龙口海下综放开采关键技术研究

介绍了龙口海域下开采的有利与不利因素,分析了海域下选择综放开采的原因;根据海域开采导水裂缝带的实测结果和断层条件下覆岩破坏规律的数值模拟计算,提出了综合考虑正常与断层条件的防水安全煤岩柱厚度;并介绍了海下开采安全技术措施。     

厚松散层薄基岩煤层开采突水溃砂风险评价

通过对43下20工作面水文地质资料及钻探结果的分析,揭示了第四系厚松散层含、隔水层特征、底部黏土厚度及隔水性以及上覆薄基岩结构特征,建立了厚松散层、薄基岩工作面回采数值模型,计算得出冒落带发育高度为14m,导水裂缝带发育高度33m;确定工作面开采安全煤岩柱类型为"顶板防砂安全煤岩柱",并计算得到防砂安全煤岩柱高度为24.3m。结果表明:导水裂缝带及理论计算煤岩柱高度均小于最薄基岩厚33m,工作面开采厚度为2.5m时不具有突水溃砂风险。     

Fully Mechanized Top Coal Caving Mining Analysis in Xiagou Mine Under Jinghe River and Qravei Aquifer

为解决下沟煤矿泾河区域地表泾河和巨厚白垩系砂砾岩含水层双重水体威胁下安全采煤的问题,通过采用统计分析、经验类比的方法,研究了泾河区域覆岩结构特征、覆岩破坏高度及防水安全煤岩柱留设宽度。研究结果表明：下沟煤矿覆岩类型为中硬偏软弱类型,泾河区域选择16倍的裂高采高比预计导水裂缝带的高度,保护层厚度按3倍综放开采高度选取是适宜的。得出防水安全煤岩柱厚度按照19倍采高进行留设,大部分区域能够满足留设防水安全煤岩柱的条件,通过设计合理的开采高度,可以满足泾河区域水体下综放开采。     

下沟煤矿泾河及砂砾岩含水层下综放开采分析

为解决下沟煤矿泾河区域地表泾河和巨厚白垩系砂砾岩含水层双重水体威胁下安全采煤的问题,通过采用统计分析、经验类比的方法,研究了泾河区域覆岩结构特征、覆岩破坏高度及防水安全煤岩柱留设宽度。研究结果表明:下沟煤矿覆岩类型为中硬偏软弱类型,泾河区域选择16倍的裂高采高比预计导水裂缝带的高度,保护层厚度按3倍综放开采高度选取是适宜的。得出防水安全煤岩柱厚度按照19倍采高进行留设,大部分区域能够满足留设防水安全煤岩柱的条件,通过设计合理的开采高度,可以满足泾河区域水体下综放开采。     

赵家寨矿新近系含水层下综放开采安全煤岩柱留设研究

为解决赵家寨矿新近系砂砾石层含水层下安全煤岩柱合理留设问题,对该矿12采区松散层地质和水文条件进行评价,根据评价结果,12采区工作面需要留设防水煤岩柱。结合UDEC软件数值模拟煤层开采时裂缝带发育高度,择优选取综放开采公式预计导水裂缝带高度,采用"最小有效隔水厚度法"选取保护层厚度;最终计算出防水煤岩柱留设高度。研究结果表明:12205工作面需要留设95.42m高防水煤岩柱,12211工作面需要留设112.93m高防水煤岩柱,12201工作面需要留设86.56m高防水煤岩柱。2015年5月12211工作面试采成功,验证了防水煤岩柱留设的安全性。     

薄基岩风氧化带附近防水煤岩柱的合理留设

为了合理确定鲁西煤矿的开采上限,依据已有的钻孔资料以及水文地质补充勘探资料,对第四系下部隔水层情况、基岩厚度、基岩岩石力学参数、基岩风氧化带等条件进行综合分析,然后对比鲁西煤矿实测资料、“三下”规程经验公式以及兴隆庄矿薄基岩条件下的经验公式分别得出的导水裂缝带发育高度,确定应用“三下”规程中的经验公式预计3111_II工作面开采后覆岩裂缝带发育高度,选取覆岩岩性为“中硬”,取中误差为0。结果表明：利用该方法确定3煤分叉区只开采下分层,留设防水安全煤岩柱高度为38 m,3煤合并区按照2个分层开采,留设的防水安全煤岩柱高度为49 m。     

基于BP神经网络的导水裂隙带高度预测研究

在对复杂地质及水文地质条件下开采形成的导水断裂带发育规律分析的基础上,将基于非线性理论的人工神经网络技术用于导水裂隙带高度的预测.选取了顶板岩性、顶板抗压强度、覆岩类型、倾角、覆岩厚度、泥岩比、煤层采厚等因素作为导水断裂带预测模型的影响因子,建立了导水断裂带高度的预测模型.取得了较好的效果,准确判断了煤层开采后导水裂隙带的发育高度,为煤矿合理设计开采方式方法提供了重要的参数依据和技术支撑.     

