Roadway failure and support in a coal seam underlying a previously mined coal seam

The influence of an upper,mined coal seam on the stability of rock surrounding a roadway in a lower coal seam is examined.The technical problems of roadway control are discussed based on the geological conditions existing in the Liyazhuang Mine No.2 coal seam.The stress distribution and floor failure in the lower works after mining the upper coal is studied through numerical simulations.The failure mechanism of the roof and walls of a roadway located in the lower coal seam is described.The predicted deformation and failure of the roadway for different distances between the two coal seams are used to design two ways of supporting the lower structure.One is a combined support consisting of anchors with a joist steel tent and a combined anchor truss.A field test of the design was performed to good effect.The results have significance for the design of supports for roadways located in similar conditions.

浅埋上下煤层高强度开采工作面矿压显现规律

为研究隆德煤矿浅埋深1^(-1)煤与2^(-2)煤协调开采过程中工作面矿压显现规律,采用支架压力监测系统开展工作面来压规律分析,钻孔应力监测系统及CT探测技术开展上下煤层工作面应力实测,钻孔窥视仪及顶板离层仪开展工作面回采巷道变形特征研究。结果表明,上煤层中厚偏薄工作面周期来压步距10~24.4 m,中部来压强度平均40 MPa;下煤层大采高工作面周期来压步距7.2~18.8 m,来压强度平均11230 kN;钻孔应力计实测确定2^(-2)煤工作面超前应力平均影响范围为40.8 m,应力峰值为5.3 MPa;CT探测确定2^(-2)煤层超前工作面59.5 m以外无显著影响;顶板钻孔窥视与离层监测确定了上覆1^(-1)煤层开采对下方2^(-2)煤层影响不显著。

近距离煤层群覆岩裂隙带瓦斯治理措施优化及效果分析

为解决近距离煤层群综采工作面回采中上隅角瓦斯治理难题,保障综采工作面有效衔接,实现连续安全高效生产,利用同位素测定分析技术明确了近距离煤层群卸压瓦斯涌入覆岩裂隙带内的规律特征,提出施工地面L型钻孔以优化原有的覆岩裂隙带瓦斯治理技术,降低综采工作面上隅角瓦斯体积分数。结果表明:屯兰矿2号煤层综采工作面的覆岩裂隙带高度附近,工作面自切眼回采的95 m范围内,02号煤卸压瓦斯抽采占比逐渐降低,2号和4号煤层的卸压瓦斯抽采占比逐渐升高,95 m后,02、2和4号煤卸压瓦斯抽采占比趋于稳定,占比分别为60%、25%和10%.优化后的“以孔代巷”技术“高位钻孔+低位钻孔+高位走向长钻孔+地面L型钻孔”将上隅角平均瓦斯体积分数由0.65%降低至0.25%.地面L型钻孔的施工在空间和时间上保障了井下综采工作面的连续稳定生产,对井下工程不形成干扰,有助于解决上隅角瓦斯超限问题,实现了综采工作面的安全高效连续生产。

近水平复合煤层露天矿非工作帮高位煤层回采方案研究

在我国近水平复合煤层露天煤矿开采建设过程中,边帮压煤问题普遍存在,但通常只针对下部煤层回采问题进行研究。基于如何进行非工作帮高位煤层回采的问题,利用初步形成的内排土场为作业平台,考虑边帮边坡稳定性对回采模式的影响,提出了在边坡稳定的前提下沿边帮依次形成“敞口”、“斜坡道”并分阶段回采的模式。结合露天矿实际生产中需满足一定边坡角以确保边帮整体稳定的要求,以经济效益最优为判断准则,将分阶段回采模式分为回收阶段间煤柱和保留阶段间煤柱两种回采方式,并通过定量分析分别给出2者经济可行性的理论判据,随之讨论了2种回采方式所取得的净收益值与煤层厚度的关系。研究表明:不同回采方式的净收益值与煤层厚度大小正相关,因此可借助分析煤层厚度与净收益值的关系来选择较优回采方式,具体应用过程中回采方式的经济合理性需结合现场实际进行验算。以某露天矿为工程实例:①确定回收阶段间煤柱回采方式更经济,其净收益为6385.320万元,非工作帮残煤回采剥采比为0.758;②可通过降低煤柱高度、增大采场和排土场所对应帮坡角的方式对保留阶段间煤柱回采方式进行改进以提高经济效益。成果可应用于类似露天矿,通过减少煤炭资源浪费,提升矿山企业整体经济效益的同时保证矿山安全、绿色、高效开采。

