对近距离煤层安全开采的认识

<正>我国煤层层间距在1~10 m这样的极近距离所占比例较大,极近距离煤层开采时,薄煤层开采最为困难。因此,极近距离薄煤层的安全高效开采一直是我国乃至世界煤炭工业研究的难题。在极近距离薄煤层生产实践中,按通常的上、下层工作面错距公式及覆岩移动规律进行设计开采,工作面围岩控制较困难。因此,研究极近距离薄煤层同采时工作面覆岩移动规律,设计合理的上、下层回采     

极近距离煤层联合开采采场覆岩活动特征及矿压显现规律

依据刘东煤矿的煤层地质及生产技术条件,采用数值模拟分析和现场实测的方法,研究了极近距离煤层联合开采时采场覆岩活动特征和矿压显现规律。研究结果表明,极近距离煤层联合开采上覆已破断岩层可再次形成稳定结构,在端头区覆岩结构的形成有利于集中运输巷道的维护;下位煤层工作面矿压显现缓和,支架承受静载荷作用明显,工作面来压和支架载荷具有整体一致性的特征。     

极近距离煤层开采技术探究

极近距离煤层的开采一直是煤炭开采的难点之一,文章以同煤四台矿为研究对象,对极近距离下部煤层的开采展开探究,对极近距离煤层从定性与定量两个角度加以定义,并结合实际工程资料对极近距离煤层下部开采时的矿压显现规律以及上覆岩层结构特点和稳定性进行了分析,结合自身实践经验就实现极近距离下部煤层的安全开采提出几点见解。     

近距离煤层开采覆岩运移规律诱发地表沉降分析

为对近距离煤层开采顶板覆岩运移规律及覆岩破坏诱发地表沉降进行分析，采用物理及数值模拟实验，以某煤矿近距离煤层开采为例进行论证。研究结果表明：开采过程中煤层上方原岩应力发生扰动，使能量得到释放，从而诱发覆岩发生持续变形现象，变形破坏的覆岩区域呈下沉抛物线状；近距离煤层开采过程中，因上方垮落覆岩作用，导致上下煤层之间的岩层发生断裂，从而引发上下采空区发生贯通现象，能量释放区形成泄压叠加区，此时对地表沉降的诱发效应最为明显和直观；上煤层开采覆岩变形破坏形态比下煤层更为直观，下煤层因上下煤层双重复合效应覆岩沉降现象比上煤层开采更为剧烈且对地表沉降诱发效应更大，数值模拟地表沉降值为3.7 m,相似模拟地表沉降值为5.6 m,理论计算地表沉降值为5.279 m,整体差值较小，可以相互验证。     

膏体充填回收条带煤柱覆岩活化规律研究

为分析膏体充填回收条带煤柱覆岩活化规律,通过建立条带开采、回收遗留煤柱和单独充填开采3种模型,采用数值模拟和岱庄煤矿膏体充填回收条带煤柱地表沉陷实测,研究得出了充填开采孤岛煤柱引起的覆岩活化机理,以及覆岩活化对地表沉陷影响的程度。研究表明:充填开采覆岩活化程度随着与煤层距离的增加,呈现先增加后减小的趋势,最大活化发生在距煤层100 m内;膏体回收条带煤柱覆岩活化率在15%～30%,反应至地表的在15%左右。     

固体充填采煤覆岩移动规律相似模拟实验研究

在固体充填采煤中,充实率是影响覆岩移动和矿压显现控制效果的主要因素。以平煤十二矿13080充填工作面为研究背景,利用相似材料模拟实验,对采空区充实率分别为65%、75%和85%时的覆岩移动规律进行了研究,得出随着充实率的提高,基本顶下沉速度逐渐降低,速度峰值滞后工作面的距离逐渐增大;覆岩稳定周期逐渐缩短,最终下沉量也逐渐减小;不同层位覆岩最终下沉量随与煤层距离的增大而减小等结论。通过现场实测得出3~#、8~#测点顶板最大下沉值分别为417mm、443 mm,反算出相应测点井下采空区最终充实率分别为87.3%和86.6%,与相似模拟充实率85%条件下覆岩运动规律基本相符。     

近距离煤层群上行开采覆岩垮落及运移规律研究

为研究近距离煤层群上行开采覆岩垮落及运移规律,以晋城某矿近距离煤层群为研究背景,结合其煤层地质条件建立二维相似模拟试验模型,对煤层群开采过程中覆岩垮落和运移规律进行了监测。试验结果表明:煤层群上行开采过程中,上煤层周期来压步距小于下煤层,且覆岩离层高度更大;上煤层表现为工作面的大小周期来压现象,伴随着大周期来压剧烈和小周期来压不明显,且基本表现为小周期来压时垮落角减小,大周期来压时垮落角增大的规律;上煤层开采后覆岩破碎难以形成结构,其覆岩离层高度增加幅度较小。研究结论可为类似条件上行开采和岩层控制提供参考。     

