远距离下保护层开采遗留煤柱对被保护层回采的影响研究

为探究远距离下保护层开采遗留煤柱对被保护层回采效果的影响,以平顶山六矿戊_(8)煤层的戊_(8)-22310机巷和戊_(8)-32010风巷之间遗留宽度为4 m的区段煤柱和丁_(5-6)-22190工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测结合的方法,研究了煤柱影响范围、煤柱区域垂直应力分布及影响区相关参数变化规律。结果表明:宽4 m遗留煤柱的影响范围为27.3 m,极限强度为25.9 MPa,塑性区宽度为2.26 m,弹性区宽度为2.68 m;煤柱两侧工作面均回采后,其承载的最大垂直应力87.9 MPa,远超煤柱本身的承载极限;在煤柱影响范围内测得的残余瓦斯含量、压力与卸压保护区无明显差异,并均小于突出危险临界值,煤柱影响区内瓦斯得到较好释放;煤柱影响范围内未产生明显应力集中现象,遗留小煤柱对被保护效果影响较小,保护效果在倾向上有连续性,对被保护层工作面回采影响小。

基于极限平衡理论的陷落柱防水煤柱留设研究

为有效治理含水陷落柱的导水致灾现象,以平朔井工一矿4108工作面为背景,根据井下实际地质生产条件计算防水煤柱极限平衡宽度,从理论层面初步确定防水煤柱留设宽度,同时利用UDEC软件对不同宽度的煤柱塑性破坏进行数值模拟分析。模拟结果表明:当煤柱宽度达到40 m时,煤柱内的屈服区和周边裂隙带基本保持稳定,根据煤柱稳定性对弹性区宽度应大于14 m的要求,防水煤柱宽度应留设40 m;在煤柱宽度与弹性区宽度关系上,煤柱内弹性区的宽度随着煤柱宽度的增加而增加,当煤柱宽度大于40 m时,煤柱内屈服区与塑性区的宽度已基本稳定。4108工作面采用设计的绕过陷落柱方案,优化了绕过陷落柱工序,有效降低了煤炭资源的损失。

高承压水条件下近断层开采突水模式及煤柱设置

防止断层水破坏最有效的方法是设置防水煤柱。以往煤柱宽度的计算主要采用经验公式,计算结果与实际相差较大。综合考虑矿压和承压水压力建立了“双压”控制下近断层煤层顶底板突水的水力模型,在考虑断层性质、矿压和承压水压力的基础上,提出了1种计算大型正断层采煤防水煤柱宽度的新方法。将研究成果应用于红旗煤矿五指岭支断层防水煤柱宽度计算,并利用FLAC3D软件进行数值模拟,对开采影响下煤柱宽度的计算进行校核。

同层位老空积水区防隔水煤(岩)柱的计算方法

煤矿井下采掘作业生产期间,为了避免老空水在高水压作用下破坏原始煤(岩)层(探水线)稳定性而发生井下透水事故,本文通过对采掘破坏影响以及老空透水机理进行分析,提出了“同一煤层,老空区导水裂缝带范围与开采煤层导水裂缝带范围不连通为基础,并保证足够的挡水岩柱”的防治措施,充分考虑老空积水区水头值高低、煤(岩)层厚度、强度、岩层移动规律、采煤后形成的导水裂缝带等相关因素,确定了合理的计算方法,从而对老空区防隔水煤(岩)柱尺寸进行计算。该方法思路正确,可达到安全警示与矿井保安的目的。

倾斜煤层直角梯形巷道留巷柱式支护技术研究与应用

为保证沿空留巷工艺在松河煤矿倾斜煤层回采工作面的顺利应用,以120306回风巷留巷为技术背景,综合运用工程类比、数值模拟、现场工业性试验及矿压监测等手段,开展高强柱式巷旁支护沿空留巷技术可行性及合理参数研究。结果表明,混凝土支柱直径需大于1.2 m、布置间距小于3.0 m方可控制留巷围岩失稳破坏,高强混凝土支柱可使采空区侧顶板在其外边界处断裂,减小空巷围岩压力并提高其稳定性,将留巷表面变形量控制在较低水平,取得理想的留巷效果。

胶西北海岸带海底基岩矿床开采海水入浸防治

海底基岩矿床顶部分布着大面积的海水,开采过程中存在海水突入矿坑问题。以胶西北海岸带区域为研究背景,对矿坑涌突水的影响因素及涌水量进行分析,并提出防治措施。结果表明,自然灾害、开采活动、孔隙含水层是导致矿坑涌突水主要原因;提出了留设保安护顶矿(岩)柱,钻孔注浆,加强地表防海水入浸配套设施建设,提高井下排水系统能力,构筑防水闸门等措施。胶西北海岸带海底金矿开采时-165m标高以上设为保安护顶矿柱是安全的,北皂煤矿-200m以上设为保安护顶矿柱是安全的;海底金矿极限开采高度为-65~-87.2m,北皂煤矿极限高度为-120~-160m,可以作为整个海底矿床开采完毕后回采保安护顶矿柱时的参考依据。