上煤层扰动下综放工作面覆岩运移及矿压显现规律研究

近年来,准格尔煤田大多数矿井已进入了6^(#)、10^(#)、11^(#)等第二主采煤层的开采,平均厚度可达10 m以上,故大多数煤矿都选用综放开采技术进行回采。受上煤层开采的影响,下部综放工作面覆岩运移、矿压显现及顶板来压来源更为复杂。利用理论分析、相似模拟及现场实测等方法,以黄玉川226上02综放工作面为例,对上煤层扰动下综放工作面覆岩运移、矿压显现等规律展开了研究。主要结论有:中间岩层未完全破断前,覆岩呈分层垮落特征,破坏范围以阶梯式向上发展,下部综放工作面出现小周期来压,来压步距较大、强度较小;中间岩层完全破断时,两煤层破坏区域贯通,覆岩发生大范围台阶式下沉,下部综放工作面易发生压架、垮顶等矿压突变事故;中间岩层完全破断后,覆岩出现“台阶岩梁”结构,且破坏边界裂隙不断增大,下部综放工作面出现大周期来压,来压步距减小、强度增大。同时,通过对覆岩运移规律的研究,分析上煤层扰动下综放工作面顶板来压来源,确定其支架载荷计算方法,并以黄玉川226上02综放工作面为例制定控制采高、增加支架工作阻力等针对性综合控制措施,在现场实施后取得了较好的控制效果。

浅埋煤层群上下层位土层与基岩层协同隔水稳定性研究

浅埋煤层顶板突水是由于导水裂隙带贯穿隔水层而引起的,随着煤层群的下行开采,土层与基岩层的协同隔水机理亟待明确。为了分析隔水土层在煤层群下行开采工程背景下的破坏机理,以便准确预测煤矿顶板突水问题,以陕北神府矿区韩家湾煤矿2−2、3−1和4−2煤下行开采为研究背景,通过原位钻孔取心试验得出不同埋深的隔水土层性质的差异;通过建立上层位隔水土层渗透扩展力学模型来描述裂隙发育形态;采用土−岩复合隔水层力学模型,在“给定变形”条件下计算下层位隔水土层处于整体稳定状态时的力学判据。研究表明,隔水土层根据其性质不同可以分为上层位隔水土层和下层位隔水土层;通过比较总载荷与上层位隔水土层抗拉强度的大小,当总载荷小于等于上层位隔水土层抗拉强度时裂隙不再向下发育从而得出裂隙发育长度;在“给定变形”条件下,当下层位隔水土层长边中部位置处产生的拉应力小于或等于拉伸强度阈值时,下层位隔水土层整体结构处于稳定状态,不会产生拉伸破坏;根据韩家湾煤矿地质情况进行数值模拟,模拟结果与理论分析结果相吻合。研究可为相似地质条件下顶板突水预测提供参考。

煤层群上下保护层开采围岩应力时空演化规律及应用研究

为实现煤层群上下保护层开采被保护层卸压瓦斯高效抽采,采用数值模拟方法研究上下保护层开采后围岩应力分布及演化规律,根据卸压范围分布实现卸压瓦斯抽采钻孔精准布置。研究结果表明:上下保护层双重开采,有效降低被保护层的应力,卸压范围增大。下保护层开采后被保护层倾斜上下边界卸压角分别为87°、72°,走向卸压角为63°;上保护层开采后被保护层倾斜上下边界卸压角分别为76°、79°。卸压抽采钻孔瓦斯浓度从卸压前的30%~40%增加到卸压后90%以上,单孔瓦斯流量从卸压前0.03~0.08 m^(3)/min增加到卸压后的1.1~1.85 m^(3)/min,瓦斯纯流量呈现数10倍增加,但工作面推过150 m左右,抽采数据快速降低,卸压瓦斯抽采存在显著的空间和时间效应。研究结果可促进多重保护层开采卸压瓦斯抽采技术发展。

上位煤层蹬空开采可行性理论研究与校验

针对宝欣煤矿2号煤层遗煤蹬空开采的问题,根据勘探资料利用比值判别法、数理统计分析法、“三带”判别法以及围岩平衡法对3号煤层采空区上覆围岩性质进行了理论计算,结果显示2号煤层位于3号煤层回采后的裂隙带高度范围内。使用钻孔分段注水法进行了验证,注水最快流速达到0.065 m^(3)/min,说明3号煤层顶板结构不稳定、存在较多裂隙。由此判断2号煤层不适合蹬空开采。

