Non-harmonious deformation controlling of gob-side entry in thin coal seam under dynamic pressure

The behavior of gob-side entry under dynamic pressure is totally different from the one driven after the movement of overlying strata above the adjacent coalface goal. The gob-side entry will experience severe roof lateral structural adjustments caused by adjacent coalface mining. Thus the deformation and failure characteristics of narrow coal pillar along the gob should be carefully considered. On the basis of the data of the gob-side entry obtained in a thin coal seam under dynamic pressure, the measures to reinforce the narrow coal pillar are put forward. In addition, the non-harmonious controlling of the rock structures and non-equilibrium gob-side entry deformation is proposed to avoid potential failure. Field practices show that the supporting problems of the gob-side entry under dynamic pressure can be well addressed, which could be used in other similar minin~ cases.

煤层底板含水层区域注浆改造浆液扩散范围现场示踪试验

近年来,为解放底板高承压灰岩水上煤炭资源,华北煤田普遍采用地面定向钻技术,对太原组薄层灰岩进行区域性注浆加固改造(习称“底板区域治理”),以全面封堵灰岩岩溶裂隙并阻断垂向导水通道。该技术中,与浆液扩散范围(半径)密切相关的“水平分支孔”孔间距设计问题,一直备受学界和业界的广泛关注。皖北矿区底板区域注浆工程量大,特别是深部资源开采,将有数十亿元的注浆工程,有必要查清浆液扩散范围真实数据。为此,以皖北矿区恒源煤矿为研究基地,依托Ⅱ63采区底板区域治理工程,设计并实施浆液扩散范围示踪试验,在中间的水平分支孔(Z8-7)投放荧光剂(示踪剂),在两侧的水平分支孔(Z8-6、Z8-8)以及交叉分支检测孔(Z8JC)取岩屑样鉴别荧光水泥,以获得浆液扩散范围,进而在浆液扩散影响因素分析基础上,构建恒源煤矿底板区域注浆治理浆液扩散范围计算公式。结果表明:①综合岩屑现场及室内鉴别结果分析,获得恒源煤矿Ⅱ63采区底板区域注浆浆液扩散范围为38.3~44.0 m,且水泥分布密集区在水平分支孔浆液扩散范围30 m以内,该区域内注浆效果最佳。②通过现场岩屑快速鉴别与室内岩屑精准鉴别,取得的浆液扩散范围基本一致,证明了荧光示踪浆液扩散范围的有效性。③通过对比分析,认为在计算参数、边界约束等符合实际注浆工况条件下,浆液扩散范围理论计算和数值模拟结果,与现场示踪试验实测结果较为接近。④利用示踪试验过程中的压水试验及注浆参数、钻遇构造及水文地质响应等数据,考虑重力、构造、地下水径流等因素影响,借助SPSS非线性拟合软件,得到恒源煤矿Ⅱ63采区底板区域注浆浆液扩散范围计算公式。⑤基于恒源煤矿受注层实际地质、水文地质条件,利用拟合的浆液扩散范围计算公式得出Ⅱ63采区Z8场地浆液扩散范围为37.8~42.9 m,与浆液扩散范围示踪试验实测结果相近,计算公式可在类似条件下推广应用。本次煤矿底板区域注浆浆液扩散范围现场示踪工程试验,不仅取得了浆液扩散范围的真实数据,而且阐明了浆液扩散与多种地质、水文地质因素之间的内在联系,揭示了超深、超长定向钻注浆浆液扩散机理,构建了浆液扩散范围计算公式,为类似条件下底板区域治理工程水平分支孔孔间距的合理设计提供了参考依据。

底板突水危险性评价研究进展

回顾了煤层底板突水危险性评价的发展历程,提出其危险性评价的体系:指标(指标体系的建立)—方法(评价方法的选取)—工具(处理工具的革新),并对3个环节进行总结。指出指标体系的发展不再是因素集的扩充,而是因素与因素之间非线性关系的处理以及对以开采条件及地质条件为两大基本要素集的化繁为简;将现有方法依据处理数据的逻辑分为3类:以数据的基础信息为基准,将原始数据对评价对象所产生的大小、高低、优劣性影响进行考量、排序及综合形成评价结果的第一类方法;对数据列进行人工评判、加工分析、拓展和延伸,挖掘数据的潜在信息,并形成最终评价结果的第2类方法;整理具有相同指标的数据集,通过数据信息处理技术发现数据间的共有信息,从而获得最终评价结果的第3类方法。指出未来评价方法的发展方向一方面是对突水系数法的传承,修正其在厚、巨厚、极薄隔水层的不良表现,另一方面是对机器学习新型方法的创新,对其本身及组合模型进行开发与应用。提出了处理工具所需实现的三大目标:矿井立体化模型的建立、评价结果的动态化演示、“定位、定量、定概率”三定指标的实现。分别探讨了三者面临的问题并阐述具体解决手段。在上述基础上,总体阐明了煤层底板突水危险性评价体系各环节的研究展望。

