Some problems on the research and development of the application of methane draining boring technology to prevent hazards in underground coal mines in Vietnam

Underground coal mining activities in the Quangninh coal basin (in the North of Vietnam) have been carried out at a depth of −130 m to −150 m, and in the near future this mining depth will become −300 m and −500 m. Together with the increasing coal output, the quantity of methane and other mine gases emitted from coal beds during mining activities will grow bigger and bigger. According to the forecast of the coal mining industry, if mines go deeper downward, all underground coal mines in the Quangninh basin will be classified into the mine group with the dangerous level of methane bearings. Mine gas control and management operations with conventional ventilation are less effective and entail high expenses. One of the main solutions is to carry out short, medium and long boreholes for controlling and recovering methane and other mine gases from coal beds before mining activities. Efficiency of drilling activities for methane gas recovery from coal seams with horizontal bore holes at underground coal mines depends on many factors including the mine gas draining borehole layout at the roadways, gas content in the coal beds, technologies for mine gas draining boring activities, and so on. Methane gas exists in the coal beds under the adhesive state with stable physical and chemical bonds. In order to recover these gases, it is necessary to carry out boreholes and create artificial joints (collecting pits) in coal beds with the impulse method (hydraulic separation method).     

刘桥一矿662工作面底板注浆防突水设计

刘桥一矿662工作面下含有含水灰岩层,由钻孔资料计算出其煤层的底板突水水系数为0.093MPa/m,大于淮北矿区工作面的0.07MPa/m(完整底板)和0.05MPa/m(不完整底板)的经验安全值,若不采取措施就进行正常开采,将有很大可能会发生煤矿突水事故。本次设计主要是通过在工作面向煤层底板下的灰岩层钻孔并注入水泥浆,通过水泥浆在含水灰岩层里扩散胶结成为隔水层,增加煤层原底板的厚度,从而使工作面的突水系数降低到低于淮北矿区工作面的安全开采经验突水系数,使得煤矿能够安全的开采。     

悬臂式掘进机在钾盐矿开采中的应用

介绍了钾盐矿的特点及开采方式,简述了EBZ160型掘进机在老挝年产50万t钾盐矿开采中的使用情况,初步摸索出一套悬臂式掘进机在钾盐矿开采中的施工工艺。根据应用情况,分析了悬臂式掘进机在钾盐矿开采中的利弊,并针对使用中存在的问题提出改进方案。     

煤层开采对第四系松散含水层影响的研究

为了分析煤层开采对第四系松散含水层的影响,选择潞安矿区漳村矿为试验现场,通过浅部至深部煤层开采项板导水裂隙发育高度的理论分析、数值模拟和实际观测资料对比,研究采高6m,采动导水裂隙发育规律及对松散含水层的影响.结果表明:煤层埋深小于110 m区段,导水裂隙可突破第四系底部黏土隔水层而发育至第四系松散含水层,并对该含水层造成破坏;煤层埋深介于110～190 m区段,导水裂隙仅发育至基岩风氧化带,风化裂隙水可进入采场,对第四系底部松散含水层水影响较小;煤层埋深大于190 m区段,采动导水裂隙发育限制在完整基岩内,仅将顶板砂岩裂隙水引入采场.据此分析,漳村矿对采高6m、埋深大于190 m的中深部煤层的开采对第四系松散含水层几乎无影响.     

大面积含水层下的矿体开采

水口山矿务局康家湾矿区的主要矿体埋藏深度大,并合低温热水,其上部覆盖着与湘江洪泛区有天然水力联系的大面积含水层,开采难度很大,是典型的水体下开采的矿山.本文介绍了该矿区首采地段采矿方法的选择,采场构成要素的确定,采准工程的布置,回采与充填工艺的实施,采场地压观测的方法及效果,对类似的矿山有借鉴作用.     

