白家庄矿垮落法残采区上行开采相似模拟实验研究

针对白家庄煤矿垮落法残采区上覆煤层开采问题,通过室内相似模拟实验研究发现,受两次采动影响,上行开采层间岩层出现了裂隙产生、扩展甚至贯通的过程,导致其层间岩层发生了结构性变化。掌握了垮落法残采区上行开采层间岩层的应力传递规律,再现了垮落法残采区上行开采层间岩层受两层煤开采共同影响作用下的移动变形全过程和岩层结构演化过程,揭示了垮落法残采区上行开采层间岩层存在块体梁-半拱结构控制层的结构机理与其力学特性。     

西部煤层开采覆岩垮落及矿压显现影响因素研究

西部矿区高强度开采引起覆岩变形-移动-破断是造成顶板大面积切落、突水溃沙等地质灾害以及水土流失等环境损伤的根源。采用数值模拟、现场微震监测和理论分析相结合的方法开展西部矿区煤层覆岩垮落及矿压显现规律影响因素研究。以小纪汗煤矿为例,开展了覆岩层变形、破断、垮落、“三带”形成规律的研究,以及不同开采速度下矿压显现规律研究,揭示了不同采高和开采速度对煤岩破坏的影响规律。现场微震监测结果表明,不同的推进速度会造成工作面不同的应力调整范围和不同的应力调整完整程度。通过2者综合分析,系统揭示了西部煤层覆岩垮落特征及“三带”形成演化规律,为建立高强度开采下覆岩结构破断规律及其稳定性判据的提出提供了科学依据。     

无人机低空遥感矿山地质灾害监测研究进展及发展趋势

矿产资源开采导致矿区地表频繁发生地质灾害,严重制约了矿山智能化的建设进程,监测并预警地质灾害的发生对于矿区正常生产及防灾部署具有重大意义。当前矿区地质灾害主要依靠传统地面监测手段及In SAR等方法,存在费时费力、周期长及In SAR无法监测大梯度形变等不足,无人机低空遥感作为一种新兴手段,以其独特的优势已经被广泛应用于矿山地质灾害监测中。结合现阶段典型成果及课题组近年来的探索实践,简述了矿山地质灾害的类型,分析了无人机低空遥感矿山地质灾害监测的应用现状,总结了无人机低空遥感在开采沉陷监测、煤火识别及地质灾害监测等方面应用的基本流程,提炼了现阶段无人机遥感实时高精度沉陷盆地构建、水平位移监测及多源时空数据融合等技术发展亟需攻克的技术难点,并从无人机高精度数据采集、多类型载荷协同、5G实时传输及智能灾害监测等方面展望了未来发展方向。未来矿山地质灾害要向“多网融合+实时监测+智能作业+任务协同+全面感知+自主决策”的智能监测预警体系方向发展,需要多学科、多部门学者开展协同攻关,实现“产学研用”联动发展。     

露天矿端帮煤柱回收井工开采工作面推进方向的优化

为科学优化井工开采工作面的推进方向,保证边坡稳定的同时进一步提高煤炭采出率,以平朔矿区平面露井协采工程实践为背景,采用相似材料模拟实验的方法,研究了露天矿端帮煤柱回收过程中顺坡开采和逆坡开采对边坡变形破坏影响的差异性,构建力学模型分析了引起工作面煤壁侧垮落角小于开切眼侧垮落角的根本原因。研究结果表明,平朔矿区类似地质与采矿条件下,上覆岩层破断机制的不同,导致开切眼侧垮落角与煤壁侧的垮落角相差约7°,且顺坡开采有利于边坡稳定。基于以上结论,若采用顺坡开采方式,不但可以减小井工开采对边坡稳定的影响,还可以进一步缩小露井协采边界参数,采出更多的端帮压煤。     

