综采工作面覆岩压实区演化采高效应分析及应用

采用相似材料物理模拟试验及理论分析,研究在不同采高条件下覆岩压实区的动态演化规律及形态特征。研究结果表明:在煤层开采之后,采动覆岩离层量分布呈“马鞍”状,采空区底板在一定区域内存在应力集中,结合两者可作为压实区底部边界判定依据;采空区覆岩压实区的形态及时空演化规律受采高与工作面推进距离的共同影响,得到了压实区宽度、高度及垮落角度的演化规律与采高的关系;同时,结合冒落带岩体的碎胀特征与底板应力集中的特点,分析了压实区压实程度的采高效应,即在一定范围内,采高越高,压实程度越大。基于采动裂隙椭抛带理论,在试验结果分析的基础上,建立了采动裂隙椭抛带压实区的数学表达方程,为卸压瓦斯抽采系统的布置及参数优化提供借鉴。     

综采长壁工作面推进速度对优势瓦斯通道的诱导与控制作用

基于采动裂隙椭抛带理论,确定了采动优势瓦斯通道带的上、下边界,构建了采动优势瓦斯通道带的时空形态理论模型。以淮北祁南矿34下采区为原型,开展了上覆岩采动瓦斯通道扩展数值仿真研究,发现优势瓦斯通道在上覆岩的空间位置随推进速度的增加而降低,发育高度、宽度和范围随推进速度的增加而减小等特征。以此为依据,对综采工作面推进速度加快后的高位钻孔参数进行了相应调整,并在祁南矿34下2工作面开展了卸压瓦斯抽采人工导流试验,现场试验结果验证了高位钻孔参数依据推进速度而进行的优化是合理的,从而也验证了本文提出的推进速度对优势瓦斯通道的诱导与控制规律是正确的。     

大采高综采工作面瓦斯运移聚集规律

为实现高瓦斯矿井大采高综采工作面瓦斯的精准治理,采用结合现场调研、理论分析和现场实测等方法,分析了采动卸压瓦斯运移和聚集规律,结合山西寨崖底煤矿地质生产技术条件,对高瓦斯矿井大采高综采工作面瓦斯涌出预报,提出瓦斯综合治理方案。经过实测,工作面的平均瓦斯抽采总量为38.518 m~3/min,平均瓦斯抽采率为87.14%,满足了采煤工作面瓦斯抽采的规定。     

大采高综采工作面瓦斯治理技术

针对王庄煤矿综采大采高工作面的现实条件,研究并实施了工作面抽采措施,即采前预抽、边采边抽和卸压孔相结合的方法,使工作面回风巷瓦斯浓度最大为0.43%,风排瓦斯量为9.3 m3/min,极大地保证了该工作面安全开采,取得了明显的经济和社会效益。     

基于采空区孔隙率动态演化模型的卸压瓦斯运移规律研究

为了获得工作面推进过程中采空区卸压瓦斯的运移规律,以大佛寺煤矿40118工作面为研究对象,基于煤岩层的物理力学参数,建立了基于采空区应力分布特征的采空区孔隙率动态演化模型,采用数值模拟的方法获得了工作面不同通风量、高位钻孔不同抽采负压,以及不同瓦斯涌出量条件下的采空区瓦斯运移规律。研究结果表明：采空区孔隙率动态演化模型可以较好地适应该矿的地层条件,其随着工作面推进而动态变化;在高位钻孔抽采条件下,随着工作面通风量和抽采负压的增大,采空区瓦斯浓度(甲烷体积分数)逐渐减小,但浓度值处于爆炸界限内的区域却有所增加,这在一定程度上增大了发生瓦斯爆炸风险的范围;随着采空区瓦斯涌出量的增加,采空区内甲烷体积分数整体上升,但瓦斯爆炸风险有所降低。     

大采高综采工作面回撤通道顶板控制技术研究

针对霍州煤电三交河煤矿大采高工作面末采阶段顶板控制现状,根据该阶段是否发生周期来压及顶板断裂位置的不同,将末采覆岩空间结构划分为终采线后方断裂、煤壁上方断裂和回撤通道上方断裂3种类型,在此基础上,建立了通道基本顶在给定变形条件下直接顶的力学模型,运用能量原理及变分法对通道直接顶下沉量进行求解,计算结果与现场实测数据一致。研究结果对大采高综采工作面回撤通道顶板控制具有一定的指导意义。     

