壁式连采连充保水采煤技术及实践

针对极薄阻隔层条件下保水采煤难题,提出一种壁式布置、负压通风和全采充填的连采连充保水采煤技术.该技术将壁式体系采煤法和房式连续快速采煤法相融合,建立了"多支巷布置、采充并行"的开采模式,将充填材料密实充入始终受到保护的采场支巷约束空间内,在能满足保护浅表生态水资源或维持含水层稳定性的同时,高效采出极薄阻隔层条件下的煤炭...     

壁式连采连充保水采煤条件下隔水层与地表变形特征

针对传统长壁式充填开采存在的充填与开采相互制约,有效充填空间不足等问题,提出了壁式连采连充保水采煤方法。首先将整个开采块段按照长壁系统设计运煤、运料及通风系统。此后,将块段内的采场巷道(宽巷)划分为若干开采阶段,在开采阶段内对采场巷道进行跳采式开采。每条采场巷道开采完毕,然后对其进行充填,直到开采并充填完阶段内的所有采场巷道,再进行下一阶段采场巷道的开采和充填,最终实现保水采煤。采用实验室物理模拟研究壁式连采连充"采充并行"保水采煤条件下的隔水层与地表变形特征,并进行了现场工业性试验。研究结果表明,所有阶段开采充填完毕后,隔水层的水平变形最大值小于2～3mm/m,隔水层仍具有隔水能力,可以实现保水采煤。在块段采出率超过90%的条件下,地表变形指标的最大值均小于国家规定的建筑物Ⅰ级损坏等级指标。     

特近距煤层上层采动对下层开采影响试验研究

利用平面应力相似材料模拟实验，通过对特近距煤层不同开采条件下上覆岩层破断移动规律和支承压力分布变化特征的分析，研究探讨了特近距煤层上层采动对下层开采的影响程度和合理的开采方案及顶板管理措施。     

浅埋近距煤层开采三场演化规律与合理煤柱错距研究

为探索浅埋近距煤层开采基于三场(应力场、位移场和裂隙场)演化规律的合理煤柱错距,实现井下减压与地表减损开采,以陕北柠条塔煤矿北翼东区1~(-2)与2~(-2)煤层开采为背景,采用FLAC~(3D),UDEC数值计算、物理模拟及理论分析相结合的方法,揭示了近距煤层开采覆岩与地表应力场、位移场和裂隙场演化规律,掌握了不同区段煤柱错距对煤柱集中应力、覆岩与地表位移及裂隙演化的影响,提出了基于三场演化规律的区段煤柱错距确定方法。研究表明,近距煤层开采的裂缝集中发育和地层拉、压应力集中源于煤柱引起的非均匀沉降,上部单一煤层开采后,在底板形成煤柱高应力区、低应力区和采空区中部高应力区,为避开上、下煤柱垂直应力叠加,下煤层巷道应布置在低应力区范围内。近距煤层开采的地表拉应力场和位移场与煤柱错距存在密切联系,通过合理的煤柱错距布置,可以减缓地表下沉的"波状"幅度,减轻地表拉应力和水平变形。随两煤层煤柱错距增大,覆岩裂隙场由叠合逐渐分散,对应地裂缝逐渐减小,煤柱错距对其上部的覆岩裂隙与地裂缝起控制作用。建立了应力场-位移场-裂缝场耦合控制模型,提出了煤柱错距的计算方法,可实现减轻地应力集中和地裂缝发育的耦合控制。本研究得到实测验证,并在柠条塔煤矿后续开采布置中应用。     

浅埋煤层保水开采简述

浅埋煤层多见于我国西部,并且西部是缺水地区,脆弱的生态系统势必会给采矿事业带来新的挑战,为了迎接这一挑战,浅埋煤层保水开采应运而生。浅埋煤层保水开采主要针对浅埋煤层中保水关键层的控制,达到保持水体水位的目的。     

平四矿近距煤层上行开采研究

在对煤层赋存条件进行分析的基础上,根据平四矿己16煤层的采动覆岩裂隙发育规律,阐释了近距煤层上行开采机理,分析了上行开采可行性的判别准则.采用数值计算软件UDEC,分别建立了煤层开采走向和倾向模型,计算并分析了己16煤开挖后不同层位覆岩的变形状况及其影响范围.模拟结果表明,先采己16煤后,已16煤的倾斜值即其台阶下沉量比较小,未超过煤厚之半(750 mm),除工作面两端头对应区域外,煤层表现的很连续.同时表明,下煤层的开采对上煤层的破坏程度在走向方向上比在倾斜方向上大.模拟结果与工程实践情况相符,并经两工作面应用,证明上行开采是可行的,并采用国产设备成功解决了上煤层的薄煤层综合机械化开采.     

