管道作用下急倾斜煤层稳定性分析

近地表荷载与急倾斜煤层老采空区的“活化”有着紧密的关联,采空区覆岩中裂隙带底部的岩块在荷载作用下极易发生回转失稳和滑落失稳,这些岩块对采空区的稳定性起到至关重要的作用,被称为关键岩块,当荷载作用使得关键岩块失稳时,采空区将发生“活化”。基于采空区覆岩“砌体梁”结构力学模型对关键岩块进行力学分析,构建荷载作用下采空区上覆岩土体失稳判断依据,进而对荷载作用下急倾斜煤层上覆岩体稳定性进行定量分析,研究发现:当作用于土体截面处最大摩擦力大于该土体所受最大剪切力时,该块体不会发生滑落失稳;只有关键岩块与岩块之间的平均挤压应力小于岩块在边角处的挤压强度,关键岩块才不会发生回转失稳。将推导结果应用于广东省某急倾斜煤矿,计算结果表明:在茶山煤矿4煤和6煤采空区上方铺设输气管道并不会引起采空区的“活化”;荷载作用下的关键岩块力学分析在急倾斜煤层上覆岩体稳定性中应用效果较好,对实际工程有一定指导作用。

远距离斜交工作面上行开采上组煤垂直应力演化规律

为探究平煤八矿远距离煤层群斜交工作面上行开采过程中上组煤层垂直应力演化规律,采用数值模拟计算的方法展开研究。研究结果表明,己_(15)-21030工作面回采过程中与上覆戊_(9.10)-21070工作面依次形成相离、相交和重叠的空间关系,因此会使上组煤层应力增高或降低。相离区域为应力升高区,受下组煤采动影响应力整体呈升高趋势,应力集中系数最大为1.18;相交区域为卸压过渡区,戊_(9.10)-21070工作面应力由增压变为卸压,最大卸压值较原始应力降低了25%,倾向卸压影响范围为55 m;重叠区域为卸压区,受己_(15)-21030工作面采动影响卸压效果及卸压范围均进一步增大,最大卸压值较原始应力降低了40%,倾向卸压影响范围增大至180 m。将戊组煤层戊_(9.10)-21070工作面根据应力分布云图依次划分为增压区、应力过渡区、卸压区和稳定卸压区。通过现场瓦斯含量测试验证了卸压区残余瓦斯含量比原始区域残余瓦斯含量降低32.9%,远距离煤层群上行开采形成卸压区有利于瓦斯治理工作的开展。

近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究

为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。

近距离采空区下大断面切眼支护技术应用

以9101采煤工作面为工程实例,该采面切眼跨度为8 m,且上覆为8^(#)煤层采空区及煤柱。切眼拟采用分次掘进方法施工,首先掘进巷道宽度4.5 m,后刷扩3.5 m;在掘进期间,通过探测切眼顶板与上覆8^(#)煤层采空区层间距,再设计切眼顶板支护方案;现场应用后,切眼顶底板、巷帮变形量分别为60 mm、73 mm,实现了近距离采空区下大断面切眼围岩变形有效控制。

近距离煤层群重复上行开采岩移规律初探

为解决近距离缓斜煤层群受重复采动影响的上行开采可行性问题,根据新安煤矿南区煤层群工程地质情况,综合运用理论分析、物理相似模拟等方法,对2^(-3)号煤下部煤3、煤4、煤5不同顺序开采后2^(-3)号煤的连续性和完整性进行探究,分析煤层群开采后覆岩垮落特征及岩层下沉变形规律,论证煤层群上行开采的技术可行性。研究结果表明,2^(-3)号煤位于下煤层裂隙带范围内,在重复采动影响下仍能保持较好的连续性,未产生台阶错动,满足上行开采所需的条件。

急倾斜煤层回采参数研究

近年来由于煤炭资源的不断开采,矿井深度增加导致煤层地质条件不断恶化,尤其是急倾斜煤层的回采工作,对开采工艺有着极高的要求。结合当前急倾斜煤层开采工艺现状,通过分析急倾斜煤层回采参数,提出一种新型斜坡短臂采煤工艺,为该类复杂型煤层的开采提供借鉴。

