浅埋极薄煤层无煤柱开采覆岩运移与地表损伤特征研究

为了探究浅埋极薄煤层切顶卸压无煤柱开采与常规留煤柱开采覆岩运移与地表损伤区别,以子长矿区浅埋极薄煤层为背景,基于关键层理论,得到了硬岩破断距及覆岩的垮落高度临界值的计算公式,结合3DEC数值模拟及现场试验,对比分析了无煤柱开采与留煤柱开采条件下浅埋极薄煤层覆岩运移破断及地表损伤特征,确定了极薄煤层覆岩两带高度。结果表明:当工作面回采达到60 m时,两带发育高度基本稳定,当大于60 m时,工作面后方覆岩裂隙由开裂逐渐闭合,裂隙区随工作面回采向前方移动,两带高度稳定在24.6~27.7 m;相较于常规留煤柱开采,切顶留巷无煤柱开采方式下覆岩呈连续移动变形,可有效修复煤层开采工作面两侧非连续移动变形导致的覆岩裂隙及地表损伤裂缝,消除了常规留煤柱开采方式下相邻工作面间区段煤柱两侧覆岩裂隙,现场观测较好地验证了该结果。

转龙湾矿浅埋薄基岩厚煤层双巷掘进巷间煤柱合理尺寸研究

鄂尔多斯矿区浅埋薄基岩厚煤层工作面双巷掘进普遍采用19~30 m大煤柱护巷,煤炭资源损失严重。为确定转龙湾矿厚煤层23205工作面双巷掘进巷间煤柱合理尺寸,通过极限平衡理论分析得出合理最小煤柱宽度为11.38~20.94 m;采用FLAC^(3D)数值模拟分析了不同巷间煤柱宽度双巷掘进围岩应力、塑性区及位移分布演化规律。研究表明,转龙湾矿23205工作面巷间煤柱宽度最小合理尺寸为14 m左右,实际采用13.8 m巷间煤柱,实践表明巷道维护效果良好。

郭屯煤矿3303工作面断层防水煤柱留设研究

针对郭屯煤矿采动影响造成断层活化导通新近系含水层的问题,以3303工作面为研究背景,通过导水断层留煤柱理论计算得出煤柱留设宽度为47.66 m,在此基础上使用FLAC3D模拟软件进行了数值模拟,深入研究了留设40 m、50 m、60 m煤柱情况下防水煤柱应力及塑性变化,分析了向阳断层防水煤柱受采动影响的破坏机理,得出了断层下盘在采动影响下的应力及塑性变化规律。根据现场实际情况,采取了留设50 m防水煤柱,使用导高观测仪实测工作面“两带”高度,断裂带最大高度发育至距离3煤层65.49 m处,小于工作面最薄基岩处,断层也未发生旋转下沉等大规模破坏现象。工作面回采完毕后,涌水量也未发生较大变化。实践证明,向阳断层防水煤柱留设的合理性,对同类型工作面具有一定的参考价值。

浅埋极薄煤层切顶留巷无煤柱开采技术应用研究

为提高极薄煤层煤炭资源回收,降低巷道掘进矸石产出,消除因煤层开采导致的地表生态破坏,采用理论分析、数值模拟和工程试验结合的方法,对浅埋极薄煤层切顶留巷无煤柱开采可行性进行了研究,对浅埋极薄煤层工作面切顶留巷参数进行了设计,并提出留巷围岩控制技术。沿空巷道实施切顶后,垮落顶板对上覆岩层形成有效支撑,同时留巷顶板形成短悬臂结构,降低覆岩活动对留巷围岩影响;与传统留煤柱开采相比,切顶留巷无煤柱开采技术能有效修复工作面两端覆岩裂隙发育及地表裂缝。现场实践表明:留巷形成后,工作面后方70~100 m两帮移近量在25~45 mm;切顶留巷无煤柱开采技术应用后,地表无明显裂缝产生,且提高了煤炭资源回收率,应用效果较好。

长薄壁钢筋混凝土支柱消除面间小煤柱和末采大煤柱——120-0采煤技术研究

为改变长壁综采工作面因留设面间小煤柱和末采大煤柱,大量废弃煤炭资源的普遍状况,提出了通过提前人为施工一道类似与小煤柱的人工长薄壁钢筋混凝土支柱,使用这道混凝土薄壁支柱代替面间护巷小煤柱,实现小煤柱各项功能,取消面间小煤柱。长薄壁钢筋混凝土支柱在宽巷掘进顺槽的前提下,施工一道大面积刚柔同具可延续的钢绞线绑扎式模板,同时利用煤壁本身做为一道模板,两模内浇注一道长壁钢筋混凝土薄壁支柱,下一相邻工作面沿混凝土支柱掘巷,钢筋混凝土薄壁墙替代煤柱,不保留长壁综采面间小煤柱。同样通过浇注一道中厚度倾向长壁钢筋混凝土支柱代替大末采煤柱,取消大末采煤柱。长壁综采由传统121小煤柱工法变为全面无煤柱120-0工法,进一步提高煤炭采出率。

