平朔东露天矿端帮开采技术

分析了平朔东露天矿4#、9#煤端帮采煤的可行性,通过计算端帮煤柱整体安全系数,结合东露天矿生产条件,得出4#、9#煤采取单排采巷,4#、9#煤支撑煤柱宽度分别为5 m与6 m,隔离煤柱宽度分别为20 m与24 m,隔离煤柱间支撑煤柱数量都为10,通过采取端帮采煤,可多采出原煤28.47 Mt。分析端帮采煤与矿坑生产时空关系,保证端帮采煤上覆岩层安全厚度,使得端帮开采不影响矿坑正常生产与设备安全作业。     

动-静载作用下端帮开采支撑煤柱参数设计方法

应用端帮采煤机开采工艺回收端帮压覆滞留煤资源时,支撑煤柱合理宽度的确定是影响其安全、高效推广应用的一个关键性要素,尤其是考虑爆破振动效应对支撑煤柱稳定性的影响。以平朔安太堡露天矿南端帮为工程背景,采用现场测振试验、理论分析、数值计算研究边坡三角载荷和爆破振动作用下端帮开采支撑煤柱稳定性及其参数设计方法。基于极限平衡理论和尖点突变理论,运用Mohr-Coulomb屈服准则,分析了煤柱弹塑性区分布规律;建立了受采高、采宽、上覆岩层载荷应力、煤柱黏聚力与内摩擦角等因素影响下的煤柱极限强度函数表达式;建立了不同安全储备系数条件下煤柱最大允许塑性屈服区宽度及煤柱留设宽度计算式。建立了支撑煤柱三维简谐振动响应模型,研究了单响药量、高程差、爆心水平距等爆破参数对煤柱瞬时最大动应力响应影响规律,揭示了爆破动载效应对支撑煤柱塑性区宽度和稳定性的影响机制,提出了爆破动载作用下支撑煤柱参数设计方法。研究结果表明：爆破振动对支撑煤柱稳定性影响较大,爆破动载作用下煤柱瞬时最大动应力响应与单响药量呈正相关关系、与高程差和水平距离呈负相关关系。随煤柱瞬时最大动应力响应增加,煤柱塑性区宽度呈正比例增大,煤柱安全系数以...     

露天矿端帮采场边坡变形失稳特征与支撑煤柱稳定性判别方法北大核心

针对端帮煤开采引起的端帮采场边坡变形失稳问题,以我国鄂尔多斯地区露天矿端帮煤开采工程实践为背景,建立近水平条件下端帮采场边坡岩体移动破坏三维数值分析模型,模拟再现了煤层采出-采硐群形成-巷间煤柱破坏-边坡变形破坏全过程,揭示了端帮采场支撑煤柱与边坡岩体的移动破坏特征,探明了边坡发生变形失稳的关键部位和触发条件;在特征规律研究的基础上构建了端帮采场支撑煤柱承载模型,提出了基于尖点突变理论与安全系数评价法的支撑煤柱稳定判别方法。工程应用结果表明:该方法可在保证边坡稳定的前提下进一步提高端帮压煤回采率至60%以上。     

基于端帮开采的边坡稳定性及巷道布置形式优化研究

为高效、安全回采露天矿开采后端帮大量压煤,查明端帮开采下群巷效应所引起的边坡变形和应力重新分布特征,保证边坡稳定安全;以某露天矿为工程背景,通过分析端帮开采煤柱应力分布特征来确定合理的端帮开采煤柱设计参数;采用Midas GTS NX有限元数值模拟来研究端帮采煤所引起边坡的受力和变形特征及验证边坡稳定性;进一步通过优化采巷布置形式来提高回采率。研究结果表明:对于端帮厚煤层开采而言,煤柱强度、尺寸及采巷布置形式是影响边坡稳定性的主控因素;单、双排采巷布置下整体边坡安全系数分别为1.21、1.14,边坡安全性降低,但仍能够满足安全系数要求;端帮压煤回采率将提高5%,能够有效回收端帮压覆资源量。     

