浅埋煤层房柱式采空区下长壁开采矿压显现特征

以鄂尔多斯地区浅埋煤层房柱式采空区下煤层长壁开采为主要研究对象,通过理论分析、现场矿压实测等方法,得出房柱式采空区上部覆岩在一定的采高范围内存在叠合梁结构,并且上位基本顶结构为固定梁,下位基本顶结构为悬臂梁,房柱式采空区煤柱及以下顶板构成直接顶;在上位固定梁的回转力矩作用下,下位悬臂梁周期性折断,其动载荷通过房采区煤柱传递给采场支护结构。上位悬臂梁与下位悬臂梁失稳的不同周期性,会引起工作面周期来压的不等距和来压强度的不等强性,是长壁采场支架失稳的主要原因。     

房柱式采空区下工作面矿压显现规律研究

针对房柱式采空区下工作面顶板控制难、矿压显现强烈的问题,采用宏观矿压显现观测、支架工作阻力观测和理论分析的方法,对工作面在实体煤下、房柱式采空区下和不同房柱尺寸条件下的矿压显现进行对比分析。研究结果表明:22201工作面上方房采采空区内的煤柱,在基本顶岩梁断裂时或者断裂以后发生失稳、垮塌;房柱式采空区下工作面矿压显现要比实体煤下剧烈,房采大煤柱区下工作面矿压显现比房采小煤柱区强烈。研究成果对避免房柱式采空区下工作面支架大面积压垮和顶板垮落等事故具有指导意义。     

浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱稳定性研究

为了降低房柱式采空区煤柱失稳引发顶板灾害的危险性,通过建立浅埋煤层房柱式采空区单个煤柱失效引发大面积垮落的数值模型,对房柱采空区煤柱的承载特征进行分析,得到了房柱式采空区煤柱尺寸对整个采空区稳定性的影响关系。基于房柱式采空区煤柱应力与强度的关系,建立了浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱群系统数学分析模型,借助数值模拟方法,对鄂尔多斯地区奎乌煤矿房柱式采空区顶板-煤柱群系统的稳定性进行迭代计算,可对该矿房柱式采空区的稳定性及破坏发展过程进行预测,为浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱群系统稳定性的评价提供了理论支持,同时再现了在流变条件下诱发大面积顶板灾害的煤柱群失稳过程。     

房柱式采空区对下分层复采矿压显现的影响规律研究

为了掌握房柱式采空区内非规则煤柱对下分层复采矿压显现的影响规律,采用数值模拟方法对采空区内煤柱的完整度与矿压显现的关系进行研究,采用物理相似模拟的方法对比分析了煤柱在不同完整度条件下复采工作面上覆岩层的运移、破断规律,据此采用理论分析揭示了煤柱完整度和高低位砌体梁结构稳定性对复采矿压的影响机制,并通过现场观测进行了验证。结果表明:房柱式采空区内非规则煤柱对下分层复采矿压显现的影响因素主要有2个:①房柱式采空区内煤柱完整度,其完整度越高,复采时矿压显现越为强烈;②高、低位砌体梁结构的稳定性,当房柱式采空区内为完整煤柱时,在高、低位砌体梁结构的共同作用下,矿压显现极为强烈;但下分层复采过程中低位砌体梁结构容易受到采动影响导致结构滑落失稳,从而使矿压显现的强度大幅降低。现场矿压显现差异化明显,上覆煤柱完整时来压强度超过35 MPa,复采工作面大多可观测到完整顶板;顶板的完整性可作为矿压显现的前兆,一旦发现顶板完整区域,应及时对工作面支架补强并进行超前钻探,利用技术手段弱化完整煤柱,控制矿压显现的强度,防止出现矿井安全事故。研究成果可为类似条件下的矿压防治提供参考。     

