矿井高位钻孔偏斜特征及其对抽采效果影响的研究

为研究高位钻孔偏斜对抽采效果的影响,利用钻孔轨迹测量仪对现场高位钻孔实际施工轨迹进行测定并分析其偏斜特征。根据偏孔位置将钻孔分为上偏轨迹钻孔、有效轨迹钻孔、下偏轨迹钻孔、偏向采空区钻孔4类,并分析了各类钻孔抽采效果及特征。结果表明:高位钻孔偏斜严重,有效钻孔数量较少,偏向采空区钻孔所占比例最高;采动影响所形成的裂隙为造成高位钻孔偏斜的主要因素;4类偏斜钻孔抽采效果具有显著规律性及差异性,为高位钻孔优化设计提供了依据;有效轨迹钻孔抽采量最高,约为上偏轨迹钻孔的1.3倍,为下偏轨迹钻孔的2.9倍,为偏向采空区钻孔的4倍,其中偏向采空区钻孔抽采量最小且为无意义抽采。     

高瓦斯突出煤层底抽巷穿层钻孔动压瓦斯二次抽采技术及应用

为解决高瓦斯突出煤层采动卸压瓦斯涌入采掘作业空间容易造成瓦斯超限和底板岩巷利用率低的问题,使用数值模拟和现场应用方法研究工作面前方煤体瓦斯在动压影响下的高效抽采技术。结果表明：根据现场瓦斯体积分数监测将工作面前方煤体分为高效抽采区、有效抽采区和原始抽采区;高效抽采区在工作面前方20 m以内,平均瓦斯抽采体积分数为30%以上;有效抽采区瓦斯抽采受到动压影响,抽采体积分数随着与工作面距离增大而波动下降;原始抽采区范围为50～60 m以远,钻孔瓦斯体积分数基本稳定在10%以下,受采动影响较小;高瓦斯突出煤层底抽巷穿层钻孔动压瓦斯二次抽采技术在12110采面中抽巷应用效果较好,动压区抽采钻孔数量为非动压区的5%～10%,但月抽采量最高可达到非动压区月抽采量的74.01%。     

厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面覆岩破坏电法监测

掌握导水裂缝带发育高度对于厚松散层薄基岩煤矿工作面安全开采具有重要的意义。在煤层采动影响前,在工作面巷道向煤层工作面顶板施工1个仰孔,布置孔中电极电缆,形成钻孔电法监测系统。在巷道中连接并行电法仪器和钻孔电缆,数据采集方式称为AM法。随采煤工作面位置逐渐接近并进入钻孔控制范围,监测电极电流值和视电阻率值发生变化。结果表明:对潘北煤矿厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面电法监测显示,弯曲下沉带电极电流值和视电阻率值较为稳定,受采动影响程度较小;导水裂缝带内,电极电流值明显下降,视电阻率值明显升高;顶板高度0~40 m采动超前影响范围可达410 m左右;工作面坚硬顶板砂岩地层为控制覆岩破坏的关键层,采空区上方坚硬顶板岩层垮落滞后工作面9~16 m;工作面导水裂缝带高度为37 m,导水裂缝带未发育到基岩面,风化砂质泥岩裂隙在采动应力作用下存在闭合现象。     

唐山市南湖采煤沉陷区蓄水安全分析与评估

唐山南湖采煤沉陷区蓄水的安全问题,涉及到湖泊景观的保持和唐山矿井下的安全生产。基于南湖采煤沉陷区的地质采矿条件,通过计算煤层采后的采动裂缝发育高度,探讨采动裂缝导通地表水的可能性,分析急倾斜煤层露头局部抽冒对地表水的影响,观测近年来地表水与各含水层的水位变化,提取水样检测地表水与地下水的水质相关性,统计分析地表水与井下涌水量变化之间的关系。研究结果表明:唐山市南湖蓄水区域下有厚40~50 m的冲积层隔水层,由粘土、砂质粘土组成,隔水性能好,对积水下渗起到阻碍作用;煤层开采引起采动裂隙不会到达冲积层而坡坏冲积层内隔水层的隔水性,局部抽冒不会造成地表水直接进入井下;地表水与地下水的水位、水质、水量相关性分析,进一步表明地表水与井下涌水不存在直接水力联系。因此,唐山市南湖采煤沉陷区蓄水是安全可行的。     

