高位定向钻孔合理层位确定及抽采效果分析

为了有效解决临近层卸压瓦斯通过采动裂隙扩散至本煤层工作面，导致采空区上隅角及工作面回风巷瓦斯浓度超限的问题。以某矿9103工作面为工程背景，采用理论分析与数值模拟相结合的手段，对工作面上覆岩层裂隙演化规律进行分析研究。研究表明：采用UDEC数值模拟软件分析工作面上覆岩层破坏时垮落带和裂隙带演化规律及裂隙带高度分布范围与理论计算结果基本一致，覆岩垮落带最大高度4.9 m，裂隙带最高13.44 m。基于此，确定了工作面覆岩高位钻孔设计方案：在9#煤层上方10 m位置的粉砂岩中，采用高位钻孔技术抽采瓦斯，整体抽采浓度较高，进一步验证了高位钻孔布置参数设计的合理性。     

平山煤矿覆岩“三带”划分及瓦斯抽放位置的确定

覆岩破坏规律是确定煤矿开采边界的基础,所以对覆岩破坏规律的研究成了煤矿开采安全生产的关键。选取平山煤矿11采区11011回采工作面3#煤层为研究对象,利用FLAC3D软件对首采工作面进行开挖数值模拟,通过对模拟结果进行分析,从而确定上覆岩层"三带"高度。模拟得到冒落带高度为19m,裂隙带高度为49m。通过对比经验公式计算结果,发现模拟结果符合经验公式计算结果,所以可以把模拟结果作为煤层开采的参考数据,建议瓦斯抽放的位置布置在距离煤层顶板30m的裂隙带中部位置。     

采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究

为得到薄基岩厚风积沙地区采场裂隙带发育高度及演化特征,基于采场覆岩"三带"的划分,对薄基岩地区厚风积沙煤层采动过程中裂隙发育特征进行相似材料模拟试验研究,得到开采过程中上覆岩层垮落破坏特征及运移规律,岩层内部压力分布规律,分析采动裂隙带发育高度及存在形态与工作面推进速度的关系。结果表明:补连塔煤矿12406工作面周期来压步距为22.5~30.0 m;上覆岩层的破断角在采空区侧为64°,在煤壁侧为61°;裂隙带高度为157.1 m,为工作面采高的26.18倍;工作面上覆岩层下沉趋势呈非线性曲线,移动形态具有非对称性。     

李雅庄煤矿采场上覆岩层“三带”高度研究

准确划分采场上覆岩层"三带"高度,是合理设计顶板高位钻孔终孔层位的关键。采用理论计算、数值模拟和现场考察等方法,对李雅庄煤矿2#煤层综采工作面回采过程中采场上覆岩层"三带"高度和运移规律进行了分析。研究表明:2#煤层上覆岩层冒落带高度为8.6~11.0 m,裂隙带高度为30~35 m,高位钻孔终孔层位设计施工在2#煤层顶板11~30 m范围内较合适。     

基于黄陵一号煤矿UDEC高位钻孔优化设计应用研究

为对黄陵一号煤矿工作面高位抽采钻孔参数进行合理优化,应用UDEC软件对工作面采空区上覆岩层的运移和裂隙延展进行了数值模拟,模拟得出了上覆岩层冒落带和裂隙带的裂隙延展范围;对高位钻孔抽采的最佳布孔层位进行了现场测定考察,结合数值模拟和现场考察结果,确定了两带的高度范围和高位钻孔抽采的最佳抽采层位,实现了对高位钻孔瓦斯抽采参数的合理优化。     

薄基岩厚风积沙浅埋煤层覆岩变形破坏规律研究

为了研究薄基岩厚风积沙浅埋煤层开采时覆岩移动破坏规律,根据某矿工作面开采技术条件和岩石力学参数,采用数值模拟的方法,分析了采场上覆岩层破坏变形规律以及应力分布特征;基于关键层理论,推导了导水裂隙带的发展高度。研究成果为薄基岩厚风积沙浅埋煤层保水开采提供了理论依据。     

采空区顶板裂隙带发育高度判定方法

基于煤层上覆岩层参数,利用关键层理论判别上覆岩层的关键层:即第一亚关键层、第二亚关键层和主关键层,结合裂隙带判别方法,确定了某矿2027工作面覆岩破坏裂隙带的上边界为煤层上方46.24 m处。冒落带高度为6.59 m,裂隙带下边界为煤层上方6.59 m处,最终确定采动裂隙带范围为煤层上方6.59~46.24 m。     

高位瓦斯抽采巷位置的确定及参数设计模拟研究

为解决常村煤矿工作面巷道采用“两进两回”设计,煤损失量大,瓦斯抽采效率低问题,利用FLAG3D模拟回采过程中上覆岩层破坏规律,确定了距3号煤层顶板31m处的K8岩层为关键层,采用UDEC模拟回采过程中上覆岩层裂隙发育及分布规律,得到工作面走向方向裂隙发育区域为距开切眼后方5～48 m;竖直方向裂隙发育区域垂高距煤层顶板21～31 m;开切眼上方采空区断裂带宽度约为40 m,工作面上方断裂带宽度约为48 m;巷帮两侧裂隙发育区域宽度略小于40 m.根据现场对2103工作面邻近S-39工作面裂隙带测试结果,表明上覆岩层裂隙发育带位于煤层顶板36 m范围内,与数值模拟结果比较吻合.根据数值模拟与现场测试结果,设计了2103工作面高位瓦斯抽采巷参数:水平层位距回风巷30～45 m,竖直层位距煤层顶板约27 m.     

