上覆煤层开采后下伏煤层卸压机理分析

以开滦唐山矿Y485工作面受上覆5#煤层采空影响为背景,基于关键层理论,采用数值模拟和现场实测研究了上覆煤层开采后下伏煤层的卸压机理。结果表明:覆岩中往往存在多层关键层,会对工作面支承压力产生影响。卸压开采后上覆关键层发生破断,下伏煤层工作面回采时仅在层间关键层的影响下支承压力的影响范围和峰值显著降低。唐山矿上覆5#煤层工作面回采后,仅在层间关键层的影响下,下伏9#煤层Y485工作面超前支承压力影响范围由73 m减小至38 m,超前支承压力峰值与工作面煤壁的距离由29 m减小至20.5 m。当两煤层间存在厚硬关键层时,开采上覆煤层对下伏煤层进行卸压时,下煤层工作面支承压力峰值的最大值是无关键层时的2.34倍,下煤层回采时仍产生了显著的应力集中。     

1.0 m极近距离煤层联合开采矿压规律

针对阳邑煤矿1.0 m极近距离煤层联合开采条件,应用常规错距理论和岩层移动理论,研究了上部工作面采空区走向形成的稳压区和减压区范围,论证得出了1.0 m极近距离煤层联合开采下部工作面仅能布置于稳压区,并给出了上、下煤层工作面联合开采最佳走向错距范围为21~26 m。研究发现,在稳压区域回采的下部工作面采场覆岩形成了“双结构顶板”。矿压观测结果证明：在最佳错距范围内开采,上部工作面采空区形成的残余支压高应力区与下部工作面的超前支压高应力区之间,在推采方向存在2~3 m近原岩应力安全距离,避免了上、下高应力区域叠加,保证了下部工作面在稳压区域内回采,现场实施错距20~25 m,与理论分析接近。阳邑煤矿1.0 m极近距离煤层联合开采成功实施,在理论和技术上为类似条件的煤层提供了可靠的矿压数据和开采经验。     

首采层开采对底板煤层影响规律分析

为了分析首采层开采对底板煤层的影响规律,采用理论分析,分析了首采层开采对煤层破坏范围,研究了首采层开采对煤层工作面掘进和回采的影响,然后钻孔验证了1901运输巷反掘联络巷26.3 m打钻地质成果。研究得出:首采层工作面回采对下部9号煤层工作面产生影响为走向方向上内错19.8 m,倾向方向上内错8.42 m;首采层工作面回采对下部7号煤层影响范围为工作面范围内走向方向上内错9.42 m,倾向方向上内错3.93 m。研究为今后底板煤层的设计工作提出理论基础。     

近距离煤层同时开采巷道布置优化研究

为确定某煤矿3和4号近距离煤层同采时下煤层回采巷道布置方式,结合煤层地质条件,采用理论分析确定下煤层巷道采用外错式布置方式,运用FLAC3D数值模拟软件确定下煤层回采巷道的合理外错距离为20 m,通过现场对4号煤层3409工作面材料巷顶底板及两帮变形进行观测分析,巷道在距工作面60 m以内顶板最大位移为150 mm,两帮最大位移为120 mm,超前工作面60 m以外,巷道变形量趋于稳定,结果表明,2层煤同时开采,工作面巷道外错20 m,在加固条件及合理的锚杆锚网支护作用下,巷道稳定性良好,巷道围岩变形得到了有效控制,能够满足工作面正常推进的要求。     

近距离煤层联合开采条件下工作面合理错距确定

为避免近距离煤层联合开采条件下上煤层工作面回采过程中顶板周期来压波及下煤层工作面或上下煤层同步来压而相互影响,通过现有矿压及弹性半无限体理论的运用并结合现场实测数据分析给出石圪节煤矿联采条件下工作面合理错距的选取方法.研究表明:1)据煤矿地质及煤岩物理力学特性运用矿压理论初定工作面错距；2)结合理论或现场实测分析层间应力分布影响区域,修正工作面错距；3)现场实践最终确定合理错距.选取初定的工作面错距及层间应力主要影响区横向范围值之和作为近距离煤层合理错距,可避免下煤层煤体承受上煤层的连续高应力状态.     

