《“三下”开采规范》中安全煤(岩)柱留设问题探讨

针对《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中安全煤(岩)柱设计以及水压对顶板突水控制作用等问题进行探讨。首先分析了规范的附表4-3表头文字,指出保护层厚度的有关规定仅适用于松散含水层(含地表水体),至于基岩含水层下采煤应如何确定保护层厚度则未明确;进而以泥岩与黏性土层均具有阻水功能为桥梁,推导出基岩含水层下采煤可参照“松散层下黏性土层累计厚度大于采厚”条件执行,遵照“就高不就低原则”,基岩含水层下保护层厚度统一取采厚的4倍为宜;既然规范适用条件为单层采厚不大于3.0 m,则附表4-3中“松散层厚度小于采厚”的规定难以理解,建议删除。其次,基于“保护”一词的科学内涵对“保护层”重新定义,即导水裂缝带顶界面到含水层底界面之间的隔水岩层均具有“保护”功能,应统称为保护层H_(b);进而提出了保护系数B_(s)概念,即保护层厚度与单层采厚的比值;松散含水层下保护系数分区阈值(B_(i)=2、3、4、5、6、7),基岩含层下保护系数分区阈值B_(i)=4,据此对顶板水害风险进行等级划分:突水区(B_(s)≤0)、危险区(0<B_(s)<B_(i))、安全区(B_(s)≥B_(i))。此外,借鉴底板突水系数概念,将单位厚度保护层承受的水头压力称为保护层承压系数(T=P/H_(b)),通过对3种煤水结构条件下承压系数的分析,得出第4系松散含水层、非煤系基岩含水层下采煤可以不考虑水压,煤系基岩含水层下采煤随着开采深度增加、水压随之增大而带来突(涌)水风险。最后,分析了底板含水层顶部存在被泥质物充填隔水带时,《“三下”开采规范》给出的底板防水安全煤(岩)柱表达式(h_(a)≥h_(1)+h_(2)+h_(4))与附图相矛盾,正确的表达式应为h_(a)≥h_(1)+h_(2)-h_(4)。

煤层隐伏露头附近工作面开采水害安全性研究

张集煤矿浅部煤层隐伏露头区域工作面开采受到上覆松散含水层的威胁,1306工作面原设计采用分层开采,工作面产量和效率难以提高,通过FLAC^(3D)数值模拟、类似地质条件矿井综放或大采高综采的覆岩破坏规律进行分析,选取较大的垮采比和裂采比预计“两带”高度,并与综放开采“两带”高度经验公式预计进行对比,采用“最小安全厚度”法选取保护层厚度,确定了防砂安全煤岩柱的高度以及开采厚度。结果表明,1306工作面开采区域最小基岩厚度大于全厚综放开采所需最小防砂煤岩柱厚度,工作面可采用全厚综放开采至设计停采线结束,有利于矿井实现高产高效安全开采。

干式松散覆岩充填体下残留矿柱回采综合技术

为保证干式松散覆岩充填体下的残留矿柱的安全回采,采用超前注浆技术固结充填体,形成具有一定强度的人工假顶,通过回采工艺、技术安全经济指标的对比,优选出合适的采矿方法,保障作业的顶板安全.现场工业试验结果证明,采用超前注浆固结技术能很好地维护采场顶板安全,对类似矿山残留矿柱的回采可以提供借鉴作用,具有较好的工程实际意义.