房柱采空区下特厚煤层开采煤岩垮落特征相似模拟试验研究

针对房柱采空区下特厚煤层开采覆岩垮落运移引起冒顶压架的灾害问题,以斜沟煤矿13号煤层大采高放顶煤工作面为工程背景,运用相似模拟试验,对房柱式采空区下特厚煤层开采覆岩垮落特征进行分析。研究结果表明:底煤开采过程中有着明显的顶煤初次垮落,直接顶初次垮落,基本稳定在0.23 m(23 m)左右;进出煤柱时,压力较大,围岩破碎严重,且可能与老采区裂隙带贯通造成突水、瓦斯突出等事故。研究结果可为了类似条件下覆岩垮落规律提供依据和参考。     

铁路下综放全厚开采的模拟研究

对比分析了大水头煤矿东一采区铁路下综放全采的可能性和重要意义,通过模拟研究得出了沿工作面推进方向的岩层垮落和地表沉陷规律,以及三个工作面开采后沿铁路线剖面的岩层垮落和地表沉陷特征与规律,预计了地表沉陷量,论证了东一采区采用综放全厚开采的可行性。     

深部煤层超高水充填开采采动控制效果研究

深部煤层开采时,"三高一扰动"的赋存环境易导致地表塌陷、矿压显现剧烈,引发冲击地压等采动灾害,影响地面建筑物安全及矿区生态环境.为解决深部煤层开采时出现的采动损害,采用超高水充填开采技术进行治理,通过数值模拟和现场试验对超高水充填开采采动控制效果进行研究.结果表明:与垮落法开采相比,超高水充填开采充填率越高,采动损害控...     

村庄下反条带充填开采工作面支护

义能煤矿首采区煤层厚度3.6m、埋藏深度平均810m,全部被村庄占压。在同一个综合机械化长壁工作面内实施2/3充填、1/3垮落开采,充填与垮落法管理顶板;以新研发的新型充填支架、隔离支架、新型充填垮落两用支架等,解决了工作面支护体系的可靠性、稳定性;既最大程度降低超高水充填成本,又全面回收资源,保护村庄、农田,是经济型绿色开采范例。     

浅部厚煤层开采上限确定关键技术研究

在蔡园生建煤矿地质勘测的基础上,采用高密度电阻率层析成像技术探测四采区北部第四系底界面的起伏变化,运用计算数值分析确定"两带"高度,采用电视成像仪实测相邻四个分层已全部开采区域的垮落带及导水裂隙带高度,最终确定3煤层开采上限.     

浅埋厚煤层条带充填开采效果研究

由于西部浅埋矿区特殊的赋存条件,煤层开采严重威胁西部矿区脆弱的生态环境,以煤矿自有的煤矸石、周边的沙子,电厂的粉煤灰及水泥制作膏体材料,通过力学实验证明了充填体强度符合煤矿开采应用。通过数值模拟实验,验证了条带充填开采控制地表沉陷的效果,浅埋厚煤层条带充填开采只会在开采留设煤柱时形成垮落带,并且导水裂隙带高度发育不会到达含水岩层。     

近松散含水层下煤层安全开采分区方法研究

为对松散含水层下采煤进行安全分区,采用基于GIS的近松散含水层下煤层开采安全性评价方法,研究了某矿南六采区近松散含水层下采煤的主要影响因素,通过统计具有相似工程地质条件的矿区资料,用熵值法数学模型,确定各个因素的权重,运用GIS多元信息空间分析技术,对南六采区安全开采可行性进行分区,结果表明:在南六采区的安全可采区的Ⅰ区域布置的01工作面可以进行安全回采。实际回采过程中,该工作面顶板垮落正常,工作面顶板涌水量一般0～6m3/h,没有发生突水溃砂事件。     

