大采空区灾害控制技术的数值模拟

不少金属矿山由于前期民采在井下遗留下大小不一的众多空区,其中某些采空区体积多达数万立方米,暴露面积达数万平方米,是造成大规模冲击地压及塌陷隐患的主要诱因。为保证下部及相邻中段安全回采,提出在合理水平实施废石充填,形成应力隔离层。以某金矿为例,采用数值模拟手段研究了大采空区充填前后围岩应力及剪应变增量情况。分析计算结果表明,充填处理后,大采空区围岩应力集中程度明显减小,拉应力区域相应减少且值较小,剪应变增量值减小且剪应变增量区域不贯通,安全隐患得到消除。     

残煤复采工作面支架初撑力与工作阻力确定

对于旧采采用"挖顶弃底"方式所残留的复采工作面,由于其顶板为采空区-煤柱不规则交错状态,工作面支架初撑力与工作阻力的传统确定方法不能适用。考虑到顶板上方为完全采空状态的复采工作面初撑力过高易顶破顶煤以及顶板上方的残留煤柱,存在集中应力与工作面老顶垮落等影响因素,运用相应的力学模型分析其支架-围岩关系,计算采空区与煤柱2种不同状态顶板下方复采工作面支架初撑力与工作阻力,给出的计算公式在现场工程实践中得到验证。     

近距离煤层群采空区高位定向钻孔布置优化研究

为解决贵州矿区内采空区遗留煤体及邻近煤层中的瓦斯受采动影响逸散至工作面的问题,以贵州某矿10605工作面为工程背景,结合理论分析、数值模拟对高位钻孔布置优化进行研究,结果表明,垮落带高度为11 m,裂隙带范围为11～38.4 m,邻近煤层处于顶板裂隙带范围内,会受开采扰动的影响;裂隙带的应力集中系数在0～0.6之间,其顶板卸压区中应力集中系数不超过0.4的区域导气裂隙发育更好,该区域距离顶板15～25 m,倾向距回风巷10～20 m。工程实践表明,优化后的抽采措施有效地治理了瓦斯超限问题,8个钻孔平均抽采瓦斯浓度约42%,主管抽采瓦斯纯量为12.32～15.5 m³/min;下排孔比上排孔的孔内平均瓦斯浓度大,且越靠近采场的钻孔孔内平均瓦斯浓度越大,与“O”形圈导气裂隙发育情况相对应;抽采一定时间后,采空区瓦斯显著下降,上隅角的瓦斯浓度由0.68%降至0.32%,符合安全生产标准。     

某露天铁矿地下采空区废石充填胶结加固研究

露天矿地下采空区的存在对矿山安全生产是一种极大的隐患。针对某露天铁矿一些特殊部位的采空区,如最终边帮下方或地表构筑物下方,因为无法通过爆破崩落法处理,采用胶结充填加固处理为最佳。根据采空区地质现状和充填治理工艺,经测算试验得到所需的最大注浆压力等数据。参考注浆料的制备工艺和基本性能要求,配置不同的注浆料进行试验和测算,选定最佳的注浆料：5%水泥、95%碎石粉,1∶4水灰比。使用该材料充填采空区可以完全满足要求,保证了边坡的稳定。     

某石膏矿床深部开采稳定性分析

某石膏矿采用房柱法进行回采,开采范围内已经形成大面积采空区,且矿区范围内有村庄,人口稠密。为对-400 m以下深部资源进行科学开采并保障地表建(构)筑物安全,采用数值模拟的方法分析开采对岩体的稳定性及地表变形的影响。结果表明：-400 m以下矿体分层开采后,岩体的最大变形和竖直位移都出现在顶板位置,整体变形均偏小,下沉或底鼓现象并不明显;矿柱部位出现区域压应力集中,最大达26.38 MPa,矿房边墙所受拉应力较小,不超过2 MPa,整体无较大应力集中区域和塑性贯通区;地表沉陷最大位移为2.72 mm,水平变形最大值为0.0035 mm/m,倾斜率最大值为9.1×10^-3 mm/m,曲率最大值为6.74×10^-5 mm/m²,各指标结果表明-400 m以下矿体分层开采整体稳定,对地表建(构)筑物的影响很小。     

物探技术在矿山采空区勘查中的应用

当前,由于矿山采空区的地质条件复杂,传统钻探方法难以准确探查出地下空间岩土层的展布情况,而物探技术更为轻便、迅速、经济,将物探技术应用在地下采空区的工程地质勘查中,能很好的反映出矿山地质的情况。因此,本文主要从物探技术和采空区的概述出发,结合实例对物探在矿山采空区工程地质勘查中的应用进行分析,旨在使地下采空区的勘查工作顺利、高效的完成。     

羊场湾易自燃综放工作面CO来源分析

针对羊场湾煤矿160205工作面CO气体异常及来源类型不清的问题,通过煤体深层钻孔测试、采空区温度与CO分布测试、工作面CO分布测试、煤的破碎实验、程序升温实验以及常温氧化实验综合分析工作面CO的来源。结果表明：羊场湾2#煤原始煤层中不含CO气体;煤在氮气氛围和空气氛围环境中破碎均能生成CO气体,并且随着破碎时间的延长产生的CO气体量呈现上升趋势;采空区遗煤温度低于50℃,工作面CO主要来源于采空区遗煤的低温氧化以及架后、工作面煤的常温氧化,其次为采煤过程中煤机切割破煤作业产生的CO气体。     

晋城寺河井区煤矿采空区煤层气地面抽采关键技术研究

随着煤层气勘探的不断深入,煤矿采空区煤层气已成为煤矿区煤层气重要资源之一。基于晋城矿区寺河井区煤矿采空区分布特征,通过地质分析、采空区煤层气成分、浓度试验和资源量模型计算等方法系统研究了煤矿采空区煤层气资源条件及地面抽采关键技术,揭示了采空区煤层气赋存规律,给出了不同赋存状态下煤层气资源量计算模型和方法,探索了煤矿采空区煤层气地面抽采关键技术。研究表明,煤矿采空区煤层气来源于煤柱及残留煤层、邻近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。根据吸附气和游离气资源量计算模型计算寺河井区煤层气总资源为213.016×10⁸m³,其中游离气资源为0.102×10⁸m³,吸附气资源为212.914×10⁸m³。采煤方法和采空区密闭性对采空区煤层气的来源和富集程度有重要影响。针对采空区上部岩体裂隙发育特征,将采空区煤层气抽采井身结构由二开优化为三开结构,实现了二开固井封闭断裂带上部含水层,三开下入割缝套管护壁,有效解决了采空区上部含水层涌水对钻井井身稳定性影响及抽采效果等问题。在此基础上,研发了潜孔锤+压缩空气(氮气)钻井工艺,用氮气取代空气作为循环介质,形成了安全揭露含气断裂带钻井工艺技术,为采空区煤层气安全抽采探索了有效途径。     

房柱式采空区遗留煤柱稳定性综合评价研究

采空区内遗留大量煤柱对煤矿安全生产存在重大隐患。为评价采空区内遗留煤柱的稳定性,以房柱式采空区内遗留的大量煤柱为评价对象,采用定性与定量评价相结合的综合评价法,从煤柱宽高比、煤柱面积比率,煤柱强度与载荷计算,煤柱保持稳定最小宽度等方面对房柱式采空区遗留煤柱稳定性进行评价,并结合实例进行了分析和评价,评价结果可为采空区的治理等提供理论依据和工程指导。