超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术数值模拟研究

为减少煤炭作业中瓦斯突出灾害的发生率,提出了超大直径钻孔采空区瓦斯抽采技术。选取阳煤二矿21501工作面为研究对象,利用Fluent模拟软件,对钻孔间距、钻孔个数、上隅角距离、抽采排量进行数值模拟。研究表明：当钻孔间距为30 m时,压实区中低瓦斯浓度区域进一步增大,瓦斯控制效果较好;当采空区存在3个抽采孔时,钻孔能够影响到压实区,压实区的瓦斯浓度有明显下降;当第1个钻孔与上隅角的距离为15 m时,抽采孔能有效控制压实区的范围;185 m3/min的抽采排量能够大幅度降低采空区的瓦斯浓度,保证工作面安全生产。     

我国采煤沉陷区建筑利用关键技术及展望

采煤沉陷区建筑利用是解决资源城市转型发展用地和沉陷区村庄搬迁选址土地资源短缺难题的重要途径。系统进行采煤沉陷区情况调研、城镇建设建筑利用需求分析和工程发展历程回顾总结。归纳采煤沉陷区建筑利用关键技术,首先凝练提出采空区精准勘察的多种物探勘察、钻探勘察、钻孔彩色电视和三维激光扫描等技术,并给出了5种物探方法适用条件;通过整体分析评价技术中采动空间和采动时间稳定性问题,并基于场地稳定性、地基稳定性评价判据提出了工程建设5种(不适宜作地基的区域、暂不适宜作地基的区域、要求井下采空区处理的区域、可作地基的区域和推荐作地基的区域)适宜性分类;总结列出采空区加固治理与地面建筑抗变形结构设计的井上下措施及其关键技术;最后,针对采煤沉陷区城镇建设中建筑利用技术难题和不足,提出加强采煤沉陷区城镇建设和建筑利用的空间整体规划统筹引领作用,提升采空区精准勘探和地基加固治理技术装备水平,拓展移动期后采空区残余移动变形时空规律研究,加强采空区与建筑结构变形协同作用机理和效果优化研究,加强建设场地和建(构)筑物监测监控技术装备研发等今后研究发展方向,为推动采煤沉陷区城镇化建设科学研究与工程实践发展提供借鉴和参考。     

顶板高位定向钻孔抽采瓦斯效果分析

针对回采工作面回风隅角瓦斯浓度高影响安全生产问题,设计采用顶板高位定向钻孔对采空区瓦斯进行抽采,通过分析23051工作面顶板三带分布及采空区瓦斯分布流场情况,合理设计顶板高位定向钻孔层位、孔径及深度,采用顶板高位定向钻孔进行采空区瓦斯抽采后,回风隅角最高瓦斯浓度由0.7％下降至0.4％,顶板高位定向钻孔抽采瓦斯量占工作...     

工作面采动煤体卸压增透效应研究与应用

为研究采煤工作面前方煤体卸压增透效应,提高煤体卸压瓦斯抽采量,分析了采煤工作面前方采动煤体变形破坏与渗透率变化过程的相关性,在工作面前方卸压区,煤体发生滑移破坏,有明显的扩容及卸压增透效应。现场实测了工作面前方煤体应力及钻孔瓦斯流量随工作面推进过程的变化规律,确定了支承压力区、卸压区分布范围。在卸压区内,因煤体渗透率增大,钻孔瓦斯平均流量提高2~3倍。基于工作面前方煤体卸压增透效应,根据不同钻孔失效距离及卸压区宽度,给出了不同偏角(钻孔与垂直煤壁方向夹角)下的预抽钻孔卸压瓦斯抽采量计算式。分析结果表明:钻孔偏角越大,卸压瓦斯抽采量越大。结合某矿N2105工作面现场条件进行计算,得出钻孔偏角最大可为21.4°,相比原垂直煤壁钻孔,单孔卸压瓦斯抽采量可增加978.5 m3,预期可有效提高本煤层瓦斯抽采率。     

