Laws and mechanisms of slope movement due to shallowly buried coal seam mining under ground gully

Based on the results of similar material simulation, the laws of slope movementdue to mining under a gully were analyzed. Selected a slope rock as objective, the mechanisms of slope movement influence upon underground mining were proposed, and respective structural models were built by means of numerical modeling and physical simulation.It holds the point that the influence of slope movement on underground mining could becontrolled to some extent by appropriate measures. The results indicate that, forgully-ward mining, which mines toward a gully, the slope rock slides horizontally and rotates in layers; for gully-away mining, which mines away from the gully, the slope rock rotates in a reversed polygon. The slope movement associated with mining under a gully isattributed to pre-existing free faces in the ground gully and underground mining-inducedfree faces.

河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙-涌水量时空演化的FDEM-CFD耦合分析

河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙分布与涌水量是工作面安全生产的决定性因素之一。数值模拟是二者重要预测方法,其合理性的关键在于建立岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的模拟方法。以路家村矿15404工作面为研究背景,构建拉/剪应力下非贯通裂隙开裂、贯通裂隙的法向与切向本构关系,并基于二相流质量守恒、动量守恒与状态方程,结合增强的浸没边界算法识别流-固界面,通过流体体积法实现裂隙内流体自由面的追踪和重构。在此基础上形成FDEM-CFD河下采煤覆岩裂隙与涌水量预测数值模型耦合程序,通过相邻工作面地面钻孔冲洗液消耗量观测法验证导水裂隙带发育高度,以及采用大井法理论对涌水量结果进行对比。结果表明:采动岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的FDEM-CFD程序,可数值实现河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙形成,以及裂隙内流体运移过程。当工作面推进至80~120 m时覆岩内形成贯通地表的导水裂隙。招山河水的主要下泄路径为工作面后方8~20 m位置处的导水裂隙,其斜向采空区、倾角65°~72°。模拟所得采空区涌水量为18.78 m^(3)/h,与大井法计算结果接近。上述成果在路家村矿区得到初步应用,为进一步开展河下浅埋厚煤层防治水工程提供理论支撑。

浅埋深风氧化带回采巷道锚网索支护技术探讨

山浪煤矿5#上煤层属浅埋风氧化煤层,现行巷道主要采用架棚支护方式,存在支护成本高、形式单一、劳动强度大等问题,故以5上-3041巷为背景,通过数值模拟、理论计算、矿压监测等手段,进行锚网索支护方案的设计及优化,分析支护方案的适应性,监测掘巷阶段矿压规律,结果表明:顶底板最大相对移近量约为70 mm,最大离层值约为30 mm,围岩稳定性良好,为锚网索支护在该矿的推广使用提供理论依据。

浅埋煤层工作面液压支架工作阻力的确定

陕北神木大砭窑矿5-2煤层埋深83 m,表土层厚度43.8 m,属于典型的浅埋煤层.本文采用最新开发的应力应变全程相似模拟技术,揭示了工作面顶板初次垮落步距为30 m,周期来压步距为20 m,充分采动距离为60 m.预计了工作面来压期间工作阻力为6300~7119 kN/架.最后,采用浅埋煤层"台阶岩梁"理论和工程类比方法,验证并确定了合理的支架支护阻力.

“两硬”浅埋深厚煤层顶煤顶板运移规律研究

为在浅埋深“两硬”条件下的特厚煤层实施综放开采技术,对坚硬顶煤顶板的破断、运移规律进行了现场观测和分析研究.通过理论分析,建立了顶板断裂的力学模型.利用深基点观测方法,在安家岭井工矿4101综放工作面设置矿压观测站,对工作面顶煤顶板的不同层位进行深基点观测,获得了顶煤顶板随工作面推进垮落和运移情况的数据,分析总结了该工作面顶煤顶板的活动运移规律.观测结果表明:4101工作面顶煤随工作面的推进随采随冒,顶煤顶板运移起始点距煤壁较近,顶煤距煤壁前方15 m左右开始移动,顶板岩层移动距离约距煤壁前方10 m,顶板运移滞后于顶煤的运移,且顶煤冒落时位移量不大.4101工作面顶煤可随采随冒,顶板能够及时垮落,不需对顶煤顶板采取人工处理措施.

