浅埋煤层穿越河道采煤的实践与研究

为防止煤层回采过程中地表水通过导水裂缝带流入井内,威胁矿井安全,基于神府矿区柠条塔煤矿N1201工作面新民沟区域富水区水文地质条件,运用经验公式计算出该工作面回采后,工作面上方地表河流段会形成塌陷区,塌陷后的导水裂缝带高约60 m,使工作面与地表相贯通,通过SF6气体试验得以证实。为此采用在井下设置排水仓、地表安设排水管道、河道裂缝处开挖充填等综合技术防止地表水向井下下渗,结果表明,回采过程中工作面涌水量仅较原来增加了4.7m3/h,实现了穿越河道浅埋煤层安全开采。     

大采高浅埋煤层开采地表移动变形特征研究

 大采高浅埋煤层开采地表地表移动变形具有一定的特殊性,在对韩家湾煤矿2304工作面开采地表移动观测的基础上,确定了韩家湾煤矿开采岩层移动参数,分析了影响采空区地表裂缝形成的主要因素,给出了厚松散层浅埋煤层开采地表移动变形破坏规律。为今后矿井“三下”开采以及保护煤柱的安全合理留设提供相关参数与科学依据。     

布尔洞矿浅埋煤层开采方案模型实验研究

为了确定布尔洞煤矿浅埋煤层开采的初次来压步距和周期来压步距,确定合理的开采方案,进行了四架次的相似材料模型实验。实验结果表明,初次来压步距达48 m,矿压显现剧烈,顶板垮落时动载效应明显,工作面支架有被压垮危险。工作面在推进过程中留设条带散体煤柱可降低初次来压和周期来压强度。分别模拟了采21 m留12 m煤柱、采12 m留4 m煤柱、采20m留8 m煤柱等3种留设条带散体煤柱的开采方案,在综合考虑回采率与工作面安全的情况下,采20 m留8 m煤柱为方案较好。     

浅埋近距离双厚煤层开采覆岩裂隙发育规律

针对中国神东矿区浅埋近距离双厚煤层开采的工程实际,建立三维物理相似模型、PFC2D数值模型和理论模型,对双厚煤层开采后的覆岩裂隙发育规律进行研究。综合研究表明:上煤层开采后,裂隙带发育高度约为55.5～60.3 m,而下煤层推进约60 m,层间关键层初次断裂,引起上、下采空区连通,并在主关键层断裂以后形成的裂隙直达地表,高度约为146.5～153 m;采动空隙场呈"双拱"形态,并结合关键层理论,将覆岩划分为不规则空隙带和周期性空隙带,以及拱间优势空隙带和拱下微空隙带;提出了近距离双煤层开采综合采厚的计算方法,结合修正的综放开采裂隙带发育高度预计公式,可进行近距离双厚煤层裂隙带发育高度计算。研究成果揭示了浅埋双厚煤层开采后地表-上采区-下采区的漏风机制,并根据采动空隙场分布特点提出了堵风治燃的工程对策,可为类似矿井的防灭火提供借鉴。     

Analysis of surface subsidence due to longwall mining under weak geological conditions: Turgut basin of Yatağan-Muğla (Turkey) case study

Abstract

Accurate prediction of surface subsidence due to the extraction of underground coal seams becomes a significant challenge in engineering. For a projected longwall coal mining operation, conditions of weak cover rock and thick coal seams (6–12 m) in Turgut basin in Yatagan-Turkey are described and discussed based on the field data, using surface deformation prediction system software. This paper aims at predicting the subsidence values only numerically by evaluating the influence of subsidence on irrigation pipeline structure to be built on the ground for the cases with pillars left in the coal seam.     

频谱分析技术在煤体结构探测中的应用

为了掌握井下煤层采掘工作面的煤体结构特征,有效预防采动后产生的煤层瓦斯动力灾害,采用了现场声波探测方法对工作面煤体进行了探测,对采集的波形数据进行了频谱分析和波速分析。数据表明,煤体声波的频谱主频值分布特征、波速分布特征和煤体的结构特征有很好的对应关系:如果煤体结构完整,且强度较高,则主频值分布基本不变化,且主频值在100 Hz以上;如果煤体结构破碎,且强度较低,则主频值分布变化大,且主频值在100 Hz以下。研究结果表明,利用声波探测中的频谱分析技术,能够有效判别煤体的结构特征,为煤层瓦斯动力灾害的预测预防提供了新的技术手段。     

浅埋煤层群采场周期来压顶板结构及支架载荷

现场勘查发现,神府矿区浅埋煤层群间隔岩层厚度大多在15～45 m时,间隔岩层易存在单一关键层结构。文章通过现场实测得出了浅埋煤层群开采周期来压的基本特征:来压步距减小、强度增大、煤壁片帮严重,动载现象、台阶下沉现象和大、小周期来压现象明显。物理相似模拟实验揭示了间隔岩层关键层与上煤层已扰动关键层同步与非同步破断的大、小周期来压机理,发现了间隔岩层关键层与已扰动关键层共同形成的"梁-拱-壳"结构形态,给出了上煤层已扰动关键层结构形态的判别方法,得出了浅埋煤层群开采顶板周期破断可形成"台阶-台阶"、"砌体-台阶"、"砌体-砌体"的基本结构。综合建立了浅埋煤层群开采间隔岩层周期破断结构与力学模型,给出了支架受动静载荷作用的工作阻力计算方法,并得到了现场验证。     