近距离多煤层回采巷道层位选择与支护参数优化研究

针对在上覆采空区及遗留保护煤柱下采用下行开采布置放顶煤工作面时,下分层煤层掘进巷道严重变形和回采过程中导致下部煤层工作面发生冒顶、压架等问题,本文以芦子沟煤业为例通过FLAC3D数值模拟,对遗留煤柱下巷道稳定性进行研究,得出下层煤巷道与煤柱外错35 m时所处应力环境得到极大改善;采用合理的巷道布置方案和高预应力强力支护方案后,矿压监测结果显示,回采期间巷道顶底板移近量为90 mm,两帮移近量为179 mm,巷道断面收缩率仅为3.9%,保证了下部5号煤层煤炭资源的安全高效回收。

近距离煤层超前应力演化及动压大巷围岩变形研究

为了解决近距离煤层采动超前侧动压巷道变形严重问题,以某矿近距离煤层工作面超前动压大巷为研究对象,建立近距离煤层开采数值分析模型,研究超前侧动压巷道围岩受重复采动超前叠加应力影响应力演化规律。结果表明,上位煤层工作面推进到停采线时,巷道围岩应力环境发生改变;下工作面推进至停采线30 m时,超前叠加应力影响到大巷附近;上位煤层工作面推进到停采线,下工作面推进至停采线30 m期间,大巷围岩应力不断增大,而后不断减小,当保护煤柱为60 m,峰值应力达到最小,而后再次增大;动压大巷围岩变形破坏主要原因是工作面超前叠加应力较高、巷道围岩强度较低、支护密度较低、支护能力较差等。研究结果可为类似条件下的动压巷道围岩稳定性控制提供参考依据。

正文煤矿采空区下回采巷道支护应用分析

为解决正文煤矿近距离煤层下方回采巷道围岩支护难题,以11107回采工作面为工程背景,综合运用理论计算、现场实测等方法,对回采巷道支护及应用进行了探讨;分析表明,9#煤层开采引起底板损伤破坏深度为4.69m,以层间岩层厚度是否大于5m为条件将其巷道围岩分为损伤间隔层、块裂间隔层两种类型,并采用不同的支护方案;应用表明,在掘巷阶段取得较好的围岩控制效果。

近距离煤层群围岩碎裂特征与裂隙分布关系

六家煤矿近距离煤层群裂隙网络发育,为了防止顶板及层内裂隙导水、邻空面瓦斯超限与煤体自然发火等隐患,基于分形理论,以巴西劈裂试验和现场窥视统计试验为研究手段,探讨了岩体碎裂尺度及均匀度对裂隙分形特征的影响。研究表明:劈裂块度分维值越接近2,则破裂后碎块尺度越均匀,表现为存在一条主裂隙将试样大致均分且裂隙面较平整;劈裂块度分维值与2相差越大,碎块尺度差距越悬殊,裂隙面越粗糙。劈裂块度分维值与裂隙分维值之间符合抛物线分布,劈裂块度分维值越接近2,则裂隙分维值越大,表明劈裂块体尺度越接近,岩层内裂隙条数越少、裂隙环越平整且与层面夹角越小;劈裂块度分维值与2相差越大,则裂隙分维值越小,表明劈裂块体尺度相差越悬殊,裂隙条数越多、裂隙面越粗糙且裂隙方位无规律。裂隙分布规律与劈裂碎块尺度大小无关,与碎块尺度均匀性密切相关。

