条带充填参数对提高开采上限影响分析及应用研究

为解决含水层下因留设防水煤柱而造成的资源严重浪费,以某煤矿1302工作面为工程背景,通过理论分析、现场调研及FLAC~(3D)数值模拟软件研究了条带充填采煤导水裂隙带发育高度的变化规律,提出了以条带充填开采解决1302工作面开采过程中提高开采上限的设计方法。研究结果表明:条带充填上覆导水裂隙带发育高度为15.84 m左右,较垮落法开采发育高度低35 m左右,有效地解决了保水开采提高开采上限的难题;采用"钻孔双端封堵测漏"装置监测,得到导水裂隙带发育高度与理论计算结果相吻合,相关研究成果对类似条件下的煤炭保水开采具有一定的借鉴意义和应用价值。     

多年冻土层覆盖矿井开采上限实验研究

矿井开采上限不但对矿井生产安全、资源回收率具有重要影响,也对有效控制和减小煤炭地下开采对环境损害程度具有重要影响。提出了多年冻土层覆盖下矿井合理开采上限的确定原则,采用相似材料模拟实验方法研究了覆岩及多年冻土层的破坏特征和采动裂隙带发育特征,得出矿井合理开采上限为+3 760 m。这一结果已经被实际采用。     

综采工作面覆岩破坏高度实测研究

确定导水裂缝带发育高度对于确保煤矿水体下安全生产以及地表水、地下水资源等的保护都具有十分重要的意义。陕蒙交界处某煤矿为了确保生产安全,在2201综采工作面上方,布置了2个钻孔,采用钻孔冲洗液消耗观测法和钻孔电视观测法,对覆岩破坏状态进行了实测。通过对实际观测资料的总结分析,获得了该区综采条件下的导水裂缝带、垮落带发育规律并进行了相关对比研究,研究成果为条件类似矿井缩小防水煤柱、提高采煤上限等提供了参考。     

厚松散层综放开采覆岩破坏发育规律研究

为了确保朱仙庄煤矿综放工作面在回采过程中不受上覆含水层的影响,尽可能提高工作面的开采上限,合理留设安全煤(岩)柱厚度,采用地面钻孔观测法、井下网络并行电法仪探测法以及数值模拟,对厚松散层综放开采覆岩破坏高度发育规律进行研究。结果表明:地面钻孔实测垮采比为4.14,裂采比为9.74,与电法探测结果相近;同一煤层开采后垮采比和裂采比也有一定的变化,一般随着采高的增大而出现小幅度的增大;随着工作面的推进,覆岩破坏由下而上逐渐发展,最大主应力中拉应力的等值线由"拱形"变为"马鞍形",导水裂缝带在在煤壁前方和工作面后方发育最高,需要重点防范其波及到上方的含水层。     

谢桥矿水体下煤层1202(1)工作面提高开采上限研究

为提高谢桥煤矿松散含水层下1202(1)工作面开采上限,分析了井田内新生界冲积层结构及其含、隔水性,确定了工作面属Ⅱ类水体压煤,其主要影响水源为顸板砂岩裂隙水及中部含水层下段;建立工作面防水煤岩柱地层结构模型,运用理论分析和钻孔实测方法对两带发育高度进行预测;运用数值模拟方法模拟邻近煤层开采影响下,开采上限不同时工作面覆岩破坏场及覆岩水体渗流场的分布情况。研究表明,开采上限提高后,裂隙带将进一步发育并间接波及上部含水层,在保护层和工作面中部采空区覆岩压实作用下,含水层水体将主要渗流至工作面下端部,并最终流向底部松散区域。现场实践中,开采上限提高至-390 m安全可行,解放呆滞煤量3.5万t。     

深厚松散层薄基岩条件下覆岩破坏高度实测分析

赵固一矿首采面上覆松散层厚大于518 m,基岩厚小于80 m,为获得开采后覆岩垮落带和导水裂缝带的高度,合理确定工作面开采上限,采用地面钻孔观测法对该首采面覆岩的破坏高度进行了观测,并对钻孔设计、钻孔施工和"两带"高度判别方法进行了研究分析.观测结果表明:该首采面垮落带发育高度为13.1 m,垮采比为3.85,导水裂缝带发育高度大于29.2 m,裂采比大于8.59,该结果与相似模拟试验值和数值模拟值基本吻合,相互得到验证.     