煤层开采地表移动过程的FLAC3D模拟研究

为减少现场布置大量测点来观测煤层开采地表移动全过程,采用FLAC3D软件模拟分析了煤层地下开采引起的地表移动过程,认为采用沿煤层走向方向每开挖2 m长度计算50步的方式可实现煤层的走向长壁开采,并对某一煤层进行了模拟开采,在模型的上表面经过开采中心点沿走向和倾向剖面线上共布置了36个下沉量和位移速度测点;得出主断面最大下沉量为94 mm,各监测点下沉量及位移速度与计算步数之间的关系曲线符合改进的地表移动Knothe时间函数曲线。     

基于多面体的煤层三维可视化研究

煤层地质体几何形态复杂,其三维可视化对煤炭开采有着重要的现实意义.针对煤层层状特点,提出在地理系新系统(GIS)中使用面向对象的多面体数据结构实现煤层的三维可视化.该方法在生成煤层底板和顶板不规则三角网(TIN)的基础上,通过对其进行拉伸闭合,实现三维空间实体模型的构建.模型支持6种集合运算,可进行三维空间分析.最后,采用此方法实现了我国某煤矿主采煤层的三维可视化及工程开挖,验证了其可行性.     

朝阳煤矿深部冲击倾向性试验研究

冲击地压灾害防治是深部开采面临的重要难题之一。朝阳煤矿采深在600 m水平以上,后期开采将达到1 200 m。开采初期出现了微弱冲击动力现象,为评价深部煤层的冲击危险性,对不同地点煤层的力学性质与动态破坏特性进行了试验研究,获得了深部煤层冲击倾向性评判结果,同时对深部煤岩体浸水后对冲击倾向的影响进行了研究,为防治冲击地压提供了试验依据。     

煤矿附近村庄地表瓦斯泄露来源及原因分析

某村庄地面出现瓦斯泄露现象，由于该村庄附近有生产煤矿，地表泄露的瓦斯有来自于开采煤层的可能性，为确认瓦斯来源，分析瓦斯泄漏原因以便采取有效措施，进行了地面泄漏气体与井下采空区瓦斯气体相关性取样实验及煤矿开采对地下水影响的分析，结果表明：地面泄漏瓦斯来源不是附近煤矿井下煤层瓦斯，但由于煤矿常年开采及该矿修建南风井时大量浅层水被疏排，导致了该区域水位下降，致使浅层瓦斯气体泄漏到地面。可为类似条件地表瓦斯泄漏原因分析提供参考。     

Using a Fluid–Solid Coupled Numerical Simulation to Determine a Suitable Size for Barrier Pillars When Mining Shallow Coal Seams Beneath an Unconsolidated,Confined Aquifer

Barrier pillars are an effective and fundamental measure to prevent water inrush when mining shallow coal seams under an unconsolidated, confined aquifer. Based on the complex geological and hydrogeological conditions in the southern area of the Qidong coal mine, the no. 6₁ coal seam there was selected for a research demonstration. A fluid–solid coupled numerical simulation was carried out using the universal distinct element code. The hydraulic pressures and seepage rates in overlying strata were analyzed for two mining cases, near the aquifer and near the fault. The results showed that the degree of interconnection between the bed-separated and vertical fractures, and increases in hydraulic pressures and seepage rates in overlying strata were key factors in predicting potential water inrush when mining shallow coal seams under an unconsolidated, confined aquifer. Combining the numerical simulation results with China’s coal mining requirements, the no. 6₁ coal seam can be mined up to 90 m beneath the unconsolidated, confined aquifer, which limits mining to an altitude of ?509.36 m. The width of the barrier pillar should be 30.7 m near the fault.     

浅埋煤层非充分采动地表移动规律实测研究

浅埋煤层非充分采动与充分采动所引起的地表移动规律有所不同,文章以柠条塔煤矿S1210工作面为例,对浅埋煤层非充分采动地表的移动规律进行了实测研究,结果表明:和充分采动地表沉降相比,非充分采动引起的地表沉降在经历启动阶段、活跃阶段和衰退阶段之前先经历稳定阶段和突变阶段。基于概率密度函数法,编制MATLAB非线性拟合程序,应用实测数据对预计公式进行拟合,拟合结果与实际情况吻合良好。根据拟合的预计公式,反求取了S1210地表移动的主要参数,参数符合实际。     