工作面邻近层超大直径钻孔瓦斯治理技术研究

在煤矿开采中,瓦斯仍然是影响矿井安全生产的关键性因素。万峰矿所回采的1号煤层距离邻近层较近,工作面回采后上邻近层直接垮落于采空区当中,成为采空区瓦斯主要来源,回采期间容易造成瓦斯超限。为了最大程度解决瓦斯涌出问题,选用三轴联动式双向螺旋钻机,在回采工作面邻近层布置22个大直径螺旋钻孔,钻孔宽×高为2 080 mm×800mm,孔深60 m,钻孔施工结束后及时封闭及预埋抽采管,利用顶板裂隙带对开采煤层采空区瓦斯进行抽采。通过该项技术的应用,能有效地将回采工作面回风流及上隅角中瓦斯浓度控制在安全范围内。

特厚煤层综采面瓦斯涌出规律及优化治理技术研究

针对魏家地煤矿1号特厚瓦斯突出煤层在回采过程中瓦斯涌出易造成工作面上隅角瓦斯超限问题,开展了工作面瓦斯运移涌出、储集规律及定向钻孔瓦斯综合治理技术研究。通过分析定向长钻孔施工过程中存在的问题,对定向钻孔施工工艺和封孔工艺进行优化,实现了定向钻孔的快速、安全钻进。通过分析卸压瓦斯涌出及运移规律,得出1号煤层开采后,2号煤层处于底板裂缝带范围,卸压瓦斯大量上涌,采空区顶板上方40~65 m范围内发育大量离层裂隙,为卸压瓦斯的富集提供了储存空间;下覆2号煤层的部分瓦斯在扩散和升浮的作用下向上扩散,最后聚集在1号煤层上方的离层裂隙中,形成瓦斯富集区域。针对分析结果,在应用技术优化前提下开展了现场试验研究,结果表明:采用优化后的顶底板定向钻孔技术后,工作面瓦斯涌出量由原来的32 m^(3)/min降至15 m^(3)/min,瓦斯浓度由0.75%开始降低并稳定在0.23%,有效保障了工作面的安全高效生产。

浅埋煤层工作面上隅角低氧隐患形成规律及防治技术

为解决沙坪煤业工作面上隅角有害气体积聚及低氧现象频发的问题,综合分析了上隅角低氧隐患形成的原因,通过设置测点取样,检测上覆采空区及本煤层工作面的气体组分变化,从而揭示出采空区气体的分布规律。结果表明,煤层原生赋存及采空区浮煤常温氧化是低氧气体的主要来源,由于地表裂隙供氧,上覆煤层采空区的浮煤氧化生成大量低氧气体,通过裂隙进入8号煤层采空区,再通过工作面的漏风通道涌出到工作面,风流汇集到上隅角,导致低氧现象的发生。提出井上下封堵漏风通道和优化通风管理方面的措施,减少向采空区供氧,阻断低氧气体的运移途径,可有效防止上隅角低氧及有害气体积聚。

复合煤层开采上隅角瓦斯超限与低氧协同防治技术研究及应用

为了解决复合煤层开采条件下,上覆采空区瓦斯下泄导致的下覆工作面回采时,上隅角瓦斯超限和严重低氧问题,以晋华宫矿为例,通过分析晋华宫矿各煤层情况、上隅角有害气体来源和上覆采空区气体下泄运移规律,得到了治理下泄气体的防治技术。结合8714工作面的实际情况,提出主动治理和被动治理的技术措施,并利用上隅角埋管和高抽巷抽采治理瓦斯及低氧,解决了上覆采空区瓦斯下泄导致的瓦斯超限和低氧问题,对类似矿井具有重要的指导意义。

近距离下煤层综放面覆岩结构特征及运动演化规律

针对近距离煤层开采时存在的上、下位基本顶特殊地质条件,运用“三带”理论分析了上煤层采后覆岩结构特征,得出下位基本顶周期来压步距22.09 m,上位基本顶处在弯曲下沉带不发生破坏。建立了下煤层开采时基本顶结构力学模型,计算得出下煤层开采时上位基本顶的周期来压步距31 m,下位基本顶二次破断步距12 m,下位基本顶两次周期来压后会发生上位、下位基本顶同时来压,从而在工作面表现出“强-弱-弱-强”的循环来压现象。矿压监测结果表明,工作面确实出现“强-弱-弱-强”的周期来压现象,在强周期来压时需要提前加强工作面支架稳定性控制以保障工作面安全生产。

