巨厚火成岩下岩层注浆充填效果钻孔探测研究

为了检验海孜煤矿巨厚火成岩下岩层和采空区注浆充填效果,评价注浆充填对火成岩的支撑作用,在已实施注浆充填的采区进行了钻孔探测研究。结果表明:采空区至巨厚火成岩底界面存在多个注浆充填层位,充填总厚度达1.67 m,占煤层开采厚度的72.6%;结合地表下沉、煤层采高、充填体厚度等计算得出,注浆充填后地层残余空间高度仅0.10 m,该空间被垮落带碎胀岩体充填,说明覆岩离层和采空区空隙被充填密实,注浆充填对巨厚火成岩起到了支撑作用。     

淮北矿区巨厚火成岩下隔离注浆充填减灾机理研究

为解决淮北矿区部分矿井面临的坚硬厚覆岩下采煤灾害防治问题,对海孜煤矿II102采区巨厚火成岩下隔离注浆充填减灾进行了试验研究,揭示了坚硬厚覆岩下采动致灾机理,火成岩厚120~170 m、单向抗压强度120 MPa、完整性好,在其下方煤层开采时该岩层将大面积悬顶,使载荷施加于实体煤上形成应力集中;加之采深大,在该岩层下该工作面安全生产面临极大威胁。为此,提出了隔离注浆充填减灾技术措施,即在已采与待采工作面之间留设隔离煤柱,并先对已采工作面进行注浆充填消除离层空间,在后续工作面开采中实施注浆充填,从而对覆岩形成有效支撑。试验结果表明:地面9个注浆钻孔,向采动离层带、采空区充填粉煤灰471 994 m~3,安全采出煤炭56.3万t,消除了采区动力灾害威胁。     

高位巨厚坚硬岩层下煤层的合理开采方法研究

为了防止高位巨厚岩层在层下煤层开采过程中引起冲击灾害,针对潞新二煤矿II102采区上覆巨厚岩层情况,结合数值模拟研究,通过对比留大煤柱开采、离层区注浆充填开采、采空区充填开采等多种开采方法对高位巨厚坚硬岩层破断运移影响,考虑安全、技术等因素,确定高位巨厚坚硬岩层条件下煤层开采技术方案为:离层区注浆充填开采方案。     

采空区充填控制巨厚火成岩下动力灾害的数值模拟

以某矿1022工作面为工程背景,利用UDEC建立二维离散元模型,模拟分析了工作面充填开采与未充填开采相比减小地表下沉,降低采空区两侧煤体集中应力的效果。研究结果表明:采用充填开采时,多个支撑点对上覆岩层载荷进行支撑,顶板的挠度值减小,巨厚火成岩弯曲下沉量减小;采空区两侧煤体受到的集中应力降低,应力集中系数减小,采用充填开采可有效地控制上覆岩层运动,降低因采动影响巨厚火成岩突然发生破断引起的动力灾害。     

巨厚火成岩下采动覆岩应力场-裂隙场耦合演化机制

针对杨柳煤矿主采10煤层诱导上覆巨厚火成岩运移破断引发剧烈地表沉陷、瓦斯喷井以及工作面压架等动力灾害的难题,基于巨厚火成岩破断特征,采用物理模拟、数值模拟与理论分析相结合的方法研究了巨厚火成岩下覆岩裂隙发育规律与采动应力分布规律,得到火成岩破断前后裂隙发育高度、支承压力峰值和应力集中区最大高度等指标随工作面推进的变化特征,从而揭示了巨厚火成岩下采动应力场-裂隙场耦合演化致灾机制,即煤层采动→应力重新分布→应力集中→裂隙发育→覆岩破断→应力转移→裂隙扩展→"弧形"离层→火成岩破断→动力灾害。从控制应力集中与裂隙发育两方面提出了"采空区充填技术—离层注浆充填技术—保护层开采技术"的防灾技术体系。     

