大埋深“三软”厚煤层智能综放开采技术研究

针对大埋深“三软”条件下厚煤层综放开采的过程中液压支架钻底以及巷道底鼓的问题,以淮北信湖煤矿818智能综放工作面为研究背景,对液压支架的适用性进行了分析,并介绍了818智能综放采煤工作面的液压支架自动化系统。通过理论计算得出液压支架的最大工作阻力为9940 kN,分析现场实测数据可知中部液压支架的工作阻力最高,其次是下部,上部最小。工作面支架前排立柱受力大于后排立柱,工作面来压时,液压支架前立柱工作阻力平均比后立柱工作阻力大44.5%,前排立柱工作阻力占整架工作阻力的比例大致在0.57~0.74之间,工作面液压支架平均工作阻力为28.11 MPa,因此动载荷计算法更适合818工作面支架工作阻力计算;分析了液压支架钻底的原因,并提出液压支架的管控措施;通过数值模拟得到工作面超前支承压力的影响范围为煤壁前方110 m,工作面中部峰值应力最大,其次是下部,最后是上部,峰值应力出现在煤壁前方12~19 m;由现场实测数据可知煤壁向外105 m范围内,巷道底鼓及两帮变形量相对较大,巷道顶板下沉及底鼓比较明显,在此基础上提出预防巷道底鼓的相关措施,以期为淮北矿区以及类似条件下开采的工作面提供借鉴与参考。

大采深高承压水条件下煤层底板突水问题及解决对策

在当前煤矿普遍面临大采深、底板高承压水、高地应力等采掘条件下,正确评价煤层底板承压水突水危险是做好防治水工作的基础。以河南省受底板灰岩承压水突水威胁的大水矿井为例,就底板破坏深度计算、突水系数计算及临界值、脆弱性指数法、不同水文地质单元的“双层水位”效应等问题进行了剖析。分析表明:在大采深和高地应力开采条件下,底板破坏深度较现有用经验公式计算得到的值偏大,一些矿井突水系数虽小于全国临界值,但回采过程中却发生了突水,脆弱性指数法有待于规范化。此外,井田范围内水文地质条件存在着时空变化,甚至会出现“双层水位”等现象。鉴于此,提出了建立大采深和高地应力开采条件下的底板破坏深度计算模型、确定矿区或矿井范围的临界突水系数值、规范脆弱性指数评价方法、查明水文地质条件的时空变化和不同单元的水动力参数、制定同各单元水文地质条件相适应的防治水措施等各项对策。

沁水盆地郑庄区块残存煤层气的埋深和构造综合控气模式分析

煤层含气量是影响煤层气勘探开发的重要条件.实际生产中,煤储层地质条件十分复杂,含气量往往受多个因素综合控制.以沁水盆地郑庄区块3^(#)煤层为研究对象,分析其含气量分布特征及控气地质因素,得到以下结论:郑庄区块煤层含气量较高,其分布特征受煤层埋深和构造条件综合作用;在构造条件不发育地区,煤层埋深通过改变储层温度和压力控制煤层气的产生和保存,随着埋深增加,煤层含气量先增加后降低,逐渐由强压力敏感性转变为强温度敏感性;在构造发育区域,煤层含气量受埋深和构造条件综合作用,构造条件通过改变煤层埋深和储层封闭能力引起煤层气的运移逸散,褶皱和断层作用改变煤层埋深,为煤层气运移提供驱动力,伴生的节理是煤层气的运移通道,其走向和密度控制煤层气的运移方向和程度,运移目标区的埋深等储层特征影响煤层气的最终保存.

孔间距对深部煤层钻孔周围裂隙演化及封孔深度的影响

为提高深部低渗透煤层瓦斯的抽采效率和效果,最易实现的方法是缩小钻孔间距,但在实际应用中存在瓦斯浓度衰减快的问题。为剖析其本质原因,以某矿深部煤层钻孔为背景,采用ABAQUS软件对不同间距钻孔形成过程中的裂隙分布情况进行分析。结果表明:巷道松动圈裂隙带分布在巷道周围7.3 m范围内;钻孔施工后,钻孔裂隙区与巷道裂隙区发生叠加;钻孔间距为2、1、0.5 m对应的钻孔间裂隙沟通长度分别为8、10.5、17 m,裂隙沟通效应显著,形成了钻孔漏风通道。通过拟合发现,随着钻孔间距的减小,钻孔裂隙沟通面积的增量呈线性增加,而封孔深度呈指数增长。现场试验表明,当钻孔间距为0.5 m时,封孔深度18 m的钻孔比封孔深度为9 m的钻孔瓦斯纯流量增加1.65倍,有效提高了瓦斯抽采效果。

