松散层及推覆体下综放开采覆岩破坏研究

重点介绍在坚硬推覆体片麻岩下厚～特厚煤层综放开采条件 ,采用多方法对覆岩破坏进行预测 ,经探测验证 ,掌握综放开采覆岩破坏规律 ,为工作面防治水提供技术依据     

综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析

当前所依据的《三下采煤规程》中没有预计综放开采工作面覆岩破坏高度的经验公式,为了合理留设特厚煤层综放开采工作面露头区安全保护煤岩柱,有必要建立适用于综放开采工作面覆岩导水裂缝带和垮落带高度计算的经验公式。依据项目的实测"两带"成果,并且收集了40余个"两带"孔的综放开采工作面不同硬度类型覆岩的"两带"高度数据,采用数理统计回归分析的方法,得出了适用于综放开采工作面中硬、软弱覆岩条件下的"两带"高度计算的经验公式,并进行了实用性分析。研究成果对含水层下特厚煤层综放开采工作面浅部安全开采和保护煤岩柱的合理留设有指导意义和实用价值。     

厚黄土下综放高强度开采地表沉陷与覆岩破坏实测

为研究厚黄土下厚煤层综放开采地表沉陷和覆岩破坏规律,通过在工作面地表建立岩移观测站和地面钻孔水文勘探,进行了地表沉陷变形实测和覆岩破坏高度钻探测定。总结研究地表岩移观测站实测资料和覆岩破坏探测钻孔水文观测资料,得出厚黄土综放高强度条件下地表沉陷剧烈,曲线较陡,在下沉盆地边缘沉陷变形曲线收敛较慢,最大下沉速度偏大,采动影响范围偏远;覆岩破坏探测结果显示综放覆岩破坏异常发育,导水裂缝带高度与综放采厚近似成正比,裂高采厚比例系数平均为19.75。研究成果为黄土区综放地表开采损害防治和水体下采煤及顶板水害防治提供技术支撑。     

强富水含水层下综放开采水砂灾害防控关键技术

弱胶结煤层覆岩抗采动变形能力差,高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,在近距离强富水含水层下综放开采具有极大的危险性,常发生突水溃砂事故。为了实现强富水含水层下综放开采水砂灾害的安全防控,研究了基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测与监测、煤层采放高度设计与实时调整的突水溃砂灾害防控关键技术。提出基于网络并行电法和井下加密钻探的精细化探查组合方法以查明工作面开采的水文地质条件;采用经验公式预计、数值模拟计算、钻孔注水法实测以及电-震一体化监测等手段获取动、静态综放开采的覆岩破坏高度特征;通过控制煤层采放高度、优化工作面两巷在煤层中的位置、电-震一体化监测覆岩破坏高度反算煤层采放高度等方法达到及时调控煤层采放高度的目的。以应用工作面为例,采用并行电法、钻探验证,覆岩破坏高度实测以及煤层采放高度的精准控制等方法,基于地质条件探查与分析,动态控制了煤层覆岩的采动破坏范围,实现了工作面在近距离强富水含水层下的综放安全开采。研究表明,物探、钻探探测可有效获取水文地质信息以及综放开采覆岩破坏的关键参数,将采动裂隙场与水文地质条件相结合,控制煤层采放高度,对不同含水层采取疏或保的不同对策...     

康平煤田综放开采覆岩破坏规律初探

文中通过康平煤田三个独立综放开采工作面覆岩破坏的观测,获取了导水裂缝带最大高度和离层带的高度范围,研究成果对即将进行的库下工作面安全开采具有重要的指导意义。     

软弱覆岩分层综放开采工作面“两带”发育高度研究

水体下采煤突水溃砂事故是制约煤矿安全高效生产的主要因素之一,尤其对软岩矿区特厚煤 层高强度开采的威胁更为严重。 垮落带和导水裂隙带(合称“两带”)高度是水害预测预报的基本参 数,采用钻孔冲洗液漏失量观测、彩色钻孔电视观测及钻孔取芯的综合手段,通过地面钻孔对软弱覆岩 特厚煤层分层综放开采覆岩破坏“两带”发育高度进行现场观测,并利用离散元数值分析方法研究了 覆岩破坏裂隙场的变化特征。 研究结果表明,软弱覆岩特厚煤层分层综放开采时,上分层综放开采岩 层移动角约为75°,垮采比为5.60~5.62,裂采比为11.67~12.20;下分层综放开采垮采比为4.59~4.71,裂 采比为8.04~8.58;下分层采厚为上分层采厚的78.28% ~84.71%时,垮落带高度增大49.41% ~50.85%, 而垮采比减小16.19% ~18.33%,导水裂缝带高度增大21.72% ~25.38%,而裂采比减小29.67% ~ 34.10%。 本研究可对松散含水层下分层综放开采工作面水害预测预报及安全煤岩柱留设提供参考。     

