高陡临空面附近地下采空区覆岩破坏响应研究

近年来,山区煤矿地下开采诱发地质灾害的问题日益突出。本文以贵州省兴仁市彭家洞高陡采动斜坡为原型,利用离散元数值模拟,研究煤矿开采对斜坡的影响,并分析该类斜坡的覆岩变形破坏特征及损伤规律。研究结果表明:高陡临空斜坡煤层地下开采引起覆岩下部产生的变形以垂直变形为主,且变形近似呈对称状分布,但在覆岩上部的斜坡陡崖部位,由于覆岩不完整,变形传递到该部位时会逐渐产生向临空面方向的水平位移;采空区覆岩损伤产生的裂纹主要为拉张裂缝,且裂纹在覆岩中近似呈“倒梯形”分布,在上山和下山方向的影响边界角分别为56°和68°;该类斜坡地下采空引起的覆岩损伤变形由下至上可分为三个带:冒落带、裂隙带和弯曲带。

急倾斜煤层开采覆岩裂隙演化与渗流的分形研究

采用分形几何学对离散元计算得出的急倾斜煤层开采覆岩裂隙发育进行了分析,结果表明,采空区上方岩土体节理裂隙发育边界角度较陡,近地表附近岩土体节理裂隙发育边界角度较缓.覆岩内裂隙闭合与张开裂隙的分形维数与开采深度呈线性关系,且两者之间的比值随采深的增加而增加,即覆岩内张开裂隙闭合率随采深的增加逐渐提高,说明浅部覆岩内裂隙的闭合对于阻止地表水入渗可起到积极的作用.对工作面内的雨水渗流量与裂隙闭合率关系进行深入研究,得出工作面的水渗流量与裂隙闭合率呈非对称抛物线关系,进一步证明了裂隙闭合的阻水作用.

大倾角煤层综合机械化开采关键技术研究

大倾角煤层开采在我国部分矿区大量实践,并具有广泛的发展前景。通过对我国大倾角煤层采煤方法的发展历程和大倾角煤层综合机械化开采现状的分析及评价,指出了大倾角综采工作面实现"安全、高产、高效"开采的关键技术点在于:①系统掌握大倾角煤层采场矿压显现规律;②进一步革新采煤方法;③提高工作面综采设备的稳定性。并对解决大倾角厚及中厚煤层综合机械化开采关键技术难题的可行途径进行了探讨,提出了从研究矿山压力规律入手、发展创新采煤方法和优化工作面"三机"配套的综合解决方案,为大倾角煤层的优化开采提供了依据。

高瓦斯、急倾斜特厚煤层综放开采瓦斯治理

阿刀亥煤矿CU2煤层属于急倾斜特厚煤层,煤层埋藏较深,瓦斯涌出大,属于高瓦斯矿井。为了保证回采过程中的安全,结合本煤层的瓦斯地质规律,提出了瓦斯治理对策,主要是针对开采分层的下部煤体的瓦斯进行预抽、顺槽斜交插帮钻孔、上隅角埋管抽放等方式,从源头上解决了工作面瓦斯超限的问题。

多场耦合下急斜煤层开采三维物理模拟(2)

复杂环境与多场耦合作用下,采空区煤岩体非对称变形诱致局部化失稳极易演化为动力灾害。以乌鲁木齐矿区急倾斜煤层综放开采为背景,构建了大型立体地球物理模拟装置与"声-光-电"物理力学指标信息测试系统,完成了动态加载条件下顶煤与覆岩损伤与演化的AE规律、内部损伤变形、表面位移变化特征、支架工作特性等分析,为急倾斜厚煤层综放开采与灾害控制奠定科学基础。

急倾斜综放破碎顶煤流动规律数值模拟

急倾斜特厚煤层综放工作面长度较短,提高水平分段高度可增产增效,但存在顶煤放出率低的问题。有必要采取措施弱化高阶段顶煤,研究弱化后煤体流动规律。苇湖梁煤矿急倾斜煤层高阶段顶煤超前注水-预裂爆破致裂弱化后,破碎顶煤具有散体介质特征。基于现场地质环境与开采条件分析,将弱化后顶煤视为非连续介质,应用颗粒流计算程序PFC(Particle Flow Code),对比分析了急斜煤层高阶段顶煤弱化前后随时间演化规律,为安全开采提供了理论依据。

急斜煤层群重复采动沿空软岩巷道变形破坏机理

急倾煤层沿空软岩巷道变形破坏机理复杂,多次采动影响下巷道维护难度大.利用现场调研实测、物理相似模拟实验和数值模拟分析,对赵家坝急斜煤层群重复采动沿空软岩巷道变形破坏机理进行了深入分析结果表明:赵矿急斜巷道变形破坏是十分复杂的时间、空间问题,即在初次采动阶段:非对称岩体结构及应力分布导致巷道变形失稳;二次扰动阶段:非对称原岩应力释放机理导致巷道变形失稳;三次、四次扰动阶段:拱脚效应与层间压剪变形失稳机理导致巷道变形失稳,为该类型巷道支护形式与参数的选择提供了科学依据.