双煤层协同开采矿井防冲优化设计

针对双煤层协同开采矿井区域防冲优化设计问题，以纳林河矿区陶忽图煤矿为工程背景，分析得出矿井当前开采设计方案存在的主要问题，包括保护层选择不合理、开切眼或终采线外错、部分区域位于保护范围外、丢失三角煤、对矿井后期大巷保护煤柱的回收不利和矿井前期采掘过于集中等。针对这些问题，从冲击地压防治角度出发提出优先开采2-2煤层作为3-1煤保护层，对大巷布置、工作面布置等进行调整并给出了单翼和双翼双煤层协同开采优化设计方案。并基于矿井地质及开采技术条件，结合相关标准和规范，计算得出矿井双煤层协同开采合理错距和滞后距离：合理倾向错距为30 m,走向错距为47 m, 3-1煤层工作面回采应滞后2-2煤层工作面1200 m。     

极近距离煤层群开采相邻工作面合理错距研究

极近距离煤层群开采合理的错距确定关系到上下煤层的安全高效开采。针对某生产矿井4号和5号煤层之间极近的层间距,结合该生产矿井实际地质条件,提出在确保下分层工作面在上分层工作面完全垮落且稳定之后进行回采和将下分层工作面布置在上分层工作面开采形成的应力降低区（减压区）内2种设计思路,并建立了相应的理论计算模型。分析了2种理论计算方法的优缺点,结合实际生产条件,最终确定合理的最小错距为110 m。     

邻近煤层同采巷道布置及安全错距优化研究

针对苏村煤矿6煤、10煤分层同采错距不合理,上下两工作面开采受动压的相互影响,造成工作面冒顶、片帮、支架折损等问题,通过采用理论分析、数值模拟以及工程应用相结合的方法对邻近煤层同采工作面巷道布设位置及错距进行了优化研究。研究结果表明：考虑不同开采方式下10煤层巷道围岩应力变化特征,确定上下煤层巷道采用对齐式布置;考虑下煤层开采时覆岩移动,下煤层区段煤柱应大于16.7 m;上下煤层同采时工作面合理错距在45 m左右。研究结果应用工程实践表明,同采期间工作面支架受力平稳,实现了邻近煤层安全高效同采,对类似条件下的煤层群开采具有重要的指导意义。     

近距离煤层联合开采工作面常规错距研究

为了确保近距离煤层联合开采条件下工作面回采的安全,通过理论分析、UDEC数值模拟等手段并结合现场监测数据,研究某矿下煤层工作面回采时的常规错距,并从理论上给出其计算公式。研究表明:近距离煤层联合开采时,不同错距条件下的应力分布规律存在明显差异,最终确定工作面常规错距为45~50 m。     

动压巷道多次扰动失稳机理及开采顺序优化研究

应用计算机模拟、现场实测和理论分析综合研究方法,分析了煤层群开采条件下的张集煤矿1113(1)工作面轨道巷多次扰动失稳机理,并对煤层群邻近层多工作面回采顺序进行了数值计算,再现了不同开采顺序下的底板动压回采巷道围岩力学环境。研究表明：目前采用的邻近层交错同采方式,1113(1)工作面轨道巷失稳的力学本质为,本工作面回采活化了已破坏的上覆层间似连续-非连续-散体结构,加剧了工作面前方受多重采动影响的轨道巷浅部高应力环境下的大范围持续强变形,突出表现为巷道底鼓强烈;回采顺序显著影响煤层群回采巷道围岩稳定性,下行开采下伏回采巷道受扰动程度最低,巷道变形及围岩破坏范围最小;邻近层对应同采,下伏工作面轨道巷受上覆工作面底板聚压影响区高应力、巷道开挖、本工作面开采扰动等多重因素叠加作用,巷道围岩破坏范围最大、变形最严重。煤层群开采采区设计中应尽量采用下行开采,同时避免或减少巷道受多次采动影响。     

泉店煤矿近距离煤层群联合开采方式的实现

为实现近距离煤层联合开采,分析了开采工作面采动岩层底板移动与超前破坏区间相互作用的关系,提出了近距离煤层群联合开采常规错距开采模型。从理论上给出近距离煤层群联合开采下的工作面合理错距计算公式,避免因上、下煤层工作面间距设置不合理,造成上下采场不能正常开采的情况。     

薄煤层联合开采工作面合理错距及矿压显现规律研究

为研究五里堠煤业3号和4号近距离煤层联合开采时的合理错距及矿压显现规律,采用理论分析,基于稳压区理论和减压区理论计算得出3号煤层和4号煤层工作面间的最小错距在14.35～28.04 m;通过矿压监测和巷道表面位移监测,结果表明:3号和4号煤层进行联合开采时,上下工作面间的错距大于30 m时为合理错距,此时支架的工作阻力正常,未出现超限现象,回采巷道在联合开采期间围岩变形量较小。     

近距离煤层开采矿压规律和布置方式研究

为了探究近距离煤层同采时上煤层对下煤层的影响,以芦沟煤矿平均间距5.32 m的10号和11号两近距离煤层为研究对象,基于错距理论和采场岩层断裂运移规律,建立了底板受力模型,对上煤层回采后地板应力分布、破坏范围和合理的布置方式、错距进行了研究。结果表明:上煤层工作面采场的稳压区内顶板稳定,没有冲击动压作用,安全性好,是合理的布置位置。在上煤层开采超前支撑压力和支架支撑作用下,下层煤工作面前方产生集中应力,使得煤层和顶板发生裂隙的扩展和联合,最终发生破坏。10号煤开采时,对底板的扰动破坏长度为40.95 m,破坏最大深度为10.97 m,即工作面布置错距应该大于40.95 m。现场工程应用,两工作面错距为42 m,实测得到液压支架载荷均衡,矿压显现缓和,说明布置合理。     