急倾斜特厚煤层水平分层综放开采覆岩破坏特征

为确定急倾斜特厚煤层水平分层综放开采覆岩破坏高度,以梅河煤矿为试验对象,基于钻孔冲洗液漏失量观测法实测的覆岩破坏高度,与UDEC软件得出的多分层开采后的覆岩裂隙演化特征和发育高度模拟结果,回归得出了水平分层综放开采导水断裂带高度预计公式。结果表明:急倾斜特厚煤层水平分层综放开采覆岩破坏高度随着分层数的增加,最大高度受到明显抑制,裂高与累计采厚比明显减小;覆岩破坏最终发育形态呈明显的拱形,且偏于顶板一侧;覆岩垮落角将随着开采分层的增加而增大。基于以上分析,得出了梅河矿区急倾斜厚煤层水平分层综放开采覆岩破坏高度的预计方法。     

崔木煤矿特厚煤层综放开采覆岩破断结构分析

为了探究崔木煤矿综放开采出水压架的机理,以该矿两个综放工作面为研究对象,通过综放工作面覆岩关键层理论分析以及来压出水耦合关系,得出了覆岩中存在"两个亚关键层,一个主关键层"、工作面来压大小周期特征、洛河组底部离层蓄水空间发育以及来压、水位变化和出水的时间耦合关系等结论,得到特厚煤层综放开采的覆岩破断结构,并根据来压大小周期分别构建了覆岩破断的力学分析模型,力学解析得出了对应状态下综放支架工作阻力的理论计算公式。通过工作面矿压显现特征及覆岩破坏发育特征的实测分析,验证了覆岩结构分析的正确性,为工作面压架防治提供理论基础和依据。     

水体下特厚煤层分层综放开采技术研究

 摘要：特厚煤层分层综放开采覆岩破坏具有他的特殊性,需要进行系统深入的研究。在分析华亭矿区陈家沟煤矿开采、地形等条件的基础上,选择井下仰深孔高压输水、内置式输气、双端封堵、均压测漏设备,进行陈家沟煤矿分层综放开采工作面3201、3202覆岩导水裂隙带高度观测,观测的最大裂采比为11.39;结合数值模拟分析和地表裂缝观测成果,分析给出适合陈家沟煤矿特厚煤层分层综放开采条件下的河下开采安全煤岩柱厚度计算公式。研究成果为华亭矿区水体下安全开采提供了可靠的依据。     

近距离厚煤层组工作面覆岩破坏规律实测研究

为深入研究近距离厚煤层组综放开采覆岩破坏规律,并为合理留设露头区安全煤(岩)柱提供数据依据,指导浅部工作面防治溃水、溃砂等水害事故,以大屯矿区7,8煤近距离厚煤层组工作面为例,在前期上层煤(7煤)覆岩破坏规律观测研究的基础上,近期采用井下“两带”观测仪观测了下层煤(8煤)的“两带”高度发育特征,从而在我国率先全面实测了近距离厚煤层组工作面覆岩破坏规律。结果表明：上层煤的底板破坏范围与下层煤垮落带发育范围有重合区域时,下层煤垮落带高度增大;下层煤综放开采按综合采厚计算的裂采比与以往单一煤层的裂采比较为接近,但按下层煤采厚计算的裂采比高于综放开采单一煤层的裂采比52%。“三下采煤规程”中的“两带”高度预计公式在近距离厚煤层组综放开采条件下应当进一步完善。     

松散含水层下提高开采上限的研究与实践

为了解放松散含水层下煤炭资源,缩小防水煤柱,提高开采上限,兖州矿区分别在薄煤层炮采、厚煤层分层综采、整层综放开采、网下综放开采等不同开采方式中进行了提高开采上限的试采,观测研究了第四系下组水位、覆岩破裂高度及其发育规律.结果表明:第四系下组水位逐步降低,富水性逐渐减弱;煤层开采后其覆岩可形成具有一定隔水能力的再生顶板;通过深部开采与浅部开采、厚煤层整层综放开采与重复多层开采比较分析,得到覆岩导水裂缝带高度后者比前者低;厚煤层整层综放开采与网下综放开采其防隔水煤岩柱的保护层厚度可为采高的1.5倍,并给出了厚煤层分层开采、整层综放开采和网下综放开采条件下导水裂缝带发育高度的统计公式.     

