水压致裂强度测试法在断层防水煤柱合理留设中的应用

论文研究了水压致裂原位强度测试方法在煤层强度测试中应用的适用性,并在太原东山煤矿断层防水煤柱强度测试试验中取得了成功,参数获取方法较实验室更为合理,该参数使得防水煤柱宽度大为缩小,显著地增加了煤矿的可采储量。     

急倾斜煤层开采防水煤柱支承压力分布特征研究

为了研究急倾斜煤层开采防水煤柱的稳定性,基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的水文工程地质条件,采用离散元数值计算,分析了急倾斜煤层开采防水煤柱尺寸及充填开采对防水煤柱支承压力的影响.结果表明:急倾斜煤层开采随着防水煤柱尺寸的减小,支承压力分布由“马鞍型”向“单峰值”分布转变;切向应力集中在防水煤柱底板界面形成滑移错动裂隙,是水体渗流发生透水的优势涌水途径;急倾斜煤层充填开采能有效降低防水煤柱的支承压力集中程度,进而减小防水煤柱的抽冒范围,有利于水体下急倾斜煤层的安全回采.     

急倾斜煤层开采防水煤柱稳定性影响因素研究

为实现水体下急倾斜煤层的安全回采,基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的水文工程地质条件,采用离散元UDEC2D数值计算,分析了急倾斜煤层开采防水煤柱稳定性的影响因素。结果表明:随着急倾斜煤层采高的增大和煤体强度的降低,防水煤柱的垮落范围呈增大趋势;覆岩中关键层的存在以及直接顶岩梁的破断旋转均导致防水煤柱的垮落范围增大;当充填体弹性模量达到0.5GPa时,防水煤柱的垮落破坏范围可以降低54.3%,根据数值计算结果确定了急倾斜煤层采空区矸石自溜充填并注浆胶结充填体的顶板控制技术,同时采取了防水煤柱加固措施,有效确保了急倾斜煤层回采期间防水煤柱的稳定。     

采动和强承压水作用下大倾角断层防水煤柱宽度研究

针对煤层位于断层上盘的大倾角正断层防水煤柱的合理宽度留设,采用数力学理论分析和现场实测的综合研究方法,同时考虑沿煤层方向和沿煤层底板方向的复合作用,在沿煤层方向分别建立了煤柱采动影响区、弹性核区和断层裂隙带煤柱宽度的数学模型,在沿煤层底板方向深入分析了煤层底板抵抗水压破坏的力学机理,揭示了断层防水煤柱合理宽度影响因素的作用机制。研究表明,断层防水煤柱宽度的计算必须考虑采动矿压和断层裂隙带的双重影响;当断层下盘为特厚含水层时,防水煤(岩)柱合理宽度的计算还要考虑煤层底板能否抵抗承压水的破坏;最后形成了特大落差正断层防水煤(岩)柱合理宽度的计算方法。工程实践表明,所留设的煤柱宽度合理,经济效益显著。     

煤层倾角对断层防水煤柱稳定性影响分析

煤层倾角是影响断层防水煤柱留设的重要因素,为了分析煤层倾角对断层防水煤柱及周围岩体的应力分布、塑性破坏及变形特征的影响,用理论推导和数值分析两种手段对其进行研究。研究表明,随煤层倾角的增大,煤柱及周围岩体的塑性破坏区增大,易造成断层带破坏区绕过煤柱与顶底板破坏带连通,同时因破坏区加大,在煤柱两侧边缘的应力集中现象减弱,为不同煤层倾角下断层防水煤柱的留设提供了依据。     

多煤层开采防水煤柱高度的确定

一马煤矿北翼充填采区防水煤柱是针对极富含水性的第四系含水层留设的,为了确定一马煤矿单煤层和多煤层开采复杂开采条件下的防水煤柱高度,首先计算似膏体充填的等效采高,然后依据《三下采煤规程》和《矿井水文地质规程》依次确定了单一煤层开采和多煤层开采的防水煤柱高度。     