厚土层浅埋煤层覆岩运动破坏规律研究

通过南梁煤矿首采工作面采前的实验研究和开采时的现场观测,分析了工作面顶板的移动、来压强度以及巷道变形破坏情况,总结了厚黏土覆盖层浅埋煤层单体长壁工作面的矿压显现规律.实验和观测表明,尽管其上覆岩层的力学强度比较小,煤层埋深浅,但工作面初次来压步距大,矿山压力显现剧烈,周期来压台阶下沉量大.在此基础上,提出了加强支护来预防顶板大面积垮落.这为实现厚黏土层覆盖浅埋煤层单体长壁工作面正常开采提供了可靠的理论依据.

水压致裂提高块煤率的机理及应用

为解决陕北侏罗纪浅埋厚硬煤层综采能耗大、块煤率低的问题,在优化煤层生产工艺基础上,采用煤层超前水压预裂的方法,分析了块煤制造综采面比能耗的影响因素,构建了通过脉冲水预裂技术来降低比能耗并提高厚硬煤层块煤率的方法和途径。通过对厚硬煤层脉冲水预裂破碎机理的研究,揭示了深孔定向脉冲水预裂煤体的破坏规律,分析了不同厚硬煤层水压破岩的预裂方法和工艺参数。研究表明:煤体硬度、煤层节理裂隙的发育程度是影响块煤制造综采面比能耗的主要因素。通过对陕北浅埋煤层典型大采高综采面开展水压预裂的现场试验,发现工作面煤壁截割裂隙线密度增加了约2倍,煤机截割能耗降低了36%,工作面的块煤率提高了25%,煤尘浓度平均降低了35%.同时超前预裂后大采高工作面煤壁片帮减少,试验验证了脉冲水预裂技术降低比能耗提高厚硬煤层块煤率的有效性。

土层覆盖下浅埋煤层工作面支架选型研究

基于支架工作阻力与顶板最终下沉量的"P-ΔL"双曲线关系,采用数值模拟计算方法,同时考虑相似模拟试验结果,研究土层覆盖下浅埋煤层工作面的矿压显现规律.结果表明:土层覆盖下浅埋煤层工作面初次来压时只有关键层破断垮落,支架载荷并不大,随着工作面推进顶板垮落向上发展至地表,从而在工作面与地表形成贯通裂隙时,支架阻力才最大.最终确定了陕北南梁煤矿土层覆盖下浅埋煤层20115工作面的支架工作阻力为6 500 kN,为南梁矿综合机械化开采的工作面支架选型提供技术依据.

西部浅部开采矿井地表冲沟水害的预计评价

我国西部黄土高原地表冲沟众多,浅部煤田采动裂缝在冲沟处波及地表,当有较大的大气降水时,洪水汇入冲沟可通过采动裂缝溃入矿井形成水患。为防止这类水患,在内蒙罐子沟煤矿6102工作面上方煤家沟,经过实测大气降水后煤家沟的积水量,观测雨水的入渗深度,土坡的形态特征,采用专门试验验测不同砂土的渗溃性,结合大气降水量等资料,认识到罐子沟煤矿新生界砂土渗溃性差,降水后土坡结构稳定,煤家沟引发矿井溃水溃砂事故的可能性较小。预计大气降水会增加井下涌水量约57m3/h,认为6102工作面可以安全开采。形成了评价和预测西部浅埋煤层地表冲沟溃水溃砂的新方法,在我国西部煤矿有广泛的推广应用前景。

高头窑煤矿河流下浅埋煤层综放开采安全限采研究

导水裂隙带高度是水体下安全采煤的主要依据,本文通过数值计算、相似材料模拟、规程预测和工程类比等方法,对高头窑煤矿水多湖川和大哈他土沟河下浅埋煤层开采时导水裂隙带高度进行了预测研究,结果表明:几种方法预测结果有一定的误差,综合工程类比结果,高头窑煤矿水多湖川和大哈他土沟下采煤时裂采比定为15。由于高头窑煤矿2-3煤层上覆基岩段厚度较薄,根据三下开采规程,煤层开采需要进行安全限采控制,采高h≤H/19,以达到控制导水裂隙带高度的目的,实现河下采煤的安全开采。

浅埋深近距离煤层综采工作面自燃“三带”研究

通过对采空区现场监测、取样分析,得出进风侧、回风侧氧浓度分布、温度等参数,依据自燃"三带"划分方法对浅埋深近距离煤层工作面采空区自燃"三带"进行了划分,确定了安全推进速度。同时基于COMSOL软件对采空区氧浓度与漏风分布进行了"三带"数值模拟,验证其可靠性。结果显示:由于"两道"漏风的存在,浅埋深工作面采空区进风侧、回风侧自燃氧化升温带较宽。同时,通过对采空区自燃"三带"分布规律进行研究,分析了采空区氧浓度分布规律,掌握了浅埋深近距离煤层工作面采空区"三带"分布特征,对矿井防灭火工作具有重要的指导意义。

