近距离厚煤层组工作面覆岩破坏规律实测研究

为深入研究近距离厚煤层组综放开采覆岩破坏规律,并为合理留设露头区安全煤(岩)柱提供数据依据,指导浅部工作面防治溃水、溃砂等水害事故,以大屯矿区7,8煤近距离厚煤层组工作面为例,在前期上层煤(7煤)覆岩破坏规律观测研究的基础上,近期采用井下“两带”观测仪观测了下层煤(8煤)的“两带”高度发育特征,从而在我国率先全面实测了近距离厚煤层组工作面覆岩破坏规律。结果表明：上层煤的底板破坏范围与下层煤垮落带发育范围有重合区域时,下层煤垮落带高度增大;下层煤综放开采按综合采厚计算的裂采比与以往单一煤层的裂采比较为接近,但按下层煤采厚计算的裂采比高于综放开采单一煤层的裂采比52%。“三下采煤规程”中的“两带”高度预计公式在近距离厚煤层组综放开采条件下应当进一步完善。     

极近距离煤层下煤层开采矿压特征研究

以南阳坡矿极近距离煤层下煤层开采为工程背景,针对下层煤开采过程中工作面围岩破碎剧烈、顶板冒落严重、煤壁片帮多发、巷道稳定性差等问题,利用理论分析和数值计算的方法,分析上层煤开采对下层煤工作面覆岩的稳定性特征的影响,对其矿压特征、工作面围岩稳定性状况进行了研究,获得了下煤层工作面覆岩破坏的规律和下煤层工作面顺槽稳定性特征。     

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     

曲堤煤矿下分层工作面顺槽布置及支护参数研究

结合曲堤煤矿实际,研究了上分层开采后下分层工作面顶板的应力状态变化情况。在理论分析和计算的基础上,确定了下分层工作面顺槽与上分层工作面顺槽的内错距离为5 m。上分层工作面回采后改变了下层煤开采时的覆岩破断和移动特征,上覆岩层已遭受了大范围的破断和运动,整体性和稳定性发生了变化,下层煤开采时,覆岩将没有周期来压或者周期来压不明显、工作面超前支承压力较小、应力集中程度降低、支承压力分布平缓、工作面顶板压力不大。根据矿压理论,计算的工作面支架承受的最大压力为2 904 k N,小于曲堤煤矿选择的液压支架额定工作阻力3 200 k N,可满足回采工作面顶板支护要求。     

天悦煤矿近距离煤层联采合理错距分析

近距离煤层上下联采的安全高效生产,关键在于合理确定下层煤工作面与上层煤工作面间的距离。通过分析天悦煤矿上层煤采动后的覆岩结构及应力分布规律,研究上层煤采动后的减压区范围及稳压区范围,探讨下层煤工作面布置于减压区和稳压区的合理性,得出该矿下层煤滞后上层煤工作面的合理错距为29.3~36.9 m.     

近距离煤层上行开采围岩应力分布及覆岩移动规律

为了研究近距离煤层群上行开采对工作面围岩应力分布规律及覆岩破坏演化特征的影响,采用PHASE 2D有限元软件建立数值模型,分析了近距离煤层群上行开采过程中工作面煤壁塑性区发展规律、覆岩垂直位移、工作面前方支承应力分布规律。数值模拟结果显示,工作面煤壁塑性区呈现上部宽、下部窄的特征,随着工作面不断推进,煤壁塑性区宽度也随之增大,其中下层煤和上层煤工作面煤壁塑性区最大宽度分别为4.23 m、2.85 m;下层煤和上层煤覆岩最大竖向位移都发生在模型中部,最大竖向位移分别为28 mm、62 mm;支承压力呈现出先增大再减小、最后趋于稳定的发展趋势,支承压力系数峰值为1.59。研究结果表明,在上行开采实践中,当下层煤完成开采后,上层煤的围岩塑性区和位移均有所增大,覆岩稳定性降低。     

地表水体下工作面开采安全性分析

为了避免大采高工作面重复开采沟通至地表水体,发生水害事故,采用关键层理论及相似材料模拟对工作面覆岩破坏规律进行了研究。基于关键层理论,确定了红石湾煤矿五煤及八煤覆岩中的关键层,并计算了导水裂隙带发育高度;根据煤层覆岩物理力学参数及地质条件,建立了相似材料物理模型,分别模拟了五煤开采、五煤和八煤开采条件下覆岩破坏高度。结合研究区构造发育条件及隔水层的隔水性能,核算了水体下防隔水煤(岩)柱的留设,明确了五煤和八煤开采不受地表水体的威胁。研究结果表明:对于大采高工作面重复开采条件下的覆岩破坏高度,经验公式并不适用,可以采用关键层理论及相似材料模拟来确定导水裂隙带发育高度。通过实例验证,对地表水体下工作面开采的安全性评价是科学合理的。     