新疆七克台矿区1号井田煤质特征及清洁利用评价

基于新疆七克台矿区煤炭资源丰富及地理位置优越,对其进行煤质特征研究及清洁利用评价,可拓展优质煤炭资源的开发利用途径。以七克台矿区1号井田钻孔煤样为研究对象,结合各煤层地质资料、煤质数据、工艺性质等参数以探究各煤层煤质特征及其随地质条件的演化规律。结果表明:1号井田可采煤6层,煤层埋藏深度整体呈现南浅北深;有机显微组分主要以镜质组为主,含惰质组及少量壳质组;变质程度为中煤级煤Ⅰ,整体呈现南低北高趋势;各煤层主要以低灰、高挥发分、高发热量、中油产率和无黏结性的长焰煤为主,具有特低硫、低磷、低氯、低氟、特低砷和煤灰结渣倾向性严重的特点。参考煤炭清洁利用潜势评价体系及中低温热解、直接液化、气化工艺对煤质指标的要求可知,1号井田煤炭洁净潜势较好,可以用于气化用煤和中低温热解用煤,但不适宜于作为液化用煤。

担水沟煤矿特厚煤层开采底板导水破坏带深度实测研究

为了研究特厚煤层开采对工作面底板破坏深度的影响,通过在担水沟煤矿9204工作面底板2个观测钻孔,运用直流电法观测分析工作面回采过程中底板岩体视电阻率的变化特征,结合工作面与测点的空间位置关系,得出采动影响下的底板破坏深度,并将其与未考虑煤厚因素影响的统计公式和理论公式的计算值进行比较分析。结果表明,工作面实测底板破坏深度为17.3 m和18.3 m;实测底板最大破坏深度小于统计公式值7.81%~12.90%,大于理论公式值24.81%。探讨其机理认为,相对于工作面斜长、采深等因素,煤厚因素对底板破坏深度影响较低;且工作面底板下17 m赋存有一厚层隔水砂质泥岩,不易产生导水裂缝,降低了底板导水破坏深度。

薄煤层采煤机大截深开采技术研究与应用

针对部分薄煤层工作面通过增大滚筒截深来提高开采效率和减少工人劳动强度的需求,建立了折算单刀开采效率计算模型,对开采效率提高影响较大的装煤效果和牵引速度深入研究分析,并提供两个具有代表性的应用案例。本文研究为矿方研究其通过增大截深提高开采效率的可行性提供分析思路,同时也对薄煤层大截深开采技术的发展有一定的指导意义。

缓倾斜煤层开采底板破坏深度数值分析研究

研究煤层开采过程中底板破坏深度对防治矿井底板水害具有重要意义,数值模拟避免了因现场条件复杂而无法进行实测的情况,可以在煤层开采前模拟和预测破坏深度,为开采工作提供参考。以梁北煤矿32021工作面为例,基于统计规律的经验公式进行了理论计算,得到的底板破坏深度分别为27.05 m、25.63 m、23.56 m,其中,考虑采深和煤层倾角的27.05 m更接近实际情况。使用FLAC^(3D)进行数值模拟,模拟并分析了工作面推进过程中的应力变化规律和底板破坏深度。在数值模拟的过程中,煤层底板的垂直应力变化结果表明,随着工作面不断推进,顶底板应力增大,采空区两端出现应力集中现象,影响范围不断增大,同时底板破坏深度也会随之增加;煤层底板的塑性破坏结果表明,底板破坏深度随工作面的推进而不断增大,当工作面推进至100 m时,底板破坏深度达到最大,之后破坏深度保持不变,破坏范围会一直随之增加;工作面推进100 m时,煤层底板下不同深度的塑性破坏结果表明,随着深度增加,破坏范围不断减小,可判断出煤层底板最大破坏深度约为25.9 m。

高瓦斯松软薄煤层瓦斯治理技术研究

高瓦斯松软薄煤层瓦斯治理难题一直困扰着煤矿安全生产,本煤层钻孔瓦斯预抽是解决该问题的有效措施之一。针对山西某矿高瓦斯松软薄煤层赋存特点,通过本煤层钻孔合理封孔深度及打钻施工工艺研究,确定了预抽钻孔合理封孔深度为18 m,最优打钻施工工艺为风动定向钻,将本煤层钻孔瓦斯预抽浓度提升至52%以上,提高了本煤层瓦斯治理效果,为其他相似赋存条件煤层瓦斯治理提供借鉴。