多煤层开采条件下高陡山体变形控制

采矿活动诱发高陡山体发生大范围高位远程滑坡,贯穿我国西南矿区规划、开发及闭矿整个阶段,前期规划时矿区采动坡体稳定性控制至关重要。为提高矿区防灾减灾水平,从西南地区地形地质及采矿条件出发,系统归纳了控制高陡山体稳定性致灾因素,提出了适宜于该矿区高陡山体稳定性控制的多煤层协调开采方法,采用离散单元法对山体变形特征及稳定性控制效果进行了模拟分析。研究结果表明:地下开采是坡体变形之诱因,重力场与采动应力场叠加引起应力集中,是引起岩体破裂及坡体失稳之本质。多煤层协调开采,可以将开采活动对覆岩变形及破坏速率降低,逐步释放总变形量,利用地表变形符号的变化,动态调整水平变形及倾斜等坡体稳定性敏感指标,提高采动坡体的稳定性。利用该方法,模拟计算某矿区采动高陡山体最大水平变形降低了67%~85%,最大倾斜值降低了41%~67%,梯子崖(永宁组灰岩)稳定性得到控制。多煤层协调开采技术是解决西南高陡山体下煤炭资源安全高效开采的有效途径。

急倾斜煤层采煤机的关键技术研究

急倾斜煤层因工作面倾角大,给综合机械化开采带来诸多困难。为了安全且高效地开采利用煤炭资源,重点阐述了适应于急倾斜煤层采煤机的关键技术,并对采煤工艺的选择、采煤机的牵引和制动、液压系统和传动系统的润滑问题进行了研究。为了保证采煤机运行期间的高可靠性,应增加相应的安全辅助措施,同时加强采煤机及相应配套设备的维护工作。

急倾斜煤层巷道放顶煤开采顶煤可放性评价

应用人工神经网络方法，建立了急倾斜中厚－厚煤层巷道放顶煤开采可放性评价的人工神经网络模型。该模型可用来预测工作面技术经济指标，优化放顶煤工艺参数。

急倾斜中厚-厚煤层巷道放顶煤开采爆破技术研究

巷道放顶煤法是急倾斜中厚 厚煤层开采技术的一种新方法。该方法的初采钻爆技术是解决顶煤破碎与顺利放出的有效途径之一。介绍了钻爆参数的设计及其在各试验矿井中的应用效果 ,为急倾斜中厚

高密度电阻率法在陡倾煤层采空区中的勘查应用

为了探明乌鲁木齐及周边地下陡倾煤层采空区的分布范围和埋深,应用高密度电阻率法进行探测。根据视电阻率二维反演断面图,分析电阻率异常形态、高低阻分布等特征,推断出采空塌陷区和安全边界。经钻探验证,推断结果与实际情况相吻合,高密度电阻率法是准确探测陡倾煤层采空区空间形态特征及其塌陷影响区边界范围的有效方法。

非壁式放顶煤工艺新研究

非壁式放顶煤工艺研究在梅田矿务局六矿试验成功，取得了“三高五低一好”的效果，即单产、工效、回收率高；掘进率、含矸率、材料消耗、劳动强度、生产成本低；实现全风压通风，安全条件好。为急倾斜中厚—厚煤层的开采找到了一条切实有效的途径，拓宽了放顶煤采煤法在急倾斜中厚—厚煤层的应用。

急倾斜中厚-厚煤层巷道放顶煤采煤法

针对急倾斜中厚－厚煤层的力学特性，提出“巷道”放顶煤工艺，在梅田六矿工业性试验成功，取得了单产、工效、回采率高；掘进率、含矸率、材料消耗、劳动强度、生产成本低；实现了全风压通风、安全条件好的效果。

