充填开采对“煤—水”双资源矿井资源属性正效应的影响研究

针对我国煤炭资源开采现状,为解决煤炭开采与生态环保、水资源之间的矛盾和冲突,实现绿色开采的多赢目标,在系统阐述“煤—水”双资源矿井开采概念与内涵的基础上,通过理论分析、数值模拟等方法,对比分析垮落法和充填开采两种不同开采方式对上覆岩层运移规律的影响程度,提出了以绿色充填开采实现“煤—水”双资源矿井资源属性正效应的研究思路及方法。研究结果表明:充填开采控制顶板,上覆岩层不出现“三带”变化,仅出现“两带”,降低了覆岩破坏高度,阻断岩层的破断,起到了抑制水害发生的作用;充填步距、充填率、充填体强度与上覆岩层下沉值呈线性关系。相关研究成果对类似条件下的“煤—水”双资源矿井具有一定的借鉴意义。     

粉煤灰高水短壁部分充填技术研究与实践

针对承压水上、建筑物下开采技术难题,在系统分析粉煤灰高水材料特性、充填工艺和禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录(2008年第2批)"巷道式采煤"的基础上,通过理论分析、室内试验及现场实测等方法,对粉煤灰高水短壁部分充填工作面设计及围岩控制下效果进行了系统研究。主要结论包括:1对粉煤灰高水充填材料发泡机理、材料特性、充填工艺进行了分析;2提出了短壁部分充填工作面设计方法及采-充程序及工艺,数值模拟表明50 m充填联合支撑体与20 m采空区底板塑性区范围为6~8 m,顶板塑性区范围10~12 m;3充填体密实性、原位强度和安全系数表明,充填体与顶板接顶率大于95%,原位强度1.93 MPa,安全系数6.8,粉煤灰高水充填体联合支撑体系能够保持围岩稳定;4充填体和底板变形监测表明,短壁部分充填采场顶板最大下沉量80 mm,底板最大破坏深度8 m,底板隔水层厚度在安全范围之内。在埠村煤矿9111工作面进行了现场实施,相关研究成果可以对类似条件下的煤炭开采提供参考。     

基于二维裂缝扩展的二氧化碳注入砂岩透镜体封存模拟

为保证砂岩透镜体中超临界二氧化碳封存的安全性，对裂缝萌生、扩展、演化过程进行了研究。建立透镜体地质模型和数值计算模型，分析超临界二氧化碳流体在裂缝中的运移机理；利用ABAQUS数值模拟软件建立流-固耦合模型，进行裂缝扩展模拟。结果表明:在有初始裂缝时，裂缝扩展呈现出长、快、曲的趋势；在无初始裂缝时，裂缝扩展呈现出短、慢、平的趋势；在初始裂缝角度为0°、30°情况下，裂缝的宽度、面积随孔隙水压力的变化较为一致，整体上呈线性递增趋势；在初始裂缝角度为60°情况下，裂缝的扩展主要取决于初始注入点和运移通道的选择。     

厚黄土层建下条带开采参数选取数值模拟研究

针对西部厚黄土层矿区建(构)筑物下压煤合理条带开采参数选取技术难题,通过理论分析、FLAC~(3D)数值模拟及现场应用实测等方法,对影响该条件下条带参数的选择进行探讨论证,并对各因素与条带开采参数选取的最佳结合点进行了分析说明。     

短壁矸石胶结充填开采技术与应用

针对我国煤矿“三下”压煤量大、村庄搬迁困难，长壁充填开采投资大、地质条件适应性差、采充相互干扰等问题，通过理论分析、室内试验、数值模拟和现场实测等手段，提出了短壁矸石胶结充填技术，研究了材料配比、支巷参数、围岩应力场演化和地表变形规律，主要结论如下：① 充填浆料最佳配比为1∶1.5∶4，与矸石1∶2混合后充填支巷；② 基于极限强度理论确定支巷最佳宽度为5 m；③ 数值模拟表明：开采过程中煤壁超前支承压力峰值为13.1 MPa，开采奇数巷时充填体受力1.6 MPa，开采偶数巷时受力10.4 MPa，顶板塑性区5 m，底板破坏带深度5 m，呈现W-波浪形分布；④ 现场实测表明：支巷超前支撑压力为19.7 MPa，位于支巷前端4.6 m，顶底板最大移近量116.3 mm；顶板在0~5.7 m范围内产生少量断裂微裂隙，离层不明显，只发生弯曲下沉，不存在垮落带；⑤ 充填材料来源广、矸石不外运，实现了采充平行作业。该方法在内蒙古裕兴煤矿得到了广泛的应用，有效缓解了长壁充填开采带来的弊端，以较小吨煤成本，获得较大的经济和环境效益。     

基于RFPA数值模拟的底板突水危险性评价

为解决杨村煤矿十采区下组煤开采受底板突水威胁问题,运用RFPA数值模拟软件对杨村煤矿十采区16上煤层开挖过程中的底板破坏规律进行了研究。通过建立符合实际条件的数值模型,计算出了煤层在分步开挖过程中底板受矿井压力作用影响下的破坏深度和发展规律。在此研究基础之上,利用考虑煤层底板破坏深度的突水系数法对研究区煤层开采过程中的底板突水危险性做出了合理评价,并将研究区划分为较危险区和危险区2个等级。该研究成果为杨村煤矿十采区16上煤层的安全开采提供了可靠依据,可以有效地指导采区开采过程中的底板水防治工作。     

天窗补给型衍生式矿井动力突水模式及其评价与治理技术

中西部煤炭资源富集程度最高，开发条件优越，随着开采效率的逐步提升，高强度大采高的开采模式对地下水系统的扰动程度也随之增加，特别是导水裂隙带发育范围之外含水层的地下水在煤层开采中逐渐参与到矿井涌水过程，此类模式导致了矿井涌水预测偏差大、水害危险性评价不准确和水害治理措施不明确等一系列问题，为当前的矿井水害防治带来了极大隐患。初步总结了一种衍生式动力突水模式，即随着煤层开采，顶板覆岩破坏导致地下水系统的演化会诱发新的灾害源，从而导致不同形式的突水模式。其内涵是将定义衍生式动力突水模式的基础从传统的开采前静态分析转变为考虑采矿全周期内变化的动态评价。矿井衍生式动力突水模式可初步分为三大类，分别是“天窗补给型”、“离层灾害型”和“导水通道增渗型”。此次主要针对“天窗补给型”衍生式动力突水模式进行初步探讨，以近些年高强度大采高的浅埋煤层矿区——陕西榆神矿区为例，深入探讨了“天窗补给型”衍生灾害的孕灾条件。通过补充分析间接充水含水层富水性和水力联系强度实现对顶板含水层涌(突)水危险性的综合评价，提出了灾害衍生模式的评价方法体系。通过开采方式的转变，构建了“三查、一定、两验证、两跟踪”的主动防治体系...