极近距离煤层联合开采同采工作面合理错距研究

近水平、缓倾斜近距离煤层组常采用下行式,对下煤层的巷道维护和回采有利。为保障某矿上下煤层工作面安全协调生产,需确定下层煤工作面回采的滞后距离,通过矿山压力理论分析,结合FLAC3D数值模拟和现场矿压观测确定上下煤层工作面合理错距在32~60 m。按照此错距回采,下层煤工作面在上煤层工作面超前支承压力的影响范围之外,不仅能够保证下煤层顶板的完整性,上层煤工作面又可以避开下层煤顶板采动影响。     

近距离煤层群下行开采过切眼岩层变形机理研究

张家峁煤矿进入煤层群联合开采阶段，上、下工作面层间距较小。受2个工作面采动共同影响，覆岩应力及位移变化规律区别于单一煤层开采。通过理论建模、数值模拟及现场实测等方法，分析了上煤层采动影响底板应力分布及位移变形规律，论证了上工作面过下工作面切眼时液压支架支护阻力未异常增大，上工作面推进经过下工作面切眼整个过程中，间隔岩层发生弹性形变，下工作面顶板离层出现短暂的愈合期。     

邻近煤层同采巷道布置及安全错距优化研究

针对苏村煤矿6煤、10煤分层同采错距不合理,上下两工作面开采受动压的相互影响,造成工作面冒顶、片帮、支架折损等问题,通过采用理论分析、数值模拟以及工程应用相结合的方法对邻近煤层同采工作面巷道布设位置及错距进行了优化研究。研究结果表明：考虑不同开采方式下10煤层巷道围岩应力变化特征,确定上下煤层巷道采用对齐式布置;考虑下煤层开采时覆岩移动,下煤层区段煤柱应大于16.7 m;上下煤层同采时工作面合理错距在45 m左右。研究结果应用工程实践表明,同采期间工作面支架受力平稳,实现了邻近煤层安全高效同采,对类似条件下的煤层群开采具有重要的指导意义。     

不同开采条件对房采区下开采影响模拟

22202工作面为大柳塔矿22煤二盘区已回采的大采高综采工作面,22202工作面开采区域正上方为12煤房采采空区,12煤与22煤层间距25.8m~30.37m;在回顺14联行靠近2-2煤火烧边界顶帮煤层局部松散变软。根据22202工作面上方采空区煤柱的特点,运用FLAC3D建模分析不同煤柱情况下工作面开挖过程中煤壁超前应力分布特征、工作面开挖过程中上方采空区煤柱失稳特征和工作面顶板压力及下沉量,得出工作面超前应力分布规律及煤层顶板下沉量变化规律。     

登茂通矿极近距离煤层下行开采可行性研究

为研究登茂通矿极近距离煤层下行开采的可行性，文章以2204工作面为背景，采用现场实测、理论分析和数值模拟相结合的方法研究了2号煤和3号煤下行开采的可行性。钻孔实测表明：2204工作面与下部3号煤层的层间距平均值为2.20 m,其结果大于理论计算下行开采工作面顶板不被拉断的最小层间距1.87 m,以及数值模拟下行开采可行层间距1.5 m,因此综合判定登茂通矿极近距离煤层下行开采具有可行性。     

跨采开切眼过程的应力分布规律研究

以龟兹煤矿A6-103工作面开切眼外错上行开采为背景,采用数值模拟和现场实测方法对综放工作面跨采下部开切眼过程中顶底板和煤层的应力分布规律进行研究。结果表明:A6-103工作面跨采下部开切眼过程中170～240 m,工作面距离开切眼10 m时,煤层和顶底板的垂直应力达到最大,实体煤侧煤体超前影响范围为50 m左右,采空区侧煤体超前影响范围为20m左右;顶板超前影响范围为40 m左右,底板超前影响范围为25 m左右;顶板8 m处采空区侧应力峰值,较实体煤侧下降了56%;底板2 m深处采空区侧应力峰值较实体煤侧下降了26.6%;190～230 m过开切眼阶段支架增阻速率主要分布在0.5～1.4 MPa/min,数值明显大于其他区域。研究表明:数值模拟研究的应力演化规律基本和现场实测的应力演化规律基本相符。     

煤柱下开切巷应力分布分析及治理研究

为了消除宽沟煤矿B4煤层回采后遗留煤柱对下部煤层的影响,通过理论计算及数值模拟分析相结合的研究方法,对上煤层W1145工作面回采后所遗留的煤柱应力在底板传递的规律和下部煤层W1123工作面回采过程工作面应力分布状况进行研究,研究结果表明：B4煤层回采后煤柱应力变形集中区为13.12m|在煤柱铅直应力作用下,下部煤层距离煤柱60m处时,煤岩体内应力明显升高,距离剩20m左右位置时达到峰值|进入采空区后,煤岩体应力快速的降低,在远离煤柱35m后恢复至开采前的应力水平,影响走向范围可达140m。研究采用超前预裂爆破、两回采巷道侧向切顶方式综合处理顶板,以实现消除煤柱应力影响。     