房柱式采空区影响下露天端帮煤开采安全控制技术

为了保障房柱式采空区影响下露天端帮煤的安全高效开采,采用瞬变电磁探测技术探明房柱式采空区与边坡的空间关系,运用自主研发锚固式多点位移计对端帮煤开采过程中的房柱式采空区顶板岩体进行了立体监测,并采用数值模拟对边坡临空面卸荷应力和顶板岩体垂直应力耦合作用下的岩体稳定性进行了分析,对端帮煤的开采方案进行了优化。研究结果表明:瓷窑塔矿南端帮存在复合采空区,其稳定性主要受3-1煤采空区影响,采空区距离2-2煤工作帮纵向埋深为30 m,嵌入露天采场横向距离为50 m;横向上各监测点呈现出"稳定-增长-再稳定"的位移趋势,远端帮监测点位移变化较为稳定;纵向上端帮煤的开采对采空区顶板浅层15 m以内的岩体影响较大,浅层顶板位移出现急剧增大的离层现象,离层区域出现是采空区顶板活化移动的前兆;端帮煤的开采使边坡出现滑移趋势,煤柱帮角岩体由边坡内及外出现"链式集中效应",采空区上部岩体出现明显的卸荷应力区域,埋深为15 m,端帮煤开采应采取保留端帮煤区段2,将台阶高度由15 m降为12 m的开采方案。     

边帮采煤技术在安太堡露天矿应用的可行性分析

结合安太堡露天矿可采煤层赋存条件,选用EML边帮采煤机,利用三维地质软件计算边帮煤压覆资源储量,理论计算确定了边帮采煤支撑煤柱宽度,将边帮采煤技术应用到安太堡露天矿进行可行性分析.结果表明:压覆资源储量满足边帮采煤机成套设备年生产能力要求;利用EML边帮采煤机成套设备,可实现采硐内无人作业,安全高效回收边帮压覆煤炭资源...     

露天矿端帮开采支撑煤柱参数设计

为解决露天矿边帮压覆煤炭资源问题,采用端帮采煤机开采工艺进行回采以提高煤炭回收率。以某露天矿南端帮为工程背景,基于尖点突变理论,推导出支撑煤柱失稳判据;采用经验公式计算不同采高条件下煤柱的稳定性,并设计合理的煤柱留设宽度;采用数值模拟,分析煤柱走向支撑应力分布规律及支承应力峰值处的塑性区分布规律,结合煤柱失稳判据,验证煤柱留设宽度的合理性。结果表明:支撑煤柱当塑性区宽度占比大于88%时将发生失稳;支承应力峰值位置均出现在煤柱最大采硐深度前方某一工程位置处;当支撑煤柱宽度大于设计宽度时,煤柱的塑性区占比均小于88%,处于稳定状态,为最大限度回采煤炭资源,确定采硐深度为150 m,采高为4.0、4.5、5.0、5.5 m时支撑煤柱的留设宽度分别为5.5、6.0、6.5、7.5 m。     

东胜神东矿区露天矿端帮压煤充填回收煤柱稳定性分析

露天矿端帮压煤造成资源浪费,采用充填方法可提高煤炭资源采出率。基于鄂尔多斯市某露天矿端帮压煤条件,建立端帮压煤充填开采的连续介质力学模型,给出了充填前后煤柱应力计算公式,采用Bieniawski和八面体强度理论计算得到充填前后煤柱留设尺寸最小分别为4.28、3.23 m,并利用FLAC3D数值模拟软件研究了开采进尺、煤柱宽度和充实率等因素对煤柱稳定性的影响。结果表明:开采进尺、煤柱尺寸和充实率分别达到4、5 m和90%,可保证煤柱稳定性。     