厚煤层采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对崔家沟煤矿2303综放工作面瓦斯涌出量高易造成瓦斯超限的安全难题,应用采动裂隙椭抛带理论,在分析特厚煤层综放开采覆岩破坏特征的基础上,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟试验研究了采空区覆岩"三带"演化规律,建立了采动裂隙椭抛带数学模型,确定出了覆岩裂隙瓦斯抽采有利区,提出了低-中-高位钻孔相组合的瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:2303综放工作面垮落带高度为33 m,断裂带高度为110 m,距离煤层底板35 m以上55 m以下与外椭抛面交集的范围为瓦斯抽采的有利区域;通过低-中-高位钻孔抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度小于0.6%,回风巷瓦斯浓度小于0.5%,有力保障了工作面的安全高效回采。     

大采高工作面覆岩运移规律及支架工作阻力确定

针对某矿8402首采大采高工作面特殊的地质开采条件,通过理论分析、数值计算,得出了基本顶初次与周期来压步距参数。由于大采高工作面存在一次采出空间增大的问题,因此着重对支架承载状态进行研究。通过动载荷法计算得出工作面的最大支架工作阻力为9 420 k N/架,ZZ9900/29.5/50型液压支架能够满足工作面顶板支护强度要求。     

基于高位钻孔抽采综采工作面瓦斯

为了进一步治理综采工作面瓦斯超限现象,对凤凰山矿1301工作面瓦斯来源进行了分析,并采用高位钻孔抽采工作面的瓦斯,通过抽采,工作面处最大的瓦斯浓度为0.28%,采空区处最大的瓦斯浓度为1.40%,瓦斯抽放效果明显,说明钻孔设计比较合理,达到了预期的效果。     

综采工作面高位钻孔瓦斯抽采技术研究

为保证采煤工作面瓦斯抽采效果,针对挖金湾煤矿采空区瓦斯高、治理难度大问题,提出并实施高位钻孔抽采瓦斯技术。根据工作面采空区覆岩沉降特征,研究高位钻场布置位置,计算确定高位钻孔施工技术参数。通过在8107工作面进行高位钻孔抽采瓦斯技术试验,并与高位顶板抽放巷抽采瓦斯效果进行对比分析,结果表明高位钻孔抽采瓦斯浓度、纯量和有效抽采时间均高于高位巷抽采。     

红菱煤矿综采工作面瓦斯治理研究

阐述了工作面瓦斯综合治理技术的具体内涵,分析了不同的瓦斯治理方法的使用条件和特点,并对大孔径、长距离高位钻孔抽采与传统高位钻孔抽采效果进行了对比分析,结果表明,前者具有抽采时间长、抽采压力大、抽采浓度高、抽采总量大的优点。     

采动煤岩体瓦斯通道形成机制及演化规律

为了研究采动煤岩体瓦斯通道形成机制及其演化规律,运用断裂力学和岩石力学相关理论,结合煤岩体裂隙发育特征将工作面前方煤岩体瓦斯通道分为孤立通道区、张裂破坏区、剪切破坏区及支承压力峰值后破坏区,提出前３区域属于细观流动通道,第４区域属于宏观流动通道;研究了采动过程中煤体顶板变形受力特征、裂隙发育规律及通道导通特性,进行了顶板宏观瓦斯通道的分区：瓦斯紊流通道区、瓦斯过渡流通道区和瓦斯渗流通道区,结合实验室模拟分析了上覆煤（岩）层瓦斯通道发展变化过程,其经历了卸压、失稳、起裂、突变张裂、吻合缩小、加速闭合、通道维持、再次加速闭合直至完全被压实闭合的过程。     

高瓦斯多煤层大采高工作面覆岩裂隙演化规律研究

高瓦斯多煤层矿井运用大采高技术以实现矿井高产高效,开采工艺不同导致工作面瓦斯涌出规律的变化。以沁水煤田15#煤层大采高工作面煤层赋存条件和覆岩分布特征为背景开展采动覆岩裂隙演化规律研究,运用UDEC数值模拟大采高工作面在不同推进距离时覆岩裂隙形态发育及位移量,并提出基于示踪原理的实测覆岩裂隙发育规律的验证方法。研究表明:大采高工作面推进至120m时,煤层上覆岩层裂隙极限发育高度为65m,大采高工作面上邻近层8#煤层处于采动卸压范围,示踪气体法现场测试数据验证了数值模拟的准确性。由于大采高工作面覆岩裂隙发育范围扩展至上邻近层8#煤层,所以工作面回采过程中应增加上邻近层瓦斯抽采工艺。     