水峪煤业2号煤层带压开采可行性分析及评价

随着开采深度的增加,煤层底板突水成为影响矿井安全生产的重要地质灾害之一。以水峪煤业2号煤层带压开采为工程背景,对奥灰水地下水流场、富水性及隔水层阻水能力等进行分析,并采用突水系数法对2号煤层突水危险性进行计算,得到底板奥灰水突水系数为0.0102~0.0403 MPa/m,突水系数值均小于0.06 MPa/m,确定突水危险性分区为Ⅰ区,属于带压开采相对安全区。为避免矿井水害的发生,制定了带压开采技术措施,保障了水峪煤业的安全生产。

薄煤层短壁连采连充开采技术研究与实践

针对薄煤层“三下”压煤资源开采难题,对中等稳定围岩条件下的薄煤层短壁连采连充开采技术进行了研究,采用遥控薄煤层连采机结合单体液压支架进行长条带开采,采用膏体采空区充填法,实现顶板稳定控制,有效提升开采安全性和开采效率,显著降低开采成本。该技术首次在某煤矿进行了应用,每月回收煤炭资源超过1.5万t。

巨厚煤层综放工作面雨季过季节性河流实践与研究

柴沟煤矿是年产8 Mt的高产高效矿井,计划回采的1503工作面埋深200~255 m,采厚超过12 m,是典型的薄基岩巨厚煤层开采工作面,采动形成的导水裂隙带发育至地表。该工作面在雨季需穿越1条季节性河流——小南沟河,为防止洪水沿导水裂隙灌入井下,造成安全事故,通过分析工作面地表地形及水文地质情况,确定采取“岩移观测指导预填,工作面上游筑坝拦截+泄水孔分流”的综合防治水方案。该方案的实施顺利实现了季节性河流下巨厚煤层综放工作面的安全回采。

煤层带压开采水害防治分析及措施

随着矿井开采深度的不断增加,煤层所承受底板含水层的水压越来越大,严重威胁着矿井安全生产和职工生命安全。郑州矿区一1煤层均为带压开采,煤层底板为奥陶系灰岩强岩溶含水层,水压较大,水害威胁较为严重,经常发生突水事故,给矿井带来严重的危害,损失巨大。为有效地防治水害事故的发生,对郑州矿区金龙煤矿一1煤层带压开采的水文地质条件进行深入研究分析,制定了合理的防治对策和措施,并对12141工作面一1煤层带压开采水害进行了综合性治理,取得了良好的效果。

红树梁煤矿沟下开采地表沉陷规律研究

以准格尔煤田红树梁煤矿6105工作面为研究对象,通过设立地表GNSS智能观测站,综合现场实测数据和概率积分法对工作面采后地表沉陷规律进行研究。结果显示,工作面最大下沉值为7 797 mm,充分采动后边界角为66°,移动角为70°,裂缝角为72°,基于概率积分法预测模型与地表实测数据基本吻合,精确性良好;建立了不同沟谷参数的数值计算模型研究沟谷对地表沉陷的影响规律,分析结果显示开采边界位于沟谷边坡中部下方时,对地表沉陷影响最大,沟谷的深度和坡度与地表沉陷基本呈正相关。

