特厚煤层综放开采定向长钻孔瓦斯抽采技术

为了解决玉华煤矿特厚煤层综放开采条件下采空区瓦斯涌出量大的问题,开展特厚煤层综放工作面覆岩裂隙演化物理相似模拟实验。掌握特厚煤层采动覆岩裂隙分布特征、“三带”高度及底板应力变化规律,以此为基础设计试验工作面采空区瓦斯抽采钻孔的合理层位,最终以卸压瓦斯抽采效果为考察指标,利用定向长钻孔代替常规高位钻孔对抽采钻孔层位布置的合理性进行验证。结果表明,工作面冒落带高度22 m,冒采比2.2,裂隙带高度140 m,裂采比14。参考矿井实际顶板垮落情况,确定顶板定向长钻孔的3个合理终孔层位分别为7 m、15 m、40 m。通过瓦斯抽采效果对比得到定向长钻孔的瓦斯抽采浓度和有效抽采距离均比普通钻孔提高了1倍以上,抽采效果良好。     

极近距煤层群重复采动覆岩破坏规律相似模拟试验研究

针对近距离煤层群下行开采时重复采动引起的覆岩冲击性破断问题以及再生破碎顶板条件下工作面安全开采问题，以潘二矿11221,11223工作面为研究背景，通过物理相似模拟试验，对极近距煤层群重复采动覆岩破坏及裂隙发育规律进行了研究。结果表明，1煤工作面覆岩垮落带平均高度22 m,裂隙最大发育高度85 m,“两带”发育高度相当于采高的24.2倍；受3煤、1煤工作面联合采动影响，裂隙带相对向上发育增加15 m,覆岩采动充分垮落角基本对称，顶板破坏范围增大；随着工作面推进，煤层群顶板均经历垮落、裂隙发育、采空区冒矸被压实的演变过程，14 m厚的粗砂岩层作为关键层抑制裂隙向上发育，在回采结束后其下方产生较大离层；3煤顶板覆岩垮落形态近似呈非对称“Π”型，相对于3煤，1煤采完后，工作面呈现出“两大一小”的特征；“两带”高度发育大，垮落带和裂隙带的高度分别增加了46%、21%,顶板下沉量大，顶板垮落步距小，初次垮落步距和周期垮落步距明显减小，来压较为缓和。研究结果可为煤层群开采的围岩控制提供参考。     

多煤层重复采动覆岩破坏高度发育规律研究

为了研究多煤层重复采动下覆岩破坏高度的发育规律,以公乌素煤矿三煤层开采为工程背景,通过现场实测、数值模拟研究方法,得到了单层开采和三层重复开采时16煤1604工作面覆岩导水裂缝带高度,采用3DEC数值模拟研究了单煤层开采及重复采动覆岩的破坏特征,理论分析了重复采动覆岩裂隙发育机理及裂缝带高度的计算方法。结果表明：钻孔冲洗液观测与钻孔窥视结合实测法更准确,公乌素16煤重复采动条件下,裂采比15.14,垮采比3.15|模拟显示采空区两侧裂隙发育明显且为离散裂隙,中部裂隙闭合,裂隙高度与实测较为接近|提出了3种不同程度的重复采动裂缝带发育高度的计算方法,为确定重复采动条件下覆岩裂隙发育高度提供理论依据。     

基于微震监测的近距离煤层重复采动覆岩裂隙发育特征研究

针对下石节煤矿近距离煤层重复采动的工程实际,采用微震监测、数字钻孔窥视、理论计算的方法,对重复采动作用下的覆岩裂隙发育规律进行研究。研究结果表明：随222工作面的推进,夹层经历失稳、破断、垮落的过程,其破裂位置为距切眼14.3 m与53.2 m,且主要以拉伸破裂为主。由微震监测可得,222工作面上覆岩层大于1 000 J的大能量微震事件分布于60.8 m垮落带范围内,100～1 000 J微震事件分布于128.3～158.9 m的裂隙带范围内。研究结果揭示了重复采动条件下覆岩裂隙演化特征,根据其演化机理提出采空区卸压瓦斯治理工程对策,可为类似矿井的瓦斯防治工作提供借鉴。     

