“上柱-下垮”复合残采区中部残煤开采可行性评价

针对白家庄煤矿"上柱-下垮"复合残采区中部残煤的安全开采问题,采用实验手段研究了多重采动影响下中部残煤采场岩层的垮落特征、应力分布规律及塑性区分布范围,结合弹塑性力学理论分析了上下煤层开采造成的损伤破坏范围,对中部残煤开采可行性进行了研究。研究表明:(1)上下煤层的采动影响并未破坏中部残煤的宏观连续性,且在中部残煤开采过程中,上覆岩层结构相对稳定;(2)采场岩层的支承压力与塑性区的分布范围基本一致,二者皆可以评价上下煤层开采后层间岩层的损伤破坏范围,其损伤范围包含整个上位层间岩层和下位层间岩层的局部范围;(3)中部残煤主要受上部煤层开采影响,处于上部煤层开采损伤破坏范围之内,因此在中部7号残煤开采过程中,其采场顶板稳定性较差,应采取合理有效的顶板控制措施保证安全生产。     

慈林山矿上覆采空区积水煤层开采突水危险性评价

为确定慈林山矿9号煤层开采是否会引起上方3号煤采空区积水涌入工作面,采用经验公式及数值模拟研究手段,预计原始条件9号煤开采引起覆岩导水裂缝带发育高度范围为65.96～69.6 m,采用井下俯孔压水试验法实测得到3号煤层底板破坏深度不小于21 m,3号煤和5号煤层间岩层平均厚度88.02 m,层间岩层厚度略小于9号煤层导水裂缝带与3号煤底板破坏带深度之和,因此,9号煤回采可能会导致上方3号煤采空区积水涌入工作面,9101首采工作面开采前需对上覆采空区水害进行疏放。     

近距离煤层群多重采动覆岩破坏特征及应力传递规律研究

近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11~#煤层、14-2~#煤层、14-3~#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群开采时顶底板围岩的覆岩破坏特征及应力传递规律。研究结果表明：近距离煤层群下行开采过程中,随着采动次数增加,顶板横向裂隙超前发育和纵向裂隙穿层效果更为明显,垮落块度明显减小,来压规律不明显;煤层顶板覆岩因采动产生的应力峰值随采动次数增加而降低;初次采动影响下,稳定后的覆岩应力要明显小于原岩应力,而多次采动稳定后的覆岩应力与该次采动前相近;上覆岩层在多重采动影响下,破坏更彻底,形成台阶式的岩层切落。研究结果可为条件相似的近距离煤层群开采顶底板围岩控制、采空区积水及瓦斯防治提供参考依据。     

凉水井煤矿4~(-2)煤底板扰动深度试验研究

为研究近距离煤层上层煤开采后采空区积水对下层煤安全开采造成的影响,有必要对上层煤开采底板破坏深度及下层煤导裂带高度进行研究。结合凉水井煤矿现场实际情况,运用工作面底板注水试验方法对该矿4-2煤开采底板扰动深度进行研究。结果表明,底板由于煤层采动地板岩层在应力集中下产生首次破坏,破坏深度在15 m左右,之后底板由于顶板周期来压,底板破坏深度加深至16 m左右,为实际工程中极近距煤层的开采和防水方案确立提供依据。     

采空区上覆煤层开采层间岩层移动变形实验研究

为了安全高效开采采空区上覆煤层,基于其层间岩层移动变形问题的重要性,采用相似模拟实验的方法研究了采空区上覆煤层开采层间岩层相同水平层位与竖直层位岩层的移动变形情况.结果表明,采空区上覆煤层开采使下部煤层开采的原"三带"均向上位扩展,并出现了层间岩层控制层;采空区上覆煤层开采层间岩层出现变形盆地,在控制层以下的岩层出现下沉盆地,而控制层以上的岩层出现分形盆地;同一层位岩层下沉随工作面推进呈现整体移动的偏态性,在移动变形过程中,控制层以上的岩层移动变形呈现连续性的特点,控制层以下的岩层移动变形呈现突变性的特点.     