大柳塔矿旺采工艺参数优化及矿压规律研究

 为了保证神东矿区引进的旺格维利连采技术达到安全高效生产效果,并提高煤炭回采率,对大柳塔煤矿不同旺采工艺条件下的同区域不同区段回采进行了矿压规律监测研究。通过矿压监测数据对比分析可知,平巷护巷煤柱留设10m是能够保证隔离安全的;刀间煤柱留设0.5m的煤皮能够起到辅助连采机割煤装煤的效果,而不能起到支撑覆岩作用;支巷间2.0m厚度煤柱能够起到支撑顶板做用。试验区域回采区域面积突破公司规定,回采率提高12.3%,改革旺采工艺是成功的。     

露天矿端帮采煤机应用分析

对我国近年来出现并引起重视的端帮压煤情况进行了研究与分析。针对我国内蒙西部某露天煤矿的实际开采情况,采用FLAC3D软件对采硐稳定性进行了动态模拟,根据MarkBieniawski公式对永久煤柱、支撑煤柱的合理宽度进行了验算。分析研究了该矿端帮开采顺序、端帮采场开采布置、给出开采参数。     

考虑煤岩体成拱效应时煤柱塑性区宽度确定

为了确定在考虑邻近采空区上覆煤岩体自重作用下煤柱最大塑性区宽度,采用理论推导、数值模拟以及现场监测三者相结合的方法,通过考虑采空区上覆煤岩体成拱效应,确定出煤柱受力,对煤柱进行弹塑性分析,得出煤柱最大塑性区宽度理论计算式;根据玉华煤矿工程条件,采用ANSYS模拟采深为500 m和600 m,采高为4、5、6、7 m的煤柱最大塑性区宽度,并对玉华煤矿2410工作面回风巷道护巷煤柱的最大塑性区进行监测。研究结果表明:在中等采高时,煤柱最大塑性区宽度的理论计算结果、数值模拟和现场监测结果一致。研究结果给出了中等采高时煤柱最大塑性区宽度的理论计算式,可为留设煤柱宽度设计提供依据。     

条带开采煤柱支承压力与塑性区分布规律研究

为了对条带开采煤柱支承压力与塑性区分布规律进行研究,采用理论分析、数值模拟及现场监测的方法,通过考虑采空区上覆煤岩体成拱效应,确定出煤柱支承压力分布情况。结合煤柱支承压力分布情况,根据玉华煤矿工程条件,采用ANSYS15.0软件模拟计算不同采空区宽度(100~260 m)、不同工作面埋深(400~600 m)的煤柱最大塑性区宽度,并对玉华煤矿2410工作面回风巷道护巷煤柱的最大塑性区进行监测。研究结果表明:依据所提出的煤柱支承压力计算方法,模拟计算出的煤柱最大塑性区宽度和现场监测结果一致。给出了确定煤柱支承压力分布的计算方法,以及依据该方法计算出的煤柱最大塑性区分布规律,可为煤柱留设宽度设计提供依据。     

冲击地压矿井采区下山保护煤柱合理宽度研究

留设合理宽度的采区下山保护煤柱是防范采区下山发生冲击地压的关键。为探讨冲击地压矿井采区下山保护煤柱宽度的确定方法,以李楼煤矿采区下山保护煤柱合理的宽度确定为工程背景,运用矿压理论研究了工作面向采区下山推采过程中覆岩运动规律、支承压力演化特征、冲击地压类型及其发生机制,分析了现场工作面推采过程中的微震监测数据和应力动态监测数据,综合确定了李楼煤矿工作面采动影响范围,提出了以防范各类冲击地压为原则的采区下山保护煤柱宽度的综合确定方法,并进行了工程验证。结果表明:①随着工作面向采区下山推进,采区下山保护煤柱宽度逐渐减小,工作面超前支承压力与采区下山侧向支承压力及两翼工作面超前支承压力将发生叠加、集中,震动附加应力与采区下山侧向支承压力叠加程度逐渐增大;②采区下山可能发生静动载叠加型、应力叠加型和蠕变型等3类冲击地压;③工作面超前、滞后采动影响距离为235 m,侧向采动影响距离为105.5 m;④从防范采区下山动静载叠加型、应力叠加型和延后蠕变型冲击地压的角度,综合确定李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱宽度应不小于235 m。回采后期现场监测结果与收尾情况初步验证了当前李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱240 m的合理性。     

