科研成果

鹤壁九矿广场工人村建筑物下采煤这是一项在地面密集建筑物下用条带冒落开采法开采薄及中厚近距煤层群的试验。该项试验采用了有限元法,对开采近距煤层群煤柱留设方案进行了分析比较,计算结果表明:煤柱沿煤层的法线方向对齐,地表的最大下沉值和应力值都比较小。井下开采试验期间在九矿广场工人村建筑物下共采走向条带4个、倾斜条带8个,采出建筑物下压煤29.6万吨。采后地表最大下沉值726mm,下     

冲击地压矿井近距离煤层采空区下回采巷道合理错距研究

针对近距离煤层上层煤为采空区及遗留30 m煤柱情况,以葫芦素煤矿2-1煤层及2-2煤层煤为研究背景,建立上层煤采空区及遗留煤柱受力的力学模型,分析了上层煤区段煤柱下岩层的应力分布状态,研究了近距离煤层采空区下回采巷道布置的合理错距。研究表明:保护层开采后实现充分卸压后,最佳内错距离应为80 m;从上覆遗留煤柱的影响范围来看,最佳内错距离为40~80 m;从对上层煤巷道的影响程度考虑,最佳内错距离宜大于80 m,当内错距离取160m时,下工作面开采对21101回风巷的影响最低,综合4种不同的角度,对影响范围取交集计算,最终确定22103首采工作面的最佳内错距离为80 m。     

建筑物下大采深坚硬顶板煤层条带开采技术

针对开滦林西煤矿井田东部地面建筑物下大量压煤的现状,进行了建筑物下大采深(九东、十东)坚硬顶板煤层条带开采技术研究.为提高采出率,利用煤层采深大、非充分采动、顶板坚硬的特点,确定了合理的采留宽度,并对条带留设煤柱进行了二次开采.通过改变回采工艺和有序协调开采,对坚硬顶板实行浅孔强制放顶,达到了地表变形小,地面建筑物不损坏、不搬迁、不维修以及工作面安全开采的目的.     

近距离煤层条采工作面开采设计研究

对于近距离煤层同时开采两层煤,煤柱的设置关系到煤层压力的稳定。某矿由于煤层距离较近(9m),根据之前煤柱宽度及回采宽度的论证,采取采40m留设30m煤柱的方案。文中结合数值模拟,对该方案的开采关键参数进行了校核,使下层煤条带开采时煤柱塑性区宽度、煤柱垂直应力分布、地表变形均在要求的范围内,为其他同类采区开采设计提供借鉴。     

上覆煤层采动影响下层煤巷道顶板稳定性研究

针对近距离煤层下行开采回采巷道稳定性差的问题,结合贺西煤矿实际地质条件,计算得出了上层煤不同采高开采情况下对两煤夹层的水平与垂直破坏范围。根据下层煤回采巷道内错1.5倍巷道宽度位置变化情况,考虑上覆煤层采高、两煤夹层厚度,对贺西煤矿4号煤层回采巷道顶板进行了稳定性分类,并确定相应的支护参数,为回采巷道掘进过程中支护参数提供依据。     

煤柱下开采应力分布特征的数值模拟研究

煤层群近距离开采时上层煤留下的煤柱势必形成应力集中,对下层煤的安全开采和巷道布置造成不利影响。文章以鲍店煤矿为背景,采用数值模拟的方法对工作面推进不同位置时的应力分布进行了研究。研究表明:当工作面由煤柱下向采空区下推进时,煤柱应力叠加范围为60 m,最大应力集中系数为5.68,应力集中系数高,影响范围大,是冲击地压的重点监测和治理区域。这一研究结果对于近距离煤层的安全开采和巷道布置、支护设计都有一定的指导意义。     

煤柱集中应力在底板中的传播规律

煤层群近距离开采时上层煤留下的煤柱势必形成应力集中,对下层煤的安全开采和巷道布置造成不利影响。以古书院矿为背景,采用数值模拟的方法对不同宽度煤柱下的应力分布、底板破坏进行了研究。研究表明:小煤柱(宽度小于50 m)下底板应力呈"钟"形分布状态,大煤柱(宽度在50 m以上)下底板应力呈"倒铁塔"状分布;随着煤柱宽度的不断加大,煤柱底板应力不断减小,破坏程度不断降低。研究结论对于近距离煤层的安全开采和巷道布置、支护设计都有一定的指导意义。     