急倾斜特厚煤层高压水力“割-压”钻孔周围煤体润湿范围演化规律研究

为了明确急倾斜特厚煤层高压水力“割—压”钻孔间距的合理布置问题,采用数值仿真结合现场实测的方法,对单孔、双孔及六孔高压水力“割—压”钻孔周围煤体润湿范围进行分析。研究结果表明:在注水压力40 MPa、注水时间16 d左右时,六孔高压水力“割—压”钻孔饱和状态的注水湿润半径达15.3 m,可以更大范围地湿润煤体;与普通高压注水技术相比,采用水力割缝技术辅助湿润煤体时,钻孔周围煤体的注水润湿范围更大、注水效果更显著;在乌东煤矿北区+500 m水平45^(#)煤层现场实施高压水力“割—压”技术时,其“割—压”钻孔的布置间距选择30 m较为合理。

急倾斜大段高综放面混装乳化炸药弱化顶煤技术及应用

针对神华新疆能源公司碱沟煤矿急倾斜特厚大段高综放面坚硬顶煤难冒放问题,采用了现场混装乳化炸药技术对碱沟煤矿特厚坚硬顶煤实施深孔爆破,爆破后对顶煤裂隙发育和顶底板两帮变形进行了监测,结果表明,现场混装炸药深孔爆破改善了顶煤裂隙发育的状况,取得了良好弱化效果,有效的提高了顶煤回收率,实现矿区安全高效生产。

高陡倾斜煤层沿煤层钻井研究——以准南昌吉地区为例

针对准噶尔盆地南缘煤层倾角大、地应力复杂的煤层气井钻探难题,基于弱面理论研究了煤层倾角、地应力、造(降)斜对井壁安全的影响,建立起多目标约束的沿煤层钻井轨迹优化模型。研究表明:(1)昌吉地区煤层倾角为10°~25°,局部达到25°~40°,属于高陡倾斜煤层,具有渗透率各向异性强、地应力各向异性强、岩体力学性质各向异性强的特点。(2)钻水平井时,根据倾角对井壁稳定影响分为作用区、过渡区和反转区,倾角在5°~25°时为作用区,沿倾向钻井最安全,沿走向钻井最危险;倾角大于65°后进入反转区,沿倾向、走向都成为安全钻井方位。地应力各向异性越大,坍塌压力越高、安全钻井方位的范围越小。(3)沿煤层倾向钻井时,倾角小于35°时建议沿煤层上倾方向钻井;倾角大于65°时建议沿煤层下倾方向钻井;倾角在35°~65°范围内井壁安全性最低,建议沿煤层走向钻井;井斜角在45°~65°时是最危险造(降)斜段,应尽量避免在此井斜范围对煤层造(降)斜。(4)为降低煤层着陆点到首靶点的坍塌压力,提出S型、J型两种沿煤层钻井轨迹类型,从对比结果看出本文方法比常规方法设计的井眼进尺更短、摩阻扭矩更小。

大倾角特厚煤层水平分层(深部)综放开采地表沉陷与地表水渗流研究

针对复杂地质条件下大倾角煤层地下重复开采扰动引起的地表沉陷问题及与之伴随的地表水入渗问题,运用FLAC软件,对不同水平煤层开采进行了模拟计算,总结出大倾角煤层开采随着开采水平的深部发展,地表沉陷越来越严重,沉陷的幅度逐渐减小,采空区上方裂隙逐渐压密,地表水最终沿着采空区两侧的拉破坏区入渗的特点,并对现场不同开采水平的地表沉陷以及地表水入渗情况进行了预测。对指导现场生产和理论研究有积极意义。

急斜特厚煤层综放面瓦斯运移规律与综合治理

水平分段综放开采是急倾斜煤层充分回收煤炭资源的重要手段。瓦斯动力学迁移致灾与煤岩运移规律密切关联。针对急倾斜特厚煤层高阶段综放开采下易导致瓦斯突然急剧释放、瓦斯超限及综合治理难题,以乌东煤矿西采区安全开采为研究背景,采用理论分析、实验测试和现场试验等方法,提出了基于矿压调控的瓦斯立体抽放工艺技术,开展现场应用验证。结果表明:工作面预抽率为5.8%,回风瓦斯浓度基本保持在0.02%左右,实现了工作面安全高效生产。

急倾斜煤层巷道放顶煤生产系统可靠性分析

本文应用系统可靠性理论，建立了急倾斜中厚-厚煤层巷道放顶煤生产系统的可靠性数学模型，给出了系统可用度和生产能力的计算公式，并对梅田六矿试验区生产系统进行了可靠性分析。