中小煤矿在浅埋薄基岩下开采灾害防治研究

长壁留煤柱采煤法是陕北煤田中小型煤矿在采用单体支柱难以抗御剧烈的动压显现,在采空区留煤柱以支撑顶板防止切落而采用的一种特殊的采煤方法．在有限煤柱群的支撑下,顶板可能形成大面积悬露不垮,最终导致大面积整体垮落,这种大面积垮落的机理不同于坚硬或极坚硬顶板大面积垮落．针对陕北煤田中小煤矿采用的长壁留煤柱开采,其防灾减灾的技术目标是区分两类不同性质的煤柱,即区内煤柱和区域间的隔离煤柱,实现隔离小区域的适时无灾害垮落,防止跨隔离区的大范围垮落．建立防止大型顶板事故的“设计-诊断-监测-识别-对策”体系．     

顶板全垮落法短壁连采煤柱合理宽度研究

针对短壁连采边角煤回收技术,为解决因留设的隔离煤柱连锁破坏,进而诱发关键层大面积失稳运动引发的冲击难题,在分析短壁连采技术覆岩关键层2种破断运动形式的基础上,以控制关键层大面积破断运动诱发冲击为原则,提出了"顶板全垮落短壁连采边角煤回收技术":在首块段和第2块段间留设隔离煤柱,保证煤柱在首块段开采期间保持稳定有效支撑顶板,第2块段开采时煤柱破坏失稳诱发关键层破断充分运动,实现煤柱破坏与关键层破断运动间的耦合协调;其后各块段完全取消隔离煤柱,实现顶板运动沉降连续化。首块段长度应小于关键层初次破断步距,以防止关键层沿边界产生塑性铰接线而处于临界不稳定状态;从煤柱弹塑性分区观点出发,分析了煤柱塑性破坏宽度及保持煤柱稳定的最小临界弹性宽度,建立煤柱合理宽度判据。     

连续采煤机短壁机械化开采煤柱合理宽度研究

为提高东圪堵煤矿1601连续采煤机短壁工作面采出率,确定合理的顶板控制技术措施,针对该矿连采工作面开采条件,采用FLAC3D数值模拟和现场观测手段,分析了1601连采工作面刀间煤柱、区间隔离煤柱不同宽度条件下顶板垮落情况。数值模拟与现场观测结果一致表明：在刀间煤柱宽1.0～1.5 m,隔离煤柱宽12 m条件下,既能最大限度地提高连采工作面采出率,又能保证顶板有规律的垮落。煤柱宽度进行合理优化后,1601连采工作面的采出率达到了68.7%,顶板垮落步距为5个联络巷宽。     

厚煤层坚硬顶板连续采煤机短壁开采技术应用研究

基于陕煤神南张家峁矿5-2煤北部不规则边角块段煤层厚、顶板坚硬稳定难垮的特点,从巷道布置、回采工艺、顶板控制等几方面介绍了连续采煤机短壁开采技术在厚煤层坚硬顶板条件下开采中的应用。针对回采过程中顶板不易垮落,易形成大面积悬露问题,通过留设隔离煤柱及爆破强制放顶的方法,避免了顶板大面积垮落;构建采区独立边界回风通道,形成完整的循环风路系统,完善通风系统,有效提高工作面作业环境。现场实践表明:连续采煤机短壁开采技术适用于稳定顶板条件下厚煤层不规则块段的开采,能有效控制顶板和改善通风条件,保证了工作面的作业安全。     

大倾角煤层区段煤柱合理留设宽度研究

 在现有煤柱宽度理论计算公式的基础上,针对大倾角煤层围岩应力特点,综合考虑煤层倾角、顶板垮落对采空区充填以及在采动时对煤体引起的损伤等多方面影响,推导出大倾角煤层区段煤柱合理留设宽度理论计算公式,并应用于胜利煤矿,取得了良好的技术与经济效果,该研究对确定大倾角煤层区段煤柱合理留设宽度具有参考作用。     

村庄下高效短壁机械化开采实践研究

高效短壁机械化开采技术生产系统简单、煤柱留设灵活方便,适合“三下”压煤开采．在对五阳煤矿岩移观测的基础上,根据村庄下采煤地表不出现波浪变形、留设煤柱必须保持长期稳定及地表变形小于建筑物允许变形量的要求,分析了51采区某村庄下采用短壁机械化开采的可行性;根据层状岩体稳定性原理,确定了采硐宽度、长度、隔离煤柱宽度等短壁采场参数,对试验区短壁开采巷道系统进行了布置,并进行了高效短壁开采机械化试验．地表沉陷观测和井下矿压观测表明,试验期间未发现地面建筑出现采动破坏,采场煤柱与顶板保持了稳定,实现了村庄下煤层的安仝开采．     