典型山地压覆煤层冲击地压与瓦斯协同防治技术研究

山地对其下部煤层冲击地压具有主导作用、对瓦斯赋存规律具有控制作用。典型山地压覆控制型冲击地压、瓦斯富集属于宽沟煤矿特有的冲击地压、瓦斯富集类型,其显现特征与地层结构具有密切的关联性。针对此类型,通过现场监测数据分析,采用Winkler弹性地基梁和渗流理论,探讨了山地对煤层埋深、应力、渗透率影响机制,分析研究了典型山地压覆煤层冲击地压与瓦斯赋存规律及其瓦斯涌出的相关性。研究结果表明:煤层受力特征、渗透率变化规律与埋深、地表标高变化表现出强相关关系;山地垂直压力作用下,煤层应力分布、渗透率分布表现出显著非线性特征,山峰正下方应力最大,渗透率最小;渗透率、煤层应力协同控制着煤层冲击、初始瓦斯含量值;协同防治技术应用效果显著,在工作面回采期间,无瓦斯异常涌出现象,上隅角瓦斯浓度低于0.50%,回风流瓦斯浓度低于0.22%。此外,工作面未发生106J级别以上的大能量微震事件,有效地解决了煤层冲击地压和瓦斯涌出异常的问题,确保了工作面的安全回采。

公路下煤层群开采地表移动变形防治研究--以攀枝花煤矿为例

伴随着国内煤炭资源日益枯竭,矸石堆积问题日益严重,“三下”煤体绿色开采再次被重视.以贵州攀枝花煤矿11071工作面为工程背景,通过室内试验、工艺优化、数值模拟等方法论证充填方案是否可行.室内试验得出矸石膏体材料的优化质量比为6.5∶1.4∶2.1,并采用SEM对内部微观分析发现,水泥水化产生碱性环境,激发粉煤灰活性,充填强度有所增强.基于开采条件、充填设备等因素考虑,对充填回采工艺进行优化设计,回采支护环节与充填环节相互协作.数值模拟结果显示:在5#煤层开采结束的条件下,11071工作面充填回采完成后,位移场叠加作用不明显,5#煤层顶板位移量由最初的37 mm缓慢增加至42.7 mm,较未用充填开采而言,充填开采可有效防治覆岩、地表移动变形.工程实践表明:充填后的采面回采结束后,沉降变形最大值为43 mm,水平变形最大值约为2.53 mm/m,符合公路路基移动变形的合理范围.

带压开采煤层底板突水危险性评价及防治措施研究

为有效提升带压开采煤层底板突水防治效果,对带压开采煤层底板突水危险性进行有效分析,提出危险性评价要点和具体防治措施,取得比较好的防治效果,以期为相关人员提供参考。

村庄下条带开采留设煤柱充填回采安全性研究

为探究充填回采条带留设煤柱的安全可行性,首先,提出条带开采留设煤柱充填回采方案,通过理论计算充填体荷载及强度,分析充填体的稳定性;其次,根据条带开采后岩层移动情况确定预计参数,采用概率积分法计算充填回采后地表移动与变形,结合建筑物损坏等级评定标准,分析地表建筑受损情况,验证充填回采条带煤柱的适用性;最后,以佛店村庄下充填回采条带煤柱为实例进行分析。结果表明：条带充填体荷载22. 3 MPa,充填体强度31. 3 MPa,充填体安全系数1. 41,可使地表保持长期稳定。采用充填回采方案可将地表移动变形控制在Ⅱ级变形范围内,使地表建筑的正常使用不受影响。

近距离采空区下特厚煤层综放开采可行性研究

根据龙王沟矿煤层赋存条件及上覆岩层力学性质,研究近距离煤层上覆6上煤层已采对下覆6煤特厚煤层综放开采时支承压力的影响,进行了物理相似模拟实验研究。从围岩应力场分布角度对上覆已采煤层对下覆煤层综放面作用机理进行了分析。研究认为:该条件的近距离采空区下特厚煤层综放面在开采过程中,强矿压发生频率高,发生第二次周期来压后,每次周期来压发生时支架工作阻力超过模拟支架量程,达到24000k N以上,最大82952k N,对工作面危害大,支架上方顶煤破坏严重,煤壁片帮严重,支架超载、压架现象频繁,严重影响工作面的正常生产,所以采用垮落式采煤方法开采6上煤之后在采空区下一次开采21m厚的6煤,研究认为目前不可行。

浅埋近距离煤层煤柱下开采异常矿压机理

针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题,采用现场实测、理论分析等手段,研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明:浅埋近距离厚煤层开采时,下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害,支架活柱下缩量达到1 000 mm;下煤层工作面推进过程中,两层煤之间的关键层结构也不断的变化,重复采动阶段,两层煤之间存在一组亚关键层结构,进煤柱阶段,两层煤之间存在一组主关键层结构;进煤柱阶段,煤柱上方关键块的铰接结构发生反向回转运动,导致主关键层关键块上覆载荷增加,发生滑落失稳,引发强动压灾害,同时造成地表出现大的台阶下沉现象。