平四矿近距煤层上行开采研究

在对煤层赋存条件进行分析的基础上，根据平四矿己。。煤层的采动覆岩裂隙发育规律，阐释了近距煤层上行开采机理，分析了上行开采可行性的判别准则．采用数值计算软件UDEC，分别建立了煤层开采走向和倾向模型，计算并分析了己16煤开挖后不同层位覆岩的变形状况及其影响范围．模拟结果表明，先采己16煤后，己15煤的倾斜值即其台阶下沉量比较小，未超过煤厚之半（750mm），除工作面两端头对应区域外，煤层表现的很连续．同时表明，下煤层的开采对上煤层的破坏程度在走向方向上比在倾斜方向上大．模拟结果与工程实践情况相符，并经两工作面应用，证明上行开采是可行的，并采用国产设备成功解决了上煤层的薄煤层综合机械化开采．     

平四矿近距煤层上行开采研究

在对煤层赋存条件进行分析的基础上,根据平四矿己16煤层的采动覆岩裂隙发育规律,阐释了近距煤层上行开采机理,分析了上行开采可行性的判别准则．采用数值计算软件UDEC,分别建立了煤层开采走向和倾向模型,计算并分析了己16煤开挖后不同层位覆岩的变形状况及其影响范围．模拟结果表明,先采己16煤后,己15煤的倾斜值即其台阶下沉量比较小,未超过煤厚之半（750mm）,除工作面两端头对应区域外,煤层表现的很连续．同时表明,下煤层的开采对上煤层的破坏程度在走向方向上比在倾斜方向上大．模拟结果与工程实践情况相符,并经两工作面应用,证明上行开采是可行的,并采用国产设备成功解决了上煤层的薄煤层综合机械化开采．     

深埋煤层开采顶板基岩含水层渗流规律及保水技术

我国西部黄陇煤田降雨量少、蒸发强烈,属于干旱半干旱地区,做好煤炭开采过程中对含水层的保护工作极为重要。为研究适用于黄陇煤田深埋煤层开采顶板洛河组砂岩含水层的保水技术,以彬长矿区为研究区,采用砂岩孔隙度测试,结合非线性回归分析方法,研究洛河组地层不同深度砂岩渗透性变化;开展水化学测试,分析非均质洛河组含水层垂向水化学场特征;结合地面和井下水文地质探查,进一步定量化研究洛河组含水介质的非均质性。在查明洛河组含水地层非均质性的基础上,建立含水层下段受裂隙带波及条件下地下水渗流数值模型,研究基岩含水层局部受裂隙带影响条件下的渗流规律。根据渗流规律研究深埋煤层开采顶板基岩含水层保水开采技术,结合彬长矿区工作面开采实际揭露水位变化情况对其进行验证。研究表明,洛河组含水层渗透性随地层深度的增加而呈负指数降低,随着埋深增大含水层水化学类型由HCO_3-Ca型转化为SO_4-Na型,同时上段的单位涌水量约为下段的7倍,可知洛河组含水层上、下段地下水渗流条件不同,垂向非均质性较强。工作面开采裂隙带仅波及含水层下部时,含水层仅受波及层和相邻层的水位下降明显,上部未受到波及段水位降深有限,整个含水层不会出现水位统一下降的现象,而是呈现出不同层位水位降深差不同的差异性渗流规律。鉴于此,提出利用含水层非均质性特征,以控制含水层上段水位降深为核心,允许导高适当波及含水层下段的"控水开采"技术,有助于缓解深埋煤层采煤与保水的矛盾。通过彬长矿区胡家河煤矿现场应用表明,洛河组含水层实际渗流特征符合本次研究成果,控水开采技术可实现洛河组砂岩含水层保水开采的目的。     