近浅埋厚煤层综放开采覆岩运移规律相似模拟研究

为了研究我国西部某矿区2-2煤层近浅埋厚煤层综放开采时覆岩运移规律,以某综放工作面为实际工程背景,根据相似理论,运用相似材料模拟实验,从不同角度对工作面开采后覆岩运移规律进行了分析。通过研究,得出了近浅埋煤层开采时基本顶的初次垮落及周期垮落步距、覆岩垮落形态、覆岩垮落"三带"特征和岩层位移特征,为具有相同地质条件煤层的安全开采提供依据,同时对其他具有相似地质条件煤层开采覆岩运移规律研究提供参考。     

鞍山市大孤山矿区地质环境问题及防治措施

以鞍山大孤山铁矿现场调查资料为基础,对矿山开挖形成的高陡边坡和尾矿库废石堆积边坡潜在的地质灾害进行评估。然后通过对比矿区周边地下水位的变化探索矿山开挖对地下水资源系统的破坏,最后介绍了矿山对生态环境的污染。结果表明:矿区不稳定边坡主要存在滑坡和崩塌灾害风险,矿山开采对矿区西侧地下水位影响严重,近5 a来水位下降0.7～2.77 m不等。结合不同的地质环境问题提出针对性的防治措施,对全面改善矿区地质环境具有重要意义。     

黄河中游大型煤炭基地地质环境监测思路和方法

黄河流域分布着我国9个大型煤炭基地,原煤产量占全国的70%,而且还在快速增长,这一地区地质环境脆弱,尤其是黄河中游区,高强度、大规模煤炭开采的地质环境效应显著,做好地质环境监测,是保障黄河流域煤炭基地可持续发展的基础。在研究黄河中游采煤对地质环境影响分析的基础上,概括了黄河中游煤炭基地地质环境特征,包括煤层赋存的地质环境特、地下水环境特征、地表水环境和生态环境特征4个方面,总结了黄河中游采煤对地质环境的扰动及体现指标,包括地下水位持续下降、泉水断流和干涸、河流流量锐减、水库干涸、黄土沟壑和沙漠区地表损害严重等5个方面。甄别了黄河流域大型煤炭基地地质环境中的敏感要素,包括水文水资源、生态环境、地质灾害、岩层变形监测和其他要素监测,对煤炭开采地质环境扰动强度进行分级,划分出煤炭开采强烈扰动区、一般扰动区和无扰动区,针对不同的煤炭开采扰动程度,对应划分出精准监测、核心监测和一般监测3个监测级别,同时分别制定了不同的监测方法,提出了地质环境监测网的建设思路,设计了监测系统平台,为矿山地质环境监测网建设提供了基础。目前已经建成了地下水监测系统、地质灾害监测系统,部分煤矿建成了地表水、地面形态监测...     

下坪煤矿地质灾害危险性分析

文章从工程地质条件及采矿影响等方面，初步分析了矿山地质灾害产生的原因。根据矿区的地质环境条件、开采方式、开采影响范围及产生的损失程度，将矿区分为地质灾害危险性小区（Ⅲ区）和地质灾害危险性中等区（Ⅱ区）；从引发灾害和发生灾害损失的影响程度，规划了两个防治区：重点防治区（A区）和一般防治区（B区）．提出了矿山地质灾害的预防与治理措施。     

条带间垮落区注浆充填覆岩移动规律研究

结合工程背景,采用相似材料模拟试验,对比研究了条带开采垮落区注浆充填与条带开采覆岩移动特征.结果表明:在已开采条带垮落区实施注浆充填能有效地减小覆岩垮落角和垮落高度,既可阻止主关键层破断,又可限制煤岩柱侧向垮落和变形,使相邻工作面垮落空间无法贯通,形成非充分开采;与条带开采相比,当充填量为30%时,条带开采垮落区注浆充填既可减小地面变形、又可提高煤炭采出率20%, "关键层-煤柱-注浆充填体"的共同作用可有效地控制开采沉陷.     