近距离煤层重复采动覆岩裂隙形态及其演化规律实验研究

采用物理相似模拟实验及理论分析,研究单层开采和重复采动条件下覆岩移动、裂隙分布与演化规律、支承压力分布特征及采动裂隙椭抛带形态。研究结果表明,上覆岩层在重复采动条件下,形成破断裂隙和离层裂隙,两者联通后在空间形成不同于单层煤开采的覆岩裂隙椭抛带展布;下层煤回采期间,随工作面的推进,工作面附近的应力峰值与煤壁距离保持相对稳定的状态;在重复采动双重卸压条件下,覆岩裂隙经历了产生、扩张、压实、再扩张、再压实等5个动态变化阶段。最后在实验分析基础上,建立近距离煤层重复采动裂隙椭抛带的空间分布数学模型。     

综放开采条件下白垩系覆岩破坏规律研究

为确保多伦协鑫煤矿综放回采工作面不受上覆第三系含水层影响,确定留设安全煤（岩）柱的合理厚度,须掌握综放开采条件下白垩系覆岩破坏规律。基于覆岩破坏高度现场实测结果,结合实验室相似材料模拟试验,得出了综放开采条件下白垩系覆岩破坏＂两带＂高度与采高之间的比例关系,取垮采比5.61,裂采比12.21,作为7号煤上分层综放开采条件下合理留设安全煤（岩）柱的数值依据。经过与开采条件相似矿井的覆岩破坏相关数据对比分析,认为白垩系岩层覆岩破坏具有裂采比较小、垮采比较大的特点,符合软弱类型覆岩的破坏规律。     

范各庄矿近距离煤层开采工作面巷道布置研究

为了保证范各庄矿7、8、9、12煤近距离煤层开采中上下煤及邻近工作面巷道支护稳定及优化采面布置,通过底板滑移线理论计算,得出上下层工作面巷道合理内错距离为2～3倍巷宽,12煤3125S面与上覆面间距较大,经受采动破坏较小,8煤2285S面和9煤3191S面受采动影响较大。UDEC模拟显示,7煤首采后形成显著的煤柱应力区,底层煤中峰值应力可达原岩应力的3～4倍,下层工作面巷道应内错避开布置,8煤至12煤开采可对上覆煤柱区大幅卸压,应力峰值为2～2.5倍原岩应力。临近工作面巷道采用6～12m煤柱,上下工作面巷道内错9.8～11.0m,实现了巷道和采面支护稳定,从而为近距离煤层工作面设计优化与衔接规划提供了关键依据。     

工作面煤与瓦斯共采技术实践

山西某综放工作面瓦斯治理难度大,针对该工作面进行了煤与瓦斯共采实践.在采煤过程中.工作面布置了φ325 mm和φ219 mm两条抽放管路,该矿充分利用覆岩移动对瓦斯的卸压作用,并根据岩层移动规律来优化了抽放方案、提高了抽出率,成功地实现了煤与瓦斯共采.采取的抽采工艺有顶煤高位钻孔抽采瓦斯、采空区上隅角插管抽采放和钻场覆岩裂隙带抽采.     

上行开采工作面煤柱应力区安全开采技术

孙村矿2221面是其下覆四层煤工作面开采后首个大面积开采的上行开采工作面,工作面开采范围布置在四层煤开采后的采空区上方,其中有一段处于四层煤开采过程中遗留的断层煤柱区域。工作面在四层煤采空区内进行回采过程中,由干四层煤开采后的卸压作用,顶板压力缓和,无明显的动压显现,但在推采煤柱过程中,工作面动压现象突出明显,造成工作面顶板破碎、巷道变形破坏、冲击矿压等现象。针对工作面推采煤柱过程中压力显现造成的破坏现象,开采中采取了一系列的安全控制技术措施,取得了明显的效果,实现了煤柱区域的安全开采。     

基于分布式光纤的覆岩变形特征监测试验研究

采动覆岩变形、破坏方式及其内部应力演化规律是采矿工程领域研究的重要问题,通过科学、有效的监测手段对上覆岩层在工作面开采过程中的变形及来压规律进行实时监测至关重要。将分布式光纤水平、垂直埋设在模型内部,监测覆岩变形特征与应力应变状态。结果表明,1-2煤回采过程中,水平传感光纤的"马鞍形"频移曲线反映了覆岩破断的动态变化过程;布里渊频移变化度准确实现了工作面的来压判别;分布式光纤的时空演化规律揭示了整个开采过程中相似模型的应变分布特征。     

与地面环境协调的采煤方法研究

持续增长的煤炭生产对地面环境已造成了严重的采煤沉陷灾害。为了保护村庄等地面设施而采取的其他低回采率采煤方法又使得大量煤炭资源无法采出。基于此现状，从煤炭科技角度提出了注充宽条带跳采全采采煤方法。通过分析其概念、开采过程中煤岩体的受力情况、覆岩及地表移动变形规律，得出此采煤方法可以减缓地表下沉，有效保护矿区地表环境，解决煤矿深部化开采过程中的地面设施压煤问题。同时，对此采煤方法的深入研究，有益于进一步完善我国矿山开采的相关理论和技术。     

