Evaluation of the Effect of Fault on the Stability of Underground Workings of Coal Mine through DEM and Statistical Analysis

The rock mass around an excavation is generally traversed by different geological discontinuities such as faults, folds, slips, joints, etc. Fault is one of the major geological discontinuities which creates lot of difficulties during underground winning of coal. Entire stress regime and ground conditions in the formation are altered in and around the faults. Faults also impose detrimental effects by introducing impurities, including clay and various forms of mineral matter into the coal seams; opening of pathways for the influx of water and gas into the underground workings; displacing the coal seams upward/downwards making the coal seams difficult or sometimes impractical to mine. Appropriate evaluation of the effect of the fault on the stability of the underground workings is a requisite for safe design of the underground mining structures. In this paper, a study has been carried out to assess the effect of the fault on the stability of underground coal mines by numerical simulation with distinct element method (DEM). On the calibrated DEM model, parametric study has been performed by varying the selected parameters, the dip and the friction angles of the fault. The analysis of variance (ANOVA) shows that both the factors have statistically significant effect on the strength of the coal pillar. Similarly, the displacement of the immediate roof and the height of the disturbed strata are evaluated by the DEM modelling and statistical analysis when the fault passes through the middle of the gallery. The results of ANOVA for both cases indicate that the both factors have significant effect on the displacement of the immediate roof and the height of the disturbed strata. It is obtained from the study that the low angle fault causes high instability in the immediate roof. The paper has been supplemented with the field observations where instability in underground roadways of a coal mine in India is caused by the fault. It was observed in VK-7 incline mine of Singareni Collieries Company Limited, India that there was sudden failure of immediate roof of a roadway where a low angle fault crosses the middle of the roadway. The findings of the paper help to understand the behaviour of the coal pillar and the surrounding rock mass in the presence of the fault. The study would also help to take appropriate decisions about the unstable regions of the working safeguarding safety in underground coal mines.     

姚桥矿地下水化学特征及在矿井水源判别中的意义

姚桥矿地下水系统包含四个子系统：新生界孔隙含水层组，煤系砂岩裂隙含水层组，太原群石灰岩溶隙含水层组及奥陶系灰岩岩溶含水层组。通过对这四个子系统水文地球化学特征的系统研究，提出了各子系统所特有的水质模型，并确定出能作为矿井水源判别依据的水溶组分，为矿井防治水提供水化学特征依据。     

煤矿井下水文钻孔水瓦斯混合喷涌综合治理

在煤矿井下水文地质钻探施工过程中遇到水与瓦斯混合喷涌并严重威胁施工安全难题。先采用注浆法封堵失败。针对这样的难题,设计应用了3套装置——钻具防喷器、孔口柔性密封防喷器,水淹闭式水气分离器进行综合治理。效果明显。     

陕北煤矿区矿井水资源化及综合利用研究

阐述了陕北煤矿区矿井水开发利用中存在的问题,分析了矿井水的水质特征,探讨了矿井水资源化的处理技术、综合利用途径以及进一步提高矿井水资源综合利用的措施。陕北煤矿区矿井水的资源化和综合利用具有显著的经济、社会和环境效益,是缓解其水资源用水矛盾、建立资源节约型矿区的必然选择。     

北京大安山煤矿井下深孔钻探实践

北京大安山煤矿地表只有少数钻孔控制到+550 m水平,为探明下部煤层赋存条件,提高资源储量级别,应用ZDY1000G型全液压坑道钻机、S75绳索取心钻进工艺进行了硐内深孔钻探,完成了坑道内试验钻探孔深505.17 m。随之在2012-2014年共计钻探进尺8237 m,勘探增加资源储量1877.7万t。深孔钻探技术不仅加快了对深部水平煤层的勘探,探明了深部水平煤层赋存条件。为开拓工程部署提供了可靠的地质资料,而且减少了巷探成本,提高了工程效率。本文对井下硐内深孔钻探进行了介绍。     