神东矿区房采采空区下综采工作面动载矿压防治技术

神东矿区早期由于设备、回采工艺及历史原因等采用了房柱式开采。该工艺回采率低,遗留了大量煤柱,造成下层煤开采时矿压显现剧烈并存在有毒有害气体,严重影响采掘安全。鉴于此,阐述了房柱式采空区下综采工作面动载矿压的形成机理,可概括为3个阶段:1上覆房采煤柱受二次采动影响发生崩解破坏,顶板出现裂隙和弯曲下沉;2下分层综采工作面的破坏裂隙扩展至整个岩层;3上覆残留煤柱的回旋断裂与下分层综采工作面周期来压叠加,形成动载矿压。总结了安全掘进和回采的技术方案,主要包括3方面:1设计初期,合理布置采掘工作面位置;2回采时采用微震监测、矿压监测、地表裂隙与沉降观测的技术措施;3采用的工程措施主要有残留煤柱爆破、地表预裂技术及采空区充填。     

大同矿区双系煤层开采煤柱影响下的强矿压显现机理

针对大同矿区石炭系煤层8105工作面过上覆侏罗系煤层采空区留设煤柱时的强矿压显现特征,采用理论与现场实测分析相结合的方法,对侏罗系煤层采空区煤柱的应力影响规律与石炭系煤层顶板的垮裂带范围进行了分析,得到了双系煤层开采煤柱影响条件下工作面强矿压显现的“煤柱-覆岩运动”联合作用机理。研究表明：侏罗系煤层采空区留设煤柱的水平与垂直应力较高,达10.5～13.5 MPa,应力集中区深度为40～70 m,剪应力波及范围达180 m;8105工作面顶板的垮裂带高度为150～170 m;工作面过煤柱时的强矿压显现是由采空区煤柱与煤层顶板垮裂运动联合作用的结果。     

综采工作面回采过上覆集中煤柱及采空区技术

为解决综采工作面在回采过程中过上覆煤层集中煤柱及采空区易出现大面积冒顶事故的问题,以石圪台煤矿31201综采工作面为研究对象,对工作面过上覆煤层集中煤柱及采空区过程中出现的冒顶事故原因进行了分析。结果表明:根据工作面矿压观测情况可知,工作面3次周期来压异常区域均处于上覆22煤层房采区集中煤柱及采空区区域,22煤层房采集中煤柱及采空区导致31201综采工作面出现次生顶板结构,受采动影响22煤层集中煤柱及采空区破坏失稳,形成动载矿压最终产生大面积冒顶事故。针对冒顶事故,通过采取矿压观测、微震监测、岩层内部位移监测、地表观测和上覆集中煤柱爆破等技术手段,对工作面的继续回采提供了安全技术保障。     

房柱式采空区下过集中煤柱动载矿压治理技术

针对石圪台煤矿31201工作面房柱式采空区过集中煤柱时发生的压架事故,分析了压架事故发生的机理,并提出了提前对房柱式采空区煤柱及周围一定距离内顶板实施爆破卸压,破坏煤柱的完整性使其周围顶板提前垮塌、应力提前释放,减弱工作面过煤柱时的风险。利用微震监测、矿压分析等方法对实施爆破前后过煤柱时工作面矿压显现、应力释放等情况进行了研究。研究结果表明,卸压爆破房柱式采空区煤柱对于有效防治动载矿压效果显著。     

毛家庄冲沟近距离煤层开采矿压显现规律研究

毛家庄煤矿5#煤赋存条件特殊,距离4#煤层房柱式采空区仅4m左右,地表为凹凸不平的冲沟地貌,在5#煤工作面回采过程中,矿压显现异常,多次出现来压剧烈、顶板整体切落,裂缝贯穿至地表,频繁造成支架等设备被压死现象,严重影响了回采工作的安全高效进行。为解决上述难题,首先初步分析矿压形成机理,认为矿压受采空区煤柱及地表冲沟的双重影响,然后利用相似物理模拟试验进行验证,给出相应解决对策,经现场工业性试验,效果良好。     

同忻矿综放工作面矿压显现分析及控制技术

同忻矿石炭系煤层具有煤层厚、埋藏深、煤层及顶板较坚硬且开采强度大等特点,在开采过程中工作面与端头部位压力大,特别是当石下部炭系工作面过上覆侏罗系遗留煤柱时出现强矿压显现。根据现场矿井实际地质与开采条件,对工作面在煤柱下、采空区下的应力和液压支架的压力进行监测,考察侏罗系煤层采空区及遗留煤柱下支架压力动载冲击演化规律,获得下部煤层开采动载压力增加原理,提出采用注水软化和定向爆破相结合弱化侏罗系残存煤柱技术,有效降低石炭系煤层工作面动载冲击特征。     