煤层群开采留设断层防水煤柱的方法

煤层群开采断层防水煤柱的留设，至今还没有一个完整的规定和系统的方法，因此，留设煤柱时缺乏参考依据。本文就唐山矿的实践并参考有关规定，详细介绍了煤层群开采留设断层防水煤柱的方法。     

赵庄二号井3~#煤层断层防水煤柱留设分析

运用FLAC~(3D)软件对赵庄二号井的DF5断层的防水煤柱进行了数值模拟研究。通过留设不同宽度的保护煤柱,分析煤系煤层周围及断层附近塑性区及最小主应力变化情况,得出了断层煤柱的合理留设宽度,3~#煤层临近断层开采时,留设60 m的防水煤柱是可靠的。     

急倾斜煤层防水煤柱合理尺寸的理论分析

根据深部急倾斜煤层工作面开采方式、积水位置的不同组合,将防水煤柱留设分成三种常见模式,并分析了每一种模式煤柱留设的主要依据;运用块体极限平衡理论建立急倾斜煤层失稳力学模型,推导出煤柱区段稳定尺寸的计算公式;针对不同矿区的具体条件,提出急倾斜防水煤柱留设合理尺寸的优化体系.将优化设计的理论运用于唐山某矿,得出防水煤柱留设合理高度为59.3m,而该矿在防水煤柱高度60m的条件下实现安全试采,说明优化设计理论具有工程实践指导作用.     

缓倾斜煤层防水煤柱留设宽度设计

根据王坡煤矿工作面赋存情况,将工作面突水类型划分为煤层方向突水和底板方向突水两类,应用弹塑性极限平衡理论结合莫尔-库伦屈服准则得到倾斜条件下工作面上侧、下侧防水煤柱的计算公式,经计算并分析比较,防水煤柱留设宽度为17.4 m,考虑采动过程中底板压力变化造成底板破坏深度的增加,实际留设防水煤柱宽度20 m。该研究为倾斜煤层巷道防水煤柱的合理留设提供了依据,为倾斜煤层的安全高效开采提供有益借鉴。     

松软煤层抗张强度及防隔水煤柱宽度的研究

在矿井生产过程中,为防止发生突水事故,常在井下设置防隔水煤柱。通过留设矿井防隔水煤柱,对矿井延长服务年限和煤矿水害防治具有十分重要的意义,而研究合理的防隔水煤柱宽度,能够更加安全、合理、高效地开采煤炭资源。通过点荷载试验测定了祁南煤矿34下6工作面采取的松软结构煤体的点荷载强度指数。考虑到尺寸效应,对不规则试件的结果进行修正后,利用点荷载强度间接获取松软煤层抗张强度。在矿井特定位置留设防水煤柱时,煤层的厚度和水头压力是固定的,煤柱的留设宽度仅为煤层的抗张强度的函数。因此,根据经验公式可计算出防隔水煤柱的合理留设宽度。     

塔山煤矿上覆煤层遗留煤柱水力致裂卸压技术应用实践

针对塔山煤矿上覆煤层遗留煤柱动力显现问题,本文通过理论分析、数值模拟等方法,设计了适用于上覆煤层遗留煤柱的水力致裂卸压方案.研究结果表明:上覆煤层遗留煤柱造成的应力集中区范围为40m,水力致裂后工作面周期来压强度明显减弱,围岩变形量明显减小,卸压效果显著.     

矿井水库煤柱坝体力学性能分析

为研究矿井采空区地下水库煤柱坝体在井下作业环境中的力学性能变化以及变形情况,以李家壕煤矿为研究背景,采用实验室相似模拟和FLAC3D数值模拟的方法,首先,将取自李家壕煤矿3-1煤层的煤样按照ISRM加工成标准试样,试样按照一定时间周期浸水处理,对其进行力学性能分析实验;随后,采用数值模拟技术模拟煤柱坝体的实际作业环境,分析煤柱坝体力学性能和变形情况。研究得出:水对煤样有软化作用,随着浸水时间的增加煤样单向抗压强度、单向抗拉强度均有所下降,但并未出现规律性递减趋势;在软化作用和上覆岩层的压力的共同作用下,煤柱浸水面容易发生水平变形,变形随着时间的增长逐渐增大,靠近底板处的变形量最大,从而现场煤柱更容易遭到破坏。     

