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。     

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.     

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。     

远距离下保护层开采煤岩体变形特征

依据淮南矿区某矿的地质采矿条件制作模型,进行物理模拟试验,研究下保护层煤层工作面推进过程中,采动覆岩结构运动规律、采动裂隙动态演化与分布特征及被保护层煤层的应力变化和膨胀变形等规律．研究表明,在下保护层开采过程中,开采离层裂隙可发育到约100m高,采裂高厚比达44;被保护煤层沿走向卸压保护范围达到30m以上、卸压保护角为54°;在采空区四周形成一个离层裂隙发育的“O”形圈,其周边宽度约34m;被保护煤层的卸压瓦斯可通过它被抽采出来．     

远距离下保护层开采煤岩体变形特征

依据淮南矿区某矿的地质采矿条件制作模型,进行物理模拟试验,研究下保护层煤层工作面推进过程中,采动覆岩结构运动规律、采动裂隙动态演化与分布特征及被保护层煤层的应力变化和膨胀变形等规律．研究表明,在下保护层开采过程中,开采离层裂隙可发育到约100m高,采裂高厚比达44;被保护煤层沿走向卸压保护范围达到30m以上、卸压保护角为54°;在采空区四周形成一个离层裂隙发育的“O”形圈,其周边宽度约34m;被保护煤层的卸压瓦斯可通过它被抽采出来．     

综采工作面覆岩裂隙动态演化特征研究

鉴于采动影响下采场覆岩裂隙空间分布特征对矿井突水灾害防控和瓦斯抽采具有重要意义,以潘二矿18111工作面为具体工程背景,采用相似物理模拟、数值模拟以及理论分析,对综采工作面覆岩裂隙的分布演化规律以及导水裂隙发育高度进行研究。研究表明：随工作面的不断推进,工作面两端存在裂隙聚集带,裂隙发育高度高且多以大角度为主|通过数值模拟对裂隙发育角度进行统计分析,结合相似模拟试验结果,得出覆岩裂隙发育角度呈现区域性分布的特点|采用多种方法来研究裂隙发育高度,通过对所得结果进行综合分析,得出导水裂隙的发育高度为54～60.8m。研究结果对类似工程条件下裂隙演化特征的研究具有一定的借鉴意义。     

浅埋超大采高工作面覆岩裂隙演化及能量耗散规律研究

为研究浅埋超大采高工作面覆岩裂隙演化及能量耗散规律,以上湾煤矿为研究背景,基于相似模拟实验,数字图像处理、分形理论和数值模拟,分析了8.8 m超大采高工作面采动覆岩裂隙演化及能量耗散规律.研究表明:伪顶垮落到亚关键层阶段、亚关键层破断到主关键层阶段和主关键层破断到完全垮落阶段,关键层破断前后覆岩裂隙分形维数呈上升-稳定-下降趋势;依次可划分为3个阶段;依据充分采动后裂隙发育形态可将采场覆岩划分为6个区域:垮落裂隙区、离层压实区、离层裂隙区、竖向破断裂隙I区(垮落区后方)、竖向破断裂隙II区(工作面后方)、II区离层裂隙区,其中竖向破断裂隙I、II区是张剪混合型发育,裂隙角度范围0°～90°,离层裂隙区覆岩层裂隙发生张拉型扩展发育,张拉型裂隙,裂隙倾角角度范围300°～360°,垮落区裂隙发育形态复杂,裂隙角度范围值大,贯通性好;建立了覆岩裂隙分形维数与耗散能量的关系;数值模拟得出裂隙发育高度与采高和工作面推进距离拟合公式.研究成果可为神东矿区超大采高开采覆岩裂隙发育规律研究提供参考.     