近距离煤层掘进超前探放水技术

在煤矿开采过程中,由于上覆煤层开采而形成采空区,在开采下覆煤层时,对上覆采空区积水了解不清,或者放水不彻底,随着下覆工作面的推进及老顶垮落,上覆采空区积水随之涌入工作面,形成透水事故.针对近距离煤层上覆采空区积水水体分布形式、几何位置、积水量存在的不同类型,掘巷期间采取“先探后放、探放结合”的不同探放水技术,进行有针对性的超前探放.     

采空区下近距离煤层巷道围岩稳定性分析及控制

针对近距离煤层工况条件下,下部特厚综放工作面开采时存在覆岩应力变化大、矿压显现明显、工作面支护难度加大,煤壁片帮、顶板漏冒事故多等问题,以王庄煤矿开采的2号和3-5号煤层工作面为工程背景,通过理论分析、采用UDEC离散元软件和FLAC 3D软件建模分析及现场应用实践等方法,对近距离特厚煤层开采条件下工作面采空区覆岩运动及顶板应力变化规律进行了研究分析。结果表明,上部2号已开采煤层覆岩关键层岩体发生断裂对下部3-5号煤层工作面来压强度影响巨大,容易引发工作面采空区顶板大面积来压。据此提出优化30501工作面巷道布置,将原回风巷向内侧偏移25.4 m,工作面倾斜长由原来的180 m缩短为154.6 m,从而减小上部煤层工作面留设的区段煤柱应力影响范围,同时通过优化工作面开采工艺、合理确定工作面三机设备选型和端头及超前支护方案。现场应用结果表明,工作面在掘进和回采过程中矿压显现程度及次数明显降低和减少,未发生过顶板、瓦斯等大型事故,实现了安全高效回采。     

柳林煤矿采空区下煤层回采巷道支护参数优化分析

柳林煤矿5#煤层与上部4#煤层间距很小，顶板平均厚度3.69 m，且顶板起伏变化大，强度低，易破碎，给巷道支护造成困难， 5#煤层工作面开采过程回采巷道支护参数与一般常规工作面回采巷道不同，需进行针对性的分析。基于此，通过数值模拟计算，分析了5#煤层回采巷道上覆岩层为煤柱及采空区条件下，不同顶板锚杆长度、不同两帮锚杆长度、不同锚杆间距及不同锚杆排距下的巷道围岩变形规律。根据数值模拟结果，考虑回采巷道的实际情况，以形成巷道的整体支护结构为基础，确定了5#煤层回采巷道合理的锚杆支护参数。     

极近距离煤层采空区下回采巷道位置及围岩控制研究

为解决准南煤矿极近距离煤层采空区下1501工作面安全回采问题，运用理论计算、数值模拟及现场实测等手段，研究了1501工作面巷道位置及支护方式。结果表明：为有效避开上部采空区残留煤柱影响，1501回采巷道与上部残留煤柱的合理水平错距应为9m|针对极近距离煤层采空区底板应力分布规律、岩层厚度和力学性质等，提出了巷道支护对策及支护方案；1501工作面回采过程，巷道顶底板相对移近量最大为222.5mm，两帮相对移近量最大为151mm，巷道未出现棚腿压折、冒顶、片帮现象，工作面实现了安全回采。     

急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律

急倾斜煤层综采工作面"支架-围岩"系统动态稳定性控制难度大,而顶板的行为状态会直接影响该系统稳定性,从而制约该类煤层高效机械化生产,故研究急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律十分必要.综合采用相似材料试验法、理论分析法,研究分析工作面覆岩破坏及矿压分布、演化规律.研究结果表明,急倾斜中厚煤层综采工作面上、下端头顶板...     

