半煤岩保护层无煤柱开采的全面卸压机理及应用研究

针对卸压盲区范围内煤层将出现应力集中、法向挤压变形、瓦斯压力和含量增大,进而导致煤层开采时存在一定安全隐患的问题,提出了半煤岩保护层无煤柱开采技术,以实现下部被保护煤层的全面卸压。通过理论分析了上保护层无煤柱开采消除卸压盲区的机理,据此在沙曲煤矿22201工作面进行现场工业性试验,试验结果表明:通过半煤岩保护层无煤柱开采,实现了低透气性高瓦斯突出煤层群的全面卸压增透,3+4#下被保护层预抽瓦斯纯量、浓度分别高达18 m3/min和90%左右,表明半煤岩保护层无煤柱开采技术体系瓦斯治理效果显著。     

基于UDEC数值模拟实验的保护层无煤柱全面卸压开采分析

针对低透高突煤层群中不具备常规煤层(煤厚≥0.8 m)保护层开采条件及消除保护层遗漏煤柱下方被保护层中卸压盲区的问题,提出了极薄、薄煤层半煤岩保护层无煤柱全面卸压开采技术。基于沙曲煤矿地质条件,采用UDEC数值模拟实验分析得出:被保护煤层卸压盲区宽度随着保护层煤柱宽度的增加大致符合拟合直线方程y=17.09x-10.05的线性增长规律,拟合度R~2=0.896 8;当无煤柱开采时,在原留设煤柱位置的下方被保护层中不发生垂直应力集中,即消除了卸压盲区。     

高瓦斯煤层群薄煤层保护层开采卸压效果分析

针对沙曲矿北翼高瓦斯近距离煤层群安全高效开采的问题,运用数值模拟和理论分析相结合的方法,分析了近距离煤层群薄煤层保护层开采的卸压机理,提出了对2#薄煤层进行保护层开采。根据北翼2#薄煤层22201首采保护层工作面的实际情况,分析了2#薄煤层保护层开采对下邻近被保护煤层的卸压保护范围,进而确定了保护层开采解放煤量。现场试验结果表明,对2#薄煤层进行保护层开采卸压效果明显,大大提高了被保护煤层瓦斯预抽的效果。     

近水平中近距离煤层群煤与瓦斯协调开采技术研究

以下峪口煤矿中近距离煤层群为研究对象,现场考察得出保护层保护卸压角,结合上保护层2#煤层赋存条件及灾害特点,对比选择密集顺层长钻孔抽采2#煤层采掘工作面,回采巷沿空充填留巷施工下向孔抽采下伏被保护层卸压瓦斯区域防突的开采方案。现场考察了卸压瓦斯抽采与工作面的时空关系,数据表明,中近距离上保护层开采期间,采动影响能够有效卸压,提高被保护层的透气性,滞后保护层工作面24～42m为卸压瓦斯最活跃区域,卸压瓦斯抽采浓度高于10%的时间约2个月。     

关于远距离上保护层开采卸压保护角的确定

为了优化采区采掘部署,实现安全高效开采,基于保护层开采区域性防突措施的重要性,即保护层的开采,论文就祁东矿上保护层开采过程中,对下部被保护煤层卸压保护角的理论分析和煤岩及瓦斯动力参数现场考察,得到了矿井一定瓦斯地质单元条件的卸压保护角,该参数能为类似条件下上保护层开采确定卸压保护角提供参考。     

中远距离上保护层开采被保护层卸压时空效应及应用研究

针对祁东煤矿煤层群中远距离上保护层开采时,被保护层施工穿层钻孔发生严重的钻孔突出等问题,研究了上保护层开采被保护层卸压瓦斯流动滞后的时空规律,用于被保护层卸压瓦斯抽采。研究表明:被保护的9煤层底板穿层钻孔滞后上覆71煤层工作面平面位置20~25 m施工钻孔进行卸压抽采,解决了被保护层超前预抽及卸压抽采存在的钻孔突出、煤孔段塌孔,以及卸压抽采封孔段漏气等问题,提高了抽采效果。     