煤与瓦斯突出矿井工作面顶板高位钻孔优化设计

为提高瓦斯抽采率,基于采场围岩裂隙发育特征及瓦斯流动规律,采用UDEC数值模拟软件模拟祁南煤矿342工作面在推进时的覆岩裂隙发育规律,优化工作面顶板高位钻孔设计方案。研究结果表明:当工作面推进速度5 m/d时,裂隙发育和瓦斯积聚区距煤层顶板12~22 m,在高位钻孔的层位控制范围,高位钻孔倾向控制范围优化为距回风巷9~36 m,钻场间钻孔的压茬距离35 m。祁南煤矿342工作面顶板高位钻孔按优化方案设计施工,单孔最大瓦斯抽采体积分数达84%,高位钻孔瓦斯抽采率达50%以上,工作面回风流的瓦斯体积分数控制在0.6%以下,保证了工作面的安全开采。     

综采工作面覆岩裂隙动态演化特征研究

鉴于采动影响下采场覆岩裂隙空间分布特征对矿井突水灾害防控和瓦斯抽采具有重要意义，以潘二矿18111工作面为具体工程背景，采用相似物理模拟、数值模拟以及理论分析，对综采工作面覆岩裂隙的分布演化规律以及导水裂隙发育高度进行研究。研究表明：随工作面的不断推进，工作面两端存在裂隙聚集带，裂隙发育高度高且多以大角度为主|通过数值模拟对裂隙发育角度进行统计分析，结合相似模拟试验结果，得出覆岩裂隙发育角度呈现区域性分布的特点|采用多种方法来研究裂隙发育高度，通过对所得结果进行综合分析，得出导水裂隙的发育高度为54～60.8m。研究结果对类似工程条件下裂隙演化特征的研究具有一定的借鉴意义。     

采动覆岩裂隙发育及周期性瓦斯涌出规律研究

为获得采场覆岩裂隙发育与瓦斯涌出变化之间关系,基于淮南矿区某矿220112工作面瓦斯地质概况,综合数值模拟、理论分析及工程实践等方法,对采场应力分布、覆岩裂隙发育及瓦斯涌出周期规律进行了研究。结果表明,工作面覆岩裂隙带发育区位于顶板上方17.2～40 m内,布置在该范围的顶板大直径定向钻孔抽采效果较好,验证了理论计算及模拟结果的准确性;瓦斯涌出呈现周期性变化,2～3次顶板周期来压后工作面出现一次较大的瓦斯涌出现象,是正常回采期间瓦斯涌出量的1.5倍左右;根据工作面瓦斯涌出周期性规律,补充实施顶板走向抽采钻孔后,工作面回采期间瓦斯涌出总体平稳。     

覆岩含水层采动破坏机理流固耦合分析及保护措施研究

为了研究煤层开采对覆岩含水层的破坏机理,采用岩石破裂过程流固耦合分析系统UDECFlow,根据老三沟井田6煤工作面地质条件,对覆岩含水层(砂砾岩、细砾岩和粗砂岩含水层)的破坏过程进行数值模拟。模拟结果显示,随着工作面的推进,裂隙不断向上发育,直接顶、基本顶的相继破断和垮落导致了导水裂隙的形成;同时随着工作面的推进,先前生成的一些裂隙出现了闭合,而工作面附近又产生新的裂隙。以6煤为例,对上覆含水层的保水开采难度进行分级,并提出了相应的保水开采技术,如加快工作面推进速度、注浆加固、降低采高、充填开采及部分开采等,将指导6煤开采时覆岩含水层保护,对同类开采地质条件下的矿井有较好的指导借鉴意义。     

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。     

浅埋大采高综采工作面矿压显现规律研究

 本文针对霍州矿区三交河煤矿2号煤层合并区域生产地质条件,进行了504大采高综采工作面矿压观测,深入分析了浅埋大采高采场来压规律、支架工作阻力及煤壁片帮特征,结果表明,工作面周期来压步距平均为14m左右,平均动载系数为1.13;工作面回采期间小范围片帮,端头处较为严重;ZY7600/26/55双柱掩护式支架能够满足生产需求。实测结果对相同条件下煤层开采采场围岩控制及来压步距预测具有重大的实践意义。     

木瓜煤矿极近距离下位煤层沿空留巷技术研究

木瓜煤矿现阶段开采的10号煤层上部为9号煤层采空区,为提高10号煤层的采出率,解决矿井采掘接替紧张的问题,设计在10煤层的首采工作面应用巷旁充填沿空留巷技术,通过采用数值模拟的方法,结合10-100工作面具体的地质条件,研究确定了留巷巷旁充填体的参数,并确定留巷期间加强支护和顶板管理方案,现场应用期间通过围岩位移监测得知,留巷效果良好。     