条带式开采回收部分防水煤柱主要参数确定

合理回收防水煤柱内的煤炭资源,对于增加整个矿井的煤炭资源采出率和提高经济效益具有重要意义。介绍了平煤股份十三矿在己15,17-11011工作面采用条带式开采,实现对防水煤柱内的部分煤炭资源进行回收的技术,对条带式开采煤房和煤柱宽度参数的确定进行了研究。     

残留煤柱破坏特征及其对下部煤层开采影响

应用Wilson煤柱设计理论公式和三向应力状态下的极限平衡条件,以王封煤矿为实例,分析了刀柱采煤法开采后留设煤柱的弹塑性变形区,计算了煤柱承受的极限载荷,得出该矿8号煤层刀柱采煤法留设的煤柱实际承受的荷载小于其所能承受的极限荷载,煤柱处于稳定状态,上覆岩层在煤柱上产生应力集中现象,对下部煤层开采造成较大的困难。     

“旺格维利”采煤法在晋城矿区王台矿井的应用

介绍了王台矿井"三下"压煤和不规则块段及边角煤柱开采现状,并对"旺格维利"机械化采煤的应用前景和可行性进行了详细地分析,对晋城矿区类似条件下的"三下"压煤和不规则块段及边角煤柱开采回收提供了参考,具有较高的应用价值。     

煤层抗张强度原位测试研究

系统地介绍了煤层抗张强度的原位测试原理及数据处理方法,并对测试成果进行了详细分析,提出了煤层抗张强度的取值方法,为煤矿防隔水煤柱合理留设提供了科学依据。     

急斜煤层覆岩关键层对防水煤柱尺寸的影响

为了对水体下急斜煤层的安全回采提供依据,基于龙湖煤矿南二采区急斜煤层的水文工程地质和煤岩层赋存条件,采用离散元UDEC2D数值计算,分析了覆岩关键层对急斜煤层开采导水裂隙分布和防水煤柱稳定性的影响,结果表明:当上覆岩层无关键层时,急斜煤层开采导水裂隙呈“耳型”分布,而当上覆岩层存在关键层时,导水裂隙以平行于岩层层面的离层裂隙为主,且随着煤层采厚的增加呈抛物线型增大趋势,硕板初次破断后导水裂隙向关键层及其上方岩层发育;急斜煤层覆岩关键层的存在,将明显增大防水煤柱的抽冒范围,水体更易沿防水煤柱塑性破坏区渗流进入工作面采空区.据此,现场设计了分带仰斜充填开采方法,并采取了加固防水煤柱的措施,有效确保了水体下急斜煤层的安全回采.     

硫磺沟煤矿老空区防水密闭墙安全性分析

硫磺沟煤矿矿井涌水量中95%为老空区涌水量,防水密闭墙有效隔离了老空区与井筒的水力联系。为研究硫磺沟煤矿老空区防水密闭墙的安全性,从防水密闭墙墙体厚度、抗渗性和岩体抗剪强度等方面进行了分析、验证。结果表明:硫磺沟煤矿老空区防水密闭墙钢筋混凝土墙体厚度、前后加固段及有效岩柱体均满足要求,防水密闭墙安全可靠;煤层及围岩体遇水易软化,力学性质降低,不利于墙体长期稳定;使用的过程中需加强老空区水位、管道锈蚀及煤层绕流等方面的监测预警。     

张集煤矿厚煤层下提高上限开采的研究与实践

张集煤矿通过对北一采区6煤层新生界松散层水文地质特征的分析研究,得出了第三系中部含水层下段为弱含水层,且底部粘土层为隔水层的结论。在此基础上对17116第一个厚煤层回采面成功地进行了留设37 m防水煤柱下的提高上限开采,取得了宝贵的开采经验和良好的矿井经济效益。