浅埋煤层采动覆岩导水通道分布特征试验研究

为解决浅埋煤层的保水开采难题,采用物理模拟方法,研究了浅埋煤层大采高长壁工作面的采动覆岩导水通道的分布特征。结果表明:对于典型浅埋煤层,大采高工作面在初次来压至第一次周期来压期间,覆岩导水通道迅速发育至松散含水层底部,工作面后方约2个周期来压距离后,采空区覆岩垮落带以上的覆岩导水通道被逐渐压实闭合,但开切眼处的导水通道不易闭合;对于次浅埋煤层,主关键层初次来压后,导水通道迅速发育至最大高度,但伴随着主关键层约1～2个周期来压后,基本顶至主关键层之间断裂带内的覆岩导水通道可很快被压实闭合。该成果可对浅埋煤层保水防溃采煤研究和应用提供基础理论指导。

大型水库库区下压煤开采研究

运用现场工程地质调查、室内岩石力学试验、现场测试、矿井涌水量统计、水质分析、理论计算以及数值模拟相结合的综合手段,分析认为煤层开采有安全保障;地面塌陷范围有限,不会波及到大坝附近;煤层开采不会造成库区水体渗漏,不会对大坝附近的渗流场产生影响.

水库下厚煤层综放开采的透水危险性的地质分析

为了评判水库下厚煤层综放开采采动裂隙是否相互连通并波及水体,以大平矿区井田范围内钻孔揭露的地层资料及工作面布置方式为基础,采用弹性理论获得了采动地表裂缝深度为6.59 m,以大平矿区水库范围外的导水裂隙带高度实测数据作为预测接近样本,选取导水裂隙带高度的可测影响因素,结合主观的层次分析法和客观的熵值法对指标权重值进行综合确定,通过Matlab编程获得水库范围内各工作面采动后钻孔位置处的导水裂隙带高度的预测值及各影响因素的权重,同时采用Surfer软件的克里金插值法获得了地表裂缝和导水裂隙带之间的覆岩厚度及各组分岩性的厚度等值线,并进行了透水安全评估。

近距离采空区下松软破碎煤层巷道锚杆锚索支护技术研究

在地质力学现场测试和岩石成分分析的基础上,分析了近距离采空区下松软破碎煤层巷道破坏的主要原因和影响因素,指出原有锚杆支护系统预应力偏低、护表构件不合理是造成巷道破坏的主要原因,提出了采用高预应力全长锚固锚杆和锚索支护并加大护表构件的面积和强度的方法进行此类巷道的支护。以红庙煤矿五区5-2S一片工作面回风巷为工程实例,详细介绍了高预应力锚杆锚索支护方案并进行了现场工业性试验。研究结果表明,高预应力锚杆锚索支护系统能够控制此类巷道的强烈变形,支护效果比较理想,为类似条件下巷道支护提供了有效手段。

奥灰岩溶水害区域超前治理技术研究及应用

鉴于邯邢矿区大采深矿井深部煤层和下组煤开采受奥灰承压水威胁现状和保水开采需要,提出了奥灰岩溶水上带压开采水害治理的"区域超前治理"理念及"超前主动、区域治理、全面改造、带压开采"防治水指导原则;相应给出了区域分区原则、治理模式及适用条件、治查结合新方法、超前治理管理程序、底板阻水能力评价方法和治理关键技术等支撑体系。该成套技术首先在邯邢矿区进行了应用研究,特别是地面多分支水平钻进关键技术应用研究,取得了很好的安全技术效果,创新了大采深矿井和开采下组煤奥灰水害治理方法,安全开采受承压水威胁的煤炭资源,保护了煤系基底奥灰水环境。

回坡底矿近距离煤层回采巷道布置方式的确定

结合回坡底煤矿东区10#和11#近距离煤层开采地质条件,分析了10#煤层开采对下位11#煤层的影响,运用FLAC3D软件分析比较了下位煤层回采巷道外错式布置、重叠式布置、内错式布置方式的应力分布和塑性区情况。模拟结果和现场应用观测结果表明,采用重叠式布置方式是合理的,技术上可行。