露天矿烧变岩高边坡卸荷机理与稳定性研究

烧变岩裂隙发育、富水性强,严重威胁露天矿山采剥安全生产及其边坡稳定。为确定露天矿烧变岩高边坡隔水煤岩柱宽度,以新疆昌吉某露天矿北帮烧变岩高边坡为研究对象,通过构建坡体开挖卸荷的驼峰分布力学模型,将坡体卸荷松弛区域划分为拉裂区和压剪区两部分,分析了边坡后缘拉裂区裂隙的最大扩展深度;以卸荷松弛带宽度表征塑性剪切滑动面位置,推导了弹塑性条件下边坡浅表部破碎带与卸荷松弛带宽度的理论计算公式,进而确定了塑性滑动面位置及形态。结果表明:边坡后缘裂隙临界扩展深度随边坡倾角的增大而增大;卸荷松弛带宽度随岩石强度参数的增大而减小,随岩层埋深的增大而增大;北帮边坡后缘裂隙临界扩展深度为9.42 m,火烧区水位线处卸荷松弛带宽度为6.94 m;坡体潜在滑面安全系数均大于设计评价标准值;确定了北帮烧变岩高边坡的隔水煤岩柱留设安全宽度为36 m,为该矿的安全高效生产提供了技术保障。

压力水作用下防水煤柱蠕变特征及模型研究

基于东部矿区开采时间长地质情况复杂,矿区进入开采末期后煤柱及巷道长期受到承压水以及地应力的作用发生流变现象。在Burgers模型基础上进行改进,构建新的六元件线性黏弹塑性流变模型,得到压力水作用下防水煤柱的本构方程和蠕变方程;通过等围压三轴压缩实验,使试件在2 MPa与3 MPa水压以及轴向载荷下开展蠕变实验,将实验数据与拟合数据进行对比,显示所建线性模型能够较好地描述受压力水作用防水煤柱蠕变的前2个阶段,可用来对承压水作用下防水煤柱和巷道的设计提供理论依据。

穿煤隧道层面性质对岩柱安全厚度的影响研究

煤与瓦斯突出是穿煤隧道工程施工过程中最常见的灾害之一,其发生受到煤层结构、揭煤方式及围岩结构面性质的影响。以重庆旗杆山隧道为例,利用ABAQUS有限元软件,对不同煤层倾角下的隧道围岩应力和位移变化进行了模拟分析,并推导岩柱安全厚度计算方法,讨论层面软硬程度、结合程度及倾角对岩柱安全厚度的影响。研究表明:煤层倾角小于90°时,随着煤层倾角增大,围岩最大等效应力减小,最大水平位移增大,煤层倾角为90°时最易发生煤与瓦斯突出。煤层倾角为90°条件下,岩柱安全厚度约为2~3 m;岩柱安全厚度随层面软硬程度降低和结合程度减弱而增大,随层面倾角增大而近线性减小;层面结构面由Ⅰ类变化为Ⅴ类时,岩柱安全厚度增大约1.4至1.8倍;层面倾角由30°增大到75°时,岩柱安全厚度减小约76.4%至79.9%。

界沟矿7_(2)11工作面防砂煤岩柱留设研究

在详细分析松散层底部“四含”的富水性及岩土物理性质的基础上,以界沟煤矿7_(2)11工作面为地质背景,利用FLAC3D软件建立了7_(2)煤开采的工程地质模型,研究了采动后顶板岩层位移、应力及塑性区变化规律。按数值分析法、规程法和实测类比法确定了留设的防砂安全煤岩柱高度最大为24.6m,结合工程实际情况,工作面可安全生产,研究结果为松散含水层下近煤层安全开采提供了指导和借鉴。

近距离煤层群下部煤层回采巷道布置及支护技术研究

近距离煤层群下部煤层开采时会受到上覆煤层影响而使顶板裂隙发育,且当上覆煤层采空区内留设有区段煤柱时容易引起应力集中,给下覆煤层巷道掘进及回采带来制约。以山西某矿开采的5号煤层5201综采工作面回采巷道为研究对象,采用数值模拟技术合理确定回采巷道布置位置,并依据现场情况提出围岩支护方案。将设计好的支护方案应用后表明,巷道围岩变形量整体较小,可满足掘进及后续回采需求。

动压巷道煤柱合理宽度与巷道围岩稳定

以临涣煤矿六采区的地质条件为背景,使用FLAC^(3D)有限元计算方法,对比探索在不同区段煤柱宽度下,巷道围岩稳定性的差异。结果表明:在区段煤柱宽度增加的同时,围岩垂直应力和水平应力峰值随之减小,且巷道两侧应力峰值差值不断减小;煤柱宽度增加,煤柱稳定性逐步增强;巷道两帮塑性区破坏形式39 m和49 m煤柱以张拉破坏为主,59 m和69 m煤柱以剪切破坏为主,巷道两帮塑性区范围较大;区段煤柱的留设宽度为59 m。

