突水信息,通过数值模拟与监测结果的对比,获得了工作面煤层顶底板应力与破坏特征。结果表明:试验工作面初次来压步距为35～40 m,周期来压步距为10～20 m;工作面底板存有3个应力分区,即应力增高区、应力降低区和应力恢复区;煤层顶板破坏形态为沿走向和沿倾向方向"马鞍形"的叠加;试验工作面煤层底板破坏深度10.0～12.5 m,开切眼与终采线位置附近煤层底板破坏深度均达22.5 m,终采线位置附近煤层底板破坏深度大是试验工作面突水的主要原因。

峰峰矿区某矿矿井涌水量预测

针对峰峰矿区某矿井开采下组煤受底板灰岩岩溶裂隙水的威胁,在对矿井生产过程中的矿井涌水量及以往水文地质资料收集、分析的基础上,结合其水文地质条件和生产发展规划,采用水文地质比拟法和大井法预测了矿井涌水量。综合考虑这两种方法的优缺点和矿井实际情况,认为比拟法计算结果比较合理。