浅埋煤层综放工作面沿空窄煤柱护巷试验研究

以井东煤业有限公司44304综放工作面为工程背景,研究了沿空留巷掘进中留设煤柱宽度的问题,建立了工作面沿空护巷煤柱静载作用下力学模型,理论计算出临界煤柱宽度9.6 m,同时采用数值模拟的方法,模拟不同煤柱宽度下巷道顶底板移近量、两帮移近量及最大主应力分布的变化规律,取各参量的最大值为分析判断合理煤柱宽度留设的参考标准,综合优选出工作面沿空护巷的窄煤柱宽度为10 m。

河流下浅埋深综放工作面安全开采控制技术

以某煤矿为工程背景,采用经验公式预测、数值计算的方法,针对河流下浅埋煤层开采过程中上覆岩层的垮落特点以及分布情况,重点分析了工作面推进过程中导水裂隙带的变化规律。结果表明:在工作面的推进过程中,导水裂隙带的高度也随之变化,当工作面推进到160m时,导水裂隙带的高度将稳定在某一个数值。该矿在开采过程中,为了防止出现透水事故的发生,需要分析计算合理的采高以及对导水裂隙带高度的预测和控制,从而保证了煤矿安全高效开采。

陕北浅埋煤层三维地震勘探技术及其应用

陕西韩家湾某勘探区煤层埋藏较浅(50～200m),其三维地震勘探遇到了在陕北地区普遍存在的问题与技术难点:如煤层冲刷严重,煤层厚度变化大,小煤窑分布多而乱,表浅层地震地质条件复杂,厚薄不一的松散干沙对高频地震波的强烈吸收作用,分辨超浅层小间距煤层的能力有限等。为此在该区的野外数据采集中采用了小道距、小CDP网格、高速层激发等措施,同时应用精细静校正、振幅一致性补偿等处理技术及三维地震勘探解释与属性解释相结合的方法。解释成果与巷探、采掘资料对比表明,三维地震勘探解释冲刷薄煤带边界最大误差为15m,最小误差为7m;地面钻探工程验证了地震资料解释的采空区。

超深上仰孔卸压爆破集中煤柱工艺技术研究

为了防治浅埋近距离煤层群开采时下组煤采出上覆集中倾向煤柱易发生的动力压架灾害,在分析超深孔卸压松动爆破防灾原理基础上,提出了一种超深上仰孔卸压爆破集中煤柱技术,通过理论分析、地面传爆试验及井下工业性试验,解决完善了该技术的3大工艺技术难题:一是利用自主研发的装药装置,解决了超深(最深达110 m)上仰孔(仰角30°)安全快速安装炸药难题;二是根据钻孔爆破裂隙圈半径及煤柱塑性区宽度理论计算结果找到了最佳炮孔布设间距;三是利用地面传爆试验和C-S双液浆凝胶特性试验解决了超长装药段(最长达16 m)炸药安全传爆及炮孔堵塞难题,优化了起爆方法,消除了管道效应,核算了爆破振动安全允许距离,实现了安全、高效封孔。该工艺技术的成功应用表明其具有工程借鉴及推广应用意义。

浅埋煤层导水裂隙带发育规律的数值模拟研究

为研究煤层开采对其覆岩含水层的影响情况,通过RFPA2D数值模拟软件,分析了神东矿区补连塔煤矿31401综采工作面采动过程中覆岩的运动规律和导水裂隙的发育情况。结果认为补连塔煤矿31401综采工作面开采过程中,其第三含水层与其上下的砂质泥岩和粉砂岩形成了复合隔水关键层,能够有效保护上面的第一、二含水层,防止地下水资源的流失。

高头窑煤矿河下开采导水裂隙带高度的试验研究

导水裂隙带高度是水下采煤的主要依据,通过相似材料模拟对高头窑煤矿水多湖川河下浅埋煤层开采时导水裂隙带高度进行了研究。结果表明:相似材料试验和"三下"开采规程预测高头窑煤矿煤层开采导水裂隙带高度有一定的差距。随着采高的增加,两者相差越来越大。高头窑煤矿水多湖川采煤时裂采比为15,煤层开采是需要进行采高控制,h≤H/19,以达到控制导水裂隙带高度的目的,实现河下采煤的安全开采。