兖州矿区巨厚松散层下煤层开采上限研究初步成果

在分析以往资源勘探资料及矿井生产积累的大量水文地质、工程地质资料的基础上，采用数理统计、模糊评判、灰色分析、有限元等新技术与手段，对兖州矿区煤层可开采的上限进行了定量研究。并建议在由中深部到浅步逐步疏干的前提下，从宏观上只留防砂煤柱３０ｍ（原８０ｍ），因而可解放露头压煤２．９２亿ｔ，约占总储量的７．６％。     

缓倾斜煤层提高开采上限研究

研究开采上限对煤矿开采具有十分重要的意义,它可以最大程度地开采压滞的煤炭资源,缓解当前大部分煤矿采掘接替紧张的局面。以田庄矿N2601工作面为例,根据已有水文地质资料以及邻近矿井资料,分析了开采区充水条件及底部含水层的赋水特性;采用数值模拟方法,根据上覆岩层的塑性应变情况,分析了冒落带与导水裂隙带的高度范围,最后综合数值模拟结果与“三下”开采规程的要求确定了该矿的开采上限。     

巨厚松散层下采煤防砂煤岩柱留设的实践

两淮地区的大多煤系被巨厚松散层覆盖,而松散层底部的第四含水层直接覆于煤系之上,威胁煤矿安全生产。为防止“四含”水进入矿井,矿井留设了厚层防水煤岩柱,这使过多的浅部煤炭资源积压。通过淮北地区童亭、桃园、祁东等矿井开采实践,认为巨厚松散层下采煤煤岩柱的留设原则为:初期以防水为主,后期以防砂为主。     

金乡煤矿松散含水层下开采的水文地质研究

讨论了巨厚松散含水层下开采合理留设煤柱的问题。在分析金乡煤矿底部含水层水文地质条件的基础上,模拟实际开采情况,用数值法求得合理的防水煤柱尺寸为59m。应用地下水动力学原理,求得留25m防砂煤柱时的疏于水量为192m³/h。指出在金乡煤矿留设防砂煤柱是最合理的。     

巨厚松散层下防水煤柱合理留设及其数值模拟

防水煤柱合理留设是巨厚松散层下煤炭开采设计的基本参数。通过对东欢坨矿第四系巨厚松散层地质特征分析,揭示了本区第四系巨厚松散层中的含、隔水层厚度及其结构分布特征和对煤炭开采充水的影响,建立了巨厚松散含水层下防水安全煤柱计算模型和理论,提出了在巨厚松散层下的防水煤柱留设的非线性计算方法,计算东欢坨矿8煤层防水煤岩柱的高度为65.62 m。根据流-固耦合理论,应用FLAC3D数值模拟计算软件,模拟了东欢坨矿 8煤层开采过程中上覆岩层变形破坏规律,揭示了煤层顶板岩体冒落带、导水裂隙带和弯曲下沉带的分布规律,获得了防水煤柱高度及相关工程技术参数,验证了巨厚松散层下防水煤柱留设的非线性设计方法和计算模型的可靠性,为巨厚松散层下防水煤柱合理留设探索了可行途径。     

新集二矿东翼11-2煤层提高开采上限的研究与实践

为了提供提高煤层开采上限的根据，开展了新集井田东翼11-2煤层防水煤柱厚度、岩性组合特征及含水性的研究，井进行了推复体夹片地层下井田东翼11-2煤层的开采实验，在26m防水煤柱下实现1111200工作面安全回采，取得较好的经济效益。     

厚松散含水层薄基岩下厚煤层防水煤柱综放安全开采分析

通过对朱仙庄矿87采区厚松散层及薄覆岩的含水层、隔水层及基岩风氧化带工程岩组特性的分析,采用物理模拟、FLAC3D数值计算及现场实测的综合研究方法,对一次采全厚综放开采覆岩移动破坏规律进行了深入研究。研究结果表明,采区内松散层下部的第四含水层组富水性极弱,补给条件差,且基岩风氧化带具有较强的隔水性能,可以留设防塌煤柱开采;采用综放开采时,其覆岩最大垮采比为1.69,在-240m标高以下的防水煤柱内实现了一次采全厚放顶煤安全高效开采,取得了显著的经济效益。     

