柱式采空区蹬空复采充填体高-强协调机制及其临界高度研究

柱式采空区上层遗煤蹬空安全复采的关键在于确保底板煤岩柱的采动稳定性.针对山西朔州中煤金海洋煤业公司6#煤层蹬空开采底板煤柱易失稳诱发上行工作面垮塌的现象,提出地面注浆充填加固底板煤柱工程技术,借助于注浆充填固结体对底板煤柱形成的夹持作用,抑制底板煤柱采动裂缝扩展并提升其承载能力.综合采用数值模拟、理论分析和现场实测,研...     

柱式采空区煤柱稳定性分析与蹬空开采可行性研究

甘庄煤矿7#、11#煤层采用刀柱式开采,故8#煤层属于蹬空开采,需对其可行性进行研究。在分析该矿煤层赋存条件的基础上,利用多种理论方法对8#煤层蹬空开采的可行性做了初步判定;重点对下伏11#煤层采空区留设的刀柱、护巷煤柱的载荷与强度进行了理论计算和数值模拟研究;结合上覆7#煤层采动引起的底板破坏对8#煤开采造成的影响,对8#煤层实施蹬空开采的可行性作进一步论证。分析结果表明,对8#煤层实施综合机械化蹬空开采是可行的。     

济宁二号煤矿十采区隔水煤柱安全性评价

为了解决济宁二号煤矿十采区开采邻近采空区积水突水隐患问题,基于采区地质、水文地质条件,采用理论计算和数值模拟方法对煤层开采隔水煤柱破坏深度进行了理论计算和过程模拟分析,在此基础上,结合规范中经验公式对十采区与邻近十一采区间隔水煤柱稳定性进行综合分析评价。研究结果表明:按《煤矿防治水规定》采区间隔水煤柱尺寸略小于安全隔水煤柱临界值,存在发生十一采区老空水涌突的可能性,必须在十采区开采前对十一采区积水实施控压疏放,控制水压不大于0.4 MPa。该研究成果为十采区开采老空区水害防治提供了基础依据。     

房柱式残采区蹬空开采可行性研究

以大同精通兴旺整合重组煤矿为研究背景，首先采用理论计算初步判定了9#煤层蹬空开采的可行性和12#煤层残采区煤柱稳定性，然后借助钻孔注水和钻孔窥视等技术从现场实测的角度揭示了9#煤层蹬空开采的岩层结构特征。研究结果表明：房柱式残采区上覆岩层冒落带高度距离不超过10m，裂隙带高度约为25m，9#煤层位于12#煤层房柱式开采形成的弯曲下沉带，岩层仅出现内部损伤，未出现大范围台阶下沉，整体性和完整性较好，可以进行蹬空开采。     

非等宽复合柱采区中部遗煤开采可行性分析

选取非等宽复合柱采区中部遗煤的开采为研究对象,采用数值模拟、相似模拟和理论分析相结合的方法,从遗留煤柱稳定性、围岩应力分布环境及岩体结构稳定性3个角度出发,系统分析了非等宽复合柱采区中部遗煤开采的可行性.结果表明:复合采动影响下残采区遗留宽煤柱的稳定性强于窄煤柱,中部遗煤开采过程中超前支承压力会与遗留煤柱内集中应力相互叠加,导致窄煤柱发生超前失稳,并强化宽煤柱的应力集中程度.复合柱式开采后采场会形成"遗留煤柱-上位控制层"倒置连续梁岩体结构和"下位承载层-遗留煤柱"连续梁岩体结构.中部遗煤开采过程中,上位层间岩层中的"控制层"结构会逐步发生破断失稳,尤其在通过宽煤柱时会发生切落式失稳,引发"遗留煤柱-上位控制层"倒置连续梁耦合承载结构的破坏,并导致强矿压显现;"下位承载层-遗留煤柱"连续梁耦合承载结构在中部遗煤开采过程中能够保持整体稳定.晋华宫煤矿非等宽复合柱采区中部遗煤开采可行性良好,当工作面通过复合柱采区重叠式遗留煤柱对应的高应力区域时,需要采取柱旁充填、煤柱预裂或切顶卸压等超前防控技术来削减采场强矿压.本研究可以为非等宽复合柱采区中部遗煤的安全高效开采提供良好的理论支持.     

煤层开采底板破坏数值模拟对比研究

采用数值模拟方法模拟煤层开采过程可以有效模拟应力变化过程,从而掌握底板变形破坏情况。通过对某煤矿深部下组煤首采区完整岩层和有断层岩层2种情况进行数值模拟,对比分析首采区采动应力变化和底板破坏情况,发现在断层影响下,终采线附近最大应力值远大于完整岩层的最大应力值,进而导致底板破坏深度大大增加,为下组煤开采预防底板突水和正确留设防隔水煤柱提供了重要参考。     