巨厚火成岩下采动应力演化规律与致灾机理研究

为确定海孜煤矿Ⅱ 102采区内煤与瓦斯突出灾害原因,综合分析了采区地质开采条件、突出点瓦斯地质特征及突出特征,采用UDEC软件模拟研究了均厚140 m火成岩下开采时的采动应力演化规律,从采动应力影响范围的角度解释了此次动力灾害的原因。研究结果表明：距煤层170 m的巨厚火成岩在累计采宽370 m时仍然不发生破断,导致采动应力影响范围增大至310 m,为不存在火成岩时的3倍;受火成岩影响,采空区边界外180 m处应力集中系数高达1.7,在此处进行Ⅱ 1026工作面机巷掘进时,采动应力成为煤与瓦斯突出的一个主要动力源。     

长壁开采老采空区带状注浆设计方法

在分析老采空区残余沉降机理的基础上,结合开采沉陷理论,对控制老采空区残余沉降的注浆充填的技术方法进行了研究.得到如下结论：控制老采空区残余移动变形的关键是控制垮落带和断裂带内岩体的变形.在一定开采深度下,老采空区注浆充填可采用带状注浆充填.当开采深度小于导水断裂带高度和地面建筑载荷作用深度时,注浆孔间距为2倍的浆液扩散半径;当开采深度大于导水断裂带高度和地面建筑载荷作用深度时,给出了带状注浆充填注浆孔间距计算公式及注浆孔布设原则.注浆孔首先应布置在距离工作面边缘内20 m范围内、急倾斜煤层上山方向和断层发育区域,以充填采空区边缘的空洞和欠压密区.     

巨厚火成岩下矿震分布特征分析

文章采用力学模型定量分析了引起火成岩破断的采空区宽度;并采用FLAC5.0数值模拟软件分析了Ⅱ102采区工作面回采后垂直应力的分布情况.根据数值模拟结果得出:Ⅱ1022、Ⅱ1024两个工作面回采后火成岩已经成为承载主体但尚未破断;Ⅱ1026工作面回采完毕时,火成岩已经失稳,高应力状态下的火成岩在外力扰动下随时可能发生破断.通过分析矿震分布特征发现:火成岩内部及其上方岩层矿震分布极少,说明Ⅱ1024工作面回采后,火成岩没有破断且是稳定的;火成岩下部的岩层活动相对剧烈,说明火成岩成为承载主体后,火成岩与下部岩层出现离层;巨厚火成岩成为Ⅱ102采区主关键层,控制了火成岩上方的岩层运动,因此矿震分布主要在火成岩下部层位.通过分析矿震的分布特征,可以为监测火成岩的稳定状态提供理论依据.     

长壁缓倾斜老采空区点柱式注浆新方法

在分析长壁老采空区"活化"变形机理的基础上,结合部分开采岩层移动控制理论,对控制老采空区残余沉降的注浆充填的技术方法进行了研究。结果表明:长壁缓倾斜老采空区注浆充填方式可分为点柱式注浆、带状式注浆和全部注浆3种类型,并简要分析了各类注浆充填老采空区控制残余变形机理。提出了长壁老采空区点柱式注浆设计新方法,并通过理论研究给出了注浆柱尺寸和注浆孔间距设计原则;注浆孔首先应布置在采空区边界附近(注浆体扩散半径范围内),对采空区边界空洞和欠压密区进行注浆充填。     

深部急斜特厚煤层水平分段综放面顶板控制技术研究

针对红会一矿八采区大埋深、大倾角特厚煤层开采过程中采场矿压控制问题,以八采区水平分段综放工作面顶板煤岩稳定性控制为目标,采用UDEC数值模拟方法,分析了开采扰动下工作面顶板运移破断特征。研究表明:急斜特厚煤层在开采扰动影响下,采区应力集中程度高,采场矿压控制问题突出,顶板变形特征呈倒三角状,煤壁易片帮,易诱发动力灾害。对顶板危险区域实施人工强制放顶后,煤层顶板发生切断现象,部分顶板发生垮落,直接顶充填采空区,顶板和冒落矸石有效的形成"垫层",减小了开采过程中顶板冒落、离层对工作面安全的危害。研究结果对现场安全开采提供了科学依据。     

浅埋深蹬空底板煤柱群动态失稳机理及防治

针对山西元宝湾煤矿浅埋深上覆和下伏柱式采空区中部煤层的安全复采难题,综合采用理论分析、实验室实验、物理模拟、数值模拟和现场实测方法,探究了柱采区蹬空开采底板煤柱垂直荷载及内应力分布形态,并基于Mises等效应力探讨了柱采区蹬空煤柱潜在破坏形式;揭示了柱采区蹬空开采底板关键柱破坏形式及破坏剥落体运动特征;阐明了底板煤柱破...     