断层防水煤(岩)柱安全宽度的计算与评价

针对如何确定导水断层附近的防水煤(岩)柱宽度是困扰煤炭开采的问题,以开滦集团荆各庄矿3092工作面为例,综合运用经验公式、数值模拟和原位探测来确定其断层防水煤(岩)柱的安全宽度,最终得出了符合实际的且小于原留设宽度的断层防水煤(岩)柱安全宽度,为该矿节约了可采储量,延长了矿井服务年限,具有显著的社会和经济效益;同时该法为本矿及相似矿井以后处理类似问题提供了参考,具有较高理论和现实意义。

基于“双行裂隙”模型的两淮矿区高承压厚松散层突水机理

两淮矿区高承压厚松散含水层覆盖下煤炭储量巨大,在提高上限开采过程中常发生松散层突水事故,采用传统"上三带"理论难以合理解释此类事故发生的机理。本文在分析两淮矿区高承压松散层水文工程地质条件的基础上,建立近高承压松散层开采"双行裂隙"模型,采用室内实验、数值模拟、理论分析和工程应用检验等方法,研究"双行裂隙"发育规律,揭示两淮矿区高承压厚松散层突水致灾机理,结果显示:祁东煤矿松散层第四含水层(简称四含)水压与裂采比呈线性关系;在水压作用下,覆岩"上行裂隙"发育高度增大;利用裂隙受力分析推导的基岩风化带原生裂隙扩展渗透深度计算公式,表明高承压松散含水层对风化裂隙产生劈裂作用,是"下行裂隙"形成的主要因素。"双行裂隙"的综合作用使工作面更易发生松散层水突水事故,研究成果为近松散层煤层开采安全煤(岩)柱的合理留设提供科学依据。

椭圆孔口塑性区及其在岩溶隧道工程中的应用

在解答圆形孔口弹塑性问题基础上,采用复变函数方法推导椭圆孔口塑性区半径计算公式。对比分析表明:该公式计算结果与基于摄动法计算结果相近,但参数较少,且能反应轴对称荷载下状态。针对常见中、小尺度隐伏干溶洞,以隧道周围塑性区和溶洞周围塑性区贯通与否作为中间岩柱稳定性判断标准,基于本文计算椭圆孔口塑性区理论建立隧道与不同方位、形态溶洞间岩柱最小安全厚度力学模型;采用FLAC3D进行数值正交试验,通过对计算结果多元回归分析,建立基于数值计算的安全厚度预测公式,为验证力学模型提供参考。以宜万线鲁竹坝隧道和五爪观岩溶隧道为例验证2种方法的可靠性和合理性,为类似工程提供参考。

巷道断层带瓦斯突出及防护岩柱临界厚度确定

矿井巷道在穿越含瓦斯断层或石门揭煤的掘进过程中,常常遇到岩石(煤)与瓦斯的超前突出。为科学地预留安全岩柱,通过深入分析各种突出影响因素,笔者修正了微元体中有效应力的表达式,从断裂力学的角度分析了岩柱内裂隙面上的应力状态,通过分析裂纹尖端周边的应力场,得出了裂纹尖端应力集中的力学成因,认为岩石(煤)与瓦斯突出是裂纹尖端应力强度因子达到岩体的断裂韧度时裂纹发生失稳扩展从而产生破坏的动力现象,并以此建立了岩柱临界安全厚度的计算模型。实践证明,计算得出的安全岩柱厚度与施工中的实际案例较为吻合。

浅埋大跨小净距隧道安全净距与中岩柱力学特性研究

结合魁歧双洞八车道小净距隧道工程实践,采用三维弹塑性有限元,通过分析围岩位移、等效塑性应变以及隧道安全系数随净距的变化,综合确定魁歧隧道最小净距为0.55B是安全、合适的。在隧道开挖模拟过程中,采用三种不同中间岩柱加固措施,研究Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下中间岩柱受力、变形特性。研究结果表明,预应力锚杆对控制围岩水平变形最为有效,软弱围岩小导管注浆加固效果较好,高级别围岩宜采取预应力锚杆加固。研究结论可为类似条件下特大断面小净距隧道的设计、开挖、岩墙加固提供理论依据,对工程实践具有指导意义。

厚松散层薄基岩下煤柱留设类型转变研究

通过对鲍店煤矿八采区山西组主采3煤顶部基岩及第四系下组2个主要充水含水层富水性特征的分析,确定其转变为防砂煤柱留设是安全可行的。针对采区山西组主采3煤层较大部分存在分叉现象的实际情况,分别计算了3上煤层和3煤层的留设高度;3上煤层与3下煤层属于近距离煤层开采,在重复开采条件下计算了3下煤层留设高度。