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。     

高瓦斯综放开采覆岩导气裂隙带高度演化规律研究

为探究高瓦斯厚煤层综放开采覆岩裂隙带高度演化规 律,以主焦煤矿2303综放工作面为研究背景,通过正交试验 研究了采厚、硬岩比例系数、煤层倾角、采深等因素对综放面 导气裂隙带发育高度的影响特征,总结了各因素与导气裂隙 带高度之间的关联性。通过 UDEC 软件模拟了综放面“两 带”覆岩运移特征,模拟结果为:工作面充分采动时垮落带高 度为21.7m,裂隙带高度为45.0m,台阶下沉现象明显。采 用钻孔窥视仪对2303工作面“两带”进行探测,对比采动前 后的覆岩裂隙情况可得:垮落带高度为20.7m,裂隙带高度 为44.3m,与数值模拟结果一致。     

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。     

近距离特厚煤层一次采全高覆岩破坏特征相似模拟

根据潘谢矿区地质条件及采取一次采全高开采方式,采用物理相似模拟实验方法,对近距离特厚煤层开采时覆岩破坏及位移特征进行了分析,得出了随着覆岩的采动垮落、裂隙高度的增加和范围的增大,形成了阶梯跳跃式趋于稳定,并且确定了近距离特厚煤层一次采全高垮落带及其裂隙带的发育高度.随工作面的推进,层间岩层形成明显的移动变形盆地,同一岩层中下沉移动量最大的点位基本处于下部采空区中心上方.由于采高较大,应力集中沿工作面推进方向不断延伸扩展,应力集中系数较分层开采要小,但前方影响范围要大。     

8.8m超大采高综采工作面覆岩活动规律研究

为了掌握浅埋深8.8m以上特厚煤层一次采全高开采覆岩活动规律,以上湾煤矿8.8m超大采高综采工作面为研究对象。利用理论计算,相似模拟以及数值模拟等方法,通过顶板位移深基点观测、微震监测、矿压监测等多种手段,将远场覆岩活动与近场矿压显现相结合,对8.8m超大采高综采工作面采场覆岩运移规律和顶板结构形式进行研究。推演得出浅埋深8.8m超大采出空间下覆岩垮落的结构模型,揭示了工作面远场顶板断裂与垮落时空演化规律,分析了8.8m超大采高综采工作面矿压机理及支架与围岩的力学关系,为类似条件下特厚煤层综采工作面支架选型及安全高效开采提供理论及技术指导。     

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。     

综放开采覆岩破坏规律与裂隙动态演化特征

以大佛寺煤矿为试验矿井,采用钻孔电视系统和钻孔简易水文观测法,对深埋特厚煤层综放开采覆岩导水裂隙带发育规律进行探测,并对采动覆岩裂隙动态演化特征进行数字化分析、相似模拟研究。研究结果表明:大佛寺煤矿深埋特厚煤层综放开采顶板导水裂隙带发育高度为170.80~192.12 m;钻孔顶板砂岩区域受拉伸作用,形成了纵横交错的裂隙,裂隙尺寸、角度较大;采动覆岩裂隙以高角度、低宽度、小长度的特点为主,裂隙数量与埋深呈二次方关系;采动覆岩裂隙聚集区主要在近煤壁区域,裂隙密度曲线呈现"蛇"形。     