基于FLAC~(3D)的余吾矿高抽巷合理层位研究及应用

高抽巷是治理工作面及上隅角瓦斯的有效方法。结合余吾矿S2107工作面条件,采用FLAC~(3D)数值模拟研究了工作面倾向和走向2个维度的工作面上覆顶板岩层在回转、下沉过程中的剪切和拉伸变形破坏情况,分析顶板裂隙带的高度用于高抽巷合理层位确定。研究结果表明:①采空区上方距离煤层顶板0～25 m高度范围为冒落带,25～48 m高度范围为裂隙带;②高抽巷最佳层位为煤层上方35 m;③高抽巷抽采瓦斯使上隅角瓦斯浓度由1.16%降低到0.4%,取得了良好的效果。     

近距离煤层同采覆岩破坏规律研究

刘东煤层西三采区的37102与37202工作面为近距离煤层同采工作面,针对此地质赋存条件,采用岩层钻孔探测仪,实测了近距离煤层同采过程中,不同开采阶段时,覆岩的破坏分布规律,得出首先第一阶段开采上层71煤层时,上覆岩层形成的跨落带高度为5.5m,裂隙带高度为23.8 m;第二阶段71、72煤层全部开采时,上覆岩层形成的...     

采场上覆整体移动带坚硬岩层破断规律研究

为了防治采场上覆坚硬岩层突然破断给矿井造成的离层水（瓦斯）突涌等严重次生灾害,对某煤矿工作面连续大面积开采上覆整体移动带内坚硬岩层的破断规律进行了研究。以该煤矿首采区覆岩空间赋存、岩体结构、力学性质及地应力等地质工程条件为基础,采用薄板理论计算、数值模拟等方法,对采区首采面及后续工作面开采上覆整体移动带坚硬火成岩岩床初次破断及周期破断距进行了理论计算和过程模拟分析。结果显示,首采面开采过程中坚硬火成岩初次破断约300 m,周期破断约130 m;后续工作面开采时受邻近采空区影响,火成岩初次破断约260 m,周期破断约120 m;结果与现场实测数据分析相一致。研究成果对坚硬覆岩下煤层开采离层水、离层瓦斯突出等地质灾害预测及防治具有重要意义。     

RFPA~(2D)数值模拟在高位钻孔参数优化中的应用

基于准确划分煤层上覆岩层"竖三带"的煤层法向分布范围,以及有效提高高位钻孔瓦斯抽采效果的重要性,应用RFPA2D软件数值模拟祁南煤矿714工作面顶板垮落情况,初步分析了"竖三带"的煤层法向分布范围,并结合经验公式的计算结果,综合判定距71煤层顶板上方18.4～49.0m的岩层区域为裂隙带,高位钻孔法距参数的取值范围优化选择为18.0～34.0m。现场应用表明,高位钻孔的法距参数施工控制在20.0～35.0m时,钻孔抽采瓦斯体积分数均在30%以上,最大为53.2%。同时,高位钻孔的平均瓦斯抽采量为7.32m3/min,占工作面总瓦斯涌出量的60.6%,远高于采空区埋管技术的瓦斯抽采量,并且工作面的平均瓦斯抽采率提高到60.0%。     

采动区煤层气地面抽采钻井终孔位置优化考察

为了考察煤层顶板岩层受采动影响下的裂隙发育过程,优化地面抽采钻井布孔工艺,在成庄煤矿4216回风副巷施工了6个不同角度的顶板穿层钻孔,采用封孔抽采的方式监测了覆岩内不同区域在工作面推进过程中的煤层气分布变化情况,通过分析对比各钻孔的抽采数据,优化了地面抽采钻井终孔位置。     

综放开采工作面覆岩EH-4电导率分布特征

为了解采动覆岩破坏充水情况,确保水库下压煤安全开采,大平煤矿利用EH-4电导率成像系统在N1S1工作面对采动覆岩进行了探测。经对岩层电导率图象解译:工作面推过22 m,采空区上方岩层内形成一拱型高阻区,电导率800Ω以上岩拱高度约90 m(相当于采高的7.2倍);工作面推过92 m,采空区上方高度约300 m(相当于采高的24.2倍)为拱形低阻区,岩层电导率30Ω以下,离层破碎岩层集中发育在拱顶部区域。工作面超前约70°角范围,岩层破坏充水,电导率下降。推过160～190 m后,上覆岩层电导率普遍在10～20Ω之间,呈充水特征。     