陕北浅埋煤层采空区积水下安全开采技术研究

浅埋煤层上覆采空区水威胁着陕北地区诸多煤矿的安全生产。以陕北地区某煤矿为例,针对该类水害问题进行分析,通过经验公式、数值模拟等方法计算,开采3^-1号煤层产生的覆岩导水裂缝带高度至少为66 m,运用类比法及经验公式预计,矿井正常涌水量为163 m³/h,最大涌水量203 m³/h,3^-1号煤层上覆采空区积水量约为2.6×10⁶ m³。根据各计算结果,提出\     

巨厚松散层下开采地表损害机理研究

在巨厚松散层综放开采条件下,地表移动变形呈现自身的特点和变形规律。基于赵家寨煤矿地质采矿条件,描述了巨厚松散层下地表出现的周期性裂缝、台阶、塌陷坑等非连续变形的破坏特征。分析了地表出现非连续变形的破坏机理。借助数值模拟分析的手段,探讨了不同松散层开采条件覆岩应力集中区域、应力释放区域、应力集中系数的变化规律。结果表明,在巨厚松散层开采条件下,应力变化与松散层性质是造成地表出现非连续变形的主要因素,从而为厚松散层下"三下"采煤提供了参考。     

玉舍河下煤层开采安全性分析

玉舍河自北北西向南南东穿过玉舍煤矿,垂直地层走向横切含煤地层,影响了河床下及周围煤层的开采。通过现场踏勘、水文地质条件分析、覆岩岩性分析及导水裂缝带高度预计等,对不同开采上限条件下开采后玉舍河及其周围地下水流场的变化情况进行了数值模拟,并计算了不同条件下的矿井涌水量,结合矿井充水因素分析,最终确定,玉舍河两岸100 m范围外、玉舍河下及其两岸100 m范围内当煤层与河流垂直距离>260 m时,可以安全开采;玉舍河下及其两岸100 m范围内,当煤层与河流垂直距离<260 m时,不可以开采。     

UDEC模拟厚松散层及超薄覆岩条件下开采防水煤柱覆岩突水可能性

通过UDEC(Universal Discrete Element Code)对厚松散层及超薄覆岩条件下某矿工作面4种工况开采防水煤柱覆岩破坏特征的数值模拟以及物理模拟对计算结果的验证,得到了工作面走向中部覆岩冒落带高度随放采比的增大而增大、裂隙带高度随放采比的增大而发展缓慢的结论.覆岩沿高度方向形成"三带",但不同于其它条件下的放顶煤开采,采空区走向中部覆岩裂隙带高度与冒落带高度基本一致,顶板岩层呈现整体弯曲下沉.当放采比为2∶1与2.5∶1时,顶板岩层呈现整体弯曲缓慢下沉,裂隙带最大发育高度为20～22m.通过对覆岩破坏规律以及采区水文地质特征的分析,覆岩突水可能性很小.     

松散含水层下上提工作面压架因素敏感性分析与压架预防

为了防止类似淮南顾北矿1202（3）上提工作面再次发生突水压架事故,根据上提工作面覆岩破断特征,建立了自然拱覆岩结构力学模型,推导出低冒拱和高冒拱的拱高计算式,研究了工作面顶板断裂位置对支架载荷的影响,分别计算出松散含水层在自然拱内、拱外两种条件下的覆岩载荷,确定了滑落失稳和挤压变形失稳的压架判据。研究表明,上提工作面受到松散含水层内水的影响时,易形成高冒拱结构,拱内松散层重度增加,铰接岩块之间的接触力减小,承载关键层受到松散含水层内的水压影响,造成支架上的载荷急剧增大,导致上提工作面易发生突水压架事故。然而影响工作面突水压架既有地质因素,又有开采技术因素,盲目地增加支架工作阻力未必能降低工作面压架风险,支护成本必然急剧增加。基于此,定义了无量纲的压架敏感度指标,分析了压架因素的敏感性,并针对压架敏感性较高的因素,提出了“适当控制采高,开切眼顶板强制放顶,防止直接顶悬顶,采前疏水降压,加固工作面煤壁,提高支架支撑力,合理的设备选型,保证合理的工作面推进速度”等防压架对策,为类似条件下上提工作面安全开采提供一些理论指导。     

