Subsoil Natural Physico-chemical Reactor: The Property of Deep Abiogenic Methane-Containing High-Thermobaric Fluid to Form Coal Seams

For the first time,the property of deep abiogenic methane-containing high-thermobaric fluid to decompose organic residues in the Earth’s crust and form coal seams was established.

煤层群下行开采底板应力演化规律与合理巷道错距研究

为解决近距离煤层开采遗留煤柱下伏回采巷道合理布置工程问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,基于半无限平面体理论建立遗留煤柱底板岩层应力分布力学模型,系统研究了遗留煤柱下伏底板岩层应力分布特征及减压区相对位置关系,提出遗留煤柱非均布载荷影响的底板水平/垂向距离判别方法,揭示了遗留煤柱水平/垂向间距对下伏煤层回采巷道应力变化率的影响程度。结果表明:垂直应力集中是导致下伏巷道失稳的主控因素,以垂直应力变化量0.2γH作为评判应力影响程度的临界指标,探究了不同因素影响下的应力扰动程度,随着遗留煤柱尺寸、煤层间距、埋深与岩层垮落角逐渐减小,底板岩层应力影响深度呈递减趋势;随着水平错距增大,巷道围岩垂直应力值、应力变化率差值不断减小,界定两者数值低于0.2γH与0.01时,围岩达到可控稳定状态;现场试验21320回风巷采用外错式25 m进行实测验证,优化布置后巷道顶板相对位移量控制在45 mm以内,服务期间巷道围岩工况稳定,验证了所得安全错距的合理性。

复采残采煤层开采技术研究

以往的复采残采煤层开采中存在很多问题,现代化煤矿企业应当对这些问题展开分析,并以实际情况为依据,找到1套行之有效的解决办法,合理地运用煤炭开采技术,从而最大限度地提升煤炭开采水平以及安全性。探讨了复采残采煤层开采所面临的挑战,针对A复采残采煤层开采情况,详细讨论了工作面优化设计和大比例调斜折向技术的应用,并指出了A复采残采煤层开采取得的社会和经济效益。

复采煤层房柱式采煤法与开采可行性研究

深入探讨了房柱式采煤法在复采残采煤层中的应用,旨在提高回采率和开采效率。详细介绍了房柱式采煤法的特点和优势,包括投资少、操作灵活和效率高等。同时强调了设计和操作对开采效果的重要影响,以及地质特性对采煤效果的影响。结合理论分析和案例研究,提出了一系列优化开采的建议和方案,旨在实现安全、高效的煤矿开采,满足日益增长的能源需求。

厚煤层错层位巷道布置采全厚采煤法1:理论创新与工程应用

我国厚煤层开采存在巷道支护与煤柱损失的难题,本文以综合回采率与巷道支护一并解决的厚煤层错层位巷道布置采全厚采煤法为主要研究内容。首先,介绍了厚煤层错层位巷道布置采全厚采煤法,在此基础上,进一步给出了起坡段工艺特征。其次,结合沿空掘巷特点,给出该工艺跳采特征,结合巷道布置经典理论确定错层位巷道布置的机理及其巷道承载特点,从而消除跳采带来的孤岛煤柱问题及实现工作面采出率的最大化。最后,结合两种典型特征矿井介绍了该采煤方法的应用情况,发现该采煤方法在回采率、自然发火与巷道维护等方面的独特优势。