开采顺序对复合残采区层间煤岩层矿压显现影响规律研究

为了研究上下煤层开采顺序对复合残采区层间煤岩层矿压显现影响的规律，以西山煤电白家庄煤矿上下部煤层分别采用刀柱法和长壁垮落法开采后形成的复合残采区为研究对象，综合运用现场调研、理论分析和数值模拟等研究方法，分析了上下煤层不同开采顺序对中部遗留煤层及其围岩应力分布、移动变形和破坏特征的影响。研究结果表明：相较于“先下后上”的开采顺序，采用“先上后下”开采顺序时，上下部煤层开采完毕后中部遗留煤层及其围岩的应力集中程度更低，双重采动所造成的应力影响范围更小|采用“先上后下”开采顺序时，复合残采区层间煤岩层移动变形量较“先下后上”开采顺序时小|采用“先上后下”开采顺序时，上部煤层遗留刀柱煤柱下方岩体未受到塑性破坏，即该区中部煤层整体稳定性较好。研究可为同类型赋存条件的复合残采区中部遗留煤层安全开采提供理论基础。     

露井联采条件下边坡移动变形规律分析

露井联采过程中,引起边坡复合采动效应,导致露天边坡岩体的滑移机制和变形规律更为复杂。针对此问题,运用开采沉陷、矿山压力与岩层控制、露天矿边坡稳定等理论,分析了近水平浅埋煤层露井联采条件下边坡的移动、变形和破坏规律,在此基础上,总结了露井联采对边坡稳定性影响的关键因素,主要与边坡和采空区的相对空间位置有关。     

上覆采空区积水煤层开采突水危险性研究

为了摸清王坡煤矿15号煤层开采是否受上覆3号煤层采空区积水威胁,理论分析了3号煤层与15号煤层之间主关键层的位置、基采比、关键层破断裂隙贯通的临界高度等参数,预测原始条件下开采15号煤层覆岩导水裂缝带高度为69.13 m;采用经验公式,计算得出原始条件下开采15号煤层覆岩导水裂缝带高度为64.82～86.76 m。采用双端堵水器试验法实测了3号煤层采动影响底板破坏深度为20.39 m;采用经验公式计算得出3号煤层采动影响底板破坏深度为19.44 m。由于3号煤层与15号煤层之间平均间距为88.02 m,且大采高和放顶煤开采的垮落带和导水裂缝带高度要比分层开采高,经综合分析得出,开采15号煤层将面临上覆3号煤层采空区积水威胁,开采前需对上覆3号煤层采空区积水进行疏放。     

极近距离煤层回采巷道稳定性分析

<正>极近距离煤层群在我国分布较广,通常采用下行式开采方法。当上层煤开采后,在下层煤开采时,因本层煤岩体弹性能的释放和上部煤层遗留煤柱的应力影响,以及上部采空区积水对本煤层顶板岩体的弱化,常致使下层煤的回采巷道破坏严重,维护成本高。因此,掌握下层煤回采巷道的变形破坏范围和变形破坏规律,对于指导矿山巷道支护设计显得尤为重要。六家煤矿在开采6-7煤层时,因上部极近距离6-6煤层采空区和遗留护巷煤柱的影响,     

巨厚煤层分层开采覆岩移动规律数值模拟研究

以准东煤田大井二号煤矿BM煤层的分层开采为例,利用FLAC~(3D)数值模拟得到采动后上覆岩层的体积应变增量切片。分析结果表明:受煤层采动影响,覆岩移动破坏区域由采空区向深部延伸,大致呈鞍形分布。覆岩裂隙发育速度随各分层开采逐渐减缓,裂隙发育高度与已采煤层厚度成幂函数关系。     

煤层厚度与层间岩性对上保护层开采效果的影响研究

采用数值分析的方法,建立了保护煤层开采厚度、被保护煤层赋存厚度及层间岩性对上保护层开采保护效果影响的计算模型。结果表明,当上保护煤层开采厚度增加但小于下部被保护煤层赋存厚度,或者上保护煤层开采厚度不变而被保护煤层赋存厚度增加时,保护效果逐渐增加;但当上保护煤层开采厚度大于被保护煤层赋存厚度时,保护效果基本一致。同时,当上保护煤层与下部被保护煤层间的岩层岩性越硬时,被保护煤层煤体单元的塑性变形量和应力减小量越小,保护效果越差。在实体煤岩内,岩性差异大的区域内水平应力降也较大。采空区下方不均衡分布的垂直应力的垂向挤压与水平应力的横向剪切作用,是底板煤岩体单元发生偏心失稳进而产生塑性变形和破坏的重要原因。     