综放工作面导水裂隙带高度分布式光纤监测技术

为了确定荫营煤矿150313综放工作面导水裂隙带发育高度,本文采用数值模拟和现场实测方法对覆岩变形特征进行研究。数值模拟结果表明,150313工作面垮落带高度为26 m,垮采比为3.59;裂隙带发育高度为85.8 m,裂采比11.87。工作面导水裂隙带高度井下观测试验共布置3个分布式光纤监测钻孔,采用BOTDR技术对工作面回采过程中覆岩变形特征进行测试。监测结果表明：分布式光纤监测技术可准确监测覆岩变形与移动特征,测试覆岩“两带”的高度。传感光缆光损耗较大的点或者断点所处的层位对应于工作面垮落带高度,起裂临界应变位置对应于工作面裂隙带高度。根据现场测试结果可知,150313综放工作面覆岩垮落带高度为28.51 m,垮采比为3.94;导水裂隙带的高度为75.44 m,裂采比10.43。研究成果可为类似条件矿井顶板水害防治和水资源保护提供参考。     

"两软一硬"不稳定煤层工作面覆岩"两带"发育高度研究

为探索禹州煤田西南部云盖山煤矿二矿软煤、软底和硬顶(简称“两软一硬”)及开采煤层厚度变化较大的不稳定煤层顶板垮落带和导水断裂带发育高度,采用现场钻孔成像技术、经验公式类比分析和数值模拟综合研究方法,对该矿23301采煤工作面顶板覆岩垮落带、导水断裂带高度进行了分析,获得了工作面在非充分采动垮落和充分采动垮落条件下“两带”高度量化取值,垮落带最大高度为14.4 m,导水断裂带最大高度为50.0 m,认为现场钻孔成像技术可用于采动覆岩“两带”发育高度的计算。研究结果对研究区预采掘顶板水害防治及顶板支护具有较重要的参考价值。     

综采工作面复合顶板采动裂隙发育规律数值模拟

基于古书院矿15#煤层152303工作面复合顶板采动裂隙的基础条件,采用RFPA模拟软件,模拟受采动影响工作面覆岩的变化规律,对工作面开采的垮落步距、卸压角等进行分析,研究覆岩最终垮落形态,结合理论计算确定"三带"高度。在对综采工作面煤层瓦斯赋存规律和瓦斯涌出来源分析的基础上,提出了高位钻孔抽采瓦斯的方法,最终确定综采工作面瓦斯治理技术措施及钻孔布置参数。     

高瓦斯煤层覆岩空间破裂微震探测及应用

为了解决主焦煤矿2308工作面开采过程中瓦斯隐患,利用理论计算方法对采动过程中冒落带及裂隙带高度等进行计算,并结合微震监测技术手段对采面回采过程中覆岩微震事件进行监测记录,以此分析采动裂隙带的空间位置,进而得到上覆岩层瓦斯富集区的空间位置,研究发现微震监测手段得到的采动裂隙带高度与理论计算的结果相近,即采动裂隙带高度在38m左右,工作面回采期间周期来压步距在14m左右。据此对高位瓦斯抽采钻孔进行优化设计,并对其抽采效果进行检验,发现优化后的高位钻孔瓦斯抽采量提升了162%,瓦斯抽采体积分数提升了210%,表明利用微震监测技术探测瓦斯富集区是可靠的。     

直流电法技术在导高探测中的应用

在煤矿防治水工作中,目前常利用经验公式计算导水裂隙带高度,其结果存在一定的误差且无法直观获得覆岩破坏带(导水裂隙带、垮落带)的发育形态。而利用直流电法技术实时监测受采动影响下的覆岩电场,获取其时空变化特征,可准确掌握覆岩破坏带的动态发育过程,并为影响煤层安全开采的覆岩破坏实际高度提供地球物理场依据。试验在某矿131303工作面顶板施工导高观测钻孔,对地电场数据进行长期监测,通过数据反演,对比不同采动阶段覆岩视电阻率分布特征的变化情况,掌握了此工作面覆岩破坏带动态发育过程,并得出垮落带发育高度为13 m,导水裂隙带发育高度为41 m的结论,对此工作面的防治水工作产生了指导作用。     