下位特厚煤层回采巷道合理布置分析

近距离煤层群开采中,由于下位煤层受上位煤层采动影响致使煤层开采中呈现特殊的矿山压力显现.如何安全有效地布置下位煤层巷道不仅是确保工作面安全高效开采的关键,更是提高煤矿效益的核心.针对国投塔山煤矿上位煤层开采残留煤柱下特厚煤层回采巷道合理布置难题,本文采用理论分析、实验室试验及数值模拟等综合研究方法对下位煤层巷道合理布置位置进行分析,得到以下结论:通过力学测试得到巷道顶底板煤岩体物理力学参数,为理论分析及数值模拟提供了强有力的数据支持;通过理论分析及数值模拟计算,研究了残留煤柱载荷作用下底板煤岩体中的非均匀应力分布规律;通过分析下位煤层回采巷道合理布置方案,确定下位3—5号特厚煤层巷道布置采用内错距25m的方式为最佳布置方式.     

近距离煤层群多重采动覆岩破坏特征及应力传递规律研究

近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11~#煤层、14-2~#煤层、14-3~#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群开采时顶底板围岩的覆岩破坏特征及应力传递规律。研究结果表明：近距离煤层群下行开采过程中,随着采动次数增加,顶板横向裂隙超前发育和纵向裂隙穿层效果更为明显,垮落块度明显减小,来压规律不明显;煤层顶板覆岩因采动产生的应力峰值随采动次数增加而降低;初次采动影响下,稳定后的覆岩应力要明显小于原岩应力,而多次采动稳定后的覆岩应力与该次采动前相近;上覆岩层在多重采动影响下,破坏更彻底,形成台阶式的岩层切落。研究结果可为条件相似的近距离煤层群开采顶底板围岩控制、采空区积水及瓦斯防治提供参考依据。     

近距离煤层群煤与瓦斯高效共采技术体系研究 ——以山西吕梁沙曲矿区为例

为掌握近距离煤层群叠加开采的应力-裂隙-瓦斯渗流规律,构建近距离煤层群煤与瓦斯高效共采技术体系及动态评价模型,以山西吕梁沙曲矿区为研究对象,采用物理相似模拟、超声波试验及SF6示踪气体现场监测相结合的研究方法,分析了沙曲矿区近距离煤层群煤层气资源的赋存特点,探究了沙曲矿区近距离煤层群多次扰动下煤岩损伤变量随应力的变化规律,建立了Boltzmann煤岩损伤方程,得出了沙曲矿区近距离煤层群叠加开采条件下采动应力演化-裂隙发育-瓦斯运移规律。研究结果表明:沙曲矿区煤层的孔裂隙结构特征不利于瓦斯运移,在近距离煤层群叠加开采条件下二次采动对于覆岩应力场和裂隙场的影响并非简单的效果叠加,而是“1+1>2”的影响效果,下伏煤层在叠加开采下产生了贯穿型裂隙,并在其周围衍生了大量的次生裂隙,为煤层瓦斯运移提供了优势通道;根据沙曲矿区煤-气共采不同阶段的时空条件和消突要求,分区分级优选并集成了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术体系,即在规划区采用多种地面井规模化多煤层长时间预抽煤层气,在准备区采用多分支水平井井孔定向对接共采和保护层开采+底抽巷定向钻孔群抽采,在生产区采用大采高沿空留巷共采及大直径定向钻孔群共采技术;通过分析煤与瓦斯共采的影响因素,提出了近距离煤层群煤与瓦斯共采动态评价指标体系,建立了贝叶斯煤与瓦斯共采评价模型,实现了对沙曲矿区煤与瓦斯共采效果及矿井部署合理性的评价,得出沙曲一矿煤与瓦斯共采动态合理性概率为0.65、共采合理性等级为“较为合理”;最后阐述了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术存在的关键问题,展望了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术未来发展方向。