巷道与上部煤层间垂距Z的选择

本文根据矿山压力的研究成果,阐述底板岩巷和邻近煤层巷道的重要参数—巷道与上部煤层之间的垂直距离Z。分析研究上部煤层采动状况和巷道围岩性质同确定Z值的定量关系,得出了包容选择Z值诸影响因素的关系式,为正确选择底板岩巷与上部煤层间的垂距提供主要依据。

山西平朔矿区上石炭统太原组11号煤层沉积地球化学特征及成煤微环境

山西平朔矿区上石炭统太原组11号煤层具有中硫、高灰、较高有机硫的特征,但其中各煤分层的基本性质差异较大,指示其成煤微环境显著变化。地球化学研究表明,Ca/ (Ca +Fe)、Th/U、Al/Ti、V/Zn、δEu、δCe可作为指示11号煤层沉积水介质盐度的标志,St,d、So ,d/Sp,d可分别作为指示水介质氧化还原程度和酸碱度的标志,Ad、V/I、ΣREE可作为指示水介质动力条件的标志。在此基础上,分析了该煤层成煤微环境特征及其演化历程,认为11号煤层形成于波动式海进的半咸水—咸水沉积环境。在此过程中,海水对泥炭沼泽的影响经历了3个发展阶段:第1阶段,泥炭形成于微咸—半咸水条件,水动力条件逐渐增强;第2阶段,泥炭形成于半咸水—咸水条件,水动力条件总体上相对较强,沼泽水体从逐渐加深演化为显著变浅;第3阶段,泥炭形成于半咸水环境,海水影响再次逐渐增强,在泥炭沼泽演化末期水体显著变深,动力条件明显减弱,还原性显著增强。

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。

急倾斜多煤层上保护层保护范围的数值模拟

针对急倾斜煤层上保护层俯伪斜开采的保护范围划定问题,采用三维快速拉格朗日法,通过模拟上保护层俯伪斜开采后被保护层的应力场及变形场的动态发展过程,确定了随着上保护层工作面的推进,被保护层的垂直层理面应力和煤层变形规律;根据上保护层开采后的应力卸压保护准则和煤层变形保护准则,确定了上保护层沿走向和倾向的保护范围.研究表明,急倾斜煤层俯伪斜上保护层开采后,上保护层俯伪斜采煤法沿倾向上、下边界的卸压角分别为81.5和74°;沿走向的卸压角在倾向上呈非均匀分布,大小为30~52,°伪倾斜工作面中部的走向卸压角最大,为52°.数值模拟结果与现场考察结果比较接近.

上覆煤层房柱式采空区高浓度CO威胁的综合措施防治

针对龙华煤矿上覆煤层房柱式采空区高浓度CO威胁,首先采用充填封堵切断CO来源,然后注氮气降低CO浓度,最后采用局部正压通风防治CO涌出。实践结果表明,通过以上综合措施将上覆煤层房柱式采空区CO浓度由0.6%降至最低0.000046%,且回采过程中本煤层工作面上隅角CO浓度未超过0.000024%。

滇东北上二叠统可采煤层变化规律及控制因素

滇东北地区煤炭资源丰富,是中国西南地区重要的煤炭资源基地。以以往地质研究成果为基础,综合分析野外地质调查、山地工程、钻探等资料,对研究区内主要含煤岩系上二叠统可采煤层在空间上的变化规律进行了研究,研究发现区内可采煤层空间上自东向西,时间上自宣威早期至宣威晚期,可采煤层层位自下向上迁移,可采区域随煤层层位的抬高由东向西迁移。并分析了造成上述变化规律的原因。研究表明西高东低的古地理条件、渐趋稳定的构造条件和周期性的海平面升降共同控制了可采煤层分布与迁移规律。并指出了不同地段的可采煤层层位及可采区段,对区内煤炭资源的开发具有现实指导意义。

煤层群多重开采上保护层防突研究

针对目前煤层群开采所面临的瓦斯灾害问题,基于一般的保护层开采理论,对煤层群中多重保护层开采进行分析研究,并对同组煤层的多重上保护层开采进行现场试验,通过多参数的考察,对保护效果、保护范围和合理参数进行了综合分析,确定所进行的煤层群开采消除突出危险效果显著,完善了保护层开采的基本理论。研究成果对于对类似开采条件的矿井防治煤与瓦斯突出及瓦斯综合治理具有一定参考价值。