远距离深孔探放水技术在矿井煤层群中的应用

近些年,全国煤矿安全形势较为严峻,各类安全事故频发,其中采空区、老窑透水事故发生较多.1930煤矿于1988年投产至今,已回采近23年,矿井开采水平经过两次延深,垂深达到150余米.矿井现回采的36211综采工作面受上部35211采空区积水威胁,为确保36211工作面回采安全,需对35211采空区积水进行探放工作.经过研究决定采用远距离深孔探、放的方式排放采空区积水,消除其对回采工作面的威胁.通过对5＃煤层采空区积水量估算、探放地总选择及钻孔参数设计,顺利完成探放水工作,为矿井在今后开采深部煤层群时实施探放水工作提供了宝贵经验.     

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。     

某铜矿露天转地下隔离矿柱的确定研究

露天转地下隔离矿柱的确定是露天转地下开采经常面临的重要问题,对于金属矿山地下安全生产极其重要。根据某铜矿的采矿工艺、开采深度以及工程地质条件,采用理论计算和FLAC3D有限差分法数值软件对不同厚度的隔离矿柱进行了模拟分析。结果表明,当隔离矿柱厚度为 20 m时,地下开挖导致的顶板变形较小且趋于平稳。20 m是该矿山隔离矿柱厚度的最优值,能够满足安全生产要求。该分析结果为露天转地下安全高效回采提供了理论依据和技术指导。     

浅埋煤层长壁工作面矿压规律及关键块失稳分析

 为研究浅埋煤层长壁工作面的矿压规律和顶板结构稳定性,以榆阳煤矿1307长壁工作面为工程背景,设计了矿山压力观测方案并进行了现场观测。总结分析了浅埋煤层长壁开采时矿压显现规律和浅埋煤层上覆岩层破坏规律,得出初次来压步距为78m,二次来压是在工作面推进至93米,工作面周期来压步距范围在6.4～8.1m;通过对关键块的失稳分析,得出最大开采高度应小于2.31m,关键块不发生滑落失稳的系数要求大于等于1,而实际计算的系数仅为0.4,在实际开采过程中工作面中后部采空区顶板每隔一段时间会发生突然垮落,造成倒架、折梁断柱等现象,为同类浅埋煤层的开采提供一些借鉴和参考。     

露天矿最终帮坡角及采深协同优化研究

最终帮坡角和采深是露天矿境界设计中2个相互影响的关键参数,其取值与露天矿的安全经济性密切相关。为探讨上述2个参数的合理取值,以西藏某露天铜矿12#典型勘探线剖面为研究对象,按经验类比法初步确定该剖面西、东边帮的最终帮坡角取值范围为38°~44°,选取不同的两帮坡角度值组合,根据境界剥采比小于经济合理剥采比的原则,计算得到底部标高取值范围为+ 4 135~ + 4 108 m。构建了该剖面的露天境界最终边帮有限元数值模型,采用强度折减法计算得到西、东帮的稳定安全系数,根据实际工程设计需要的边帮安全系数以及开采的经济性,得到该剖面合理的最终帮坡角与采深。研究表明：露天边帮稳定性随着最终帮坡角和采深的增加逐渐降低,且最终帮坡角的变化对本侧边帮稳定性的影响远大于对侧边帮,两参数之间互相影响,共同决定露天矿的安全经济性;计算得到该剖面合理的西、东帮最终帮坡角分别为42°、43°,底部标高为+ 4 117 m,总采深为920 m。所采用的露天矿最终帮坡角及采深的协同优化思路可为露天矿山科学确定相关参数提供参考。     

Impact of mining on the groundwater chemistry in the Upper Silesian Coal Basin (Poland)

