永陇矿区松软富水顶板灾变机理与防控研究

针对黄陇侏罗纪煤田采场出水压架灾害频发的现状,以永陇矿区4个综放工作面为工程背景,围绕松软富水地层覆岩破断与顶板来压特征、离层水致灾机理及灾害预警防控开展了现场跟班实测与理论研究。研究结果表明:覆岩关键层运移破断与采场矿压及离层水害存在因果关系。由于破断步距大、控制岩层组厚度大,复合关键层破断导致采场大周期来压显现异常强烈;所控岩层组断裂下沉后在洛河组含水层底部产生离层空间。受到离层水压和含水层持续补给等双重作用,离层积水越层下泄引发采场出水。基于以上认识,在实践中探索并完善了离层水害防控对策,构建了以"大周期来压、支架阻力高位预警、水位降速、宏观矿压显现异常"为主的出水压架预警机制;建立了以危险区域划分、采放工艺优化及工作面日常管控为主的防控体系。研究成果已成功指导了多个工作面的顶板水害防控,对类似地层条件的矿井具有良好的示范效应。

冲击地压靶向精准监测预警和防控实践研究

针对永陇公司崔木煤矿防冲工程的系统性、监测预警的准确性、方案措施的针对性不足等问题,利用应力场、能量场、震动场等时空融合监测方法,建立符合崔木煤矿地质与生产技术条件的冲击危险动态监测预警、防控和检验一体化的防冲体系,并在构造复杂、有较大冲击风险的22311工作面进行工程实践。结果表明:多场耦合监测技术能够为崔木煤矿冲击地压危险区域识别、预警和解危措施实施提供有效依据。通过定量识别冲击危险状态及其等级,在空间域上靶向定位危险区域,并在预警区域开展卸压、解危措施,成功解除了22311工作面的冲击地压隐患,减少了监测与治理的盲目性,保证了工作面安全高效开采。研究成果对冲击地压防控技术的发展及指导现场安全生产具有重要的现实意义。

厚煤层掘进工作面冲击地压防治技术

本论文对掘进工作面冲击地压预防与控制技术进行了系统的研究,目的是提高矿山安全生产水平。本文先总结冲击地压定义,分类以及冲击地压对矿山安全产生的作用,突出掘进工作面冲击地压预防和治理的重要性。其次对冲击地压产生原因及机制进行深入剖析,主要从地质因素,应力集中现象以及力学机理等方面进行分析,从而为防治技术奠定理论基础。然后,对掘进工作面冲击地压监测预警技术进行论述,主要包括监测方法,预警指标体系以及预警模型等,从而实现冲击地压危险性实时监控与评价。最后提出掘进工作面冲击地压控制技术,涉及支护,卸压,爆破等工程措施及教育培训,责任制,应急预案等安全管理措施。综合应用上述技术可有效地减少冲击地压给矿山安全带来的影响和提高矿山生产效率。

永陇矿区煤层顶板离层水形成及其防治研究

永陇矿区地处鄂尔多斯盆地南部,位于泾河水系的补给区,含煤地层为中侏罗统延安组,主要含水层为下白垩统洛河组。受煤层采动影响,在上覆软硬岩层结合部因变形程度不同步,形成离层水聚集,在覆岩破断冲击力和静水压力共同作用下,穿过导水裂隙下泄至工作面形成矿井水害。在分析矿区地质特征的基础上,对顶板离层水形成的离层空间、离层水、导水通道三要素进行详细分析,对工作面的推进与覆岩变化特征进行了研究,发现水位变化可引起工作面涌水量的变化,而且涌水量变化具有一定的滞后性,为工作面水害预测提供了一个较为可靠的方法。结合工作实践和矿区特征,对矿区地面直通式导流泄水孔和抽排孔在防治水害方面的特点进行说明,提出了洛河组底板相对低位是离层水聚集有利区的认识。