上深涧煤矿刀柱式采空区上覆煤层蹬空开采可行性分析

上深涧煤矿3#、11#煤层采用刀柱式开采,故9#煤层属于蹬空开采,需对其可行性进行判定。在分析该矿煤层赋存条件的基础上,利用采动影响倍数法、"三带"判别理论、围岩平衡判别理论等方法对9#煤层蹬空开采的可行性做了初步判定;并对下伏11#煤层采空区留设的刀柱、护巷煤柱的载荷与强度进行了理论计算;结合上覆3#煤层采动引起的底板破坏对9#煤开采造成的影响,对9#煤层实施蹬空开采的可行性作进一步论证。分析结果表明,对9#煤层实施综合机械化蹬空开采是可行的。     

近距离煤层房柱式残采区蹬空开采可行性研究

针对研究矿井的特殊地质条件与生产实际,采用理论分析和数值模拟的研究方法,对2#煤层蹬空开采的可行性进行了论证分析。结果表明:由于2#煤层底板为坚硬岩层,在一定程度上受3#煤层保护煤柱的支撑作用,且2#煤层开采时间较为久远,2#煤层在理论上满足蹬空开采的要求。     

柱式采空区上行开采煤柱稳定性实验研究

运用相似材料模拟和数值模拟相结合的方式,对百子煤矿8号和5号煤层进行模拟开采。相似模拟研究表明:8号煤层柱式开采时,其底板压力以2.67MPa的原岩应力值为基准窄幅波动,8号煤层开采后所留煤柱保持稳定。5号煤层走向长壁开采时,煤层底板支承压力最大值为3.92MPa,远低于8号煤层煤柱11.8MPa的承载极限。数值模拟表明:5号煤层开采时,其下部煤柱垂向应力明显减小,在8号煤层柱采区形成减压区。5号煤层上行开采过程中8号煤层所留煤柱保持稳定。     

沿空留巷巷道底板破坏规律分析

为了研究沿空留巷巷道底板破坏规律,确保巷道的稳定性,分析了巷道底板塑性区扩展规律以及确定围岩破坏程度指标,采用FLAC^3D数值模拟软件,对沿空留巷巷道底板破坏规律进行了分析,研究了煤柱及沿空巷道底板塑性耗能比率变化规律。研究得出,沿空巷道掘进期间,巷道底板产生较大的塑性区,其底角的塑性区高于底板中线的塑性;靠近实体煤柱侧的巷道底角变形破坏范围和变形破坏程度低于靠近采空区侧的巷道底角变形破坏范围和变形破坏程度。     

浅埋近距离煤层开采房式煤柱群动态失稳致灾机制

针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象，采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿井本煤层房式开采后，只有当房采煤柱的弹性核区比例大于31%时，房采煤柱才能处于长期稳定。下煤层采后的模拟结果表明:上覆房采煤柱的破坏形式及其失稳次序同其与下煤层工作面相对位置密切相关，房采煤柱依次从工作面开切眼位置、工作面位置、采空区中部位置发生破坏及失稳，且工作面开切眼和工作面位置处煤柱多发生顺向采空区的斜切破坏，而采空区中部煤柱则发生垂向压裂破坏。根据石圪台煤矿数值模拟结果显示，上部2-2煤层房采后煤柱支承应力峰值由原岩应力2.8 MPa增大至12 MPa，应力集中系数为4.28;当下部3-1煤层工作面采后，上覆2-2煤层房采煤柱的支承应力峰值增大至30 MPa，应力集中系数达10.71;下煤层工作面开切眼侧与工作面正上方的房采煤柱呈现垂向不均匀承载特征以及受水平拉伸变形影响，是导致边界处房采煤柱易出现对角斜切破坏模式的主因。两侧边界煤柱失稳后，其顶板岩层瞬间发生整体拉剪破断从而引发矿震，顶板多层岩层以“整体运动”的形式急剧快速下沉并撞击底板，将采空区中部上方的房采煤柱压垮压塌，同时巨大的冲击力进而导致上下煤层间的岩层发生全厚切落，造成下煤层工作面发生切顶压架。实验发现从上覆房采煤柱群首个煤柱发生破坏至整体失稳运动并达到稳定，历时仅约为0.45 s，其中，上下煤层之间的岩层发生全厚切落历时仅约为0.05 s。     

基于微震监测的双系煤层开采覆岩运动与矿压显现关系

以大同矿区双系煤层开采为研究背景,基于高精度微地震监测技术,研究石炭系特厚煤层8104综放工作面开采过程中上部侏罗系煤层群复杂采空区影响下微震事件时空演化特征,得到双系煤层影响下覆岩运动与矿压显现的关系。结果表明:8104工作面接近和进入上部侏罗系煤层采空区对应区域,8104工作面覆岩运动加剧,侏罗系煤层的开采是工作面覆岩运动加剧的主要原因;侏罗系煤柱重叠区域微震事件密集分布,在工作面的开采扰动和重叠煤柱应力传递的共同作用下,微震总能量和能量大于10~5J的震动次数均处于较高数值,覆岩运动更加剧烈。临近采空区对8104工作面的强烈覆岩运动起到了关键作用,在临近采空区和侏罗系覆岩共同作用下,工作面超前微震事件集中,矿压显现剧烈。工作面开采扰动、临近采空区覆岩运动和侏罗系重叠煤柱的耦合作用,是石炭系综放工作面矿压显现剧烈的根本原因。     