The Upper Silesian Coal Basin (USCB), 7500 sq.km area (including 5500 sq.km in Poland), is situated in the Variscian Upper Silesian intermountain depression. Coal-bearing Upper Carboniferous rocks occur beneath the permeable Mesozoic and Quarternary sediments in the NE part of the USCB and the impermeable Tertiary clay series in the southern and north—western parts. Studies on hydrogeochemical environment showed a normal vertical and horizontal hydrogeochemical zone in the full extent of the basin. This zone is characterized by changes in mineralization and chemical of waters along circulation routes. Strongly mineralized waters of isolated structures represent brines of the type Cl?Na and specially Cl?Na?Ca. A general trend of increased mineralization is noted along with depth of occurrence of water independently of age of the strata. The general regularity is disturbed by the phenomena of hydrochemical inversion mainly due to the mining activity. In the USCB coal deposits have began to be intensively exploited as early as the 18th century. The coal seams are exploited by the underground mining method, mainly by the longwall system, down to the average depth from 650 m to 1200 m. The steadily increasing mining depth and the opening of new mining levels increase the extent of drainage by mines and amounts as well as salinity of pumped out water. The total quantity of water pumped out of mines equals 724 m³/min. Area of decreased piezometric heads, because of the mine drainage, covers about 2000 sq.km. As the coal mine workings are carried out in different hydrochemical zones, the chemistry of the pumped mine waters vary significantly, with the mineralization of natural mine water ranging from 0.2 to 372.0 g/dm³. The artificial hydraulic interconnections created by mining activities and deep drainage cause changes in the natural hydrochemical regime of groundwater. The desalination effect caused by mining activity depends mainly on the depth and size of mining, duration of exploitation, drainage activity and geological conditions of the USCB. The present hydrochemical zone in the USCB determined by the mining impact is shown on the maps of groundwater mineralization at the depth of 500 and 750 m, as well as on the map of the depth of the occurrence of saline waters (35 g/dm³). There is a close correlation between mineralization of water in the Carboniferous within the coal fields and the type of overlying rocks as well as degree in which the rock mass is affected by mine workings. The maximum salinity of water was found in depressional structures under the cover of sealing. Tertiary rocks, host structure not covered by the Tertiary and affected by mine workings for over a hundred years are characterized by a marked desalination of waters to the depth of about 500 m.     

毛坪铅锌矿下向分层进路胶结充填采场结构参数优化

为探讨毛坪铅锌矿所采用的下向分层胶结充填采矿法采场结构参数的合理性,采用数值模拟手段对不同断面尺寸和不同埋藏深度的采场稳定性进行了计算,系统分析了充填体顶板及采场周边应力与塑性区等的变化规律。研究结果表明：随着进路跨度和采深的增加,进路四周拉应力值逐渐增大,当跨度超过5 m后,拉应力值已非常接近充填体抗拉强度;而当采深达到560 m时,拉应力范围几乎扩展到整个围岩,说明采场稳定性下降,存在拉破坏可能性。从本次计算情况看,在现有采深时（采深400~450 m）,进路最大跨度不宜超过5 m;而如果维持3.5 m的进路跨度持续向下开采,则适用的最大采深应在600 m左右,否则采场的稳定性难以得到有效保证。     

水力测试法在煤层底板破坏探测试验中的应用

针对团柏煤矿下组10#媒带压开采的现状,对该煤层10-115工作面开采引起的底板破坏深度采用水力测试法进行了探测.结果表明:①从定压进水量测试结果看,在煤层开采过程中底板岩层因矿压增减发生了裂隙收缩与扩张,采面距在0～25 m阶段底板最为薄弱,此后底板裂隙进入收缩的恢复阶段,但裂隙的闭合性又远远低于原始状态;②从起始水压测试结果看,10#煤底板的矿压直接破坏深度为9.4m,其下的扰动带岩层抗水压强度明显减弱,矿压与扰动破坏深度共计12 m.     

千米深井大倾角特厚煤层综放开采技术实践

为实现千米深井大倾角特厚煤层综合机械化放顶煤开采,应用相似材料模拟、数值模拟和现场试验等手段,研究了影响千米深井大倾角特厚煤层综合机械化放顶煤开采的工艺参数、顶板顶煤运移规律、矿山压力规律.通过试验得出二采一放、多轮间隔、由下而上的最佳放煤方式,同时掌握了大倾角特厚煤层放顶煤开采的工艺参数和矿压显现规律,实现了安全开采.     