特厚煤层富水覆岩采动裂隙动态分布特征模拟研究

以矿区煤田地质勘探水文地质资料为基础,结合具体工程地质条件分析了彬长矿区地层结构及其含水性;利用物理模拟方法研究了复合型水体下综放工作面采动过程中覆岩冒落带与裂隙带裂隙、导水通道形成、分布特征。结果表明,覆岩周期破坏形成离层和垂向破断裂隙,随工作面的推进岩层运移裂隙挤压闭合,在沿走向方向上形成局部闭合区、裂隙发育区,在开切眼及工作面附近易形成贯通导水裂隙成为透水通道,特厚煤层综放开采导水裂隙带发展高度约为采高的17～18倍,为工作面顶板控制及水害防治提供依据。     

采动覆岩高位离层演化特征及涌(突)水前兆信息研究

采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙)演化特征及离层水害机理。以永陇矿区招贤煤矿为研究对象,黄陇侏罗系煤田永陇矿区煤层覆岩具有弱胶结、泥质含量高和单层厚度大等特点,侏罗系覆岩之上为巨厚高水压白垩系含水层,厚及特厚煤层开采时易在侏罗-白垩系交界上下形成高位离层积水;当导水裂隙与高位离层积水沟通时,形成离层水害。离层水害具有瞬时性、大流量并伴随强烈矿山压力显现等特点。研究结果表明:当工作面达到充分开采时,采空区两帮离层裂隙较为发育,中部处于压实区,最大横向高位离层位于梯形破坏区顶部;工作面上覆亚关键层的周期性破断造成工作面周期性来压、高位离层空间周期性扩张、闭合,导致宜君组水位周期性异常下降;工作面经长时间停采,恢复开采后,重复扰动覆岩诱发覆岩岩体结构失稳,导水裂缝带沟通离层空间,造成离层涌(突)水;水位突降、水位下降速率突增、微震大能量事件可作为1304工作面突水前兆信息;关键层的破断会引起微震能量事件,伴随关键层的快速回转、下沉扩大离层空间,造成宜君组水位异常下降;工作面多次复采造成覆岩自稳能力逐渐劣化严重,加快离层涌(突)水通道形成,离层涌(突)水通道逐步增大;随着出水次数增加,水位提前下降时间减少,微震能量事件能量降低,涌水量增大;采动过程中离层涌(突)水的前兆信息-白垩系含水层的水位变化以及矿井微震监测数据验证了模拟结果是可信的。     

西北矿区分层综放开采裂缝带高度探测研究

陈家沟煤矿22 m特厚煤层分2层综放开采,其覆岩破坏裂缝带高度具有典型的研究价值。文中在可借鉴经验较少的情况下,成功采用井下仰孔注水测漏法,测得覆岩导水裂缝带高度149 m,是开采厚度的13.4倍。探测钻孔深度较深、施工和测漏技术难度较大,为今后分层综放开采时探测裂缝带高度提供了可靠的数据依据和实践经验。     

华亭大柳煤矿综放工作面顶板离层水层位分析

以华亭大柳煤矿4煤综放开采涌(突)水为例,通过覆岩关键层位置研究导水裂隙带发育高度。结合离层水形成条件,分析区域离层水形成层位,并通过水质化验验证,确定了工作面涌(突)水水源,为华亭矿区乃至鄂尔多斯盆地较薄厚煤层开采防治水设计及措施制定提供了重要参考价值。     

侏罗系特厚煤层综放开采顶板导水裂隙带发育特征研究

以金鸡滩煤矿117综放开采工作面为研究对象,通过光纤监测、采后钻孔冲洗液漏失量观测与拟合计算相结合的方法,研究陕北侏罗系特厚煤层综放开采所诱发顶板覆岩导水裂隙带动态发育规律特征,构建导水裂隙带最大高度预测模型。现场监测显示117工作面综放开采导水裂隙带最大高度220.82～223.75m,平均裂采比20.21,预测模型计算结果与其平均相对误差2.96%。研究结果能够进一步为陕北地区煤矿特厚煤层安全开采防治顶板水害提供科学借鉴。     