断层岩柱瓦斯超前突出机理数值模拟及防护厚度

针对矿井巷道掘进面前方遭遇含瓦斯断层时,安全岩柱内的沉积界面将会遭受气体损伤作用的问题,通过ABAQUS软件的二次开发,基于流-固耦合理论和T-P损伤演化准则的cohesive单元,对豫西大平煤矿21轨道下山一次大型瓦斯突出事故进行数值模拟。计算结果表明：由于受巷道开挖所产生的二次应力与断层带瓦斯压力的共同作用,前方岩柱内两个沉积界面将优先产生损伤软化现象。随着巷道向断层带的推进,气体的侵蚀作用不断加强,沉积界面的损伤急剧增加并向掘进面延伸。当掘进面距离前方断层分别为19,17,15 m时,上层面相应产生6.2,9.7,13.4 m长的损伤裂隙;下层面相应延伸距离较短,仅产生4.1,4.6,4.8 m长的损伤裂隙。与此同时,上层面瓦斯急剧渗透扩展,在掘进面前方1-2 m处开始出现3.5 MPa的孔隙气压升高带。由此可见,界面差异性强的上层面相对较弱的下层面容易损伤,而且损伤后的沉积界面优先产生相应的渗流扩散现象。当损伤沉积界面最终贯通掘进面与断层面之间的岩柱,即裂隙损伤长度达到极限岩柱安全厚度时,瓦斯将突破岩体阻抗并产生冲击地压。

采空区地表移动变形规律研究

通过理论分析、现场监测和数值模拟等方法的结合,研究了魏墙煤矿1301首采工作面地表移动变形规律,得出地表移动变形相应的基本参数和概率积分预计参数,为今后矿区在类似地质条件的煤炭开采、保护煤柱的合理留设、环境保护等提供理论技术指导和参考。

富煤一矿水体下采煤可行性分析

根据我国现阶段水体下采煤理论及开采经验,系统地分析和研究了富煤一矿水体下采煤的技术及条件,通过对煤层覆岩条件及其防水特征研究后,认为本矿井的煤层覆岩条件和留设的防水安全煤岩柱特征均有利于水体下开采全部煤层,但地表破坏和覆岩破坏的沟通强度、采深采厚比值的研究结果显示,开采M_(15)号煤层以上的煤层是安全的,开采M_(15)号以下的煤层则需要在开采上部煤层时进行监控监测,以便采取适合本矿井的综合措施后确定能否开采。

基于RS-ANN的某矿山井下开采防水安全岩柱厚度的确定

水下矿床是难采矿体的一个重要方面,针对某矿山的实际情况,深入分析了该矿的地质资料后,在查阅相关文献的基础上,建立了该矿导水裂隙带高度的粗糙集—神经网络预测模型.在比较了粗糙集—神经网络预测结果、地质详查报告提供的结果及采用经验公式计算的结果后,认为神经网络预测的结果较准确,其结论在该矿水下开采设计中可以采用.在预测的导水裂隙带高度基础上,参考采矿设计手册中的经验公式,并类比其它矿山水下开采的情况,计算出了防水安全岩柱的厚度.此项研究为该矿重新编制开采设计方案和安全专篇提供了依据,同时为矿山安全管理提供了参考.