上下采空极近距离煤层开采围岩应力及破坏特征研究

针对极近距离煤层群开采过程中出现的上下采空后进行中间煤层开采的具体工程条件,运用数值模拟、相似模拟和工程实践相结合的研究方法,分析了上下采空极近距离煤层开采过程中采场围岩应力分布规律、位移变化及变形破坏特征。研究表明:在煤层厚度不大、顶底板岩层基本稳定和采高3 m左右情况下,上下采空极近距离煤层开采中,煤层及顶底板整体应力有所降低,且其完整性没有受到严重破坏;而在工作面两巷外侧一定范围围岩应力集中程度明显加强,在工作面切眼和收作线煤壁附近35 m范围内,形成一定范围的剪切破裂区。在上下采空极近距离煤层开采中,应加强两巷修护与加固,合理布置工作面以避开应力集中区和剪切破裂区,并采取相应矿压控制措施,保证工作面正常安全开采。     

基于沉陷预测的上下煤层协同开采工作面走向错距研究

为研究层间距离较大、不属于近距离煤层范畴的上下煤层同采工作面的安全走向错距,以潞安集团伊田煤业2号煤层(上覆煤层)、11号煤层(下伏煤层)协同开采工作面为工程背景,基于下伏煤层采场顶板垮落特征及“竖三带”理论分析结果,提出下行协同开采条件下需要解决的科学问题为下伏煤层的开采活动不能影响上覆煤层的安全生产。建立了概率积分法开采沉陷计算模型,探究充分采动条件下,下伏11号煤层工作面开采对上覆2号煤层底板的沉陷影响范围。将下沉10 mm、倾斜3 mm/m、曲率0.08×10^-3/m和水平变形2 mm/m作为下伏煤层开采对上覆煤层的安全影响阈值,以上覆煤层工作面位于下伏煤层工作面开采沉陷影响范围之外为判据,并考虑1.5倍的安全系数,得出上下煤层同采工作面的合理走向错距为96.2 m。两工作面协同开采过程中,通过严格管控每班和每日的回采进度,使其前后错距始终大于96.2 m,监测上覆2号煤层工作面及其回采巷道的矿压显现情况,并与同类条件单层开采时的矿压规律进行对比分析。工程实践表明：2号煤层、11号煤层协同开采过程中,基于下伏11号煤层工作面充分采动条件下的开采沉陷范围,确...     

近距离煤层群开采工作面布置方式确定

煤层群开采过程中,受到上覆已开采煤层覆岩运移影响,下伏煤层开采顶板运动规律与破坏过程复杂程度和工作面来压不确定性增加.以下石节煤矿为研究背景,依据近距离煤层群工作面布置原则,综合分析对比内错式、外错式、重叠式布置的优缺点.结合数值模拟软件UDEC验证222工作面开采范围应力分布特征及222与2301工作面不同布置距离下...     

充填与垮落协同开采覆岩层间滑移破坏规律研究

充填与垮落协同开采技术发挥了综采“高产高效”与充采“绿色环保”的双重技术优势,目前对协同开采覆岩移动变形的研究已取得了一定的成果,但忽略了岩层层间的滑移效应对覆岩移动的影响。基于充填与垮落协同开采技术原理与工艺,根据协同开采覆岩结构特征,建立协同开采覆岩复合岩梁滑移力学模型,解出双层复合岩梁挠度、滑移、剪力和弯矩的理论解,分析复合弹性地基系数k对四者的影响规律,并通过物理相似模拟试验得出不同充实率条件下覆岩层间滑移规律;研究认为,采用充填与垮落协同开采方法时,受到同一工作面中同时布置充填段和垮落段的影响,双层复合岩梁四者理论解较垮落法的单一开采均发生突变,四者统计数值随复合弹性地基系数k的变化规律具有一致性,均可划分为快速降低区、缓慢降低区和平稳区,并计算得出滑移效应影响下的充填段临界充实率为93.75%;将理论计算与物理模拟结果进行对比分析,知充填段与垮落段覆岩均向协同工作面中央位置移动,验证了滑移模型的合理性。     

极近距离煤层群上位煤层开采底板破坏深度研究

以大同矿区云冈矿极近距离煤层群开采条件为背景,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了极近距离煤层联合开采时上位煤层开采后的底板破坏深度。研究结果表明,极近距离煤层群上位煤层开采后的底板破坏深度与煤层采高、煤层强度、上覆岩层容重、应力集中系数、底板岩层强度等因素有关,结合云冈矿的实际工程地质条件得出其底板破坏深度约为4 m。     

极近距离煤层开采下煤层采场顶板破断规律

以叙永一矿极近距离薄煤层开采为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法,提出了煤层群开采层间距的划分方法;并利用顶板岩梁理论推导了C20煤层直接顶断裂步距表达式;研究揭示了极近距离煤层工作面采场顶板破断规律;利用现场实测矿压数据较好地验证了理论分析和数值模拟结果。研究结果可以为极近距离煤层开采安全高效开采提供参考。     