工作面回采巷安全快速过陷落柱支护技术研究

为促进晋能控股煤业集团某矿15102回采巷道安全快速地通过陷落柱,基于该工作面工程概况,探讨了陷落柱段巷道围岩变形破坏特征,并提出了控制围岩变形破坏的综合支护技术。实际应用表明,通过对巷道围岩变形破坏的综合支护,巷道顶板及底板最大移近量约控制在93 mm以内,巷道顶板及底板的平均变形速度控制在0.9 mm/d,巷道两帮最大移近量控制在64 mm以内,两帮平均变形速度控制在0.6 mm/d,有效控制了巷道变形破碎,取得了较好的应用效果,可为类似工况下的工作面运输巷安全快速过陷落柱提供参考。

贵州大河边煤矿上覆岩层导水裂隙带的发育高度和分布形态研究

大河边煤矿的3#煤层开采引起上覆移动变形破坏,含水层的水渗入到130101工作面,不仅严重破坏矿区的生态环境,而且威胁到矿井的安全生产问题。为进一步研究上覆岩层破坏导水裂隙带的发育高度和分布形态,保护水资源,提高煤炭资源回收率,保障矿井安全生产,通过应用传统经验计算公式和数值模拟计算相结合的研究方法,给出导水裂隙带分布形态和最大高度,最后通过工程实际测量方法验证其可行性,该方法对保护矿区生态环境具有重要的科学研究意义和应用价值。

注浆充填技术在采煤工作面废弃空巷加固中的应用

高阳煤矿3507综采工作面为大采高综采工作面,目前回采的5号煤层顶板坚硬,采面正常回采期间矿压显现明显。由于3507综采工作面回采范围内存在有空巷,空巷围岩在采动影响下容易出现失稳现象,给采面正常回采带来影响。依据现场情况,提出采用注浆方式加固空巷与采面间煤柱、高水材料充填墩柱支撑空巷顶板,确保采面过空巷期间煤柱及空巷顶板稳定,通过采面调斜方式减少采面一次揭露空巷范围,同时通过让压、等压避免过空巷期间出现周期来压。现场应用后,2 d期间未有顶板冒落、煤壁片帮等征兆,现场应用取得较好效果。

FLAC^(3D)在陷落柱防隔水煤(岩)柱留设中的研究与应用

金桥煤矿四采区东部发育一岩溶陷落柱,为了确保陷落柱东侧4316工作面的采掘安全,利用FLAC^(3D)数值模拟软件,对煤层开采过程中顶板的应力分布、岩体的变形、移动和破坏状态情况进行模拟分析。结果表明,防隔水煤(岩)柱留设25 m左右较为合理。

断层防水煤(岩)柱安全宽度的计算与评价

针对如何确定导水断层附近的防水煤(岩)柱宽度是困扰煤炭开采的问题,以开滦集团荆各庄矿3092工作面为例,综合运用经验公式、数值模拟和原位探测来确定其断层防水煤(岩)柱的安全宽度,最终得出了符合实际的且小于原留设宽度的断层防水煤(岩)柱安全宽度,为该矿节约了可采储量,延长了矿井服务年限,具有显著的社会和经济效益;同时该法为本矿及相似矿井以后处理类似问题提供了参考,具有较高理论和现实意义。

中等含水层下留设防砂煤柱开采的试验与研究

百善煤矿主采煤层上方直接覆盖有 2 2～ 2 7m的砂砾石含水层 ,严重威胁矿井的安全生产 .为了安全合理地开采 ,进行了矿区水文地质和上覆岩层岩石力学、水理性质以及“两带”高度试验 .结果表明 :含水层内含黏量较高 ,垂直渗透能力较弱 ;所留煤柱属软弱或极软弱类型 ;风化带内黏土矿物含量较大 ;吸水后体积膨胀 ,再生隔水能力强 ;受采动影响后 ,具阻水和抑制导水裂隙带继续发展的双重作用 ;根据以上研究结果 ,取得了将垂高 5 0m的防水煤柱缩小到 12～ 2 0m防砂、防塌煤柱的技术突破 ,安全地多采煤 6 0 0多万t。

相邻工作面防水煤岩柱优化研究

相邻工作面防水煤岩柱的宽度采用常规留设方法会导致煤柱尺寸留设过大,浪费勘探程度极高的煤炭资源.为解决这个问题,研究了相邻工作面防水煤岩柱常规留设方法,指出了导致防水煤柱留设过大的原因,在此基础上,将煤柱屈服区宽度计算公式引用到防水煤岩柱留设中,提出了煤柱和岩柱先分开计算、再整体考虑的方法,纠正了将岩移影响带宽度代替屈服区宽度的设计方法,缩减了所需留设煤柱的宽度,优化了整个防水煤岩柱设计.

组合硬岩层顶板破断规律及导水裂隙带电法探测

为分析组合厚硬岩层顶板导水裂隙带发育高度,合理设计区段防水煤柱尺寸参数,文章利用并行电法测试技术探测了两关键层临近赋存顶板破坏特征及其破断规律,结果表明:两关键硬岩层呈现非同步破断特征,当下部关键层出现一个以上破断周期后,引起上部关键层破断;1622(3)工作面组合厚硬岩层顶板导水裂隙带发育高度50 m,为平均采高的12.8倍。研究结果为同类地质条件下采场围岩控制及防水煤柱尺寸设计提供指导依据。