近距离采空区下大采高综采面矿压演化规律研究

 为了研究近距离煤层上覆煤层已采对下覆煤层开采时支承压力的影响,基于潘二煤矿18516工作面矿压实测结果,运用FLAC3D大型非线性三维数值模拟软件,从围岩应力场分布角度对上覆已采煤层对18516工作面作用机理进行了分析。结果表明,煤柱下支架来压时最大循环末阻力大于采空区下支架载荷。煤柱下部周期来压时最大循环末阻力小于初次来压时的载荷;采空区下,周期来压时最大循环末阻力略小于初次来压时的载荷,相差不大。采空区影响区域,6煤采空区上方应力呈“鞍”形等值线分布,煤柱影响区域,6煤采空区上方应力呈“拱”形等值线分布。煤柱下的支承压力应力集中系数达到4.6～4.67,是采空区下方应力集中系数的3.5倍,受煤柱高支承压力的影响,工作面开采此位置时的危险程度较高,更易产生片帮、漏顶现象。     

薄基岩厚松散层下充填保水开采安全性分析

为研究薄基岩厚松散层下充填开采安全性,选择五沟煤矿CT101充填工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟和钻孔探测,对CT101充填工作面隔水关键层稳定性进行了分析,揭示薄基岩厚松散层下充填开采覆岩裂隙高度(深度)及其变化规律,并对开采安全性进了分析。结果表明:采高3.5 m,矸石充填率为85%时,关键层未破断,隔水关键层保持完整;下行裂隙多分布在工作面两端,且具有弥合性,随工作面推进周期性增大、减小,实测下行裂隙深5.5 m,上行裂隙高6.41~11.85 m,剩余隔水层组厚度为17.38~23.97 m,工作面可实现安全回采,为类似采矿地质条件下开采安全性分析提供了借鉴。     

巨厚岩层下重复采动采场支承压力分布规律数值分析

以鲍店煤矿10采区为背景,利用UDEC数值软件,研究高位硬厚岩层下近距离煤层开采超前支承压力及硬厚岩层底部应力变化规律。结果表明:上煤层开采时,超前支承压力及影响范围在硬厚岩层破断前达到最大值,硬厚岩层破断后,超前支承压力峰值呈周期性变化,变化范围较小,在硬厚岩层底部离层空间两端出现应力集中现象。下煤层开采时,超前支承压力集中程度高于上煤层工作面,在应力峰值外侧未趋于稳定,出现波浪形变化,硬厚岩层底部未形成显著的应力集中现象。     

孟巴矿厚松散含水层下协调保水开采模式

孟巴矿的地质采矿条件具有近地表松散富含水层厚、煤层顶板厚、煤层厚的"三厚"特征,开采煤层覆岩中含有多个含水层组,矿井水害是威胁矿井安全生产的主要因素。在覆岩多水体条件下,为了有效防止近地表厚松散UDT含水层进入井下,导致淹井灾害发生,提出上保下疏的开采水害防治模式。一分层安全开采的关键技术是控制复合关键层的结构稳定,应用初始后屈曲理论解析其稳定性,得出结构关键层的极限破坏长度,通过线性回归给出分层开采覆岩导水裂缝带发育高度预计计算公式,分析确定了一分层开采工作面宽度不超过150 m,限高开采3 m;依据对UDT含水层防护的安全煤岩柱高度确定二分层开采高度,二分层开采后覆岩结构关键层发生破坏,既能够有效疏放LDT隔水层以下含水层水,又能够保证LDT隔水层的完整性,达到UDT水体不发生下泄的目的,保障了矿井安全开采;根据工作面协调减损开采原理,确定开采分层合理错距约为82 m,下分层的巷道布置在上分层开采采空区下的厚煤层分层错距协调限高开采布置模式,实现有效降低了覆岩应力的叠加效应,减轻LDT隔水层的变形破坏程度。开采结果表明:厚煤层分层协调布置开采方法,有效减轻了UDT含水层下LDT隔水层应力叠加损伤程度,保护了隔水层的完整性;一分层限高综采,二分层限高综放开采分次疏放了煤层顶板至LDT底板2个含水层组,解决了矿井排水能力较小条件下的水害防治问题;分层工作面错距协调布置开采方法,有效降低了开采边界导水裂缝带发育高度,减小了LDT变形破坏程度,同时释放了一分层区段煤柱应力,实现了覆岩整体下沉,不但有效地降低了覆岩破坏高度,而且减小了冲击矿压冲击强度,开采期间UDT水位变化幅度稳定保持在一定范围内,实现了多水体条件下上保下疏的厚煤层分层安全开采模式。     