特厚煤层残留煤柱应力分布与巷道跨煤柱布控技术

为确定老公营子煤矿特厚煤层分层开采残留煤柱影响下回采巷道的合理布置位置及稳定控制方案,采用现场监测、理论分析与数值模拟结合的方法,研究了残留煤柱与下分层煤体应力分布特征,对比分析了不同巷道布置位置的围岩应力状态,提出了跨残留煤柱巷道布置方式,建立了以应力增高区宽度作为条形基础宽度的底板滑移线场力学模型,确定了距残留煤柱水平距离4 m的巷道布置方案,结合巷道布置特点,提出了“工字钢棚+锚索+喷浆+浅孔低压注浆”的主被动联合支护方案。研究结果表明,上分层两侧工作面采空后,主应力偏转导致残留煤柱与下分层煤体间均存在双峰值的应力集中现象,煤柱内部为垂直应力集中区,煤柱边缘为剪应力集中区;外错式布置巷道受垂直应力与剪应力双重影响,应力集中程度最高且随外错距离增大而增大,垂直式布置巷道应力集中程度次之,受剪应力影响更为明显,而跨残留煤柱布置巷道受垂直应力与剪应力影响明显降低,垂直应力峰值稳定为34.1 MPa,剪应力峰值稳定为6.7 MPa,应力集中程度最低且随跨距增大而减小。现场应用效果显示,跨残留煤柱巷道围岩变形量小,无强烈的矿压显现特征,能够满足安全生产的要求。

近距离不规则采空区下综放煤巷分区控制研究

为了解决近距离煤层巷道围岩大变形破坏的控制难题,以小峪煤矿不规则采空区下近距离厚煤层综放煤巷为工程背景,将试验巷道划分为普通段、采空区下及残留煤柱下等多个区域,通过地质雷达探测、钻孔窥视、理论计算、数值模拟等方法对比分析了不同区域煤巷围岩变形破坏特征。结果表明:近距离不规则采空区下综放煤巷围岩塑化破坏范围为2.15 m;工作面超前剧烈采动影响距离为26 m;综放煤巷回采帮松动范围大于实体煤帮0.5 m。基于此,提出了普通区煤巷常规支护及采空区下与残留煤柱下煤巷槽钢锚索加强支护的分区联合控制技术,工程实践表明分区组合支护技术显著控制了围岩大变形,保障了综放工作面的安全回采。

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。

近距离煤层遗留区段煤柱下巷道合理布置研究

汪家寨煤矿7号煤已回采完毕,为确定7号遗留区段煤柱下影响下8号回采巷道的布置位置,通过数值模拟分析了不同内错距离时巷道的应力与位移分布特征,结论如下:(1)8号煤在遗留煤柱正下方垂直应力达到峰值,约为原岩应力的4.4倍,影响范围为距煤柱中心水平13 m;(2)随着巷道内错距离的增加,巷道受上方遗留区段煤柱的影响逐渐减小,当内错距离大于6 m后,巷道位于卸压区,确定了巷道合理的内错距离为6 m;(3)分析了现场实测的巷道围岩变形量,巷道围岩变形量整体较小,均在可控范围内,验证了巷道内错距离选择的合理性。该技术可为类似矿井提供参考。

上层煤残留煤柱预裂爆破卸压合理参数研究

针对浅埋残留煤柱下工作面开采易出现压架等问题,提出了预裂爆破残留煤柱、缓解应力集聚减灾的方法,基于冯家塔煤矿地质生产条件,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了残留煤柱的承载特性和应力分布特征,分析了不耦合系数、轴向装药系数、炮孔布置及起爆方式对残留煤柱致裂效果的影响机制,确定了合理爆破参数。结果表明,爆破煤柱可降低煤柱对上覆载荷的传递作用,进而减小对下煤层支架的作用力。

保护层开采上覆遗留煤柱影响区冲击危险性分析

为深入探讨保护层开采上覆遗留煤柱对工作面回采期间冲击危险性的影响,以大佛寺煤矿40201工作面为工程背景,采用理论分析和现场探测的方法,研究了保护层开采上覆遗留煤柱影响区耦合断层构造及工作面见方等因素的冲击危险性。研究结果表明:保护层开采为良好的区域防治冲击地压的方式,40201工作面在初期回采过程中所监测到的微震事件总能量不超过104 J,总频次不超过100次,处于较低水平,保护层开采工作面受远场动载扰动影响小;保护层开采上覆遗留煤柱影响区的冲击危险性相对较高,上覆遗留煤柱内的应力集中继续向下方工作面传递,与回采面内断层构造及见方时期带来的构造应力及顶板活动异常等因素耦合,40201回风巷侧较运输巷侧具有更高的冲击危险性;大佛寺矿40201工作面在保护层开采上覆遗留煤柱影响区回采时未发生灾害性冲击显现,验证了保护层开采作为区域防冲手段的优越性。