高瓦斯近距离煤层群保护层煤与瓦斯共采技术

根据沙曲矿的具体地质条件,通过对保护层开采机理的分析,确定矿井北翼2号薄煤层为下方3+4号和5号煤层的保护层,计算得出保护层首采工作面22201的保护范围和解放煤量2.4Mt;针对2号煤层的赋存条件,研究了22201工作面的采煤技术,包括巷道布置、工作面主要设备和采煤工艺;采用保护层开采对突出煤层的卸压作用和瓦斯抽采技术,设计了本煤层、下部3+4号煤层和采空区瓦斯的抽采方案,达到解放下部煤层的目的。沙曲矿对高瓦斯近距离煤层保护层煤与瓦斯共采技术的研究,为其他类似条件下开采提供了借鉴。     

保护层开采保护范围的确定及影响因素分析

针对煤层下保护层开采保护范围划定及影响性问题,利用有限元分析软件ANSYS生死单元模拟保护层开采,探究随着保护煤层工作面的推进,被保护煤层垂直于煤层层理面的应力和变形规律;根据保护层开采应力卸压保护准则和煤层变形保护准则,确定被保护层沿倾向和走向的保护范围,同时对保护层保护效果的影响性因素进行分析。通过对某煤矿保护层开采保护范围的分析结果发现,被保护煤层倾向上部卸压角为60.32°,倾向下部卸压角为43.86°。走向卸压角在倾向各个位置呈现非均匀分布,最大卸压位置为走向中部附近,最大卸压角为54.46°。分析保护层保护效果的影响性因素可知,当煤层倾角较小时,采动应力判别准则较应变准则所得的卸压保护角偏于保守,较为安全。     

俯伪斜下保护层开采保护范围的现场考察分析

开采保护层是在突出矿井开采煤层群时的重要的安全措施,考察保护范围对安全生产起着指导作用。为了划定俯伪斜下保护层开采急倾斜煤层群保护范围,对某煤矿下保护层6#煤层工作面3601对应的被保护层4#煤层布置压力孔和流量孔进行了现场观察。分析表明:保护层开采导致被保护层瓦斯压力呈现"四带"分布以及瓦斯流量呈现"M"状态分布;在压力变化的基础上,划分出下保护层倾向下山方向的卸压保护角为86°;在综合压力变化和流量变化基础上,划分出下保护层沿走向的卸压保护角范围为45°～72.47°。     

近距离突出煤层群上保护层开采瓦斯治理技术

结合青东煤矿上保护层开采条件,采用FLAC3D软件模拟了上保护层开采底板卸压规律。研究结果表明:被保护煤层卸压瓦斯涌出率为30.0%～36.5%;上保护层开采后被保护煤层原始地应力由10.5～10.8 MPa降低为1.0～1.5 MPa;被保护煤层初始卸压位置为工作面回采至40～50m。根据研究结果制定了顶板岩巷穿层钻孔、顺层预抽、顶板高抽巷、上隅角埋管及上保护层回风巷下向穿层增裂钻孔的立体瓦斯治理技术。工程应用表明,卸压瓦斯占工作面瓦斯涌出总量的86.8%,被保护煤层瓦斯涌出率为30.4%,被保护煤层初始卸压位置为工作面回采至40 m位置。     