巨厚富水烧变岩露天边坡隔水煤(岩)柱构造技术研究

新疆大南湖矿区烧变岩厚度大,富水性强,隔水煤(岩)柱留设与边坡稳定控制问题是露天煤矿开采的关键之一,以新疆大南湖二矿为背景研究地下水与爆破振动耦合作用下烧变岩边坡隔水煤(岩)柱构造技术。通过现场爆破试验和数值模拟分析,揭示了边坡岩体应力和安全系数变化规律,确定了爆破振动影响范围|建立了多岩层隔水煤(岩)柱模型,提出了烧变岩露天矿隔水煤(岩)柱留设方法|基于边坡稳定分析给出烧变岩边坡参数设计方案,采用极限平衡方法对边坡参数进行了优化。结果表明：大南湖二矿隔水煤(岩)柱尺寸为火烧区边界+400m水平留设50m,考虑水力坡降优化后的边坡角为24°,相较原设计提高了2°,地下水与爆破振动耦合作用下烧变岩露天边坡隔水煤(岩)柱构造技术解决了边坡稳定控制及坡面涌水问题,对内蒙古西部及新疆地区烧变岩煤矿的安全开采具有一定参考。     

综放开采多煤柱扰动致冲危险性分析及监测防控技术

为研究综放开采多煤柱扰动造成冲击地压的危险性,以担水沟矿9203工作面煤柱实际分布情况为工程背景,基于极限平衡理论和应力扰动影响角,建立了侧向区段煤柱、上覆遗留区段煤柱和终采线煤柱的应力扰动计算模型,获得了不同类型煤柱的扰动致冲危险区域,并提出应用煤体应力、微震监测及钻屑检验预警配合钻孔卸压为主的多煤柱扰动防冲和监测预警技术。结果表明：侧向区段、上覆遗留区段、上覆终采线及侧向终采线煤柱的扰动致冲危险区域分别为所扰动巷道两帮7.2m浅部区域、沿采场倾斜方向区段煤柱至采场端头以里39.8m区域、上覆终采线至采空区深部47m区域及侧向终采线起点至本工作面终采线范围内的侧向区段煤柱和采场端部区域|现场采取监测预警防控技术后,未监测到应力及微震预警事件,应用效果良好。     

留底煤掘进双巷布置大采高工作面巷间煤柱尺寸优化研究

确定巷间煤柱合理尺寸是保证留底煤掘进双巷布置大采高工作面安全、高产与高效的关键所在。以某矿122106大采高工作面沿底掘进胶运巷和辅运巷之间的护巷煤柱为工程背景,对工作面生产地质条件展开现场调研,同时原位测试巷道围岩地质力学参数。基于上述原始数据理论,估算出煤柱极限强度与合理的煤柱宽度范围,通过数值试验研究手段,分析初步选定宽度煤柱条件下,二次回采阶段巷道围岩及煤柱内部应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:煤柱的极限强度为50.48 MPa,合理的煤柱宽度为19.24~29.28 m。煤柱宽度20 m时,煤柱内塑性区是2个独立的区域;当煤柱宽度达到一定程度后,接续面回采对上个工作面侧煤柱应力影响较小,主要是对本侧煤柱影响较大;靠近煤柱侧顶板和帮部变形较大,垂直位移最大值集中在巷道肩角位置,顶板出现不均匀下沉;煤柱核区内垂直应力均小于其极限强度,能保证稳定;煤柱最大垂直应力集中在两侧,靠近采空区的位置,煤柱中部存在较明显的应力下降区域。     