上保护层开采下煤岩强扰动力学行为与渗透特性

保护层开采在低渗透高瓦斯近距离煤层中得到广泛应用,研究保护层开采扰动下的煤岩强扰动力学行为与渗透特性为进一步更加高效安全的开采被保护层煤层提供了理论支持。选取平煤集团十二矿上保护层己14煤层工作面己14-31010和被保护层己15煤层工作面己15-31030为研究对象,进行相似模拟试验和保护层开采过后被保护煤层受力分析。通过相似材料模拟试验获取保护层开采方式下被保护层的受力情况,上保护层开采过程中,煤层压力先增大后减小,采空区重新压实稳定后,应力状态近似恢复到原岩应力状态。通过对保护层开采后的被保护煤层受力分析获取煤层变形后的应力状态,上保护层开采过后,被保护层煤层产生变形,煤层上部分膨胀变形,应力小于原岩应力;下部分煤层压缩,应力大于原岩应力。结合二者的结果获取保护层开采方式下室内试验中被保护层煤层应力加载路径。依据被保护层煤层应力加载路径,设计进行采动耦合应力路径下的煤样渗流试验。试验结果表明:上保护层煤层开采过程中,同等试验条件下,被保护层煤层可承受的上保护层开采扰动应力越大,被保护层煤层开采过程中的煤体破坏应力峰值越大,体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样和N组煤样应力应变曲线与常规保护层卸荷三轴试验相比,扩容点出现位置明显提前;同等应力状态下,水压越大,煤样的体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样初始围压为35MPa,围压对渗透率的影响大于轴压的影响,N组煤样初始围压为20MPa,围压、轴压交替对渗透率产生主要影响,渗透率曲线呈现“W”型。两组试验中,扰动应力最大的试样破坏前的渗透率普遍大于其他试样的渗透率。

近距离煤层群开采底板不同分区采动裂隙动态演化规律

为了研究采动影响下底板不同应力分区裂隙动态分布及其演化规律,运用弹塑性力学和卸荷条件下断裂力学等相关力学理论分析了不同分区裂隙张开、扩展力学机理,提出不同分区裂纹扩展的应力、位移条件,通过FLAC3D和UDEC数值模拟软件分别研究了底板三维应力状态、位移变化和裂隙演化规律,对底板应力分区做出量化,同时得到采动影响下底板裂隙发育"O"形圈及其动态变化。通对底板不同分区内裂隙的发育倾角统计结果分析,得到了底板不同分区裂隙发育特点:压缩区裂隙多为弯折拉伸裂纹,方位角大致为垂直方向;过渡区裂纹多为反向滑移和弯折扩展裂纹,裂纹倾角多为45°以上;膨胀区多为Ⅱ型剪切裂纹,倾角大部分在45°以下;裂隙发育特征与力学分析相吻合。

近距离煤层群倾向穿层钻孔合理布孔参数研究

为了解决新源煤矿在近距离煤层群赋存条件下采用倾向穿层钻孔抽采邻近煤（岩）层卸压瓦斯,抽采瓦斯浓度低,抽采率不达标,回采工作面上隅角瓦斯超限严重等问题。通过采用UDEC软件模拟采动覆岩移动破坏规律,获得开采2号煤层时上覆岩层裂隙带范围9-16m,确定倾向穿层钻孔合理布孔参数,钻孔倾角：21°～26°,孔深：44～47m。经在2219工作面试验考察,与原始参数钻孔抽采效果相比,钻孔平均瓦斯抽采浓度增加6倍多,抽采纯量增加15倍多,有效抽采距离增加3倍多,倾向穿层钻孔抽采率从20%提高到56.8%,回采期间上隅角瓦斯浓度能够控制在0.5%以下,保障了矿井安全生产。

近煤层岩巷掘进中防治煤与瓦斯突出技术研究

为了保证近煤层岩巷的安全快速掘进，采用FLAC加分别对煤层距巷道底板5，10m时的情况进行了数值模拟，研究了近煤层岩巷掘进工作面前方岩层、煤层的应力分布规律，结果表明：煤层距巷道底板5m时，前方5～20m为煤层应力集中区；煤层距巷道底板10m时，其应力集中区在10～25m，其应力峰值处在煤层距巷道底板5m时的集中应力区与原始应力区的交界处。根据煤层应力集中区情况，建议煤层距巷道底板5m时必需采取防突措施，防突长度为掘进工作面前方20m，并进行了合理的钻孔设计。

近距离突出煤层群瓦斯综合治理技术研究

近距离突出煤层群条件下,进行有效的区域瓦斯治理措施,包括必要的瓦斯抽采和煤层消突措施,能够保障开采过程中的安全。本文针对原相矿近距离突出煤层群区域瓦斯治理中存在的问题,分析目标煤层瓦斯赋存及运移规律,提出适合原相矿采掘抽衔接的区域防突措施,优化原始煤层瓦斯预抽参数和被保护煤层卸压瓦斯抽采参数,最终形成原相煤矿区域瓦斯综合治理技术。该技术的使用有效的降低了突出煤层的瓦斯含量,消除了突出煤层的突出危险性,缓解了原相煤矿采掘抽接替紧张的矛盾,为矿井的安全高效开采提供了技术保障。