大直径顶板定向长钻孔替代高抽岩巷的瓦斯抽采效果分析

为进一步提高采空区裂隙带瓦斯抽采效果以保障工作面回采期间安全,提出了一种大直径顶板定向长钻孔(?203 mm)进行采动区裂隙带瓦斯定向抽采技术,并对其施工工艺、钻孔布置合理层位及抽采效果进行了研究。结果表明,钻孔布置的合理垂直高度45～50 m,钻孔与工作面回风侧的水平间距40 m。与高抽岩巷、普通顶板高位钻孔等常规采动区瓦斯治理方法相比,大直径顶板定向长钻孔的抽采量与高抽岩巷相当,是普通顶板高位孔抽采量的2.04倍;工程量大幅度降低,大直径顶板定向长钻孔既能实现高效率抽采,又达到节约工程量、降低施工成本等效果。大直径顶板定向长钻孔的成功应用为以孔代巷及传统顶板高位孔工艺的改进提供了实践基础和发展方向。     

基于采动裂隙区域分布特征的定向钻孔空间位置研究

采用定向钻孔抽采采空区卸压瓦斯是矿井工作面瓦斯治理的一种重要方法,其在覆岩布置层位区域的准确确定是实现稳定高效抽采的关键。以焦煤古汉山矿16031工作面为工程背景,采用物理相似模拟、理论分析和现场试验的方法分析了覆岩采动裂隙分区演化特征及不同层位定向钻孔的稳定性,在对覆岩裂隙分布进行区域划分的基础上,确定了结构裂隙区(上山侧)为布置瓦斯抽采定向钻孔的最佳区域,进而给出了区域内的核心布置范围,并推导了结构裂隙区空间位置边界理论计算公式。通过现场工程试验测试,结果表明：从各定向钻孔抽采数据判定的相应区域边界与理论计算公式相符,布置于结构裂隙区核心位置范围内的定向钻孔对采空区卸压瓦斯进行了有效抽采,其单孔瓦斯抽采纯量最高可达5.5 m³/min,验证了理论界定结构裂隙区空间位置边界及确定定向钻孔布置核心范围的实用性与合理性。研究成果对矿井预防瓦斯灾害事故、实现瓦斯高效抽采具有重要实际意义。     

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。     

西部矿区植被根系采动损伤特征及细观力学机制

根系损伤是西部干旱半干旱生态矿区开采植被退化的重要诱因,以神东矿区为背景,通过调研总结地表沉降、根系赋存及变形破坏特征,提出采动诱发根系损伤的应变控制和应力控制两类现象。建立等径单根界面剪切脱黏模型,分析开采扰动后根土界面的“弹性-滑移-脱黏”三阶段受力过程,得出根土界面剪应力-应变关系,揭示三种典型损伤的细观力学机制。进一步将矿区优势植物沙柳和沙蒿简化成全长锚固单元和根土复合层,采用FLAC3D研究采动后全长锚固单元和根土复合层宏观响应的受力变形区划特征。结果表明：高拉应力是采空区上方全长锚固单元损伤的控制因素;表底层受力的非一致性和非整体性是引发采空区边界附近全长锚固单元损伤的控制因素。采空区上方根土复合底层剪应力水平高于表层,更容易形成大面积的压剪损伤区;采空区边界及以外根土复合表层拉应力水平高于底层,更容易形成拉伸损伤区。     

沿空掘巷采空区积水探放技术

 针对济三煤矿普遍采用的沿空掘巷准备方式受采空区积水影响的现状,利用工作面回采时实测的小剖面,计算出采空区积水量、积水面积及积水深度。制定了利用平行巷道长距离超前疏放与沿空掘进边掘边放方案,通过施工排水硐室,优化钻孔布置,施工平距100m的长距离疏放钻孔6个,共计疏3,工作面回采期间未出现大量涌水。     