高瓦斯低透气性突出煤层瓦斯治理技术实践

针对土城煤矿1338工作面瓦斯难抽采、涌出量大、采空区及上隅角瓦斯浓度高的问题,在3号煤层采用本煤层预抽、高位抽采、采空区埋管抽采、工作面边采边抽等相结合的综合瓦斯抽采方法。通过采用本煤层瓦斯预抽,抽采量较常规的抽采方式提高了0.52~1.35倍,高位钻孔抽采瓦斯后邻近煤层的瓦斯相对涌出量由14.73~20.32 m³/t降为8.46~ 9.83 m³/t,采空区埋管抽采确保采空区的瓦斯浓度降到5%以下,符合《煤矿安全规程》对瓦斯浓度的相关规定,工作面边抽边采保证了工作面回采期间回风巷瓦斯浓度在1%以下。     

大采高长壁综采技术在厚煤层开采中的应用

嵩阳东升(登封)煤业有限公司15104工作面煤层平均厚5.5 m,采用大采高综采技术进行开采。通过现场实测,分析了工作面矿压显现规律,并对大采高工作面煤壁片帮与设备倾倒、下滑问题进行了探讨,在此基础上介绍了开采方法与液压支架的选型。研究表明,支架工作阻力选择合理,呈正态分布状态,能够有效控制工作面的围岩稳定。     

云冈煤矿8615-1工作面采动裂隙演化规律研究

根据云冈煤矿8615^-1大采高工作面煤层赋存情况和开采技术条件,构建FLAC^3D数值模型,通过设置边界条件,研究了厚煤层大采高工作面随着开采距离不断增加采场上覆岩层的应力场、位移场和围岩破坏规律。研究结果能够指导厚煤层大采高工作面开展采场围岩控制。     

平煤十二矿岩层下保护层开采技术及工程实践

针对深部高突矿井存在高地应力、高瓦斯、低透气性、高地温、高岩溶水压以及高强扰动等致灾因素,以致瓦斯突出事故频繁发生的问题。在不具备常规保护层（煤层厚度≥0.8 m）开采的工程背景下,及实现上部被保护煤层增透卸压的难题,提出岩层下保护层工作面开采技术的解决思路。基于十二矿三采区主采煤层工程地条件,分析了岩层下保护层工作面采高与合理宽度的确定方法。结合矿井现有开采设备水平与技术经济因素,确定岩层下保护层开采厚度1.8 m,工作面宽度158 m;基于31040岩层下保护层工作面煤岩层揭露情况,优选出了岩层工作面破岩的关键开采设备,并设计了工作面三花眼辅助预裂爆破配合采煤机截割的破岩方式;根据己_16-17煤层瓦斯地质条件,设计了岩层下保护层瓦斯卸压效果监测方法。     

厚煤层综采面覆岩破坏及控制应用研究

为了解决由于煤层的赋存及采面的快速推进使得采面覆岩的破坏程度增大、造成采面围岩的变形破坏进一步加大、工作面支架的支护难度增大等问题,通过理论分析结合现场实测等方法,对工作面支架及来压步距进行分析,得出厚煤层大采高采面覆岩破坏规律,并提出厚煤层综采覆岩控制支护方案,有效地解决厚煤层综采面的矿压显现及覆岩破坏问题。     

高瓦斯矿底板岩巷快速掘进岩层层位选择

寺河矿西井区3号煤层由于瓦斯含量高、涌出量大,为加快岩巷进尺速度,通过底板岩巷岩层性质分析,开展高瓦斯矿井大采高工作面底板岩巷层位选择技术研究,结果表明:将原底板岩巷沿5号煤掘进变更为沿K₆灰岩掘进。原底板岩巷沿5号煤掘进平均进尺为2 m/d,巷道月进尺为60 m,底板岩巷K₆灰岩掘进平均进尺为5 m/d以上,巷道月进尺为150 m左右。按照底板岩巷对掘贯通,提前6.4个月完成底板岩巷的掘进,打破寺河矿采掘衔接紧张局面。变更层位之后按照提前6.4个月底板岩巷掘进到位,省去人工费用合计640万元。由于5号煤顶板为K₆灰岩,属坚硬岩石,变更后底板岩巷打钻将不穿过K₆灰岩岩层,加快了打钻速度,降低施工强度。通过对岩巷层位选择技术研究,对寺河矿岩巷掘进以及岩巷层位选择提供了依据。