巨厚岩浆岩下充填开采的动力灾害控制

工作面上覆硬厚岩浆岩大范围运移可能诱发冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害,且易导致地表突然下沉。以某煤矿首采工作面为背景,对巨厚岩浆岩下垮落法与充填法开采进行了离散元数值模拟,分析了充填开采对岩浆岩运移与采动应力的控制效果。研究表明：垮落法开采时,岩浆岩初次运动前支承压力迅速增加,最大峰值达到45.97 MPa,易引起冲击地压等动力灾害;初次运动后上部岩层发生同步运移,下沉速度显著增大,最大下沉量达1.21 m。充填法开采时,支承压力变化不大,最大峰值为25.88 MPa;与垮落法相同推进步距时,岩浆岩上覆岩层下沉量仅为0.044 4 m。充填法开采有效降低了围岩应力和地表下沉,降低了动力灾害的危险程度。     

薄基岩工作面开采覆岩运移规律

为探索具有浅埋薄基岩特征的神府矿区某矿1201工作面上覆岩层运移规律,结合理论分析和数值模拟,对不同厚度基岩下开采上覆岩层运移规律进行了研究。在对薄基岩进行回转变形和垮落失稳分析后,开展了垮落特征数值模拟,并通过现场工程实践验证了理论分析和数值模拟的可靠性。结果表明,基岩厚度小于10 m时,上覆岩层随采随落,将引起工作面压架事故;基岩厚度大于20 m时,上覆岩层可形成稳定的铰接结构,保证了上覆岩层的稳定,确定工作面可安全开采的最小基岩厚度为20 m。     

矿山地质环境“天—空—地—人”协同监测与多要素智能感知

矿区地质灾害突出、环境问题复杂,其多尺度、连续性和整体性监测及生态环境多要素耦合演变机理研 究,是我国矿区生态保护总体规划的主要工作内容。 为解决矿区地质环境多平台、多要素、多尺度和时空协同监测问 题,基于对地观测技术、地基设备和人工调查手段,建立了矿山地质环境“天—空—地—人”立体协同监测及多要素精 准感知技术体系。 在此基础上,通过构建矿区多源异构数据的智能融合模型,开发知识引导和数据学习双向驱动的 智能化地质环境信息提取方法,从而实现矿区全生命周期地质环境演变的智能反演与感知。 研究表明:“天—空— 地—人”协同监测与基于多源异构数据融合的多要素精准感知,是矿区生态环境多要素耦合演变机理研究的重要基 础,能够为矿山地质环境“信息智能获取—知识学习—辅助决策”大数据决策支持系统构建提供技术支撑,为矿区安 全高效开采和矿山地质环境保护提供科学保障。     

工作面顶板灾害类型、监测与防治技术体系

长期以来顶板灾害在我国煤矿灾害事故中发生起数和死亡人数始终占据首位,是困扰煤矿安全生产的主要难题。笔者开展了顶板岩性、矿压显现特征和顶板灾害案例统计分析,结果表明:我国回采工作面顶板灾害主要表现为片帮冒顶、顶板大面积突然垮落和大面积切顶压架3种类型。系统分析了各类型顶板灾害的发生特点及致灾原因:片帮冒顶多发生于松软煤岩体,采煤方法不合理及管理不当的工作面;顶板大面积突然垮落一般为坚硬顶板大面积悬顶、瞬时垮落所致;大面积切顶压架主要发生在薄基岩浅埋深工作面或顶板累积下沉量大引起顶板在煤壁处断裂的工作面。针对我国顶板灾害监测与防治,建立了工作面顶板灾害全景监测预警技术架构,即采用微震监测系统监测远场顶板活动,采用矿压监测系统监测近场顶板运动,采用三维激光扫描技术监测煤壁片帮时空演化,通过监测数据系统分析,动态掌握采场围岩的活动规律和支架工况,实现顶板灾害监测预警。提出了工作面开采全过程的顶板灾害综合防治技术体系,在工作面开采前确定合理采煤方法,合理工作面布置方式,科学开采参数及优化设备选型配套,这是防治顶板灾害的核心技术;在开采过程中保持支架良好的工况辅以顶板弱化技术,进而实现工作面顶板灾害防治。