深部煤层非充分采动下覆岩裂隙场可视化探测研究

覆岩采动裂隙分布规律与导水裂隙带高度的探测是煤矿安全开采研究的热点问题之一,对矿井水害防治与瓦斯治理具有重要作用,为获得深埋煤层在非充分采动下覆岩裂隙场分布特征及导水裂隙带的发育高度,以济宁煤田某矿为试验矿井,采用传统经验公式、钻孔冲洗液漏失量观测及钻孔电视观测3种方法,进行了理论计算、定量探测和定性分析。探测结果表明:缓倾斜煤层平均倾角6°、埋深538～595 m、条带式非充分采动下,导水裂隙带高度66.0 m,为采高的23.6倍;垮落带高度8.45 m,为采高3.02倍;覆岩采动裂隙主要为NEE向斜裂缝形式,发育在垮落带与裂隙带下部,主要发育范围为采空区底板以上约33.55 m,约为采高的12倍,占导水裂隙带高度的50.8%;采动覆岩裂隙在裂隙带表现出明显的分层性,裂隙带上部裂隙发育强度与宽度有限,虽具有水文意义,但对采空区地表残余变形影响较小;裂隙带下部裂隙发育强烈,存在多处离层,对地下水渗流和采空区地表残余变形均存在一定程度影响;对比分析表明,3种方法在精度上存在较大差异,钻孔彩色电视观测效果最优,可精确探测岩体内部裂隙分布及其产状;钻孔冲洗液漏失量观测效果次之,可以获得较为精确的数据;传统经验公式精度最差,仅能确定大致范围。     

黄陵一号煤矿中厚煤层110工法瓦斯治理技术研究

切顶留巷无煤柱开采下煤与瓦斯共采是我国无煤柱开采技术的重要发展方向,为解决陕西黄陵一号煤矿中厚煤层110工法开采工艺条件下卸压瓦斯治理难题,采用理论分析与数值模拟相结合的研究方法,分析了切顶留巷开采导致覆岩结构变化及裂隙分布特征。结果表明,根据110工法开采过程顶板结构状态变化特征,将切顶留巷围岩结构运动划分为4个阶段。工作面充分采动后,垮落带的高度基本不再变化,稳定在7 m左右,裂隙带发育高度为55 m左右,应力集中系数约为2.73,采空区中部垮落带内裂隙基本处于压实闭合状态,裂隙区宽度约为40 m,切眼处岩层破断角为67°,工作面停采处岩层破断角约为62°。根据1009工作面切顶留巷无煤柱开采技术下裂隙分布特征,施工定向高位试验钻孔,现场抽采效果良好,有效治理了1009回风巷瓦斯浓度超限问题,实现了1009工作面安全回采。     

基于微震监测的综放工作面覆岩“两带”高度确定

为了实现微震监测确定综放工作面覆岩垮落带、裂缝带高度的目的,为综放工作面的“两带”研究提供依据,通过微震监测,分析了“两带”微震事件分布特征,确定了“两带”高度,经地面钻孔探测,验证了微震监测覆岩“两带”高度的可行性。研究表明:现场微震监测了垮落带岩层“裂隙产生—裂隙扩展—岩层断裂—岩层垮落”的过程,以微震事件分布密集且分层集中为主要特征;裂缝带岩层“裂隙产生—裂隙扩展—岩层断裂”的过程,以微震事件分布不集中,自下而上逐渐减少甚至消失为特征;同一属性岩层微震事件具有明显的分层特征,低位分层微震事件集中、高位分层微震事件明显减少的特征,综合利用微震事件分布及分层集中特征作为判断“两带”的重要依据,分析得到垮落带的高度为109m,裂缝带岩层高度246~380m。微震监测“两带”高度较实测结果有些偏差,但基本可以满足现场需要。     

基于微震监测的大采高综采面覆岩破断特征研究

为了合理确定大采高综采工作面覆岩"两带"高度,采用微震监测技术探测顶板覆岩破断特征,从走向和倾向两个方面来分析微震事件分布规律,从而确定了大采高综采面"两带"的高度:垮落带高度约20m,裂缝带高度约45m。研究认为基于微震监测的大采高综采面覆岩"两带"探测方法可行,很好地解决了覆岩破坏实测难题。