“上柱-下垮”复合残采区中部残煤开采可行性评价

针对白家庄煤矿"上柱-下垮"复合残采区中部残煤的安全开采问题,采用实验手段研究了多重采动影响下中部残煤采场岩层的垮落特征、应力分布规律及塑性区分布范围,结合弹塑性力学理论分析了上下煤层开采造成的损伤破坏范围,对中部残煤开采可行性进行了研究。研究表明:(1)上下煤层的采动影响并未破坏中部残煤的宏观连续性,且在中部残煤开采过程中,上覆岩层结构相对稳定;(2)采场岩层的支承压力与塑性区的分布范围基本一致,二者皆可以评价上下煤层开采后层间岩层的损伤破坏范围,其损伤范围包含整个上位层间岩层和下位层间岩层的局部范围;(3)中部残煤主要受上部煤层开采影响,处于上部煤层开采损伤破坏范围之内,因此在中部7号残煤开采过程中,其采场顶板稳定性较差,应采取合理有效的顶板控制措施保证安全生产。

难刨煤层刨刀可靠性与疲劳寿命研究

基于Pro/E,ADAMS,ANSYS,Matlab与nSoft构造联合仿真平台,建立了某滑行刨煤机刨头的刚柔耦合虚拟样机模型。通过对某难刨煤层赋存条件的研究,生成了实际工况下刨刀的三向力载荷文件。提出了减少煤脊残留的非对称方式布置的新型刨刀,并对传统刨刀与新型刨刀在煤质韧性较高,煤层次生性裂隙极不发育的工况下所受的最大主应力与疲劳寿命进行了对比分析。结果表明:两种刨刀所受最大主应力基本相等,但传统刨刀在刨削难刨煤层过程中将随着煤脊的残留而无法继续工作,而以左右非对称方式布置的新型刨刀既消除了煤脊的残留,同时又提高了刨刀工作的可靠性、延长了刨刀使用寿命。

残留煤柱破坏特征及其对下部煤层开采影响

应用Wilson煤柱设计理论公式和三向应力状态下的极限平衡条件,以王封煤矿为实例,分析了刀柱采煤法开采后留设煤柱的弹塑性变形区,计算了煤柱承受的极限载荷,得出该矿8号煤层刀柱采煤法留设的煤柱实际承受的荷载小于其所能承受的极限荷载,煤柱处于稳定状态,上覆岩层在煤柱上产生应力集中现象,对下部煤层开采造成较大的困难。

上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响

针对上下柱式多重采动影响下中部残煤的安全开采,根据白家庄煤矿复合刀柱式残采区中部7号残煤的赋存状况,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响,揭示了复合刀柱开采后中部残煤的应力分布特征。研究结果表明:1下部煤层柱式开采时,刀柱煤柱/柱采区域采场煤岩层会逐渐演化为应力增高区/应力降低区,二者在水平方向上交替显现;上部煤层柱式开采时,采场煤岩层的应力集中程度/卸压程度会进一步增强。2多重柱式采动影响下,采场煤岩层的应力分布呈现"原始平衡—初始波态平衡—新波态平衡"的演化特征,不仅揭示了支承压力在刀柱煤柱采场煤岩层中的时空叠加效应,而且证实了柱采区域采场煤岩层的复合卸压效应。3复合刀柱开采后,中部残煤的应力分布表现出明显的波态特征。