钻孔轨迹全数据监控系统研究

回转钻进在井下瓦斯抽采施工中得到广泛推广,采用底抽巷回转钻进的方式进行瓦斯抽采,能够实现对目标煤层充分泄压、有效保障预掘巷掘进安全。以底抽巷抽采方式为基础,利用随钻钻孔轨迹仪、钻机开孔定向仪、水压监测系统等组成全数据监控系统。介绍了钻孔轨迹仪、开孔定向仪等设备的工作原理,并对其工作特性、适用性、技术指标,钻孔轨迹设计原则以及系统工作流程进行了说明。最后通过实例,验证钻孔轨迹全数据监控系统具有判断煤层瓦斯空白带、预掘巷道的煤层厚度和煤层起伏精细测绘、钻孔深度的精准控制、钻机作业、停机状态监测等功能。为达到补孔效果,对补孔施工工艺涉及的钻具组合、钻机给进速度、给进压力以及转速等进行阐述。

象山矿井煤层瓦斯赋存规律研究与瓦斯含量预测

瓦斯是常见的造成煤矿重大伤亡事故因素之一。为了准确预测象山矿井主采煤层的瓦斯含量及其分布,指导矿井的安全生产,以矿井前期74个取样钻孔瓦斯含量测试数据为基础,采用单因素分析法分析了影响3号煤层和5号煤层瓦斯含量的主要因素,并对影响程度进行了权重分析,确定了煤层埋藏深度为最重要的影响因素,顶底板一定范围内砂岩等透气性岩层厚度为第二重要的影响因素。综合分析不同因素的影响情况,对矿井未采掘区域瓦斯含量进行了预测,确定了3号煤层瓦斯含量值主要集中在4~9 m^(3)/t间,占82.8%,5号煤层瓦斯含量主要集中在4~10 m^(3)/t间,占74.3%,高于3号煤层,对于指导矿井安全生产具有重要的意义。

煤层深部开采瓦斯赋存规律与临界采深研究

文章以多所煤矿作为研究对象,采用实验测试和现场应用结合的研究方法,在不同环境下研究煤层瓦斯赋存特征,进而对深部开采的临界深度进行分类。首先基于原生孔隙结构特征,对不同变质程度煤的孔径分布规律进行了分析;其次,进行了煤层瓦斯吸附特征研究,确定了不同温度、压力和埋藏深度条件下深部煤层瓦斯吸附规律;最后,分析了孔隙率、视密度、真密度和吸附特征与煤层埋深的关系,对深部煤层开采临界线进行了划分,确定了临界线为870 m,验证了我国煤矿的深部资源开采深度可界定的范围。

近距离煤层采空区下开采底板破坏规律研究

为研究近距离煤层上层煤采空区对下层煤采动底板破坏的影响,以塔山矿8199工作面为例,通过统计公式和塑性力学公式预计工作面底板破坏深度;采用双向加载相似模拟试验分析顶板有无采空区对底板破坏的影响;利用“专门电极电缆直流电法”现场观测采动过程中底板视电阻率变化,获得底板最大破坏深度。结果表明:8#煤底板破坏深度受顶板采空区和底板岩性组合的双重影响;顶板采空区的存在使8#煤开采时底板初始应力减小,应力集中程度减弱,回采过程中直接顶垮落步距减小,易形成“短砌体梁”结构,顶板周期来压伴随着底板裂隙的扩展;工作面底板实测最大破坏深度17.1 m,相比于统计公式和塑性力学公式,预测值分别减小11.4%和7.8%,塑性力学公式相对适用性更好。

建新煤矿4^(-2)煤层瓦斯赋存规律及瓦斯富集区域判定

为了获得建新煤矿4^(-2)煤层的瓦斯赋存规律以及主控因素,从煤岩层特征以及煤层瓦斯含量入手,讨论地质构造、顶底板岩性、煤层厚度、煤层埋深及煤层底板标高各种因素对瓦斯含量的影响,明晰建新煤矿4^(-2)煤层瓦斯赋存的主控因素。研究结果显示,建新煤矿4^(-2)煤层的瓦斯含量与煤层厚度呈线性正相关,煤层的厚度直接影响着瓦斯含量的大小,煤层越厚,其瓦斯含量越大;煤层瓦斯含量与埋深呈正相关,随埋深的增加而逐渐增加;瓦斯含量与底板标高呈负相关关系。基于对建新煤矿4304工作面瓦斯含量的现场实测及分析,绘制瓦斯赋存规律等值线图,得到工作面瓦斯富集区。

极近距离煤层群不同层间距下回采巷道支护技术研究

针对高家庄煤矿极近距离煤层群采空区下方4201工作面轨道巷掘进过程中,由于层间距不断变化,导致局部顶板破坏严重、裂隙发育等问题,采用理论计算和现场实测方法研究底板最大破坏深度和层间距变化规律,将顶板层间距大小划分小于2.8 m、2.8~3.8 m和大于3.8 m三个支护分区,分别制定了工字钢架棚+锚杆支护、短锚索网支护和长短锚索网支护3种支护方案。现场应用结果表明,4201轨道巷掘进期间顶板完整性提高,围岩变形量小于100 mm,满足使用要求。