采场底板倾斜隔水关键层的失稳力学判据

针对承压水上倾斜煤层底板岩层所受载荷的非对称特征,在考虑沿煤层倾斜方向存在一定水压梯度的情况下,依据隔水关键层理论,建立了线性增加水压力作用下的底板倾斜隔水关键层模型。采用弹性薄板理论,分析了倾斜隔水关键层的力学特性,揭示了底板倾斜隔水关键层在其长边中点偏下的位置最容易出现拉伸屈服破坏。最后,采用Griffith和Mohr-Coulomb两种屈服准则,在判断出底板倾斜隔水关键层上最可能发生屈服破坏位置的基础上,推导了基于拉伸和剪切破坏机理的采场底板倾斜隔水关键层的失稳力学判据,并应用于现场倾斜煤层底板隔水关键层的稳定性分析。     

赵庄矿峰峰组碳酸岩层隔水性能研究及应用

为解决山西晋煤赵庄矿下组煤水压高、传统隔水层薄所带来的安全带压开采问题,采用水文地质钻探、抽水试验、压水试验、地应力测试及室内试验等技术手段,通过对奥灰顶部岩性、裂隙岩溶充填情况、钻探漏水、岩石力学指标及渗透性试验等各方面的综合研究,论证了下组15#煤底板奥灰顶部峰峰组岩层的相对隔水性。结果表明：赵庄矿15#煤下伏的奥陶系顶部峰峰组上段岩性为深灰色厚层石灰岩,致密坚硬,局部夹白云质灰岩和泥灰岩,强度较高,裂隙多呈不规则状且大量被充填,构成渗透性很差的岩层|本区奥灰峰峰组顶部至少存在30m厚度的相对隔水层段,15#煤底板隔水层厚度在38.75～67.25m之间,平均厚度为57m,且隔水性能较好|采用突水系数法对赵庄矿开采下组15#煤突水危险性评价,说明利用奥陶系顶部相对隔水层可使突水危险性大幅降低,从而解放大量煤炭资源。     

复杂条件下大水工作面的综合水害防治技术应用

1358西工作面是开滦钱家营矿业分公司首个倾向开采工作面,下伏7煤层工作面已经回采完毕,受下伏煤层采动、5煤层顶板含水层以及倾向开采三重因素作用,1358西回采工作面水文地质条件较复杂,水害治理难度较大。根据以往钱家营矿防治水经验和工作面实际水文地质条件,通过超前疏放5煤层顶板含水层水及合理设计防排水工程,1358西回采过程中未出现任何水害事故,保证了矿井安全生产,为今后煤层倾向开采防治水工作积累了宝贵经验。     

Modeling and simulation of strata movement for protective seam mining with large interburden

Based on simulated material scale modeling and numerical simulation, the protective seam mining method was conducted at one coal mine. After extracting the No.15 seam, the overlying strata movement and the deformation of the No.9–10 protected seam were studied. The experiment results show that it is feasible to destress the protected seams with large interburden thickness. When the face had advanced 200 m from the setup room, the No.9–10 seam was fully destressed, resulting in easy gas drainage in the destressed zone. Recommendations on mining sequence of multiple seams mining in the same coal areas were made. Supported by Ministry of Education Doctoral Foundation (20070460001) and Natural Science Foundation of Henan Province (0623021400)