采动覆岩“突水离层带”岩体结构演化致灾机理及突水预报方法

离层水害是近年来我国东西部矿井较为常见且严重的水害类型,研究采动覆岩结构演化对揭示离层突水机理、灾害预测防治有着重要意义。为分析不同工程地质条件下离层突水演化机理,将可以产生采动覆岩离层涌水的离层水体及其上下位一定范围的岩层统称为“突水离层带”。建立“突水离层带”采动岩体结构力学模型,根据上位岩层和下位隔水层破断规律,分析5种突水类型(采动覆岩离层静水压突水、采动覆岩离层动力突水、多煤层叠加开采离层突水、传统顶板导水裂隙涌水和离层积水不突水)的形成机制和力学条件,研究回采期间导水裂隙带时空演化与离层突水的关系;基于工作面开采条件、覆岩条件、突水离层带发育位置和微震监测,分析了离层突水形成条件,揭示了离层突水演化机理,并对永陇矿区崔木煤矿和招贤煤矿工作面开展了实例分析,提出了工作面离层突水预报方法。研究得出:(1)随着工作面推进,充水离层上位岩层和下位隔水层破断规律的差异是导致出现5种突水类型的根本原因;(2)只有在采高M和充水离层与煤层间距H处于某种特定关系下,才会满足形成“突水离层带”的基本条件,发生离层突水;(3)陕西崔木煤矿21306工作面离层突水主要是由上位岩层破断导致,突水期间高能量矿震(>10^(4)J)发生次数增多,微震日总能量和平均每次能量显著升高;而陕西招贤煤矿1304工作面离层突水是由下位隔水层破断导致,突水期间<10^(3)J矿震每日次数显著增多,对应矿震每日总次数升高而平均每次能量值减小。

不规则工作面开采矿震活动规律及其致冲风险控制研究

针对不规则工作面开采期间矿震频繁问题,以陕西某矿21306工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践等方法,分析了21306工作面上覆岩层破断特征及开采期间围岩应力分布特征,研究了不规则工作面开采矿震活动规律,优化了降载释能的矿震致冲风险控制方案。结果表明:35 m的区段煤柱可一定程度上制约两工作面覆岩协同运动,21306工作面开采期间覆岩结构呈“O-X”型破断结构,与相邻采空区形成对称长臂T型结构;工作面推进过程超前区域及运输大巷侧应力影响范围不断扩大,以区段煤柱区域应力集中程度最大,回采至480m时垂直应力最大,已达到54.67 MPa,约是回采前垂直应力的1.41倍;随着工作面推进形成“刀把型”不规则结构,工作面缩面拐角区域应力集中程度明显较高,工作面缩面后降低了对运输大巷的影响;工作面开采期间震源事件主要分布于回采工作面前方,强矿震主要集中在工作面开采缩面区域、见方区域,且强矿震主要发生在工作面前方50 m及底板上方22~74 m范围内;强矿震诱发力源主要由关键层破断引起;实施了降载释能的矿震致冲风险控制优化方案,有效降低了强矿震的发生频次,保障了工作面后期的安全回采。

崔木煤矿冲击地压高效防控技术体系

为解决崔木煤矿面临的冲击地压灾害难题,围绕冲击地压机理、监测技术、区域和局部精准防控技术等开展系统研究,建立了冲击地压高效防控技术体系。研究表明:明确多因素叠加影响下冲击地压类型及其诱发机理,为灾害探测预警与防治奠定了基础;冲击风险源精准判识预警技术,提高了冲击危险预测预警准确性;战略性开拓开采优化设计以及工作面采前风险科学评估和防冲方案设计,从源头上降低了冲击地压发生风险;采中动态监测预警和防控技术,实现动态预警、卸压解危、效果检验、动态调控开采速度以及提升矿井防冲匹配能力等,减少了监测与治理的盲目性,保证了21309、22311、22306等工作面的安全开采。研究可为国内外矿井的冲击地压治理提供重要参考。

沿空工作面终采线外错诱冲机理及防治技术研究

为掌握终采线外错开采时沿空巷道围岩应力的分布规律和冲击危险,基于崔木煤矿22307工作面工程背景,通过数值模拟分析了终采线内错、外错和平齐3种情况下的应力变化特征,提出采空区顶板联动是造成沿空巷道冲击地压的主要原因,并对顶板联动条件进行了研究。研究结果表明:工作面终采线外错后与侧向采空区发生的顶板联动会带来更高的冲击危险,而顶板联动同时受厚层坚硬顶板、区段煤柱和双工作面开采宽度的影响。通过对终采线外错区域采取顶板预裂爆破措施后,微震事件能量和频次得到了明显降低,保障了末采期的安全生产。