煤炭开采条件下三姑泉域岩溶含水层保护评价

三姑泉域是我国典型的北方岩溶区,同时位于国家规划的晋东大型煤炭基地,煤炭开采与水资源保护之间的问题较为突出。多年来区内煤炭资源的大规模开采造成了区域地下水位下降、水质恶化等现象。因此开展北方岩溶区煤炭基地含水层保护评价对水资源保护及经济可持续发展具有十分重要的意义。本文从含水层脆弱性、含水层功能和煤炭开采影响力三方面建立综合评价指标体系,采用APH法进行三姑泉域岩溶含水层综合保护评价。针对煤炭基地特征,采用增加了煤炭采空区指标的COP修正模型评价了含水层的脆弱性。含水层功能评价分别从供水能力与生态、大泉维持能力开展;煤炭开采影响力评价从开采活动及煤炭地质结构两方面开展。综合评价结果显示需要重点保护的区段为岩溶大泉、水源地及地表渗漏段,其次为岩溶强径流带及煤炭剧烈开采区,与实际情况相符。      

五家矿含水砂层下提高回采标高的可行性

通过对五家矿区水文地质条件、煤层顶板、岩石物理力学性质进行分析和研究,提出在五家矿区含水砂层下采煤可以缩小防水煤岩柱,从而提高回采标高。     

厚松散层下风氧化带内煤层安全开采关键技术的研究

根据百善煤矿开采试验工作面的大量现场观测资料，①底含水层的水文地质条件及其渗透稳定性，②煤层开采以后覆岩变形破坏移动规律，③控制软弱顶板尤其是存在弱面的顶板控制技术。对两淮煤田浅部煤层的安全开采具有参考价值。     

大断面厚顶煤巷道顶板冒落破坏的上限分析

根据大断面厚顶煤巷道顶板的破坏特性,考虑了顶板围岩应力水平与支护荷载的影响,利用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则,构造出厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机构。基于塑性力学中的上限分析方法,结合变分原理,推导得到了大跨度厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机制,并以赵楼煤矿某巷道现场实践为例,分析了不同计算参数对顶板冒落破坏机制的影响。计算研究表明：随着岩体经验参数A、抗拉强度、抗压强度及支护荷载的增加,冒落体尺寸随之增大,而当岩体经验参数B、围岩应力及岩体重度增加时,冒落体尺寸则随之减小;冒落体尺寸代表了巷道顶板安全性能的大小,其尺寸越大,表明使巷道顶板发生冒落破坏所需外力功越多,顶板安全性能也越高;岩体经验参数B、围岩应力水平与支护荷载对顶板围岩破裂机制影响较为显著,参数B决定了冒落体的破裂形状,随着参数B的增加,冒落破裂迹线的曲率不断减小;增大支护阻力是提高顶板稳定性的有效途径,其研究结果可为大断面厚顶煤巷道支护设计提供一定的理论依据。     

厚松散层及超薄覆岩条件下放顶煤开采防砂煤柱

为解放厚松散层及超薄覆岩条件下防砂煤柱储量,在掌握三隔、四含水文工程地质条件基础上,通过井下疏放四含水、合理确定允许放采比以及控制工作面两端覆岩剪切破坏,有效实践了“破坏四含、保护三含”的思路。项目自实施以来,已成功回采了40多万t煤炭,直接经济效益4000多万元。