河流下浅埋深薄基岩煤层部分开采可行性分析

控制覆岩破坏高度是实现水体下安全开采的关键。针对“浅埋深、薄基岩、坚硬顶板”河流下压覆煤炭资源的问题,采用数值模拟的方法,计算了巷柱式和房柱式等部分开采的覆岩破坏高度,并从防水煤岩柱留设、岩梁极限跨度以及煤柱稳定性3个方面论述河流下部分开采的可行性。研究结果表明,部分开采能够很好地控制覆岩破坏高度,煤岩柱厚度基本满足留设防水安全煤岩柱要求;由于上覆基岩柱中存在厚度大于10 m的粗砂岩,在跨度小于8.53 m的情况下可以支撑上覆岩层;设计煤柱安全系数为1.28～1.81,均满足要求。采用采6 m、留6 m的巷柱（窄条带）式开采是最佳方案,面积采出率为50%,按总采出率45%计算,可解放河流压覆区域约52万t煤炭。     

工作面上覆煤柱载荷及煤柱爆破效果分析

工作面上覆残留煤柱给煤矿安全生产带来严重的安全隐患,在回采过程中极易引发煤岩动力灾害。本文理论计算了宽度不同、两侧顶板跨落方式不同的两条煤柱载荷,并应用弹性力学理论计算了煤柱载荷传递至下覆煤层对应煤柱位置的应力大小;采用FLAC~(3D)数值模拟技术模拟了上覆煤柱爆破前和爆破后工作面内对应煤柱位置的垂直应力分布特征,通过矿压监测系统监测液压支架在周期来压期间和非周期来压期间支护阻力的平均值。由数值模拟和现场实测结果可知:煤柱爆破后工作面内对应煤柱位置的垂直应力有明显的降低,工作面回采过程中没有出现来压异常等煤岩动力现象。因此,煤柱预裂松动爆破技术可以有效治理由上覆煤柱而诱发的工作面回采过程中的煤岩动力灾害,切实保证工作面的安全回采。     

煤柱宽度对巷道围岩稳定性的影响研究

王庄煤矿91采区排水巷保护煤柱稳定性对于整个采区通风、排水、工作面安装等具有重要意义。采用物理模拟和数值模拟的方法,研究工作面回采时不同宽度保护煤柱条件下排水巷围岩位移、塑性区发育以及覆岩垮落特征。结果表明:煤柱宽度为20～40m时,排水巷受工作面影响强烈,塑性区大小随煤柱宽度的减小而增大,煤柱裂隙发育,难以满足生产要求;煤柱宽度为50～90m时,排水巷不受工作面回采影响,巷道顶板最大位移量、两帮最大位移量、塑性区大小不发生变化,顶底板和两帮的最大移近量分别为117mm和45mm。结合现场地质条件,91采区工作面开切眼距排水巷最短距离为80m,排水巷不受工作面回采的影响,能够满足整个91采区的安全高效生产要求。     

特厚煤层综放工作面防冲煤柱宽度优化

为研究强冲击倾向性特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度,对华亭煤矿250102工作面频发的冲击地压现象进行分析,发现250102工作面20m区段煤柱内存在着极易诱发冲击地压的应力条件,具有典型的煤柱型冲击地压特征。采用数值模拟和理论计算的方法对2501采区工作面区段煤柱合理宽度进行模拟计算。研究表明：当煤柱宽度为5m时,应力集中系数最低,为1.14,冲击危险程度较低|当煤柱宽度为20m时,应力集中系数达到最高,为3.40,冲击危险程度达到最大|当煤柱宽度为25m以上时,应力曲线由单峰转化为双峰,煤柱由小煤柱的屈服阶段进入到大煤柱的承载阶段,冲击危险程度在不断降低|理论计算得出适合2501采区工作面区段煤柱宽度为5.64m,与数值模拟结果较为吻合。2501采区后续工作面均采用6m宽的区段煤柱,经实践验证,该宽度的区段煤柱对华亭煤矿冲击地压的防治效果较好。