大断层下盘采动对上盘煤层影响的相似材料模拟

针对运河煤矿落差60~265 m的F₁₀逆断层下盘厚煤层开采实际,采用相似材料模拟方法,研究了大断层下盘采动对上盘煤层的影响。研究结果表明：下盘厚煤层开采后,F₁₀断层附近压力增大且应力分布受到较大影响,断层下盘压力远大于上盘压力,在断层附近产生应力集中;工作面开采对断层上盘煤层的变形和应力影响较小,煤岩性质不会发生大的变化,对上盘煤层开采影响不大;距离采动区域较远的DF₁₄断层区域也受到工作面开采轻微影响。     

峻德煤矿倾斜煤层开采沿空侧巷道诱冲机理研究

针对峻德煤矿倾斜煤层开采期间沿空侧巷道冲击地压频发的问题,采用现场调研、微震监测、物理相似模拟和数值模拟相结合的方法开展了研究,结果表明:倾斜煤层工作面开采期间靠近沿空侧巷道的覆岩关键层更容易破断产生剧烈动载扰动;随着煤层倾角减小,沿空侧巷道煤柱帮应力集中程度减小,实体煤帮应力集中程度增大,应力集中由煤柱帮内向实体煤帮内转移;在动静载叠加作用下导致巷道两帮煤体失稳破坏诱发冲击地压,且不同倾角煤层冲击启动区域不同。研究结果对倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲工作具有一定的指导作用。     

近距离煤层蹬空开采围岩应力及裂隙演化规律

针对蹬空状态下煤层底板岩层完整性与承载力影响制约工作面安全高效开采的问题.以草垛沟矿8201综采工作面为研究背景,通过对8-2煤层下伏11煤巷柱式采空区顶板岩层结构与受载进行分析,建立基于弹性地基假定的顶板-煤柱系统力学模型,推导并解析了顶板岩梁弯曲下沉挠度函数;将工作面底板视为半无限平面体,建立工作面走向不同区段静载...     

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。     

水平分段综放开采工作面瓦斯涌出及分布特征

为了深化急倾斜特厚煤层水平分段综放工作面瓦斯灾害理论和技术,分析总结了工作面瓦斯涌出来源,实测了工作面瓦斯浓度分布,利用分源法与估算法对采空区瓦斯涌出量进行了计算,得到了瓦斯浓度沿工作面长度和垂直断面方向的分布规律。研究表明:工作面瓦斯浓度沿风流方向逐渐增大,沿工作面走向断面分布不均,受采空区瓦斯涌出、瓦斯抽采及通风影响,采空区侧的瓦斯浓度高于煤壁侧,考虑瓦斯抽采影响,采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的85.08%。因此,建议工作面在开采过程中,采用采空区、邻近层抽采及下部煤体卸压拦截抽采的综合措施防治瓦斯灾害。     

双煤层不规则煤柱应力—能量演化规律及防冲技术研究

煤矿开采遗留煤柱区域往往是高应力和能量聚集区,多煤层开采条件下,当上部遗留煤柱与工作面煤柱重叠时,多重应力作用下煤柱区应力分布及能量演化更为复杂,工作面回采过程中易发生动力现象.以某矿双煤层开采遗留不规则煤柱区开采为背景,采用数值模拟和工程实践等方法,研究了工作面开采过程中煤柱区的应力分布、能量演化规律,建立了不规则煤...     

水平应力对极近距离煤层回采巷道的影响分析

以五虎山矿9#、10#煤层赋存及开采地质条件为背景,运用数值模拟的方法对上层开采引起的底板应力分布规律进行研究,分析了水平应力对采空区F极近距离煤层回采巷道的影响。研究结果表明:采空区边缘所谓的"应力降低区"只是对于垂直应力而言,而在此区域的水平应力并非降低区,垂直应力最小处水平应力最大,垂直应力最大处水平应力最小;二者均在距采空区煤壁20m处趋于平稳。回采巷道在应力平稳区围岩变形最小,有利于巷道掘进及维护。