极近距离煤层下伏回采巷道围岩控制技术研究

针对极近距离煤层下伏巷道支护难度大的问题，采用数值模拟、理论分析、现场实践相结合的研究方法，开展极近距离煤层开采底板下伏巷道围岩稳定性控制技术研究，得出：极近距离煤层开采底板下，将下伏回采巷道相对上覆残留煤柱中线错开12～16 m距离布置，有利于下伏回采巷道支护稳定，并在此基础上提出锚杆+金属网+金属棚架的联合支护方案，应用效果良好，为类似条件下的巷道支护提供了有意义的参考。     

极近距离煤层采空区下切巷施工工艺技术研究与应用

云冈矿81001工作面属于极近距离煤层开采且上覆存在采空区,为保证施工安全,经研究制定了切巷施工工艺,成功解决了极近距离采空区下巷道施工难题,保障了巷道支护的效果和施工安全。     

薄基岩近距离煤层开采"水-岩"致灾演变模型及规律研究

为研究薄基岩近距离煤层开采的"水-岩"致灾演变规律,建立了薄基岩覆岩裂隙扩展渐变破坏模型并分析了岩石的3种破坏模式,从平面及空间角度揭示采动覆岩岩体裂隙扩展过程中的渐变失稳破坏发育特征;构建覆岩岩体破坏致灾演变力学模型,从力学角度上解释覆岩破断致含水层突水致灾过程。结合工程实例,采用UDEC及FEFLOW数值模拟软件分别建立数值模型,模拟分析近距离煤层回采覆岩失稳破坏特征及地下水体运移渗流特征,揭示采动条件下地下水体运移致灾演变规律。研究结果表明:开采活动破坏了地下水体原有的渗流规律,近距离煤层的重复采动极大地增加了覆岩岩体内裂隙密度及宽度,裂隙带内的渗透性增加,覆岩裂隙是水的渗流、运移的主要通道,导水通道的拓宽从而导致突水致灾危险性增加。     

深部煤层智能化充填开采覆岩运移控制技术

深部煤层安全高效开采与生态环境保护协调发展是当前煤炭绿色开采的重要主题.以义能煤矿深部煤层地质生产条件为工程背景,对充填开采设备进行了智能化升级,在回采巷道设置了远程控制中心,实现了智能化充填开采;探究了充填与开采的工作匹配方案,得到了合理的充填与开采参数,按照 CG１３０４工作面生产能力计算,理论所需的单料浆制浆能力为１０４m３/h.为提高充填与开采协调的覆岩运移控制效果,提出了管道堵塞防治、二次充填等采充协调的覆岩运移控制技术;构建了深部充填工作面智能监测预警系统、充填开采效果评价体系,为实现深部煤层智能化充填开采及覆岩运移有效控制提供了科学依据.     

固体充填采煤充实率控制导水裂隙带高度发育研究

为了研究固体充填采煤充实率对控制导水裂隙带高度发育的影响,分析了固体充填采煤覆岩移动变形特征,借助等价采高理论套用经验公式对固体充填采煤不同充实率导水裂隙带高度进行预计。运用数值模拟软件,通过对不同充实率导水裂隙带高度的模拟,建立了固体充填采煤导水裂隙带高度新的预计方法,其结果与套用经验公式预计的结果相吻合。工业性实验表明:固体充填采煤可以有效控制覆岩移动变形,顶板岩层整体保持其完整性,在煤层采高为3.5 m,采空区充实率为85%时,导水裂隙带高度在10 m左右的范围内,实测与预计结果基本一致。     

近距离上保护层开采覆岩移动及瓦斯卸压模拟研究

为研究近距离上保护层开采覆岩移动规律及被保护层应力变化规律,以老石旦矿地质资料为背景,通过相似材料模拟试验,探讨17_(-1)煤层开采对13煤层煤顶底板条件、应力变化及瓦斯卸压等方面的影响。通过模拟研究,得出了17_(-1)煤层覆岩运移规律及垮落特征、13煤层应力变化特征及瓦斯卸压运移储集规律。为相同地质条件的含瓦斯多煤层开采提供理论参考依据。     

固体充填采煤充实率控制导水裂隙带高度发育研究

为了研究固体充填采煤充实率对控制导水裂隙带高度发育的影响,分析了固体充填采煤覆岩移动变形特征,借助等价采高理论套用经验公式对固体充填采煤不同充实率导水裂隙带高度进行预计。运用数值模拟软件,通过对不同充实率导水裂隙带高度的模拟,建立了固体充填采煤导水裂隙带高度新的预计方法,其结果与套用经验公式预计的结果相吻合。工业性实验表明:固体充填采煤可以有效控制覆岩移动变形,顶板岩层整体保持其完整性,在煤层采高为3.5 m,采空区充实率为85%时,导水裂隙带高度在10 m左右的范围内,实测与预计结果基本一致。