远距离下保护层开采对上覆煤层卸压保护效果研究

以平顶山煤田十矿为工程背景,针对远距离煤层群开采条件下,下保护层开采对上覆岩层卸压保护技术研究,应用离散元数值模拟技术,对被保护煤层卸压情况进行监测和分析,同时对下保护煤层跨越相距248m的被保护煤层顶板大巷和保护煤柱开采过程的巷道变形进行计算和分析。结果表明,下保护层采煤工作面虽然距上部岩层巷道248m,但采动的影响仍很显著,使远距离覆岩大巷产生大变形和沉降,丧失使用功能,数值模拟结果与现场观测到的情况一致,验证了数值试验对卸压保护效果的可靠性;通过数值模拟分析,下保护层开采后,上覆相距180m的被保护煤层最大主应力降低了20%,卸压保护角约为80°,卸压膨胀稳定区的膨胀变化率为2.25%~2.5%。这表明首先开采下保护煤层,对上覆被保护层煤层的卸压效果明显,具有一定的保护作用。     

平煤十二矿岩层下保护层开采技术及工程实践

针对深部高突矿井存在高地应力、高瓦斯、低透气性、高地温、高岩溶水压以及高强扰动等致灾因素,以致瓦斯突出事故频繁发生的问题。在不具备常规保护层（煤层厚度≥0.8 m）开采的工程背景下,及实现上部被保护煤层增透卸压的难题,提出岩层下保护层工作面开采技术的解决思路。基于十二矿三采区主采煤层工程地条件,分析了岩层下保护层工作面采高与合理宽度的确定方法。结合矿井现有开采设备水平与技术经济因素,确定岩层下保护层开采厚度1.8 m,工作面宽度158 m;基于31040岩层下保护层工作面煤岩层揭露情况,优选出了岩层工作面破岩的关键开采设备,并设计了工作面三花眼辅助预裂爆破配合采煤机截割的破岩方式;根据己_16-17煤层瓦斯地质条件,设计了岩层下保护层瓦斯卸压效果监测方法。     

良庄煤矿上保护层开采卸压机理与保护范围数值模拟研究

以良庄煤矿3213、3214上保护层工作面为工程背景,研究分析了上保护煤层开采卸压机理,为确定上保护煤层开采后下部保护范围,运用FLAC3D数值模拟软件模拟了实际地质条件下保护层开采行为。研究表明：随上保护层开采范围的增加,底板一定范围内的煤岩层在采空区内部呈现卸压,卸压区内卸压效果明显,卸压范围逐渐增大,应力分布由“V”型分布逐渐变为“U”型分布,但边界处应力集中情况逐渐增大,应力峰值与范围增加。通过综合经验法和卸压准则判定法得到3414工作面合理布置：3414工作面内错3214切眼位置19 m,停采线位置内错19 m,运煤巷内错17 m。     

深井远距离上保护层开采卸压效果研究

基于保护层开采条件下煤层膨胀变形特征,运用FLAC3D5.0对朱集西矿远距离上保护层开采采条件下,被保护层的应力变化及膨胀变形量进行了分析;同时对被保护层瓦斯抽采流量进行了现场考察。结果表明,保护层开采过后被保护层最大膨胀率达2.2‰,保护层工作面推进40~80 m范围内,被保护层单孔瓦斯抽采流量由0.05 m~3/min增加至0.35 m~3/min,煤层透气性显著增加,对被保护层煤层有一定卸压影响,在卸压影响区内结合钻孔卸压瓦斯能够减低或消除被保护层的突出危险性。     

隐伏性突出煤层群保护层开采卸压瓦斯抽采技术研究

保护层开采是对于煤与瓦斯突出矿井开采煤层群时首选的经济有效的区域防治突出措施,但开采保护层时既要治理本煤层涌出的瓦斯,还面临着被保护层卸压瓦斯涌入保护层工作面。为有效抽采上保护层开采后的卸压瓦斯,利用保护层开采“卸压增透效应”,结合新田煤矿井下生产实际情况,以新田煤矿1402保护层工作面为例,介绍保护层工作面开采期间的瓦斯治理技术。     