范各庄矿近距离煤层开采工作面巷道布置研究

为了保证范各庄矿7、8、9、12煤近距离煤层开采中上下煤及邻近工作面巷道支护稳定及优化采面布置,通过底板滑移线理论计算,得出上下层工作面巷道合理内错距离为2～3倍巷宽,12煤3125S面与上覆面间距较大,经受采动破坏较小,8煤2285S面和9煤3191S面受采动影响较大。UDEC模拟显示,7煤首采后形成显著的煤柱应力区,底层煤中峰值应力可达原岩应力的3～4倍,下层工作面巷道应内错避开布置,8煤至12煤开采可对上覆煤柱区大幅卸压,应力峰值为2～2.5倍原岩应力。临近工作面巷道采用6～12m煤柱,上下工作面巷道内错9.8～11.0m,实现了巷道和采面支护稳定,从而为近距离煤层工作面设计优化与衔接规划提供了关键依据。     

浅埋煤层群开采覆岩导水裂隙带发育规律

神南矿区各矿逐步进入煤层群开采,顶板矿压、漏风、突水、地表损害等问题凸显。针对红柳林煤矿4^-2号煤层(上煤层)与5^-2号煤层浅埋煤层群开采条件,通过现场实测和物理模拟,研究了红柳林煤矿浅埋煤层群覆岩导水裂隙带发育规律。现场施工观测SK1和SK2钻孔,钻孔观测的平均冒采比为5.5。物理相似模拟和数值计算得出,4^-2号煤层工作面顶板冒落带高度为14.5～15.8 m,是采高的5.05～5.5倍;覆岩稳定后裂隙带高度91 m,为采高的31.7倍。5^-2号煤层工作面顶板冒落带高度为26.4 m,为采高的4.4倍;裂隙发育高度到达地表,约为采高的31.7倍。研究成果可以为红柳林煤矿煤层群高效绿色开采提供理论依据。     

顶板千米定向钻孔在高瓦斯煤层群瓦斯抽采中的应用

针对低透气高瓦斯近距离煤层群开采邻近煤岩层大量卸压瓦斯涌入工作面的问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析了工作面顶板裂隙与卸压煤层瓦斯富集的关系,模拟了工作面顶板采动裂隙分布与演化规律|提出了顶板千米定向钻孔抽采采空区上部集聚卸压瓦斯的技术方案|并结合现场14301工作面的实际条件,确定了顶板千米定向钻孔布置的技术参数。现场应用表明：在顶板千米钻场抽采瓦斯观测期间内,瓦斯抽采浓度始终保持在25%以上,最高达到80%,瓦斯抽采纯量在2.0～3.0m/min之间,并且有效抽采浓度的持续时间长,取得了良好的瓦斯抽采效果。     

极近距离煤层群开采相邻工作面合理错距研究

极近距离煤层群开采合理的错距确定关系到上下煤层的安全高效开采。针对某生产矿井4号和5号煤层之间极近的层间距,结合该生产矿井实际地质条件,提出在确保下分层工作面在上分层工作面完全垮落且稳定之后进行回采和将下分层工作面布置在上分层工作面开采形成的应力降低区（减压区）内2种设计思路,并建立了相应的理论计算模型。分析了2种理论计算方法的优缺点,结合实际生产条件,最终确定合理的最小错距为110 m。     

浅埋近距离煤层开采房式煤柱群动态失稳致灾机制

针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象，采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿井本煤层房式开采后，只有当房采煤柱的弹性核区比例大于31%时，房采煤柱才能处于长期稳定。下煤层采后的模拟结果表明:上覆房采煤柱的破坏形式及其失稳次序同其与下煤层工作面相对位置密切相关，房采煤柱依次从工作面开切眼位置、工作面位置、采空区中部位置发生破坏及失稳，且工作面开切眼和工作面位置处煤柱多发生顺向采空区的斜切破坏，而采空区中部煤柱则发生垂向压裂破坏。根据石圪台煤矿数值模拟结果显示，上部2-2煤层房采后煤柱支承应力峰值由原岩应力2.8 MPa增大至12 MPa，应力集中系数为4.28;当下部3-1煤层工作面采后，上覆2-2煤层房采煤柱的支承应力峰值增大至30 MPa，应力集中系数达10.71;下煤层工作面开切眼侧与工作面正上方的房采煤柱呈现垂向不均匀承载特征以及受水平拉伸变形影响，是导致边界处房采煤柱易出现对角斜切破坏模式的主因。两侧边界煤柱失稳后，其顶板岩层瞬间发生整体拉剪破断从而引发矿震，顶板多层岩层以“整体运动”的形式急剧快速下沉并撞击底板，将采空区中部上方的房采煤柱压垮压塌，同时巨大的冲击力进而导致上下煤层间的岩层发生全厚切落，造成下煤层工作面发生切顶压架。实验发现从上覆房采煤柱群首个煤柱发生破坏至整体失稳运动并达到稳定，历时仅约为0.45 s，其中，上下煤层之间的岩层发生全厚切落历时仅约为0.05 s。     