利用煤层中缺陷体防治冲击地压

以开滦集团赵各庄煤矿3137工作面的回采为背景,采用理论研究的分析方法,确定煤柱回采的危险区域,利用缺陷体的破坏作用降低煤柱的应力,使得3137工作面得以安全回收,同时也为解决复杂厚煤层煤柱的安全回采提供了新的方法。     

深井特厚煤层工作面强烈动压区安全开采技术

为保障深井特厚煤层工作面在强烈动压区的安全开采,以新巨龙矿井2302S工作面为背景,通过现场监测、数值模拟和理论分析,研究了深井特厚煤层工作面强烈动压区的致灾机理与安全开采技术。研究结果表明：应力监测得到的强烈动压区内冲击地压危险区超前影响距离约为117 m,峰值影响距离约为48 m,压架危险区超前影响距离约为26 m,并采用数值模拟进行了验证;工作面过强烈动压区时存在煤柱冲击和采场压架两类动力灾害,诱发煤柱型冲击地压的机理主要在于工作面开采引起煤柱应力高度集中;诱发采场压架的主要机理在于支架控顶距的突变导致支架载荷异常;根据强烈动压区致灾机理提出了相应的安全开采技术,并进行了现场验证,保障了工作面的安全开采。     

复合水体下特厚煤层综放开采安全性研究

为解决采空区和地表塌陷积水组成的复合水体下综放开采安全性问题,以灵露煤矿一采区Ⅱ3特厚煤层所面临的由Ⅱ2-1煤层采空积水和地面塌陷积水组成的复合水体下开采为例,采用工程类比和理论分析相结合的方法,计算得出了综放开采覆岩破坏高度以及防水、防砂和防塌安全煤岩柱高度|基于采空区积水区和开采煤层之间的距离与安全煤岩柱高度的差值,采用克里格差值法分别绘制了采空区积水对开采煤层充水、溃砂和防塌的影响图,综合分析了一采区Ⅱ3受顶板复合水体威胁情况,最终评价了复合水体下综放开采的安全性。研究结果表明：一采区开采能满足对地表塌陷积水留设防水安全煤岩柱的要求,地表塌陷水体下特厚煤层综放开采是安全的|对复合水体采取留设安全煤岩柱,物探和钻探疏放水相结合等综合防治水技术措施后,复合水体下综放开采是安全可行的。     

大同矿区双系煤层开采煤柱影响下的强矿压显现机理

针对大同矿区石炭系煤层8105工作面过上覆侏罗系煤层采空区留设煤柱时的强矿压显现特征,采用理论与现场实测分析相结合的方法,对侏罗系煤层采空区煤柱的应力影响规律与石炭系煤层顶板的垮裂带范围进行了分析,得到了双系煤层开采煤柱影响条件下工作面强矿压显现的“煤柱-覆岩运动”联合作用机理。研究表明：侏罗系煤层采空区留设煤柱的水平与垂直应力较高,达10.5～13.5 MPa,应力集中区深度为40～70 m,剪应力波及范围达180 m;8105工作面顶板的垮裂带高度为150～170 m;工作面过煤柱时的强矿压显现是由采空区煤柱与煤层顶板垮裂运动联合作用的结果。     

上覆煤层煤柱下采掘工作面应力分布规律研究

针对回采巷道布置在上覆煤层煤柱下的空间特点,利用FLAC3D数值模拟软件对老石旦煤矿031604综放工作面和031604工作面对接巷道以及上覆的9#、12#煤层的煤柱应力集中区的应力分布情况进行研究,通过数值模拟对上覆煤层煤柱下采掘工作面应力分布规律进行了详细的研究分析,并采取了针对性的防范措施,保证了工作面的安全高效地回采。     

工作面上覆煤柱载荷及煤柱爆破效果分析

工作面上覆残留煤柱给煤矿安全生产带来严重的安全隐患,在回采过程中极易引发煤岩动力灾害。本文理论计算了宽度不同、两侧顶板跨落方式不同的两条煤柱载荷,并应用弹性力学理论计算了煤柱载荷传递至下覆煤层对应煤柱位置的应力大小;采用FLAC~(3D)数值模拟技术模拟了上覆煤柱爆破前和爆破后工作面内对应煤柱位置的垂直应力分布特征,通过矿压监测系统监测液压支架在周期来压期间和非周期来压期间支护阻力的平均值。由数值模拟和现场实测结果可知:煤柱爆破后工作面内对应煤柱位置的垂直应力有明显的降低,工作面回采过程中没有出现来压异常等煤岩动力现象。因此,煤柱预裂松动爆破技术可以有效治理由上覆煤柱而诱发的工作面回采过程中的煤岩动力灾害,切实保证工作面的安全回采。     

无煤柱沿空掘巷在薄煤层中的应用

随着煤炭开采技术的发展及锚杆支护技术的推广应用,宽煤柱已逐步被窄煤柱或无煤柱沿空掘巷所取代。文章主要介绍了安泰煤矿无煤柱沿空掘巷时,制作人造帮、合理选择支护方式及参数、加强管理和观测等实践经验,取得了良好的技术经济效益。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。