长边两侧采空(煤柱)弹性基础边界基本顶薄板初次破断

建立长边两侧采空(煤柱)与短边两侧弹性基础边界基本顶板结构力学模型,根据薄板主弯矩破断准则并结合偏微分方程有限差分算法计算研究了基本顶破断的影响因素及权重关系。得到:(1) _(c1)与_(c2)煤柱的支撑系数k_(c1),k_(c2)及宽度L_(c1),L_(c2)不仅显著影响基本顶在两侧煤柱区的主弯矩大小及位置且显著影响短边区及中部区主弯矩大小及位置;(2)基本顶的弹性模量E与厚度h越大,短边实体区及两侧煤柱区的基本顶断裂线深入煤体距离越大; L_(c1),L_(c2)越大,k_(c1),k_(c2)越小,煤柱区断裂线深入煤柱距离越大;(3) L_(c1),k_(c1),L_(c2)及k_(c2)较小而E,h较大时,基本顶在_(c1)与_(c2)煤柱区均不断裂,最终断裂形态为非对称"||-X"型;(4) L_(c2)及k_(c2)较大而h,E,L_(c1)及k_(c1)较小时,基本顶在_(c1)煤柱区(较弱煤柱)不断裂而在_(c2)煤柱区(较强煤柱)会断裂,最终断裂形态为非对称"C-X"型;(5)两侧煤柱支撑系数及宽度均较大而E,h较小时,断裂形态为非对称横"O-X"型;(6) k,k_(c1),k_(c2),E及h均改变而比值k/(Eh3)不变时(其中,比值k/k_(c1)与比值k/k_(c2)也不变),主弯矩大小不变且初次破断位置不变。

薄煤层保护层无煤柱煤与瓦斯共采技术研究

针对沙曲矿北翼高瓦斯近距离煤层群安全高效开采的问题,运用理论分析和现场实测相结合的方法,分析了薄煤层上保护层开采的覆岩裂隙分布与演化、卸压机理及采空区瓦斯运移积聚规律,并结合北翼2#薄煤层22201首采保护层工作面的实际情况,介绍了2#薄煤层上保护层无煤柱巷旁充填技术,确定了留巷墙体埋管瓦斯抽采技术参数。现场试验结果表明,采用2#薄煤层上保护层无煤柱煤与瓦斯共采技术,实现了下邻近高瓦斯煤层群的全面卸压,形成了工作面Y型通风系统,大大减少采空区瓦斯涌入工作面,有利于高瓦斯突出危险性煤层群的安全高效回采。

浅埋薄煤层钻采煤柱稳定性与破坏机理研究

对埋深50 m薄煤层采用螺旋钻开采的FLAC3D数值模拟,从采场和煤柱的应力分布、塑性区分布规律入手,探究了煤柱宽度尺寸改变时采场和煤柱的稳定性和破坏形式。研究表明:采场和煤柱受水平应力影响极小,主要为竖直方向应力且破坏形式主要为剪切破坏,煤柱内应力弹性核区随煤柱宽度减小而减小,弹性核区内应力峰值逐渐增大直到临界失稳时增幅不大,煤柱宽度尺寸对其稳定性影响很大。

一侧采空(煤柱)弹性基础边界基本顶薄板初次破断

建立长壁工作面,一侧采空(煤柱)、三边弹性基础边界基本顶薄板结构力学模型,运用有限差分法计算并研究了基本顶主弯矩分布特征及破断规律。得到:基本顶的起始破断位置为长边偏煤柱侧深入煤壁上表面(基本顶的弹性模量E、厚度h较小,弹性基础系数k较大时)或中部偏煤柱侧下表面(E,h较大,k较小时);煤柱的宽度Lm及支撑系数k_m变化时基本顶长边区,实体煤侧短边区以及中部区的主弯矩极值几乎不改变,但是煤柱区基本顶主弯矩极值变化显著、即显著影响煤柱侧基本顶的破断形式及基本顶整体的破断形态;由于考虑煤柱支撑的作用,当h,E较小,L_m,k_m较大时,基本顶深入煤柱区的上表面会发生破断,此种条件下基本顶的破断顺序为:长边深入煤壁上表面→中部下表面或实体煤侧短边深入煤壁上表面→煤柱区上表面,最终破断形态为非对称"O-X"型;h,E较大,L_m,k_m较小时煤柱区基本顶的上表面不破断,此种条件下基本顶的破断顺序为:中部下表面→长边深入煤壁上表面→实体煤侧短边深入煤壁上表面,最终破断形态为"U-X"型。

水体下急倾斜煤层采空区矸石充填顶板控制

采用数值计算和物理模拟方法,分析了水体下急倾斜煤层开采采空区矸石自溜充填顶板控制效果。结果表明:采空区矸石充填可以有效降低工作面顶板下沉挠度,减小区段平巷围岩变形;矸石充填限制了相邻分带煤柱的横向变形,减小其变形破坏程度以及降低相邻分带回采时的矿压显现;矸石充填使覆岩内的应力发生转移和重新分布,有效降低了覆岩导水断裂带的高度,减少了防水煤柱的塑性破坏范围。