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。     

急倾斜煤层开采与开拓巷硐群扰动效应数值模拟分析

针对王家山煤矿急倾斜煤层开采与开拓巷硐群工程越界对地方煤矿安全开采问题,建立了急倾斜煤层开采与开拓巷硐群数值计算模型,分析了覆岩移动变形与应力演化规律。研究结果表明：急倾斜煤层开采,采空区上方煤层先破坏、垮落,顶板沿层理面法向发生弯曲、离层,采空区上部煤体先垮落,呈拱形结构,抑制了上覆煤岩体向采空区的垮落和移动;工作面采高5.2m,顶板发生垮落,底板也会发生滑移,顶板一侧的沉陷大于底板一侧的,在底板一侧出现断崖式现象,但垮落带发育高度小于工作面距井田边界的距离;巷硐群最大位移均发生在泥岩、煤层等软弱岩层以及断层破碎带区域,其扰动效应增加;在软弱岩层时巷道最大影响圈边界增加,影响边界贯通,但最大裂隙带高度为11.5m,裂隙带上脚未发育至井田边界标高。因此,工作面开采与开拓巷硐群对地方煤矿开采没有影响。     

范各庄矿近距离煤层上行开采矿压显现规律与可行性研究

以开滦集团范各庄煤矿近距离煤层的上行开采为背景,综合运用数值模拟、经验类比、概率积分等方法,研究5号煤层和7号煤层上行开采过程中矿压显现和岩层移动规律,分析了近距离煤层间相互影响作用,并对上行开采的可行性进行了评估.研究表明:7号煤层开采过程中,采空区上方出现应力卸压区,顶板下沉量不断增大形成顶板下沉区,5号煤层受7号...     

近距离煤层蹬空开采围岩应力及裂隙演化规律

针对蹬空状态下煤层底板岩层完整性与承载力影响制约工作面安全高效开采的问题.以草垛沟矿8201综采工作面为研究背景,通过对8-2煤层下伏11煤巷柱式采空区顶板岩层结构与受载进行分析,建立基于弹性地基假定的顶板-煤柱系统力学模型,推导并解析了顶板岩梁弯曲下沉挠度函数;将工作面底板视为半无限平面体,建立工作面走向不同区段静载...     

基于数字散斑技术的煤层群开采覆岩运移规律试验研究

为研究缓倾斜近距离煤层群开采时上覆岩层运移及含水层水动力演化规律,防止煤层群下行开采时发生突水事故,采用流固耦合相似模拟试验、应用数字散斑技术、理论分析等研究手段对某煤矿六采区综采工作面煤层群开采后的顶板变形破坏进行研究。结果表明:(1)14~#上组煤层开采过程中,隔离煤柱能够较好地控制顶板的移动变形,15~#下组煤层重复开采时会破坏上组煤层隔离煤柱,导致顶板的变形破坏加剧;(2)煤层群开采后覆岩位移传播方向为竖直方向,同一岩层位移呈现出中间下沉量大、两侧下沉量小的盆地特征;(3)应用数字散斑技术测得14~#上组煤层和15~#下组煤层开采后覆岩位移最大影响高度分别为29.0m和32.8m,与经验公式法计算结果进行对比,观测误差分别是1.8%和5.3%;(4)工作面依次下行开采14~#煤层和15~#煤层时,K_4含水层有发生突水的危险。     

上行开采工作面顺槽支护方案及实践

象山矿南二上山采区采用上行开采,3#煤层与下部5#煤层间距17~26 m,21305工作面位于5#煤层采空区顶板强裂隙带内,煤层及顶底板破碎,开掘巷道具有一定的风险。为了确定21305工作面顺槽的合理位置和支护方案,在明确工作面工程背景后,预判了裂隙带内3#煤层及顶底板完整性及开采可行性;分析确定了顺槽的合理位置,最终确定了顺槽合理支护方案,并对巷道掘进期间的问题及维护进行了介绍。分析认为,下部煤层开采后对上煤层破坏影响程度较小,上部3#煤层可进行正常掘进;设计21305工作面顺槽内错10 m,位于悬伸段内10~14.4 m处,此处3#煤层及顶底板比较完整,巷道稳定性较好,适合布置顺槽;顺槽采用该支护方式后,巷道掘进期间顶板无安全事故,但在后期掘进期间需加强顶板矿压观测,当围岩条件发生变化时,需及时调整支护参数以确保工作面顶板支护的安全可靠。     

急倾斜特厚煤层水平分段开采煤岩应力演化规律数值模拟研究

急倾斜特厚煤层赋存条件非常特殊,为揭示急倾斜特厚煤层开采过程中灾害的致灾机理,基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件对乌东煤矿45~#急倾斜特厚煤层水平分段开采条件下,岩体及煤体的应力演化规律进行数值模拟研究,研究结果表明:煤层顶板附近的岩层应力较大,靠近煤层底板处的岩层应力变化不大;覆岩局部区域内产生了应力集中现象;工作面煤体的应力集中多分布在靠近顶板处的煤体,而靠近底板处的煤体其应力集中程度较顶板小;工作面煤体的轴向应力的分布分为塑性区、弹性区和原岩应力区三个区,工作面煤体沿走向方向上的侧向应力随距离工作面的距离增加而减小。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。