极近距离煤层联合开采同采工作面合理错距研究

近水平、缓倾斜近距离煤层组常采用下行式,对下煤层的巷道维护和回采有利。为保障某矿上下煤层工作面安全协调生产,需确定下层煤工作面回采的滞后距离,通过矿山压力理论分析,结合FLAC3D数值模拟和现场矿压观测确定上下煤层工作面合理错距在32~60 m。按照此错距回采,下层煤工作面在上煤层工作面超前支承压力的影响范围之外,不仅能够保证下煤层顶板的完整性,上层煤工作面又可以避开下层煤顶板采动影响。

浅埋煤层近距采空区危险性评价

在浅埋煤层含煤地系中有大部分煤层相距较近,上覆煤层开采完成后,存在大量上覆煤层开采后遗留的采空区,当下部煤层开采时,面临浅埋-近距-上覆采空区多重扰动影响,在开采过程中工作面顶板来压剧烈,且存在明显的动载现象,采动裂隙可直接沟通地表,易引起煤层自燃、地下水流失与地表植物死亡等安全与环境灾害,并对地面建筑、地面工程结构物的稳定造成严重危害。为保障矿井安全开采,对冯家塔煤矿进行了工程地质调查、地质雷达探测与采空区危险性评价,得出了上覆采空区结构形态及其对下覆煤层开采的影响,揭示了浅埋近距采空区影响下矿压显现规律和围岩破坏规律,建立基于浅埋-近距采空区影响下工作面稳定性评价方法和危险源识别系统,实现安全高效开采。

强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术研究

为了研究强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术,安全、顺利地揭煤,基于海孜矿Ⅱ32主运石门地质条件和瓦斯赋存状况,对近距离煤层群9+8煤层实施密集预抽钻孔抽采瓦斯与低压水力冲孔卸压增透相结合的措施,防治煤与瓦斯突出。结果表明:低压水力冲孔冲煤率达到4.5%;冲孔后瓦斯抽采流量为未冲孔的10倍以上;整体瓦斯抽采率达到71.7%,比以前提高了约1.6倍,卸压增透效果明显。预抽钻孔抽采后,9煤、8煤的残余瓦斯压力,分别为0.3MPa、0.22MPa,残余瓦斯含量分别为5.23m3/t、5.13m3/t,防突效果显著,可安全、顺利地揭开9+8煤层。

缓倾斜近距离煤层群开采流固耦合相似模拟覆岩运移规律研究

为研究缓倾斜近距离煤层群开采覆岩破坏及水动力演变规律,防止开采过程中发生突水灾害,采用理论分析、对比分析、相似模拟等研究手段对工作面是否留设隔水煤柱及含水层加压后突水通道形成进行研究。结果表明:(1)不留设隔水煤柱时,覆岩破坏范围会随L1614、L1615、L1616工作面开采而扩大,顶板重复破坏会形成连通工作面和K3、K4含水层间的导水裂隙;(2)L1814、L1815、L1816工作面分别留设32.9m、47.9m、59.2m宽的隔水煤柱后,导水裂隙只导通了K4含水层;(3)K3含水层加3倍初始水压时,下方离层水静水压力超过下位岩层的极限抗剪强度,击穿下位岩层并与导水裂缝带连通,形成突水通道。

急斜近距煤层联合开采三维数值模拟研究

为研究急斜近距煤层联合开采中围岩的稳定性,通过三维数值模拟,对碱沟煤矿联合开采的B19和B20煤层采后围岩的应力场和位移场进行了研究。研究结果表明:联合开采时采场围岩顶板方向引起的位移、应力变化要比在底板显著,但并不会引起围岩破坏运动范围的急剧增加,联合开采可成为解决急斜近距煤层开采困难的有效途径。研究为乌鲁木齐矿区赋存的大量急斜近距煤层的有效开采提供了科学依据,同时对其它具有类似开采条件的煤层的开采也具有一定的借鉴意义。