火区下近距离煤层安全开采合理错距研究

火区在煤层采动影响下可能通过裂隙影响下煤层安全开采,下煤层工作面应布置在上煤层采动减应力区。因此理论分析及UEDC数值计算研究下方煤层内错、外错10m条件下垂直应力、塑性区分布及垂直位移变化情况,从而确定工作面开切眼及停采线合理位置。研究结果表明,内错10m布置下煤层工作面,可显著降低下煤层围岩应力,有利于回采巷道维护及工作面安全高效开采。     

邻近煤层同采工作面合理错距研究

为确定邻近煤层同采工作面合理错距,以赵庄煤矿9#、10#煤层同采工作面为研究背景,运用理论计算、数值模拟对比分析了同采工作面在减压区、稳压区内布置方式可行性,并模拟分析了同采工作面合理错距。研究结果表明:上煤层开采对底板的最大破坏深度为9.11 m,对工作面后方底板扰动范围为33.15 m,此邻近煤层间距下应采取稳压区内布置形式,确定下煤层工作面应布置在上煤层工作面稳压区范围内,且合理错距应不小于35 m。现场矿压实测得知:在合理错距下,工作面来压较缓和,周期来压不明显,工作面可安全回采。     

近距离下部特厚煤层工作面安全错距研究

在近距离下部特厚煤层条件下,由于下部煤层厚度大,经验方法类比计算的工作面错距偏小。因此根据鲍店上部2煤层与下部3煤层实际情况,采用UDEC2D数值模拟及理论分析,综合研究了近距离下部特厚煤层工作面开采的安全错距。研究表明:近距离下部特厚煤层工作面同采时,不同工作面错距条件下的应力分布与覆岩运移特征有着明显的差异,当工作面错距大于50m时相互采动影响较小,确定工作面安全错距为60m。     

极近距离煤层联合开采同采工作面合理错距研究

近水平、缓倾斜近距离煤层组常采用下行式,对下煤层的巷道维护和回采有利。为保障某矿上下煤层工作面安全协调生产,需确定下层煤工作面回采的滞后距离,通过矿山压力理论分析,结合FLAC3D数值模拟和现场矿压观测确定上下煤层工作面合理错距在32~60 m。按照此错距回采,下层煤工作面在上煤层工作面超前支承压力的影响范围之外,不仅能够保证下煤层顶板的完整性,上层煤工作面又可以避开下层煤顶板采动影响。     

不同错距下极近距离煤层联合开采矿压规律研究

为得出不同错距下极近距离煤层联合开采矿压规律,通过对山西灵石某矿9#和10#极近距离煤层联合开采工作面应用常规错距理论和现场矿压观测分析,论证得出在坚硬顶板条件下,下煤层工作面只能布置在上煤层采空区的稳压区,联合开采的最小合理错距为26 m。矿压观测分析表明:在稳压区布置下煤层工作面,上下煤层两工作面压力均有明显减小;若将上下两工作面距离再次拉大,矿压显现改善不是很明显。     

大地精煤矿近距离煤层同采面错距和巷道布置研究

为合理确定大地精煤矿近距离煤层同采工作面错距及巷道布置方式,采用滑移线场理论分析上部煤回采后对下部底板的破坏特征,结合煤层地质条件,得出上煤层开采后对底板的最大破坏深度为9.35 m;在稳压区和减压区2种错距理论下,得出同采煤层错距范围,经过对比近距离煤层夹层厚度和下煤顶板完整程度等因素,确定采用减压区布置,最小错距为16.75～29.85 m;通过数值模拟分析,得出重叠式巷道布置下上区段煤柱和下煤层巷道应力场叠加,确定5-2煤回采巷道内错式布置,内错距为6 m。理论数值计算辅之数值模拟分析确定该矿同采面合理错距和巷道布置方式,指导实际生产。     

极近距离煤层联合开采矿压显现规律研究

为得到极近距离煤层不同采煤工艺下联合开采工作面矿压显现规律,采用现场实测法对错距为20 m的上下煤层工作面进行矿压观测,通过观测得出上煤层因为采高小、顶板坚硬,造成工作面没有明显的初次来压和周期来压,超前影响剧烈范围为工作面前方20 m,工作面巷道围岩塑性区深度为1.5~2.0 m;下煤层工作面初次来压和平均周期来压步距分别为27.4和15.5 m,超前剧烈影响范围为工作面前方30 m,工作面巷道围岩塑性区深度2 m,在这种条件下,20 m锚距是不合理的。