固体钾盐矿山房柱式开采地表沉陷的理论计算

条带房柱式开采方法是世界固体钾盐矿山最主要的采矿方法,光卤石/钾石盐是最主要的含钾开采矿石,其可溶于水、易吸水潮解、内聚力大等独特的物理、力学特性导致不能完全照搬随机介质理论用于地表沉陷的计算。因此,以老挝某固体钾盐矿山作为工程背景,基于弹性半无限空间理论,建立条带房柱式开采的力学模型,利用弹性力学线性荷载的布辛内斯克解,理论计算地表沉陷量,并进一步利用Flac^3D数值模拟软件建立地表沉陷力学模型,数值仿真计算地表变形量。结论表明,矿房宽度8m,矿柱宽度10m的情况下,采用理论计算和数值模拟软件计算,地表下沉系数q均为0.05左右,与国内外房柱式开采的工程经验一致。     

埠村矿条带开采底板破坏规律分析

针对埠村煤矿911采区首采条带工作面初采阶段发生底板突水的问题,采用数值模拟与现场实测等方法,就工作面宽度对底板破坏深度的影响进行了研究。结果表明:条带采宽为15～20 m时,对应的底板破坏深度均为5～7 m;多个工作面叠加影响后底板破坏最大深度为10m。将采区条带工作面宽度由15 m增至20 m,提高了资源回收率,在保证安全回采的前提下取得了显著的经济效益。     

基于FLAC3D对某铜矿深部开采地压活动规律研究

介绍了地压活动规律对矿山深部开采的重要影响,通过应用FLAC~(3D)软件对某铜矿59#矿体开采过程中的两种工况进行数值模拟计算研究,发现59#矿体在开采至十五中段时,对围岩扰动较小,不会出现顶板大面积冒落的情况;开采对3#采空区稳定性影响最大,对2#采空区稳定性影响最小;废石充填对维护空区稳定有一定作用,但作用不大;随着59#矿体开采深度的不断增加,其对断层的影响程度也逐渐增加;废石充填对断层稳定性影响较小。从而得出随着开采深度的增加,对围岩扰动越来越大,围岩稳定性降低,顶板发生突然冒落的可能性较大,一旦顶板发生突然冒落,井下会出现较大响声和振动,但由于该铜矿采用崩落法开采,采场上部有大量冒落覆岩,顶板突然冒落不会形成冲击地压。     

北洺河铁矿深部巷道支护数值模拟研究

开采深度的增加,巷道变形增大,巷道底鼓、片帮严重,需要采取合理支护方式满足深部安全高效开采.对北洺河铁矿的不同围岩和部位采取不同的支护方式,有效地保证围岩的稳定件.对-230 m水平2#穿脉巷道穿越闪长岩、矽卡岩和铁矿体一段巷道的支护数值模拟研究,通过支护前后位移和最大主应力比较,表明锚喷支护对提高围岩稳定起到了良好效果.     

金川二矿区1000m中段水平矿柱形成及回采技术研究

金川二矿区采用双中段同时开采方式,随着两中段之间剩余矿体垂直厚度变薄,逐渐形成水平矿柱,及时准确地判定水平矿柱形成并安全将其回采,对于矿山的可持续发展至关重要。采用数值模拟手段分析了水平矿柱随着开采深度变化的形成过程,提出水平矿柱厚度为20m以下,矿柱完全破坏。通过对1 000m中段水平矿柱安全高效回采进行探索和研究,形成了矿柱回采的方案,最大限度地避开了现有在用的重点工程,保障了二矿区安全生产和出矿任务在后续中段衔接过程中有序进行。     

赵各庄矿深部带压开采评价

通过对赵各庄矿底板隔水层厚度及其阻隔水能力的研究,采用突水系数法及弹塑性力学理论分析法,论证了赵各庄矿深部资源在煤层底板完整、突水系数小于0.15 MPa/m的区段可进行带压开采,创造了我国煤炭资源开采深度-1 200 m的记录.