安全煤岩柱性能研究及综合评价

在对里彦煤矿采矿地质条件分析的基础上,对安全煤岩柱的化学成分及其阻水性能、岩性及力学特征进行了研究。针对里彦煤矿的具体情况,分析了里彦安全煤岩柱的阻水性能,认为其阻水性能良好,可以适当减小防水防砂煤岩柱宽度,以提高开采上限,释放部分煤炭储量。

特大型水平矿柱底柱资源回收的技术问题分析及对策

承担着国家最大镍矿资源生产基地-金川集团有限公司三分之二以上自产矿石原料生产的二矿区,采用多中段大面积连续回采,在两个采矿中段之间形成大面积水平矿柱。为最大限度地回收矿石资源,对水平矿柱矿石资源进行了回采,引起了国内各同行专家的高度重视与关注。特大型水平矿柱的开采在金川矿山尚属首次,在国内外矿山也没有先例,对于金川集团公司的可持续发展具有重要意义。本文结合金川二矿区目前水平矿柱回采形状和遇到的问题,对水平矿柱底柱回采面临的问题进行分析,提出建设性的措施,对水平矿柱矿石资源的安全、高效、合理地回收提供指导。

小煤柱工作面安全开采与围岩控制技术

为了进一步提升小煤柱工作面安全开采的可靠性,提升有效回收效率,满足现代化煤矿生产的客观需要,本文首先介绍了小煤柱工作面安全开采的工况进程,其次分析了小煤柱工作面安全开采的基本要求,最后则探讨了小煤柱工作面安全开采与围岩控制的技术类别以及落实策略,希望可以进一步改善围岩控制技术的应用效果,取得良好的建设成果与经济效益。

石上煤矿承压水探放超前距离的应用

基于探放水原则和煤矿安全生产特点,介绍了煤矿井下超前探放水距离的实际执行情况。结合石上煤矿的深部地质情况,详细制定了高承压水探放技术方案及留设安全隔水煤岩柱的距离,并说明了探放水需要的超前准备工作事项。结果表明:留设安全隔水煤岩柱对加快堵水有良好的效果。

冲积层底部含水层下开采防水煤岩柱留设分析

文中通过对某矿第四系底部卵砾石层水文条件及12煤层覆岩结构分析,结合该矿覆岩导水裂缝带实测结果,参照厚煤层分层开采经验公式和其它矿区厚煤层分层开采实践及覆岩导水裂缝带实测成果,对该矿12煤层分层开采条件下覆岩导水裂缝带高度进行了预计,并最终确定了留设的防水煤岩柱尺寸。

大煤柱留设在某矿冲击地压灾后恢复治理中的实践与应用

冲击地压已成为严重威胁煤矿安全生产的重大自然灾害之一。近年来,随着开采深度不断增加以及开采条件的日益复杂,发生冲击地压的煤矿数量也越来越多,鄂尔多斯呼吉尔特矿区部分煤矿也相继发生不同程度的冲击地压现象。该区域内某矿已由建设期全面转入生产期,随着各采掘工作面的不断推进,采掘地点的不断增多,该矿冲击地压现象开始显现,大能量微震事件频发。为了克服冲击地压给矿井安全生产带来的威胁,避免或减少冲击地压事故发生,该煤矿针对冲击地压的安全技术管理作了大量的研究、探讨和实践。通过留设大煤柱,并进行了大煤柱防冲的实践与效果检验,形成了一套较为完善的冲击地压综合防治安全技术管理模式,取得了较好的效果,实现了“有震无灾”,促进了矿井安全生产形势稳定发展。本文以该矿调整大煤柱方案为研究对象,分析了不同开采方案的可行性,论证了不同宽度煤柱下技术经济比较,并以此研究了大煤柱留设的合理性及恢复生产初段的安全回采措施。

正旺煤矿21105工作面预掘巷道过断层技术研究

为了使正旺煤矿21105工作面在保证安全开采的前提下顺利通过D2断层,通过分析工作面的地质和围岩条件,在断层附近设计过断层层位,并且在设计层位中预掘巷道,利用顶板压力使设计过断层层位中的岩柱达到塑性状态,减小岩层强度,进而利用采煤机直接截割岩柱通过D2断层。实践表明,该方案有效缩短了工期,保证了矿井的安全生产,说明该方案在技术方面具有可行性,为后续开采工作面过断层提供了技术经验借鉴。