冲击地压风险源能量场立体成像智能判识预警技术

针对冲击地压监测还存在难以识别危险区域及其发展趋势,不能针对性采取卸压、解危措施而导致事故频发的问题,开发能量场立体成像冲击风险源智能判识预警技术及软件系统,功能包括:采动能量场2D和3D成像、覆岩关键层智能识别与运动规律监测、地质风险区智能划分和数据驱动联合预警、各个巷道及煤壁的冲击危险状态定量表征、采掘工作面安全进尺预测等。研究表明:不同尺度岩体临近主破裂前的变形局部化现象是冲击发生前的重要前兆信息。采动能量场预警系统,通过成像2D、3D动态云图及危险性指数、微震密集度等时间域监测,实现了在三维空间精准识别冲击危险状态、危险区域及发展趋势,可形成冲击地压风险源靶向判识、卸压措施动态调整的防冲关键技术;采掘过程中实现靶向精准监测(危险区和危险状态),针对性提前卸压或降低开采强度,干涉冲击地压的孕育过程,从而避免灾害发生。成果破解了复杂多因素致灾环境下冲击地压调控难题,实现了冲击地压监测预警和防控技术创新,为风险源超前识别、实时预警和解危措施效果评估提供了关键技术及装备,为冲击矿井安全高效开采提供了保障。

特厚煤层综放开采出水压架预警机制及防治体系

为了有效防治综放开采出水压架事故,以崔木煤矿综放工作面的矿压、水文、支架等为研究对象,得到了包括工作面压力上限、长观孔水位降速、支架异常状态、煤壁片帮和煤炮宏观表现、瓦斯释放速率突增等出水压架前兆信息,提出了以4个主要指标、2个辅助指标为核心的出水压架联合预警机制,并构建了基于危险区域划分、出水压架预警机制和具体防治措施的压架综合防治技术体系。实践结果表明,工作面不再发生压架,实现了矿井的安全高效回采。

崔木煤矿顶板离层水防治技术

为解决崔木煤矿煤层顶板高位离层水体突水灾害问题,通过分析涌突水规律,采用数值计算对煤层顶板涌突水与水位联动机制、离层发育位置和覆岩导水裂隙带发育高度进行了研究,并提出了防治离层水水害的方法。研究结果表明:洛河组水位变化与井下涌突水有较强的关联性;顶板离层发育位置和导水裂隙带高度揭示了在洛河组底部将发育有离层空间并充水;在以往研究结果基础上,采取井下探放水钻孔对离层水进行疏放是防治离层水水害的有效措施,该措施使该矿21303工作面回采期间最大涌水量控制在30 m3/h以下,同时为我国西部侏罗系煤炭资源开发时综放开采顶板离层水防治水设计提供对策。

巨厚煤层综采工作面顶板离层水形成条件分析及危险性评价

基于海孜矿745工作面特大离层水突水事故勘查成果,从理论上分析论述了离层水的形成条件主要包括"空腔型"、"可积水"离层及补给水源。结合具体实例,依据离层水的形成条件对巨厚煤层综采工作面顶板离层水的危险性进行初步判别,判别结果与实际相符,可为离层水的勘查及防治提供依据。

侏罗系特厚煤层综放开采白垩系覆岩水资源恢复动态研究

永陇矿区崔木煤矿特厚煤层(12~18 m)综放开采期间,顶板白垩系离层水害及相应防治水措施均对洛河组优质水资源造成较大影响,研究洛河组水位动态恢复可为煤炭资源开发对水资源的影响提供参考。利用离层发育层位判别公式和离散元软件UDEC对离层发育位置及其动态发育过程进行分析,在采前-采动-采后水位监测、井下涌突水分析和理论分析基础上,首先通过配线法求取了洛河组水文地质参数,然后利用Theis公式建立了洛河组水位动态恢复模型,最终获得了矿井水位动态恢复时间。结果表明:洛河组底部砂砾岩与砂质泥岩界面间产生了规模较大且相对封闭的空腔型离层,工作面出水点降至最低水位可看作是虚拟抽水井以定流量Q在tp时间内抽水造成的降落漏斗,其恢复过程可理解为以流量Q继续抽水一直延续到t时刻的降深和从停抽时刻起以流量Q注水t-tp时间的水位抬升的叠加。基于修正的Theis公式得到洛河组水位降至最低点所需时间为7.9459 d,水位恢复90%所需时间为35.6090 d,与工作面实测结果相近,且洛河组水位在初始阶段恢复较快,而在后期则恢复缓慢。