近距离煤层群叠加开采采动应力-裂隙动态演化特征实验研究

围岩应力、裂隙分布特征是影响突出危险煤层瓦斯抽采效果的重要因素,为优化突出危险煤层群瓦斯预抽方案,以沙曲煤矿近距离煤层群开采为背景,采用相似模拟实验研究了保护层与被保护层双重采动影响下围岩应力-裂隙分布与演化特征。结果表明：3+4号煤初采时,叠加采动的影响下,顶底板卸压程度较一次采动影响时高,但高卸压程度阶段持续长度减少,约105 m,底板最大应力降低值可达12 MPa,是保护层开采时最大应力降低值的1.5倍;进入正常推进阶段,仅距采空区两侧煤壁一定范围L内仍保持较高裂隙发育和应力降低程度,且较保护层开采时L值减小,20~30 m,采空区中部覆岩裂隙再次闭合,围岩应力出现恢复现象;工作面推进距离一定条件下,双重采动影响下顶底板卸压程度及裂隙发育程度较一次采动影响下明显升高;被保护层开采时,3+4号煤同2号煤之间岩层破碎程度最高,裂隙最为发育,覆岩裂隙发育程度随工作面推进距离增加而升高,由于形成稳定顶板结构的随机性,覆岩裂隙频数程台阶式增长。最后将研究结果应用于沙曲煤矿高瓦斯煤层群开采时瓦斯抽采钻孔的布置设计,取得较好的抽采效果。     

薄煤层切顶成巷无煤柱全面卸压开采技术研究

针对贵州盛远煤矿高瓦斯低透气性近距离煤层群安全高效开采的问题,运用理论分析、数值模拟相结合的方法,分析了薄煤层切顶成巷无煤柱全面卸压开采的理论基础。根据现场40403综采工作面的实际情况,理论计算了上保护层工作面留设区段煤柱时,下部7#、8#煤层中形成卸压盲区的面积,并分析了下伏煤岩层有效卸压保护范围。     

近距离煤层群首采关键卸压层工作面瓦斯综合治理技术

近距离煤层群首采关键卸压层开采后,由于层间距较小,采动卸压后被保护煤层透气性增大数百到数千倍,卸压煤层产生采动裂隙,其相互贯通并与保护层采空区连通,导致被卸压保护煤层解吸瓦斯大量涌向保护层开采空间,造成首采保护层工作面的瓦斯治理更加困难。以淮南新庄孜煤矿近距离煤层群首采关键卸压层62114工作面开采为例,采用沿空留巷Y型通风煤气共采技术,提出并实施了被卸压保护煤层综合抽采瓦斯技术,工作面瓦斯抽采率超过80%,回风流瓦斯浓度低于0.6%,实现了高瓦斯煤层群煤与瓦斯的安全高效共采。     

近距离煤层群半煤岩上保护层开采卸压增透效应研究

基于保护层开采是治理低渗透率高瓦斯突出煤层最有效措施,针对薄煤层和极薄煤层保护层的开采,提出了截割软弱底板以增加开采高度的半煤岩保护层工作面开采方法.以中兴煤矿3203保护层工作面为工程背景,通过滑移线场理论分析计算了3203上保护层工作面开采后底板岩体的最大破坏深度,并采用数值模拟方法对半煤岩上保护层开采卸压增透效应...     

近距离突出危险煤层群上保护层开采可行性分析

为解决沙曲煤矿近距离突出危险煤层群开采瓦斯防治的难题,基于理论法分析、数值模拟及现场实测方法,分析22201工作面作为保护层开采的可行性.结果表明:2号煤层作为保护层开采,采动影响下底板破坏深度可达26 ～ 28 m,大于3+4号和5号煤层同2号煤层之间的最大垂直距离,两层煤均处于上煤层开采保护范围内;3+4号、5号煤层垂直应力最小可分别降至0.5、1.0 MPa,并表现出较高的瓦斯卸压程度.2号煤层开采时,有效抽采范围内被保护煤层渗透率明显升高,最大值可达5.2×10-3μm2;最后对2号煤层回采过程中,底板穿层抽采钻孔中的瓦斯浓度进行了实测,结果表明瓦斯体积分数最大值可达80％,抽采效果良好.