基于提高开采上限后的覆岩导水裂隙带演化规律研究

通过分析谢桥井田内的新生界冲积层结构及其含、隔水性能,确定了1202(1)工作面属Ⅱ类水体压煤,其主要影响水源为中部含水层下段。运用相似模拟方法模拟了工作面开采上限提高后的覆岩运移破坏规律及"两带"发育特征,并利用计算公式预测了"两带"高度。研究表明,开采上限提高后,基岩面内的裂隙以离层裂隙和破断裂隙发育为主,导水性较强;松散层内的裂隙受岩层力学条件影响,其发育受到抑制,导水性较弱。裂隙带高度最大预计值为52.78m,最小防水煤岩柱高度符合安全开采要求。开采上限提高至-390m安全可行,解放呆滞煤量3.5万t。     

深部条带开采覆岩和煤柱综合探测及破坏特征

针对深部条带开采覆岩具有富水、岩石电性差异小、数据解释难度高的问题,基于并行电法多方法的综合分析优势,对深部条带开采覆岩破坏特征进行立体探测、定量评价。分析了条带开采覆岩破坏带的电性特征,讨论了适用于深部条带开采孔间并行电法测试的理论准则,对条带开采后形成的"上两带"及"侧三带"进行定量评价。得到结论:覆岩"上两带"及残留煤柱"侧三带"视电阻率剖面形态因采动破坏程度的不同,由规则变为不规则,连续性变差,通过构建孔间岩体电场性质差异图像,其形态突变和数值界面可作为判定覆岩"上两带"及"侧三带"发育范围的依据;综合运用并行电法、钻探实测及数值模拟计算等方法,确定采50 m留50 m(采留比1∶1)条件下,垮落带发育高度为15.2 m,导水裂隙带发育高度为46.65 m;条带煤柱破碎区发育宽度为7 m,塑性区发育宽度为19.5 m,弹性核区宽度为11 m。     

导水裂隙带高度确定方法研究

为满足淮南矿区厚松散层下浅部煤层安全开采合理确定开采上限的需要,本研究通过经验公式法与回归分析得到的公式进行对比,获得符合本矿区地质条件和采煤方法的导水裂隙带发育规律及导水裂隙发育高度的预测公式。并与物理探测法和数值模拟法得到的结果进行比较分析,最终确定最合理的导水裂隙带高度。     

含水层下矸石充填提高开采上限方法与应用

基于矸石充填采煤控制采动裂隙高度发育的原理,采用FLAC3D数值模拟软件研究了矸石充填采煤导水裂隙带发育高度的变化规律,利用统计分析软件SPSS建立了基于采高与充实率的多元线性回归矸石充填采煤导水裂隙带发育高度计算模型,进而提出了含水层下矸石充填提高开采上限的确定方法。结果表明:在采高小于3.5 m,充实率达到85%条件下,开采上限可由-300 m提高至-255 m,多回采煤炭资源182.6万t。经五沟煤矿矸石充填采煤工作面试验,采用钻孔冲洗液漏失量监测法,得到实测导水裂隙带发育高度仅为10 m,与理论计算结果相吻合。     

岱庄煤矿43_下20工作面提高开采上限的数值模拟研究

基于资源枯竭性矿井储量挖潜的重要性,以岱庄煤矿43下20工作面为例,采用FLAC3D软件进行提高开采上限数值模拟分析,研究了工作面覆岩破坏规律,确定了"两带"发育高度。     

基于相似模拟的浅埋深煤层覆岩采动裂隙分析

根据相似模型试验,探讨了运用视电阻率法的物探技术来反演浅埋深覆岩采动裂隙发育演化规律的可行性,分析了采动过程中浅埋深煤层覆岩变形破坏前后电性参数的变化及其与覆岩裂隙发育范围、程度之间的关系。研究发现:视电阻率法可以探测浅埋深煤层覆岩采动裂隙的演化过程,电阻率变化率的等值线图可以体现裂隙发育形态,提出以电阻率变化率作为划分覆岩破坏"三带"的标准。在浅埋深煤层的采动过程中,上覆岩层导水裂缝带的范围持续向上方、前方扩展,但裂隙在水平与垂直方向的发育具有不平衡性,薄基岩层明显阻碍了裂隙向上的发育,水平方向的裂隙发育范围明显大于垂直方向。而一旦裂隙发育突破了基岩层,就会瞬间贯通该基岩层上方的附着岩层或地表。     

近距离煤层群上行开采相似材料模拟试验研究

基于某矿上行开采的要求,为获得下组煤开采后覆岩破坏高度及裂隙带发育高度,进而研究特定地质条件下近距离煤层群上行开采的可行性,采用物理试验的方法对下组煤开采后覆岩的破坏高度及裂隙带发育高度进行了模拟研究,并分析了受采动影响的顶板矿压显现规律、覆岩破坏特征、围岩应力场及位移场的变化规律.结果表明:覆岩破坏高度约为18.4 m,裂隙带发育高度约为49.3m,上组煤处于下组煤裂隙带的中上部.因而,以上覆岩层“三带”判别法为依据,初步判定采取一定安全措施后该矿上行开采方案可行.     