水库下采煤导水裂隙带高度预测

本文采用人工神经网络技术,对新安煤矿小浪底水库下采煤导水裂隙带发育高度进行预测研究,选取了顶板岩性、顶板抗压强度、覆岩类型、倾角、覆岩厚度、泥岩比、煤层采厚等因素作为导水裂隙带预测模型的影响因子,建立了导水裂隙带高度的预测模型,准确判断了煤层开采后导水裂隙带的发育高度。本文的研究成果为新安煤矿合理设计小浪底水库下采煤的开采方式方法,提供了重要的参数依据和技术支撑。     

厚煤层综放开采水资源与环境保护技术研究

结合潞安矿区水体下采煤实例,分析研究了综采放顶煤条件下覆岩破坏规律与导水裂缝带发育规律,提出了综采放顶煤导水裂缝带最大高度的计算方法和计算公式,并在多个矿井成功进行了水体下综采放顶煤开采技术实践,有效保护了矿区水资源和生态环境。综采放顶煤条件下,导水裂缝带的发育高度要比普采条件下、分层综采条件下大得多,综采放顶煤条件下的裂高采厚比与分层开采初次采动的裂高采厚比基本相同,导水裂缝带的发育形态仍呈马鞍形。     

河流下断层煤柱区残采工作面安全开采分析

以权家河煤矿河流下断层煤柱区残采回采为例,在分析确定5329残采工作面覆岩类型的基础上,预计了断层存在条件下的导水裂缝带高度,对地面河流和第四系含水层这一复合水体留设了防水安全煤岩柱,并确定了合理开采厚度,根据河流与工作面、断层的空间关系,在回采的不同阶段留设了不同的断层煤柱。研究结果表明:针对5329工作面埋深浅的条件,采高控制在2.3m的条件下能满足留设防水煤柱岩柱的要求;在距切眼120m阶段,开采该阶段需要留设的断层煤柱尺寸不小于21m,120~停采线阶段,需要留设的最小断层煤柱尺寸为72.5m,才能保证安全回采。     

基于采动-爆裂模型的导水裂隙带高度计算方法

煤炭开采导水裂隙带高度预测大多采用数值模拟和统计分析方法。基于煤炭现代开采工艺特点,采用系统理论与模拟方法,建立由采动体(开采系统与煤体)与受动体(采动覆岩)组成的采矿系统、"采动-爆裂"物理模型和采动能与应变能的变化关系;类比采动覆岩与岩石爆破的分区效应,确定了岩石爆破安全距离与导水裂隙带高度的关系;基于采矿系统内能量和动量守恒关系,建立了导水裂隙带高度与开采工艺参数和采动覆岩特性的近似关系和高度预测方法;因子灵敏度分析表明,采动因子和等效密度因子影响幅度最大;对采用煤炭现代开采工艺的兴隆庄矿区验证表明预测高度相对误差约为8.8%。     

石炭沟河下煤层安全开采厚度模拟

通过分析杉木树煤矿的水文地质条件,应用物理相似和数值模拟实验方法,模拟开采引起覆岩冒裂带发育高度、范围和地表裂缝情况;结合F-RFPA2D数值试验模拟固液耦合条件下开采引起覆岩导水裂缝带的高度及其发展形态和渗流过程。实验结果显示,采高2 m时导水裂隙带高度为70 m对采区覆岩和河床破坏较小,可以实现石炭沟河下安全采煤。     

半胶结中低强度围岩导水裂缝带发育特征研究

为获得半胶结中低强度围岩条件下巨厚浅埋煤层开采导水裂缝带高度及发育特征,以榆神矿区金鸡滩煤矿101工作面与转龙湾煤矿23103工作面为例,分别采用地面钻孔探测(岩芯工程地质编录、冲洗液漏失量观测及钻孔电视系统)与井下探测(钻孔双端封堵测漏法)对采空区上覆岩层导水裂缝带高度及形态进行了现场探查,采用相似材料模拟和数值模拟对不同开采煤层厚度的导水裂缝带演化规律及发育高度进行了研究。根据现场实测和模拟结果,结合其他相似条件的矿井实测数据,对导水裂缝带发育高度与煤层采厚的关系进行了拟合分析。研究表明：大跨度工作面导水裂缝带发育高度与煤层采厚为二项式关系,随采厚增加,导水裂缝带高度增大,但增大趋势变缓;导水裂缝带发育形态为平顶拱形,在工作面推进距离与工作面斜长近于相等时,“裂隙拱”在垂向上不再扩展,此时导水裂缝带高度达到最大。     

巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践

以永陇矿区崔木煤矿为研究背景,分析矿区含(隔)水层与煤层的空间组合及覆岩特征,结合导水裂隙带发育高度探查结果,开展巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践研究。结果表明:该区导水裂隙带发育高度为煤层采厚的19.93~23.23倍,已波及上覆白垩系含水层。以所确定的保水开采保护层厚度30 m为阈值,将研究区划分为自然保水开采区、可控保水开采区和保水限采区,并提出各分区相应的保水开采途径。实践表明:巨厚砂砾岩含水层下保水开采的有效途径主要包括控制导水裂隙发育高度,选用适当的工作面布局及推进速度,以及隔水层采动破坏后的恢复与再造。     

基于人工神经网络技术的综放导水断裂带高度预计

在对综放开采条件下导水断裂带发育规律分析的基础上，将基于非线性理论的人工神经网络技术用于煤层覆岩破坏高度的预测，选取采高、基岩柱厚度、倾角、顶板单轴压强度、泥岩比例和覆岩结构6种因素作为导水断裂带预测模型的影响因子，建立导水断裂带高度预测模型，并在我国首个海域下综放工作面加以应用.     

侏罗系特厚煤层综放开采顶板导水裂隙带发育特征研究

以金鸡滩煤矿117综放开采工作面为研究对象,通过光纤监测、采后钻孔冲洗液漏失量观测与拟合计算相结合的方法,研究陕北侏罗系特厚煤层综放开采所诱发顶板覆岩导水裂隙带动态发育规律特征,构建导水裂隙带最大高度预测模型。现场监测显示117工作面综放开采导水裂隙带最大高度220.82～223.75m,平均裂采比20.21,预测模型计算结果与其平均相对误差2.96%。研究结果能够进一步为陕北地区煤矿特厚煤层安全开采防治顶板水害提供科学借鉴。     

不同采厚围岩力学特征的相似模拟实验研究

针对一次采厚变化对采场围岩变形、位移、应力分布等力学特征的影响,根据淮南谢桥煤矿1151(3)综放工作面地质和开采技术条件,采用实验室相似材料模拟开展了不同采厚回采过程中围岩力学特征的研究.结果表明,不同采厚回采期间煤层顶、底板一定范围内的岩层应力均具有明显的分区特征,在高位岩层和工作面前方及切眼后方未采煤岩体内均形成起主要承载作用的宏观应力拱,覆岩运移形态均为非对称性;随一次采厚增加,覆岩垮落角略有变化,支承压力影响范围和两带（垮落带和断裂带）高度加大并逐渐趋于稳定;两带高度、支承压力峰值位置距工作面煤壁距离与一次采厚呈非线性正比关系.     

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。     

厚、薄覆岩两带高度发育特征数值模拟研究

显式拉格朗日差分是80年代出现的一种新的数值分析方法,已成功地运用于边坡工程、挡土墙设计及围岩支护等方面。尝试将其应用于综采放顶煤条件下两带高度即冒落带和裂隙带高度的预测,并基于龙东矿7125综放工作面的模拟,对比分析了覆岩厚、薄对两带高度的影响。结果表明覆岩越薄,两带高度越小,对提高开采上限具有积极的意义。     

采煤突水安全敏感性的AHP-熵权法分析

以不同矿区综采导水裂隙带高度的实例数据作为分析样本,利用Mathmatica软件对影响采煤突水安全的地质构造条件、岩石力学强度和开挖扰动等因素进行概化分析建立评估模型,运用AHP-熵权理论对导水裂隙带发育敏感性因素进行综合评估,从而对采煤突水安全性进行评价并提出相应的安全措施。研究表明：地下水位和开采厚度是影响导水裂隙带发育的各因素中所占权重最大的2个因素,其次是硬岩系数。地下水位与裂隙带高度大致呈指数增长关系,采厚与裂隙带高度大致呈二次函数的关系。由此可知,控制采厚和留设防水煤岩柱能大大降低导水裂隙带的高度,且优化采煤工作面有利于进一步减少突水灾害。该研究丰富了矿井顶板水害防范的方法,对水体下深部矿井的安全生产具有实际的指导意义。