张家峁煤矿煤层赋存与保水开采条件

张家峁煤矿开采侏罗系延安组煤层,可采和局部可采煤层7层,总厚4.22～24.27 m,平均11.96 m。分析了各煤层地质特征及厚度变化规律、开采地质条件,探讨了保水开采问题。     

晋华宫矿极近距离煤层开采瓦斯防治技术研究

针对大同煤矿集团公司晋华宫矿大井河南301盘区12-1#煤层、12-2#煤层等极近距离且上覆高浓度瓦斯采空区严重影响综采煤层安全生产的难题,运用瓦斯防治技术与理论分析、现场试验和系统优化等方法,分析得出了极近距离上下煤层同时生产时极易发生因采动压力场垂直方向冒落带、裂隙带、弯曲下沉带以及水平方向煤壁影响支撑区、离层区和重新压实区等切割产生大量裂隙连通采空区泄出瓦斯等特点,提出了瓦斯治理思路和"下挤上拉、上下协同"原则、方法以及一系列相应瓦斯防治措施与对策。实践表明,在8114-1和8114-2工作面采取上述措施后,上隅角瓦斯浓度由治理前的3%～5%降到0.4%～0.5%,有效解决了晋华宫矿大井河南301盘区12-1#煤层和12-2#煤层极近距离煤层工作面开采过程中瓦斯浓度超限问题。     

浅埋近距离煤层煤柱下开采异常矿压机理

针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题,采用现场实测、理论分析等手段,研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明：浅埋近距离厚煤层开采时,下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害,支架活柱下缩量达到1 000 mm;下煤层工作面推进过程中,两层煤之间的关键层结构也不断的变化,重复采动阶段,两层煤之间存在一组亚关键层结构,进煤柱阶段,两层煤之间存在一组主关键层结构;进煤柱阶段,煤柱上方关键块的铰接结构发生反向回转运动,导致主关键层关键块上覆载荷增加,发生滑落失稳,引发强动压灾害,同时造成地表出现大的台阶下沉现象。     

近距离煤层群开采底板不同分区采动裂隙动态演化规律

为了研究采动影响下底板不同应力分区裂隙动态分布及其演化规律,运用弹塑性力学和卸荷条件下断裂力学等相关力学理论分析了不同分区裂隙张开、扩展力学机理,提出不同分区裂纹扩展的应力、位移条件,通过FLAC3D和UDEC数值模拟软件分别研究了底板三维应力状态、位移变化和裂隙演化规律,对底板应力分区做出量化,同时得到采动影响下底板裂隙发育“O”形圈及其动态变化。通对底板不同分区内裂隙的发育倾角统计结果分析,得到了底板不同分区裂隙发育特点：压缩区裂隙多为弯折拉伸裂纹,方位角大致为垂直方向;过渡区裂纹多为反向滑移和弯折扩展裂纹,裂纹倾角多为45°以上;膨胀区多为Ⅱ型剪切裂纹,倾角大部分在45°以下;裂隙发育特征与力学分析相吻合。     

“三软”较薄厚煤层综放工作面矿压显现分析

通过对淮南矿区某矿较薄厚煤层综采放顶煤工作面矿压观测分析,得出"三软"较薄厚煤层综采放顶煤开采工作面的矿压显现特征,综合评价其支架的适应性与工作状态,为工作面支架选型提供依据,对同类条件下综放俯斜工作面开采具有指导意义。     

煤矿超层越界监督管理研究

煤炭作为中国应用最广泛的基础能源资源,其生产安全一直是国家关注的大事,煤矿的超层越界是影响安全生产最重要的问题之一。本文依据各地方实际情况,分析了造成煤矿超层越界开采的原因及影响,具体阐述了超层越界开采的现状,对相关政策法律进行了梳理,提出了建立监督管理机制的建议,对煤矿超层越界问题的认识以及监督管理的操作性,具有较好的指导意义。     