直流电法技术在导高探测中的应用

在煤矿防治水工作中,目前常利用经验公式计算导水裂隙带高度,其结果存在一定的误差且无法直观获得覆岩破坏带(导水裂隙带、垮落带)的发育形态。而利用直流电法技术实时监测受采动影响下的覆岩电场,获取其时空变化特征,可准确掌握覆岩破坏带的动态发育过程,并为影响煤层安全开采的覆岩破坏实际高度提供地球物理场依据。试验在某矿131303工作面顶板施工导高观测钻孔,对地电场数据进行长期监测,通过数据反演,对比不同采动阶段覆岩视电阻率分布特征的变化情况,掌握了此工作面覆岩破坏带动态发育过程,并得出垮落带发育高度为13 m,导水裂隙带发育高度为41 m的结论,对此工作面的防治水工作产生了指导作用。     

谢桥煤矿1201(3)工作面覆岩导水裂缝带高度预测

煤层采出后,采空区周围的岩层将产生位移、变形、破坏,直至形成导水裂缝带。导水裂缝带一旦波及煤层上覆水体,则会导致水体的水流入或溃入井下,直接威胁煤矿生产。本文针对谢桥煤矿覆岩类型和开采技术条件,参照1121(3)工作面覆岩导水裂缝带高度的实测结果,反演得出谢桥煤矿覆岩破坏的岩体力学参数,建立了数值模拟模型;通过对模拟结果的分析,得出了各影响因素对导水裂缝带高度的影响程度,归结出预测1201(3)工作面覆岩导水裂缝带高度的计算式。为谢桥煤矿预测开采上限提供了重要依据,并且对覆岩破坏的理论研究以及工程实践都具有一定的参考价值。     

张家峁煤矿N15203工作面浅埋煤层导水裂隙带发育特征

张家峁煤矿地处我国西北干旱地区,生态环境脆弱,煤层埋藏浅,煤矿开采过程中导水裂隙带导通上覆含水层,造成地下水位下降,加剧生态环境恶化,同时地下水涌入矿井,威胁矿井安全开采。为详细分析张家峁煤矿浅埋煤层导水裂隙带发育情况,以矿区北翼N15203工作面地质条件为背景,利用理论计算、数值模拟方法对导水裂隙带的发育高度进行了研究,并通过现场钻孔电视成像实测结果验证了理论计算与数值模拟结果的可靠性。研究表明:①数值模拟可展现覆岩破坏的动态变化规律,当工作面推进至60 m和110 m时,覆岩破坏速率明显加快,与关键层理论判断结果一致;②由于黄土层塑性变化较大,对导水裂隙带发育具有一定的抑制作用,导水裂隙带发育至基岩顶界附近,高度约108 m,裂采比约19.64;③通过与现场钻孔电视成像结果对比,数值模拟和关键层理论计算结果与实测数据基本保持一致,能够较准确地预测导水裂隙带高度发育情况。分析结果对于陕北浅埋煤层开采覆岩导水裂隙带后续研究具有一定的参考价值。     

基于球颗粒DDA法的巷道围岩破坏特征分析应用初探

非连续变形分析法(DDA)在岩土工程问题分析中应用广泛。基于球颗粒DDA法的计算原理,以小屯煤矿运输巷道为研究对象,模拟了煤矿巷道顶板裂隙发育、贯通直至破坏的全过程,结果表明:球颗粒DDA法再现的巷道顶部裂隙产生-扩展-破坏特征,与实际裂隙带发育情况吻合,球颗粒DDA在巷道围岩稳定性分析方面具有应用价值。本文研究成果对非连续变形分析方法的应用扩展具有重要意义。     

五沟煤矿矸石充填开采提高回采上限可行性研究

五沟煤矿第四含水砂层严重威胁着10煤层的开采,为了保证矿井安全开采,需留设较大的防水砂安全煤岩柱,但由此造成煤炭资源的极大损失。基于提高煤炭采出率,研究了运用综合机械化充填采煤技术提高水体下采煤回采上限的可行性。根据等价采高模型理论,计算了充填开采"两带"的发育高度和防水安全煤岩柱留设高度。研究表明,综采充填技术实现了采空区完全充填,有效地控制了上覆岩层的下沉破坏,减小了导水裂隙带发育高度,提高回采上限30 m以上,开采提高至-260 m水平,对于五沟煤矿及皖北矿区类似条件下采煤具有重要现实意义。     

钻孔并行电法探测煤层开采覆岩破坏在祁南矿713工作面的应用

在工作面特定位置布置覆岩破坏观测钻孔,布置孔内电法观测系统,利用矿井并行电法仪采集电法数据,进行电阻率层析成像。通过采动影响前后覆岩变形与破坏区电阻率值变化情况,划分垮落带和导水裂缝带高度。在祁南矿713工作面施工2处覆岩破坏观测钻孔,获得的电阻率变化较好地反映了覆岩变形与破坏的动态发育情况,得到的垮落带和导水裂缝带高度直观可靠,取得了很好的应用效果。     

土坡稳定性的塑性极限分析

基于塑性极限分析的上限定理,研究了线性Mohr-Coulomb破坏准则下的边坡稳定性问题。通过建立合适的屈服破坏机构,利用数值分析计算,由能量法原理,推导并求解具有一定坡角的土坡的极限承载力和安全系数计算公式。同时编制了Matlab计算程序以供工程人员参考。