松散砂砾含水层下特厚煤层分层综放开采可行性研究

突水溃砂灾害对工作面的安全回采影响恶劣,矿井生产过程中应采取安全有效的防治措施。水体下采煤合理留设安全煤岩柱,需要考虑覆岩裂隙发育特征、岩石物理力学性质等,含水砂层水文特征、渗溃性及黏土的阻隔水特性等的研究同样关键。以多伦煤矿为例,通过岩石物理力学性质测试、砂土渗溃性试验及水文补勘,得出松散层底部砂砾含水层富水性弱,砂土的渗溃直径大于6.5mm,渗溃性较差;松散层底部黏土样的塑性指数基本都大于17,液性指数都小于0,为坚硬半固结状态,具有良好的隔水性和比较差的流动性; 7号煤层顶板岩石力学强度低,泥类岩占50%以上,属于软弱类型。采用地面钻孔冲洗液漏失量和水位观测方法对覆岩破坏垮落带和导水裂缝带高度进行观测,其中软弱地层特厚煤层单层综放开采最大垮采比为5.62,分层综放开采最大垮采比为4.71,为防隔水安全煤(岩)柱的留设提供了依据。根据研究成果,底砾区、底黏区分别具备留设防砂和防塌安全煤(岩)柱开采的条件,并对井田北部工作面进行开采优化设计,部分基岩较薄区域实现了分层综放安全回采,提高了生产效率。经多个工作面试采后,工作面涌水量较小且未发生突水溃砂事故,表明该水文地质条件下煤层开采所选取的方法及措施合理,对松散含水层下特厚煤层开采突水溃砂的防治具有指导意义。     

漳河水库下厚煤层综放开采技术研究

为保障五阳煤矿7802工作面漳河水库下厚煤层综采放顶煤安全开采,研究综放开采导水裂缝带高度发育规律,探讨了综放采场覆岩结构破坏及采动渗透性间关系,计算了水库下综放开采安全所需防水煤柱高度,制定相应的防治水技术措施。结果表明:中至坚硬覆岩综放开采导水裂缝带发育高度基本与煤层一次采高成正比,比例系数为20.22;煤层顶板基岩厚度大于水库下安全开采所需煤柱高度;监测知井下工作面涌水与地表水体没有水力联系,实现水库下压煤安全开采。     

基于微震事件特性的大倾角煤层覆岩破坏规律研究

大倾角特厚煤层综放面覆岩破坏规律对工作面矿压显现特征具有重要影响,是工作面支架选型与顶板管理的主要参考指标之一。以宁武矿区汾源煤业为背景,采用KJ1160微震监测系统研究了大倾角综放面微震事件、能量分布特征,通过建立物理相似模拟模型研究了工作面顶板裂隙发育、覆岩运动规律,根据常用的"三带"计算公式对大倾角特厚煤层综放面覆岩破坏高度进行了校核。研究结果表明:大倾角特厚煤层工作面顶板覆岩垮落带、裂缝带在煤层倾向上形成"上高下低"的形态,在走向上呈现滞后性;覆岩垮落带高度约为60m,裂缝带高度约为160m;煤层倾角大于30°,工作面长度不宜超过120m。     

榆树坡煤矿1201工作面覆岩离层水体治理技术研究

榆树坡煤矿1201工作面为该矿的首采工作面,工作面回采初期顶板发生数次周期性透水事故,严重影响工作面的生产安全。为解决顶板水害的威胁,通过数值模拟及理论计算,对工作面上覆岩层导水裂隙带发育高度、离层空间发育的位置、充水水源等进行系统的分析并判别致灾离层,结果表明:1201工作面顶板倾向导水裂隙带高度为52 m,周期性突水水源为直罗组底部粗粒砂岩含水层(第四层),致灾离层为第三与第四岩层之间的积水离层,据此设计采用离层充水水源疏放及致灾离层充水探放技术防治顶板水害,应用后回采期间工作面涌水量稳定在110～140 m~3/h,实现了工作面的安全开采。