近距离煤层群围岩碎裂特征与裂隙分布关系

六家煤矿近距离煤层群裂隙网络发育,为了防止顶板及层内裂隙导水、邻空面瓦斯超限与煤体自然发火等隐患,基于分形理论,以巴西劈裂试验和现场窥视统计试验为研究手段,探讨了岩体碎裂尺度及均匀度对裂隙分形特征的影响。研究表明：劈裂块度分维值越接近2,则破裂后碎块尺度越均匀,表现为存在一条主裂隙将试样大致均分且裂隙面较平整;劈裂块度分维值与2相差越大,碎块尺度差距越悬殊,裂隙面越粗糙。劈裂块度分维值与裂隙分维值之间符合抛物线分布,劈裂块度分维值越接近2,则裂隙分维值越大,表明劈裂块体尺度越接近,岩层内裂隙条数越少、裂隙环越平整且与层面夹角越小;劈裂块度分维值与2相差越大,则裂隙分维值越小,表明劈裂块体尺度相差越悬殊,裂隙条数越多、裂隙面越粗糙且裂隙方位无规律。裂隙分布规律与劈裂碎块尺度大小无关,与碎块尺度均匀性密切相关。     

近距离煤层充填上行开采临界充实率设计

对比分析传统垮落上行开采和充填上行开采覆岩移动机理,发现传统垮落上行开采一定层间距的煤层群将导致上位煤岩层结构破坏而无法正常回采,但一定充实率保障条件的充填上行开采可降低上位煤层的破坏程度。采用叠合梁极限破断理论与塑性区发育高度分析合理的充实率,提出充填上行开采可行性条件,得到充填上行开采的临界充实率。结果表明:对于木瓜矿地质条件,上位煤层(9~#煤)不发生破断时,下位煤层(10~#煤)充填开采的临界充实率为82.1%;下位煤层(10~#煤)开采时塑性区发育高度达到上位煤层(9~#煤)时,下位煤层(10~#煤)充填开采的临界充实率为70.4%,即木瓜矿实施充填上行开采9#煤层的临界充实率为82.1%。     

煤系地层覆盖下铝土矿采矿方法研究

随着我国浅地表的铝土矿储量消耗殆尽,煤下铝开采成为铝资源开发的必然选择和趋势。煤下铝的开采需要控制覆岩移动,保证上覆煤层的完整性,同时地下铝土矿顶板破碎不稳固,地压管理困难,回采率低。本文提出协同充填覆岩控制技术,房柱法点柱不作为永久矿柱支撑顶板,将采矿方法研究聚焦在采矿作业过程的地压控制,提出小矿房、宽矿柱充填分区分步退采房柱法,实现了煤下铝采场地压管理、岩移层位控制和回采率的提高。     

突出煤层群保护层选择及开采程序优化

贵州织纳矿区属突出煤层群开采,开采程序不合理是制约该矿区区域瓦斯高效治理的核心问题。肥田煤矿是矿区典型的突出煤层群开采矿井,选择6号煤层作为保护层,采用下行式开采程序。但是矿井建设过程中6号煤层瓦斯灾害严重,煤巷掘进进度缓慢,采掘接替紧张。针对肥田煤矿突出煤层群瓦斯灾害存在问题,从宏观区域瓦斯治理理念出发,提出“组间上行、下煤组下行、上煤组上行”的开采程序,确定矿井突出煤层群开采的保护层,并对保护层开采时区域瓦斯治理及实现设计产能的可行性进行分析,为实现矿井区域瓦斯治理步入良性循环和安全高效生产奠定基础。     

复合煤层露天矿下部煤层开采境界优化

通过理论分析与计算,研究近水平复合煤层露天矿剥、采、排程序对经济剥采比的影响,提出了复合煤层露天矿下部煤层开采境界的优化方法。分析了露天矿经济剥采比的影响因素,建立了复合煤层露天矿剥、采、排工程位置模型,构建了下部煤层及其覆盖物厚度拟合函数,揭示了下部煤层开采境界与开采成本的关系,研究开采下部煤层经济剥采比的优化确定方法。在神华宝日希勒露天煤矿进行了实践,结果表明:此方法能够使近水平复合煤层露天矿下部煤层得到经济合理地回采,实现矿床开采的经济效益最大化。