大倾角三软煤层巷道顶板垮落控制技术

为解决石洞沟煤业公司31321工作面三软煤层巷道顶板大面积垮落难题,采用数值计算、理论分析和现场实践方法,分析了渗水影响下巷道塑性区变化情况以及巷道发生顶板垮落的原因。研究结果表明:巷道的右帮侧压较大,必须采取有效支护措施;巷道发生顶板垮落原因主要有煤柱留设宽度不足、围岩三软、煤层倾角大、渗水、上部跨石门、支护不及时等。提出了人工顶板与架厢联合支护,安全顺利度过了顶板垮落危险区,缩短了建设工期,降低了成本。     

长壁留煤柱支撑法开采顶板结构分析及应用

采用长壁留煤柱支撑法开采时会产生两个问题：一是煤柱尺寸留设过小，在限定的开采区域内会发生工作面切顶事故;二是煤柱尺寸留设过大，又会形成跨几个区域大面积顶板垮落事故.为了解决这两种顶板垮落问题，建立了＂连续梁＂力学模型，计算出不同位置、不同性质的煤柱受力状况，并运用RFPA2D软件对郭家湾煤矿采场围岩破坏进行了数值模拟，对顶板结构进行了分析，并得出两种问题顶板垮落的不同特征.据此，提出了设立关键点和关键区的监测方案，通过监测不同敏感区域的煤柱，来解决这两种顶板灾害问题.     

中小型煤矿浅埋厚松散层薄基岩下安全开采

针对陕北煤田中小煤矿采用的长壁留煤柱开采,防灾减灾的技术目标是区分两类不同性质的煤柱,即区内煤柱和区域间的隔离煤柱,实现隔离小区域的适时无灾害垮落,防止跨隔离区的大范围垮落。建立防止大型顶板事故的“设计-诊断-监测-识别-对策”体系。     

旺采工艺刀间煤柱合理宽度模拟研究

为了有效回收煤柱并降低地表下沉,在前湾煤矿回收大巷保安煤柱旺采工作面实施条带式旺格维利采煤法,对旺采工艺下刀间煤柱的受力特征进行研究分析,利用传统的刀间煤柱宽度的计算方法,采用 2 种煤柱留设方案,并通过 FLAC^3D软件研究宽度不同的刀间煤柱塑性区、巷道变形量及围岩应力情况。研究结果证明,回收大巷保安煤柱旺采工作面留设的刀间煤柱总宽度为 15 m;宽度 1. 5 m 的刀间小煤柱只具有临时支撑作用,刀间煤柱随着工作面回采而逐步垮落或很快失去支撑作用,而宽度 1 m 的刀间小煤柱与宽度 3. 5 m 的刀间大煤柱相结合时,虽然刀间小煤柱随采随落,但是刀间大煤柱支撑作用较强,能有效确保连采机安全高效回采。现场试验结果表明,处于支巷中部的顶板所发生的位移明显大于两端,采用方案二过程中煤层顶板位移量较小、围岩塑性区面积也较小,方案二的煤柱可靠稳定性较强,不但可以保证安全高效回采,而且能够同时达到矿井综合经济效益最大的目标。     

综采工作面沿空掘巷巷道合理布置研究

为了确保沿空留巷巷道稳定性,研究了综采工作面沿空掘巷巷道合理布置,理论分析了沿空掘巷煤柱荷载,介绍了沿空留巷巷道布置原则,采用数值模拟软件,研究了沿空留巷煤柱宽度留设对巷道稳定性影响及巷道沿不同层位掘进时巷道垂直应力、塑性区分布以及巷道围岩变形。研究得出,沿空留巷煤柱宽度留设宽度为20 m,巷道沿顶板掘进更容易支护。     

短壁干式充填巷间煤柱留设宽度分析

以陕西澄合百良旭升煤矿为工程背景,对短壁干式充填巷间煤柱宽度进行了理论计算和数值模拟研究,并进行了现场工业性试验。监测数据表明,充填巷围岩变形较为平均,围岩松动圈发育范围0～2 m,均小于锚杆锚固深度,留设煤柱和支护设计能够满足安全生产的需要。相比于垮落法管理顶板,短壁干式充填开采上覆岩层结构和采场应力有着很大的不同,工作面上覆岩层结构形态以完整层状岩层为主,开采对上覆岩层扰动较小,有利于固废处置与煤炭资源的安全开采。     