浅埋近距离煤层开采房式煤柱群动态失稳致灾机制

针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象，采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿井本煤层房式开采后，只有当房采煤柱的弹性核区比例大于31%时，房采煤柱才能处于长期稳定。下煤层采后的模拟结果表明:上覆房采煤柱的破坏形式及其失稳次序同其与下煤层工作面相对位置密切相关，房采煤柱依次从工作面开切眼位置、工作面位置、采空区中部位置发生破坏及失稳，且工作面开切眼和工作面位置处煤柱多发生顺向采空区的斜切破坏，而采空区中部煤柱则发生垂向压裂破坏。根据石圪台煤矿数值模拟结果显示，上部2-2煤层房采后煤柱支承应力峰值由原岩应力2.8 MPa增大至12 MPa，应力集中系数为4.28;当下部3-1煤层工作面采后，上覆2-2煤层房采煤柱的支承应力峰值增大至30 MPa，应力集中系数达10.71;下煤层工作面开切眼侧与工作面正上方的房采煤柱呈现垂向不均匀承载特征以及受水平拉伸变形影响，是导致边界处房采煤柱易出现对角斜切破坏模式的主因。两侧边界煤柱失稳后，其顶板岩层瞬间发生整体拉剪破断从而引发矿震，顶板多层岩层以“整体运动”的形式急剧快速下沉并撞击底板，将采空区中部上方的房采煤柱压垮压塌，同时巨大的冲击力进而导致上下煤层间的岩层发生全厚切落，造成下煤层工作面发生切顶压架。实验发现从上覆房采煤柱群首个煤柱发生破坏至整体失稳运动并达到稳定，历时仅约为0.45 s，其中，上下煤层之间的岩层发生全厚切落历时仅约为0.05 s。     

矿井开采对煤层顶底板影响研究

为了研究矿井开采对煤层顶底板的影响,采用理论分析的方法,分析了矿井开采对煤层顶板的影响、矿井开采对煤层底板的影响,首先研究了矿井开采对顶板影响范围、计算了首采层开采对上覆岩层的塌陷范围;然后,研究了矿井开采对底板破坏范围,以新田煤矿4号煤层工作面为例,研究得出:采空区对上覆岩层影响形成的塌陷盆地最大边缘为采空区外9.748 m;1401工作面回采对底板最大破坏深度71 m。研究为类似工程条件的开采对煤层顶底板影响范围提供理论依据。     

近距离煤层工作面坚硬顶板水力压裂应用研究

针对石圪台煤矿31306工作面3-1煤层上覆采空区厚坚硬顶板不能及时垮落，致使工作面矿压显现剧烈等问题，本文在31306工作面应用水力压裂方法，并通过理论计算，合理地设计了钻孔的施工参数和布设方案，确定最优钻孔布设位置为基本顶细粒砂岩中部即煤层顶板上20m处，钻孔参数为1#钻场共2个孔径96mm且单孔长度为260m~510m的钻孔。现场监测结果表明：第一段钻孔总压裂时间为64min，总注水量为34立方，共出现3次明显的破裂点，在实施水力压裂后，工作面顶板来压明显破降33次，单段孔形成多组大规模的联通裂隙，顶板整体性大幅度降低，工作面可顺利进入采空区，水力压裂有效地解决了31306工作面上覆采空区坚硬顶板悬顶、矿压显现剧烈等问题。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。     

软弱岩层中近距离采空区煤柱下开采的实践

近距离采空区煤柱下长壁回采将受到上煤层采空区遗留煤柱和本煤层工作面动压的共同影响。针对乌鲁木齐某矿9#煤层顶底板为软岩的特点,在分析围岩破坏机理后,提出了梁、索协同支护+顶底角注浆锚杆加固＋帮部锚杆组合支护＋底板锚梁支护及全断面铺网的联合支护方案,即实施巷道“顶底帮整体化”治理,通过在巷道中布置卸压孔,有利于高应力向巷道深部转移,改善围岩与支护结构的应力作用环境。实践证明,采取上述措施有效解决了回采巷道的顶板破坏、煤壁片帮、底板鼓起等问题。在开采过程中采取的降低采高、调斜工作面、工作面加速通过煤柱的方法也使得工作面的生产条件得到了极大的改善,保证了工作面安全开采。