深部构造区软岩巷道底鼓治理技术研究

针对崔木煤矿北翼带式输送机大巷底鼓强烈、底鼓量大的特征,在分析深部构造应力区围岩大变形原因基础上,提出了巷道底板切槽+底板锚索补偿支护技术,并进行了井下现场试验。

煤柱留巷“卸压-支护”协同控制技术及实践

为解决煤柱留巷围岩强烈变形难题,采用理论分析与现场测试相结合的方法,分析了深部煤柱留巷围岩变形破坏机制,提出了煤柱留巷"压裂卸压-强力支护"协同控制原理。在井下进行了现场试验,试验结果表明:煤柱留巷"压裂卸压-强力支护"协同控制技术能有效控制煤柱留巷围岩变形,与未试验段相比,两帮移近量降低73.3%,顶底板移近量降低85.7%。水力压裂技术降低了煤柱上方的应力峰值,转移了应力峰值位置。

崔木煤矿全煤巷道返修控制技术研究

针对崔木煤矿北翼回风大巷底鼓量大、两帮强烈内移的变形特征,在分析深部节理裂隙围岩大变形机理的基础上,提出了高预紧力全长锚固锚杆+帮部锚索二次补偿支护技术。井下试验结果表明,巷道围岩累计变形量较小,该技术方案可行。

风化水浸煤微观特性及氧化性能实验研究

为揭示煤体水浸后在自然风干条件下的微观孔隙结构及氧化动力学参数的变化规律,本文选取永陇矿区麟游区1#堪察区崔木矿侏罗纪延安组3#煤层水浸煤样作为研究对象,实验测定了煤样水浸风化前后煤样的微观孔隙结构变化,以及煤样在高温氧化阶段及低温氧化阶段标志性气体析出浓度变化,并诠释了水浸煤自然风化过程及遗煤氧化影响因子。研究结果表明:大孔占煤样总孔隙的百分比由原始煤样中的36.71%增加至水浸60 d后煤样中的46.78%,孔径介于10~1000 nm的中孔占煤样总孔隙的百分比变化趋势不明显,微孔占煤样总孔隙的百分比由原始煤样中的31.20%降低至23.18%,其总孔隙面积并未呈现出明显增加,但煤样的平均孔径、渗透率、孔隙率发生了明显变化;外在水分对遗煤内部羰基、羧基等含氧官能团含量的提高起到促进作用,而遗煤内部进一步增强了煤的自燃倾向性,含氧官能团的增加也进一步使得遗煤在自然发火进程中生成的CO气体产物多于原始煤样;原始煤样初次及二次氧化升温、降温过程中低温氧化阶段与高温氧化阶段的表观活化能平均值为44.06,长期水浸风干煤样初次及二次氧化升温、降温过程中低温氧化阶段与高温氧化阶段的表观活化能平均值为33.71,其表观活化能平均值下降了23.49%。

煤矿井下采矿技术存在问题及优化措施

煤炭是支撑我国经济发展的重要基础能源。目前,90%的煤矿以井下开采为主。但煤矿挖掘难度不断加大,挖掘的深度不断增加,开采的安全形势越来越严峻。如何通过科技创新推进我国煤矿井下开采,促进煤炭行业转型升级,成为备受关注的话题。本文分析煤矿井下采矿技术现状,探讨采矿设备和技术的升级改造、优化措施。

基于无损检测的急倾斜煤层回采巷道支护质量分析

急倾斜煤层开采,矿压显现更为特殊,其回采巷道变形严重,维护较为困难。本文采用锚杆动力无损检测方法,对阿刀亥煤矿三条回采巷道进行锚杆轴力检测。检测结果表明,工作面回采期间,锚杆支护效果受采动影响较为明显,顶锚杆轴力较小,支护较差,造成巷道顶板下沉。

GPS-RTK在山区煤矿测绘与测设中的应用

在现阶段的科技发展中,GPS测量技术的出现使得许多领域都在广泛应用,尤其是在矿业的测绘与测设中,这一技术极大地提升了专业人员在测量时的精准度和准确率,节省了大量的人力、物力和财力资源,同时,也使测量工作的效率变得更高。主要对GPS-RTK技术在山区煤矿测绘与测设中的具体应用及实际效果进行了细致的分析,并对这一技术在地标移动观测站放样工作中的优势进行了评价,以供参考。