薄基岩浅埋旺采工作面覆岩运移特征研究

 为了掌握薄基岩浅埋旺格维利法回采工作面覆岩运移特征,以神东公司榆家梁煤矿42216旺采工作面为研究对象,通过理论计算和现场监测等技术手段,得到适合神东矿区自身特点的线性支架压力监测、顶板下沉和片帮观测和地表移动监测方案,提出薄基岩浅埋旺采工作面的极限悬顶面积的计算方法,结果表明,旺采工作面在开始回采时,顶板压力显现不明显,随着悬顶面积的增大,顶板压力极不稳定,压力时大时小,当直接顶经强制放顶或自然垮落后,顶板压力逐渐趋于稳定,随着短壁工作面向前推进,顶板压力呈现周期性特点;旺采工作面地表塌陷具有突然性、台阶状的特点。     

厚煤层巷道矿压显现规律研究

针对厚煤层开采时矿压对巷道的影响的问题,从理论和实践上阐述位于厚煤层内的区段集中巷、采区上（下）山及大巷整个服务期间采动影响过程中的矿压显现规律和围岩变形,以及厚煤层巷道的维护技术。利用FLAC^3D数值模拟软件,分别分析了采动条件下厚煤层区段集中平巷顶板压力规律以及采动条件下厚煤层区段集中平巷顶板位移规律。提出要掌握巷道的围岩性质及其对巷道维护的影响,合理确定护巷煤柱宽度,在邻近煤层开采中,采用上部煤层在厚煤层上方跨采,或者厚煤层巷道开掘之前上部煤层预先开采等卸压措施。从而避免了厚煤层开采过程中矿压对巷道的影响,保证了煤矿的安全高效回采。     

浅埋煤层开采地表沉陷规律分析

为了更好地服务矿井生产,掌握西部地区浅埋煤层开采后地表变形特点,以隆德矿2-2煤层开采为工程背景,采用现场实测法对2-2煤201采面回采后的地表变形参数进行监测,并具体确定了岩移参数,给出了2-2煤层开采后地表变形特点。研究成果可为矿井护巷煤柱留设以及“三下”煤层开采等工作提供一定指导。     

跳采充填采煤法在村庄下采煤的应用

为了解放村庄下煤炭资源,综合条带法、充填法、跳采法的技术优点,提出采用超高水材料作为充填物,并将工作面划分成若干条带进行跳采充填。以邯郸矿区某矿为例,研究了地表移动变形规律。观测结果表明:采用该方法在平均埋深340m,采高为4m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1174mm,减沉率约为61.5%,最大倾斜变形为10.6mm/m,最大曲率变形为-0.28mm/m2,采出率为89.2%,且下沉盆地范围明显减小;如果调整跳采顺序,使得地表最大变形区域人为可控,有效地保护了地表重要的建(构)筑物。该方法用于控制地表沉陷效果明显,为"三下"采煤工作提供了一种行之有效的新方法。     

杨村煤矿薄基岩区提高综放面开采上限试验研究

通过采用钻孔注（放）水法探测了杨村煤矿综放面采后覆岩采动破坏高度;通过基岩柱厚度探测,探明305工作面浅部顶板基岩柱厚度;采用无线电波坑道透视,查明了工作面内的隐伏小断层及其延展情况。在此基础上,设计了305综放面安全防砂煤柱为30m,并制定了相应试采方案。通过试验取得了3煤综放面提高开采上限试采的成功。     

极近距煤层矿压显现强度的间距影响规律研究

为分析浅埋近距煤层下工作面在通过上层采空区和遗留煤柱时矿压显现机理,合理确定支架支护阻力,对浅埋深、近距条件下煤层开采矿压显现强度变化规律与工作面支架阻力确定问题进行了探讨。结果表明:随着层间距的增大,支架阻力逐渐减小;当层间距小于15 m时,层间距变化对该工作面矿压显现变化影响较大;当层间距大于15 m时,层间距变化对该工作面的矿压显现变化影响较小。在采空区、煤柱与实体煤层下矿压显现呈现不同规律:采空区下来压步距9.8 m,最大工作阻力10 920 k N,动载系数1.3;煤柱下来压步距10.8 m,最大工作阻力11 065 k N,动载系数1.35;实体煤下来压步距12.2 m,最大工作阻力10 742 k N,动载系数1.39。     

特厚煤层综放开采地表沉陷预计模型算法改进

近浅埋深特厚煤层综放开采因其一次性采出煤层厚度大,其地表移动变形特殊性较明显,该地质采矿条件下按概率积分法进行地表沉陷预计结果与实际情况有一定程度的偏差。对试验区近浅埋深特厚煤层综放开采条件下的地表移动变形特殊性进行了分析,考虑到厚硬岩层对地表沉陷的控制作用,并基于层状弹性梁板岩层沉陷控制理论和随机介质理论,建立适合近浅埋深特厚煤层综放开采沉陷预计模型。实践应用表明:该沉陷预计模型算法与实测结果吻合程度较好,适合于特厚煤层综放开采地表沉陷预计应用;较好地解决了概率积分法边界收敛迅速、盆地两侧不对称等问题,提高了地表沉陷的预计精度。