薄煤层小煤柱沿空掘巷支护技术

在分析矿井地质条件的基础上,根据经验公式,研究确定薄煤层条件下沿空掘巷小煤柱的合理尺寸。为了保证巷道的稳定性,根据试验面的地质条件,结合实践经验以及采矿理论确定试验巷道采用锚网梁索联合支护的方式。现场试测表明,采用锚网梁索联合支护方式,能够满足安全生产的需要。留4 m小煤柱沿空掘巷的实践,取得了良好的经济效益。

留设窄煤柱维护大巷技术

针对薄煤层开采中,沿煤层开掘的巷道留煤柱护巷造成大量的煤炭储量浪费问题,提出留设窄煤柱维护大巷技术,巷道采用锚喷网支护,延长了矿井服务年限和提高了矿井整体效益,可在类似条件下推广应用。

五阳矿西部扩区建筑物下压煤二次条带开采研究

针对五阳矿西部扩区建筑物下压煤资源需迫切回收的技术难题,结合五阳矿西部扩区的地质条件和条带开采实际,采用理论分析和数值模拟的研究方法对二次条带开采的可行性进行了系统研究,提出窄煤柱沿空掘巷的二次条带开采方案.结果表明:在条带开采地表移动变形稳定后对遗留煤柱进行二次条带开采是可行的;二次条带开采合理的采宽为40 m,留宽为55 m;二次条带开采后地表移动和变形值增大,但对建筑物的损坏仍然处于Ⅰ级损坏之内,遗留煤柱仍能长期保持稳定.二次条带开采为建筑物下压煤开采寻求到一条新途径.

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。

杨村煤矿薄煤层留设防砂煤柱开采的研究与实践

在准确认识松散层三含的富水性和薄煤层覆岩破坏规律的基础上,评价了三含对工作面的充水影响,论证了杨村煤矿二采区薄煤层留设防砂煤柱开采的可行性,成功实现安全回采。把杨村煤矿薄煤层的防水煤岩柱高度从原来的30m缩小到10.42m,解放水体压煤6.38M t。

西部矿区覆岩-煤柱群失稳临界时间节点研究

为分析覆岩-煤柱群回收前的稳定性,采用数值模拟软件Flac3D分析了煤柱蠕变期间塑性区发育及内部应力分布形式的演化特征,发现:蠕变过程分为快速变形、缓慢变形及加速失稳3个阶段,并总结出了不同阶段塑性区发育和内部应力分布形式的对应关系;在分析覆岩和煤柱相互作用的基础上,建立了弹性地基薄板模型,推导出了顶板变形、煤柱受力与煤柱塑性区发育范围之间的计算方程组,揭示了覆岩-煤柱群减弱至失稳的动态变化特征;给出了覆岩-煤柱群体系失稳临界时间节点判据和方法,并结合工程算例进行了分析。

近距离薄煤层条带开采引起地表变形模拟分析

近距离薄煤层条带开采是"三下"开采中控制覆岩移动变形和地表沉陷的有效方法之一,提高煤炭资源回收率,同时减少煤矿开采对矿区环境、地表破坏的影响,具有重要的理论意义和应用价值。本文采用数值模拟方法研究了近距离薄煤层条带开采引起的地表变形特征,结果表明:当采出率为50%时条带方案选取采40m留40m时最为合适。

采空区下薄煤层综采工作面护巷煤柱合理宽度研究

为研究近距离浅埋煤层群下部薄煤层回采过程中护巷煤柱的宽度,以凉水井矿431盘区工作面护巷煤柱为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了不同煤柱宽度对煤柱稳定性的影响,为类似开采条件下的煤柱留设提供了参考。

窄煤柱沿空掘巷的安全措施

以朔里煤矿 5 38窄煤柱沿空掘巷为例 ,分析影响施工安全的因素 ,提出安全施工措施 ,以及如何搞好瓦斯、煤尘、顶板等灾害的控制。

薄煤层沿空留巷成巷过程矿压显现规律研究

为了研究薄煤层无煤柱开采,留巷成巷过程工作面与巷道矿山压力显现规律,以黄陵矿业公司瑞能煤业117留巷成巷过程为工程背景,通过现场数据监测、理论分析等综合研究,对薄煤层切顶沿空留巷成巷过程中工作面及巷道矿压规律进行系统分析。结果表明:工作面初次来压和周期来压都有所减小;留巷段顶板成不规则下沉且采空区侧明显大于实体煤侧;留巷段受不同影响可分为4个区域,分别为掘进影响区、一次采动超前影响区、矸石垮落影响区、成巷稳定区。其中矸石垮落影响区巷道围岩压力最大,巷道收敛程度最高,为留巷分区支护奠定理论基础。