程潮铁矿井区变形监测分析及处置建议

程潮铁矿东主井和西风井区相继出现地表裂缝和井筒开裂现象,且地表裂缝范围在不断扩大,已经对东主井和西风井的结构安全构成威胁。为此,主要依据井筒开裂和地表裂缝的现场调查以及在变形监测的基础上,对井筒结构及地基变形开裂的岩体力学机理进行分析,探讨了东主井和西风井井区地表变形和井筒开裂的成因,得出地下水疏干和地下采矿是引起地表变形和地面塌陷现象的直接原因,而矿区工程地质构造和水文地质条件等对地表变形特征产生影响,并提出了相应的减缓井区地表变形的措施。     

采煤沉陷对沙地土壤水分运移的影响

为研究采煤沉陷对风沙区土壤水分生态环境的影响,对毛乌素沙地南缘补连塔矿采煤沉陷后风沙土土壤水分时空变化规律及土壤密度、土壤机械组成和水分运移过程(水分入渗、土壤蒸发)进行了研究。结果表明:沉陷使得水分恢复期土壤水分条件发生变化,增加了60~80 cm深度处土壤水分的变异性,但沉陷区与对照区之间差异未达显著性水平。在采煤沉陷后1 a的相对稳定期,与对照区相比,沉陷区粗粉粒(0.01~0.05 mm)含量明显增加,而细黏粒(0.001 mm)含量减小;在初始入渗率上,表现为沉陷区较高,在稳定入渗率上,表现为对照区较高,但差异较小,而沉陷明显增加了水分的垂直入渗深度,减小了表层土壤持水能力;同时,沉陷区土壤蒸发量明显增大,不利于土壤水分的保持。经相关性分析,沉陷使得土壤水分与影响因素之间的相关性增强。     

采场围岩流固耦合数值模拟与充填采矿参数优化

司家营铁矿属于水文地质条件复杂类型,为确保采矿安全和矿区水文环境,采用充填采矿法采矿,建设规模为年产铁矿石2 000万t。矿山南区地表赋存丰富第四系含水层,采用渗流-应力耦合数值正交试验,建立了南区开采的优化设计模型。通过数值模拟和优化分析,揭示地下开采对地表岩移和渗流场的影响规律。对于南区充填法采矿,采用所获得的采场结构参数和充填体强度,可以控制地面变形在允许的范围内,潜在大量涌水主要发生在-450 m段和-350 m段,必须采取安全防范措施,避免采场突水灾害。     

大冶铁矿铁门坎采区深部开采地下水涌水量预测

通过广泛调查大冶铁矿铁门坎采区的水文地质情况,从水文地质条件、充水情况等方面研究影响铁门坎采区地下水涌水量的因素,同时运用"大井法"计算矿坑-230m中段涌水量,结果证明了该方法应用的可行性。因此,运用"大井法"可以进一步对矿山深部开采-350m中段的涌水量进行预测,从而为矿山进行深部开采和防治水措施的施行提供了一定价值的参考意见。     

三明煤矿区水害隐患类型及防治对策

通过研究三明煤矿主要产煤地地质特征和水文地质特征,认为三明煤矿区主要水害隐患为老空积水和地表水,并结合水文地质条件实际,提出有针对性的防治水对策,以防止煤矿水害事故发生。     

基于遥感影像的荒漠化矿区土壤含水率的影响因素分析

利用野外监测和TM遥感影像数据,建立了基于热惯量的计算土壤含水率的遥感信息模型.野外监测样点平均值表明采空区与非采空区上方土壤含水率差异大,遥感反演的面域平均值则显示两者差异较小.分析了影响土壤含水率的主要因素,结果表明：土壤含水率随高程的增大而降低;采矿导致土壤渗透系数发生变化,采空区上方垂直入渗能力增强,改变了潜水补给条件和土壤表面蒸发能力,进而影响土壤含水率;考虑毛细水上升高度和植物根系所及的深度,当采前地下水埋深较小而植物根的垂直深度较大时,采矿引起的水位下降必将影响植物利用潜水;当采前地下水位埋深较大而地表植被为浅根植物时,则不会影响,而采矿引起的地表裂缝则增加了地表土壤蒸发,地表拉伸变形容易拉断植物根系,进而影响植物的生长.