含水松散层下煤层开采覆岩破坏规律的数值模拟研究

以五沟煤矿1011工作面煤层开采为例,应用ANSYS有限元软件,对煤矿开采引起的煤层顶板覆岩运移规律进行了数值模拟,分析研究了含水松散层下煤层开采覆岩破坏移动规律,确定了导水裂隙带和覆岩冒落带发育高度,利用经验公式和简易水文观测法对模拟计算结果进行了验证,得出了1011工作面覆岩破坏移动规律和"两带"发育高度,为进一步合理留设防水煤柱提供了有效的技术参数。     

基于分布式光纤的覆岩变形特征监测试验研究

采动覆岩变形、破坏方式及其内部应力演化规律是采矿工程领域研究的重要问题,通过科学、有效的监测手段对上覆岩层在工作面开采过程中的变形及来压规律进行实时监测至关重要。将分布式光纤水平、垂直埋设在模型内部,监测覆岩变形特征与应力应变状态。结果表明,1-2煤回采过程中,水平传感光纤的"马鞍形"频移曲线反映了覆岩破断的动态变化过程;布里渊频移变化度准确实现了工作面的来压判别;分布式光纤的时空演化规律揭示了整个开采过程中相似模型的应变分布特征。     

淮南矿区深部综采工作面覆岩两带高度发育特征研究

为了确定深部综采工作面覆岩两带发育高度,采用经验公式预测、数值模拟及现场岩芯质量指标3种方法对覆岩两带高度及发育特征进行了研究,结果表明:煤层采出后,两带发育特征呈现出"马鞍型"形态,且最大发育高度位于工作面开切眼及停采线上部。采用3种不同方法计算得出的两带高度分别为42.29～45.77,57,53～55 m。通过对比发现,数值模拟结果与现场实测结果较为接近,而采用经验公式预测结果偏小。最终确定深部综采工作面覆岩两带高度为55 m。     

“上柱-下垮”复合残采区中部残煤开采可行性评价

针对白家庄煤矿"上柱-下垮"复合残采区中部残煤的安全开采问题,采用实验手段研究了多重采动影响下中部残煤采场岩层的垮落特征、应力分布规律及塑性区分布范围,结合弹塑性力学理论分析了上下煤层开采造成的损伤破坏范围,对中部残煤开采可行性进行了研究。研究表明:(1)上下煤层的采动影响并未破坏中部残煤的宏观连续性,且在中部残煤开采过程中,上覆岩层结构相对稳定;(2)采场岩层的支承压力与塑性区的分布范围基本一致,二者皆可以评价上下煤层开采后层间岩层的损伤破坏范围,其损伤范围包含整个上位层间岩层和下位层间岩层的局部范围;(3)中部残煤主要受上部煤层开采影响,处于上部煤层开采损伤破坏范围之内,因此在中部7号残煤开采过程中,其采场顶板稳定性较差,应采取合理有效的顶板控制措施保证安全生产。     

低透气性煤层群煤与瓦斯共采中的高位环形裂隙体

以顾桥煤矿1115（1）工作面为试验点,运用国际先进的岩层应力、位移、孔隙流压等实时监测手段,围岩变形与水、气耦合的COSFLOW数值模拟技术以及研究采动区流场特征的CFD模拟技术,系统研究并基本掌握了11号煤层深部煤层开采过程中的围岩应力场、裂隙场以及瓦斯流动场之间的动态变化规律。研究表明,采动支承压力影响范围可达300 m,覆岩运动和采动裂隙发育范围在工作面后方170 m以内,170 m以后采动裂隙基本压实,采动裂隙发育高度以及孔隙流压明显降低的高度可达145 m。在此基础上判别了1115（1）工作面上覆煤层群瓦斯高效抽采范围,并初步建立了低透气性煤层群瓦斯高效抽采的高位环形裂隙体及其判别方法,为煤与瓦斯共采理论发展以及工程实践提供了一套新的科学研究方法和工程设计手段。     

基于覆岩结构理论的冲击煤层孤岛工作面宽度研究

针对冲击煤层孤岛工作面上覆岩结构复杂、开采极易诱发冲击地压等灾害问题,提出了采前孤岛工作面宽度设计的留设方法。以山东某矿为工程背景,首先根据孤岛工作面周边采动情况及覆岩运动规律,确定关键层是否破断,进而得到了孤岛工作面“Γ”型覆岩结构分布;其次采用矿压理论分析不同覆岩结构分布对工作面应力传递规律,估算了孤岛工作面静态支承压力;最后根据孤岛工作面应力分布特点,理论分析了工作面整体支承强度,并结合工作面回采冲击失稳发生机理,确定了工作面宽度合理范围。通过工程类比与理论计算,得到了该矿3上1105孤岛工作面宽度大于170 m的结论,为工作面宽度设计提供理论依据。