许疃煤矿大采高综放工作面瓦斯治理技术

许疃煤矿针对大采高综放工作面瓦斯治理问题,采用了工作面顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、顶板高位上向穿层钻孔抽采大采高工作面上邻近层瓦斯、顶板高位走向钻孔抽采本煤层同时拦截抽采上邻近层卸压瓦斯的综合瓦斯抽采技术。针对大采高综放工作面顶板高位走向钻孔布置层位的选择,通过相似模拟试验、关键层理论分析和UDEC软件模拟研究许疃煤矿大采高工作面顶板冒落规律,寻找大采高采场上覆岩层中裂隙位置和顶板瓦斯富集区;以此确定顶板高位钻孔的相关抽放工艺参数,为大采高工作面采空区高位瓦斯抽放钻孔的设计提供了理论依据。同时为大采高工作面上邻近层卸压瓦斯抽采钻孔的设计提供了理论指导。     

基于覆岩移动规律的大孔径扇形高位钻孔瓦斯抽采技术

以沙曲矿为研究背景,依据工作面覆岩采后垮落形成的采动椭抛带和"竖三带"理论建立模型,研究了大孔径高位钻孔瓦斯抽采技术。通过分析煤岩层中卸压瓦斯移动分布规律得知,将钻孔终孔布置在裂隙带上半部和椭抛带的重叠区域内可取得最佳抽放效果,并给出了钻孔仰角及方位角取值范围的计算公式。24207工作面的抽采数据表明,钻场平均抽采浓度在42%左右,平均抽采纯量高达11.6 m3/min。     

曙光煤矿1226综采工作面瓦斯抽采技术

采用综合应用理论分析、现场实测的方法,对山西汾西集团曙光煤矿1226高瓦斯综采工作面瓦斯来源进行了分析,提出并实施了分区段“风排+煤层钻孔抽放+裂隙带钻孔抽放”的联合瓦斯抽采技术。现场监测结果显示:1226综采工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.45%~0.75%,回风流中瓦斯浓度控制在了0.44%~0.75%,瓦斯治理效果明显改善。     

王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律研究

大采高综合机械化开采是厚煤层开采的重要趋势。以王庄煤矿8101大采高工作面为研究对象,采用实验室相似材料模拟工作面的推进过程,研究了大采高工作面上覆岩层的移动规律和两带分布,揭示了主关键层破断后形成的三铰拱平衡结构,利用电子经纬仪对不同岩层的位移值进行记录,得出了顶板位移场变化规律。模拟实验结果表明:8101大采高综采工作面垮落带高度为16 m,裂缝带高度为50~55 m,岩层最大下沉高度为6 m。直接顶初次垮落步距为25 m,老顶周期来压步距在10 m左右,实验结果与王庄煤矿现场实践相吻合。     

39021采面高位钻孔抽采规律及布置层位研究

为了提高39021工作面采空区瓦斯抽采效果,针对高位钻孔技术开展相关研究和考察。依据采动裂隙演化规律和理论确定冒落带、裂隙带范围,类比39011工作面高位钻孔设计,确定39021高位钻孔布置参数,并通过考察工作面回采期间抽采纯流量,验证设计的可行性,考察出高位钻孔布置适宜的垂距、平距和与切眼的距离。     

不同采高下瓦斯通道卸荷损伤演化及抽采验证

为解决大采高采场及上隅角瓦斯超限问题,基于卸荷岩体力学分析了采高对采空区顶板卸荷及瓦斯通道损伤演化的影响,结合损伤力学建立了损伤因子与卸荷量及渗透率的关系,采用离散元软件计算了不同采高下采空区顶板卸荷及瓦斯通道损伤演化规律,根据卸荷后有效应力与渗透率关系研究了不同采高下瓦斯通道的卸荷损伤范围,提出利用大采高开采形成的优势瓦斯通道在中高位断裂带内采用大直径定向钻孔抽采采空区瓦斯,并验证了瓦斯通道的贯通发育。结果表明:采空区顶板卸荷程度随采高增大非线性增长;采高越大,采空区顶板卸荷量及损伤因子越大,裂隙发育数量越多,采空区顶板渗透率突变点及瓦斯通道发育的高度越大;应用153 mm大直径钻孔抽采流量为96 mm的2～3倍,中高位瓦斯通道区钻孔抽采浓度约为中低位的2. 4倍。     

基于裂隙带分布规律的采空区瓦斯抽采技术

回采工作面上隅角瓦斯超限是瓦斯治理工作的重点。本文在对南凹寺矿30405上分层回采工作面采空区顶板岩层三带高度进行计算的基础上,对回风巷高位钻孔布置方案进行优化设计,将高位钻孔布置在采空区顶板裂隙区内。抽采钻孔在近一个月内能保持较高的抽采浓度和抽采纯量,能有效截流和较长时间的抽采采空区瓦斯,解决了高瓦斯矿井综采工作面上隅区瓦斯浓度超限问题。