煤层群混合开采采动裂隙发育规律研究

鉴于煤层群开采采动裂隙的发育规律对于顶板控制具有重要影响,以贵州松河煤矿煤层群混合开采生产地质条件为背景,通过相似物理模拟,研究了煤层群混合开采过程中覆岩裂隙的发育规律。研究表明：煤层群采用混合开采顺序时,覆岩裂隙的发育程度受煤层群复合厚度、层间距、开采顺序的影响;煤层群下行开采时,下层煤开采将导致上层煤裂采比增大,煤层群上行开采时,上层煤开采后裂采比相对较小,但会引起邻近下层已开采煤层顶板内裂隙继续发育,使其裂采比增大;裂采比和煤层复合厚度之间呈对数关系,裂隙发展高度和煤层顶板下沉量之间呈三次多项式关系。研究结果可为煤层群混合开采顶板控制设计提供理论依据。     

浅埋煤层采动覆岩运动相似材料模拟研究

为分析伊犁一矿首采工作面浅埋煤层采动覆岩运动特征,进行了相似材料模拟研究。分析了直接顶破坏、老顶破坏、采动覆岩破坏高度发展等规律,并进行了切顶冒落分析。研究结果表明,首采工作面具有采动覆岩破裂高度随工作面推进而增大,采动覆岩破裂高度在充分采动前约为采空区跨度之半等规律。试验过程和理论计算均未出现切顶冒落现象。研究结果可为矿区首采工作面煤层安全开采提供理论依据,同时,对分析其他浅埋煤层安全开采覆岩运动规律具有一定的借鉴意义。     

浅埋煤层群开采工作面合理布置方式研究

根据神府矿区主采煤层开采实际情况,采用物理相似模拟和数值模拟实验,分析了浅埋煤层群开采煤柱下方的覆岩垮落规律、支架受力分析、应力传递特征及煤柱合理错距对地表的影响。综合得出了2~(-2)煤与3~(-1)煤区段煤柱的最小错距为50 m,并运用理论计算,确定了同采工作面初采阶段的合理错距应大于131.4 m,正常回采期间大于79.1 m。依据研究结论,建立2~(-2)煤与3~(-1)煤联合开采的工作面布置方式模型。     

煤层过沟开采覆岩破坏特征及地表水入渗规律研究北大核心

为分析煤层过沟开采覆岩破坏特征及地表水入渗规律,选取过沟开采典型工作面为研究对象,基于工程地质条件及岩层物理力学性质,采用UDEC建立了覆岩破坏数值模型,研究了煤层过沟开采覆岩破坏特征;数值计算得到导水断裂带高度为230~250 m,实测导水断裂带高度为225~245 m,两者结果较吻合;通过提取覆岩采动裂隙并导入COMSOL,构建了煤层过沟开采地表水入渗数值计算模型,分析了地表水沿采动裂隙入渗至工作面的规律。结果显示:当工作面推采200、250、300 m时,导水断裂带沟通地表,地表水沿裂隙入渗至工作面,稳定后的水量分别为10.4、14.3、19.7 m^(3)/h;以工作面推采300 m为例,对比分析了数值计算与现场实测的工作面稳定水量,两者所得结果相差较小。     

松散承压含水层下重复采动对覆岩破断特征的影响研究

以松散承压含水层下压架突水灾害的防治问题为工程背景,结合皖北祁东煤矿7131工作面的开采条件,研究了承压含水层下重复采动对覆岩破坏特征的影响规律。结果表明,当松散承压含水层下某一煤层工作面在初次采动条件下存在压架突水危险时,若其他邻近煤层先开采使得该煤层回采处于重复采动状态,覆岩结构完整性降低,承压含水层的载荷传递作用会受已采煤层的开采扰动而减弱,该煤层工作面回采时覆岩不易发生如初次采动条件下的整体破断,压架突水危险性降低。基于重复采动对覆岩破坏特征的影响规律,提出了松散承压含水层下采煤的"释压开采"方法,即可将不具有压架突水危险的煤层作为"释压层"先开采,弱化承压含水层对下部岩层的载荷传递作用,破坏压架突水灾害的发生条件,从而避免承压含水层下采煤压架突水事故。     

大采高综采充填工作面覆岩破坏规律的物探测量实践

通过对皖北煤电集团五沟煤矿大采高综采充填工作面CT101覆岩破坏的发育特征及规律的瞬变电磁探测,得出近松散层充填开采的采煤面的矿压显现特征、"两带"发育高度等,对类似条件下采煤工作面的安全开采具有指导意义。