近距离残留煤柱下破碎围岩巷道修复技术

针对近距离煤层开采过程中,残留煤柱下部巷道在煤柱集中应力作用下围岩破碎程度高、修复难度大的问题,以山西某矿为工程背景,采用数值模拟的方法分析煤柱底板应力分布规律,结合巷道实际变形特征总结了下位巷道围岩变形破坏原因。认为:残留煤柱底板集中载荷的非均匀性分布,及其引起的支护体承载结构破坏是近距离煤柱底板巷道围岩发生大变形的本质。由此,提出了基于破碎围岩注浆和高强度锚杆支护的巷道修复技术,工程实践表明该技术在有效提高围岩整体性和可锚性的同时,使浅部锚固区与深部围岩相连形成整体承载结构,有效地控制了巷道围岩变形,保障了矿井安全生产。

多元回归分析在煤层瓦斯含量预测中的应用

根据某矿影响煤层瓦斯含量的大量参数值,运用多元回归分析的数学模型,建立了煤层瓦斯含量预测的多元回归方程,并对方程及其系数的显著性作了检验,进行了学生化残差分析。通过此数学模型能够直观地反映煤层埋深、煤层厚度、地质构造、煤的顶底板岩性及煤的变质程度对煤层瓦斯含量的影响关系。结果证明预测的准确性较高,此方法可为矿井预测瓦斯含量提供一种有效途径。

深部残采区域下冲击危险易突出煤层开采的相似模拟试验

针对深部残采区域下伏煤层工作面的安全开采问题,采用相似模拟试验的方法,通过监测残采区域形成过程中及稳定后下伏煤层应力变化情况,分析应力变化规律,根据应力卸压准则确定了残采区域的走向和倾向的卸压角及保护范围。试验结果表明,残采区域下伏煤层工作面开采过程中上覆岩层运动经历了"正常—剧烈—缓和—剧烈—正常"5个阶段和2次瞬时大面积整体失稳,工作面进风巷位于高应力集中区域内;在工作面走向方向上存在2处危险区域,结合应力观测数据划定了2处危险区域的范围。该研究工作为制定残采区域下伏煤层工作面防冲、防突安全措施提供了可靠的基础数据。

基于双屈服模型的采空区下特厚煤层破坏特性

为了研究上煤层采空区对其下伏近距离特厚煤层的影响,确定下煤层巷道布置内错距离;以国投塔山煤矿为背景,基于有限差分数值方法,运用双屈服本构模型实时修正手段,模拟了上煤层采空区垮落带岩体压实特性,阐明了采空区下伏煤岩层内应力场传递规律及塑性破坏发育范围;结合理论分析及现场钻孔窥视结果,验证了数值结果的可靠性,确定了下煤层回采巷道布置内错距离。结果表明:上煤层采空区内遗留区段煤柱下方应力场在下煤层中形成近似"正梯形"影响范围,上下影响宽度分别为32、56 m;遗留区段煤柱下方塑性区在下煤层中呈"倒梯形"分布,上下塑性区宽度分别为81.36、61.47 m;结合理论分析及现场钻孔窥视结果,最终确定下煤层回采巷道内错距离应为13.5 m。

近距离煤层房柱区煤柱底板应力传递规律

采用理论分析和数值模拟的方法,以陕北煤田韩家湾矿近距离煤层2-2煤和3-1煤为研究对象,对煤柱的应力分布及传递规律进行研究。结合煤层具体赋存条件计算煤柱的塑性区宽度,分析韩家湾矿残留煤柱支撑能力。对4种尺寸的煤柱应力在底板中的分布规律进行力学分析,得到不同尺寸煤柱在底板各深度的应力曲线。运用FLAC 3D软件对韩家湾煤矿2-2煤房柱区留设的4种尺寸的间隔煤柱应力分布进行模拟,得出不同尺寸煤柱应力在底板岩层中的分布图。结果表明:残留煤柱承载着上覆岩层的重量,沿煤柱中心线向下传递到底板岩层中,呈半椭圆型分布,在煤柱下方形成应力增高区,应力以中心线为轴向两侧形成对称分布;煤柱应力在底板岩层中的传递与煤柱的尺寸大小有关,煤柱尺寸越大,应力在底板岩层中向下传递的越远、分布范围越广;下煤层开采进入14 m煤柱下方边界时,受双重应力作用,易引起顶板整体切落,对工作面造成的安全隐患较大。