直覆厚硬顶板无煤柱留巷技术

为解决10 m厚石灰岩直覆顶板开采隐存的采空区顶板大面积悬顶、瓦斯积聚超限及留设煤柱导致应力集中等灾害问题,提出无煤柱沿空预裂切顶留巷技术。对留巷巷道顶板实施超前预裂,切断巷道顶板与采空区直接顶、基本顶的联系,周期来压作用下沿预裂面垮断,构筑的充填墙体隔断采空区并支撑上位岩层,改善巷道围岩应力环境。基于该方法的无煤柱留巷关键技术已在晋城矿区得到推广应用。     

大同矿区“三硬”条件地表沉陷数值模拟

针对大同矿区“三硬”条件马脊梁矿2号402盘区刀柱开采引发的井下工作面顶板大面积突然垮落和地表整体塌陷，采用三维有限差分法FLAC^3D软件进行采场力学行为模拟分析.从煤层的开挖到地表的塌陷，全面分析了开采历史过程的应力场、位移场和破坏场的分布与变化，以及采场内煤柱的稳定性.提出了采场内煤柱失稳破坏引起采场应力重新分布，出现煤柱群连续失稳破坏的多米诺效应，从而导致采空区顶板大面积突然垮落和地表整体塌陷.     

坚硬厚顶板采动影响下区段煤柱合理宽度的确定

以新疆俄霍布拉克煤矿1406回风平巷在上回采工作面采动影响下掘进巷道围岩变形破坏严重为背景,对坚硬厚顶板采动影响下1406回风平巷变形破坏机理进行了分析。结果表明:采空区顶板的垮落具有垮落周期长,动压强烈,对下位煤层给定变形大,侧向实体煤破坏深度大的特点;当前10m煤柱宽度对于1406回风平巷并不能起到较好的维护作用。基于弹性核理论计算了煤柱宽度,运用数值模拟软件对坚硬厚顶板采动影响条件下侧向支承压力分布以及不同煤柱宽度垂直应力与围岩变形进行了研究,最终确定1404回采工作面与1406回风平巷区段煤柱合理宽度为18m。     

缓倾斜煤层无煤柱准采系统

在深部水平采煤时用煤柱护巷变得愈来愈不合理:煤炭资源损失增加;在煤柱影响区内邻近煤层的瓦斯活动和采面及巷道垮落的危险性增大;煤炭运输复杂化;沼气从留设的煤柱中逸出致使采区瓦斯涌出量增大。 当用长壁法采煤时,护巷煤柱的损失特别大。例如,在顿巴斯煤田红军矿区的某些矿井中,几乎百分之百的煤炭都是用长壁法采出来的,当采深在600米以内时,护巷煤柱尺寸为45米。采深在600米以上时,护巷煤柱尺寸达60米。留设这样的柱煤,是为了排除或减少(即使减少一     

浅埋区小煤矿发展长壁开采的技术途径

小煤矿必须采用能够形成负压通风的壁式采煤方法, 是国务院安全生产委员会的规定。在总结陕北煤田小煤矿开采浅部煤层经验的基础上, 建议将落后的房柱式改革为长壁留煤柱支撑法开采, 以较大幅度提高采出率。长壁留煤柱支撑法开采的关键技术是区分两类不同性质的煤柱, 即区内煤柱和区域间的隔离煤柱。区内煤柱是指在小区域开采期间暂时保留在区内的煤柱, 其作用仅仅是保障在区内开采时的顶板安全, 而在小区域开采结束后能够适时垮落。为了防止顶板事故, 需要进行有效监测, 提出了监测方法的技术基础。     

综放工作面沿空留巷巷旁煤柱稳定性分析

针对古城矿井首采面采用沿空留巷时巷旁煤柱的宽度进行理论分析与计算,结果表明工作面沿空留巷巷旁煤柱留设较充裕,现场观察仅在煤柱顶角处存在局部的片帮和鼓包,通过缩小锚杆间排距并加密锚索对煤柱和顶板进行补强,效果满足预期要求。     

水体下急倾斜煤层开采覆岩破断规律

为了给水体下急倾斜煤层开采防水煤柱的留设提供依据,采用数值计算和相似模拟的方法,考虑顶板水与岩层的耦合作用,对水体下急倾斜煤层开采的覆岩破断和导水裂隙的演化规律进行了研究,结果表明急倾斜煤层顶板的垮落沿工作面方向呈不对称分布,直接顶垮落后向下移动,工作面的上端形成冒落空洞;顶板在采空区上下边界煤柱侧断裂形成的断裂线随着垮落层位的增高而向上山方向移动;在顶板垮落初期,主要是沿煤层法线方向的移动,垮落后期顶板向下抽冒特征明显;导水裂隙的产生在竖直方向上的发育高度大于垂直岩层方向,同时沿煤层产生一定深度的裂隙漏斗。研究结论为水体下急倾斜煤层开采时防水煤岩柱的留设提供借鉴。     

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。