澄合矿区导水裂隙带发育高度多元线性回归方法预测

通过收集澄合矿区多个工作面导水裂隙带高度实测结果,采用多元线性回归分析的方法分析导水裂隙带高度的主控因素,拟合形成导水裂隙带高度与煤层开采厚度、工作面埋深、工作面倾向长度之间的各相关公式。采用拟合公式计算澄合矿区山阳煤矿1503、1506工作面导水裂隙发育高度,计算得到的工作面导水裂隙带发育高度与微震监测结果基本吻合,表明拟合公式获得的导水裂隙带估算值较为准确。在澄合矿区应用性较好,为澄合矿区相似地质条件的工作面导水裂隙带高度预测提供一定的参考依据。

大埋深倾斜厚煤层下导水裂隙带发育高度的微震监测

以九龙矿15249S工作面为工程背景,利用微震监测技术对上覆岩层塑性区破坏变化规律及导水裂隙带发育高度进行监测,并结合理论计算、数值模拟与现场实测结果进行对比,验证微震监测较高的准确性。结果表明,微震监测结果更为接近现场实测数据。监测结果显示:工作面及其回采巷道上方130 m范围内,微震事件分布密集、能量较大,故该空间内上覆岩体破坏变形较为严重,裂隙较为发育;当超过130 m时,微震事件骤减,数量几乎为0;因此得到导水裂隙带发育高度为130 m。研究成果可为九龙矿的安全生产提供可靠参考,并为类似的大埋深倾斜厚煤层工作面提供一种有效监测导水裂隙带发育高度的方法。

单侧采空工作面底板采动破坏微震监测与数值模拟研究

为获知单侧采空工作面煤层底板采动破坏规律,分别采用数值模拟和微震监测技术研究某矿81307工作面底板采动破坏特征。研究结果表明:81307工作面采空区侧底板潜在损伤区范围大于实体煤侧,两侧底板潜在破坏深度分别为45,25 m,工作面煤壁前方底板应力场扰动范围约50 m,扰动深度约22 m。底板微震事件集中在81307工作面采空区侧,并向工作面中部延伸90 m左右,最大破坏深度约32 m。工作面宽度方向,底板破坏区近似为1个倾斜矩形面,与+X方向夹角16.5°。数值模拟、微震监测结果在81307工作面两侧底板差异化破坏深度、方向及工作面煤壁前方底板破坏趋势等方面吻合程度高。研究结果可为相关矿井底板防治水提供现场指导作用。

基于微震监测的大埋深缓倾斜厚煤层底板破坏规律研究

以九龙矿为背景,利用微震监测技术对该矿15249S工作面进行长期动态实时监测,针对底板微震事件频次、累积能量与推进距离、破坏深度进行相关度分析,揭示了底板破坏带的空间分布特征,确定了底板破坏深度及破坏范围。结果表明,微震事件以近煤层弱事件为主,底板事件个数大于顶板事件,上顺槽底板事件个数大于下顺槽底板事件;受开采扰动影响,15249S工作面底板破坏程度逐渐加深,最终形成2个破坏带,在走向上呈“倒双峰”式分布;底板破坏深度总体上与微震事件频次及微震事件累计能量成正相关,底板最大破坏深度为25 m,无突水危险。研究结果为九龙矿现场安全生产提供支撑,并对类似大埋深缓倾斜煤层开采提供参考。

极近距离煤层组重复采动顶底板破坏特征微震监测研究

为研究极近距离煤层组重复采动过程中顶底板岩层破坏特征,以平煤十矿己17-33200工作面(下分层)回采作为工程背景,采用微震监测、理论计算等方法,分析其上三带发育特征、周期性运动、底板破坏深度等规律。研究结果表明:下分层重复采动覆岩活动呈现出裂隙带向上叠加发育、中及大能量事件减少、来压周期变长、底板破坏深度减小等特点。裂隙带破断向上增大幅度为40%;通过微震事件总频次和近煤层顶板事件频次“双增长”20%~70%判定,己17煤周期来压步距为25.4 m,周期为5~8 d;与单层回采中大能量事件聚集在近煤层不同,下分层回采呈现空间分布散乱,且中、大能量事件占比下降约28.2%~38.4%,说明极近距离上分层回采对于下分层具有卸压降能的作用;己17回采底板破坏带约20 m,比己15减小,但底板事件向工作面两巷外部延展范围约150 m,较单层回采增大50%,需加强工作面两巷附近及外围底板隐伏裂隙防治水工作。