液动潜孔锤钻进技术在潘一煤矿井下穿层钻孔中的应用

以穿层钻孔方式进行松软煤层瓦斯预抽采极大地克服了松软煤层瓦斯治理难的问题,然而部分矿区煤层顶（底）板岩石坚硬,影响了钻孔施工效率。结合地质岩心钻探的优势,将液动潜孔锤与高强PDC钻头结合应用于煤矿井下穿层瓦斯抽采孔施工中。淮南潘一煤矿现场试验表明,该工艺方法较传统回转钻进方法,钻进效率提高了83%,钻头进尺寿命提高近5倍,具有良好的经济性能。采用清水为冲洗介质,无粉尘污染,噪声污染小,较为适合空间狭小的煤矿井下巷道施工。     

浅谈煤矿井下全液压钻机的设计要点

结合ZDY3200S型全液压钻机及其在生产实际中的应用情况,阐述了煤矿井下全液压钻机设计时,钻机的总体布局、确定基本参数的要求、钻机机械传动主要部件的结构及钻机的特点。     

陕北煤炭基地的矿井水资源及利用

简要论述了陕北地区煤矿开发的水文地质条件,对矿井水资源量、水质及利用途径进行了阐述.该区大型煤矿每天排水1 500～3 000 m3,中型煤矿也有500 m3左右,小煤矿每天排水30～100 m3,利用好矿井疏干水,不仅可以解决能源化工基地建设的用水需求,而且符合国家产业政策和环境保护的要求,是陕北能源化工基地建设的必然选择.     

“5.12”大地震对唐家河煤矿矿井涌水影响的分析研究

汶川＂5.12＂大地震造成广旺集团公司唐家河煤矿井下涌水急剧上升;震后国家电网、广旺集团公司内部电网停电,地面与外界通讯中断。为向抗震救灾指挥办公室提供及时可靠的矿井水文资料,确保了矿井安全生产,曾对矿井井下涌水水量变化进行了观测。对观测资料的分析研究,找出了大地震与矿井涌水量猛增的关系,对矿井充水条件及涌水的主要因素有了更清楚的认识。     

基于井下放水试验的矿井疏降量预测评价

井下放水试验作为特殊的水文地质试验,克服了地面抽水试验存在的不利条件,有着十分重要的实践和理论意义。为了探查双柳煤矿太原组灰岩含水层的水文地质条件,通过两次井下放水试验取得的相关水文地质参数,控制了太灰含水层的动态流场。基于井下放水试验取得的水文地质条件信息,利用Visual MODFLOW三维数值模拟软件,建立放水试验期间反映模拟区太灰地下水分布、储存及其时空变化规律的参数模型;根据拟定的预测方案,对太灰含水层的疏降涌水量进行预测。通过本次工作,对双柳井田下一阶段进行疏干降压,减少太灰含水层对上组煤（4#煤层）开采的威胁,同时为下组煤（8＋9#煤）开采提供疏降方式和水文地质依据。     

中煤平朔三号井工矿水化学特征及对水文地质条件的反映

中煤平朔三号井工矿在建井过程中曾发生了两次较大的突水事件。在分析矿区水文地质条件的基础上,采用衬度系数方差分析了矿区内地表水、第四系松散层孔隙水、石炭—二叠系砂岩裂隙水和矿井水的水化学特征,对直接充水水源——石炭—二叠系砂岩裂隙水的水化学类型、矿化度和主要污染组分的空间分布特征及水动力条件进行了探讨。研究结果表明,三号井工矿水化学特征能够较好地反映水动力条件和富水性：在井田西部靠近大沙沟的隐伏露头部位,由于地表水及第四系地下水补给强度大,径流条件好,水交替积极,水质较好;而在远离隐伏露头补给区,即井田东部及东北大部风化裂隙减弱,径流条件逐渐变差,水交替迟缓,水中各离子含量相对增高,水质变差。研究成果可为矿井防治水提供依据。     

注浆技术在预防井下突水事故中的应用

峰峰集团公司梧桐庄煤矿2102工作面固采动压力作用导致奥灰水沿断层涌水：为切断涌水通道采用注浆技术，沿断层及裂隙高压注入泥浆，使其泥浆充塞裂隙凝结加固岩层，以降低岩层的渗透性达到堵漏效果。该矿2102工作面根据地质情况，设计了一套完整的施工程序，共注入水泥2万t，涌水量由10m^3／min降至1m^3／min，堵水率达到90％，达到了预期目的。     

矿井粘土岩特性及其对巷道稳定性的影响

在分析龙口矿区2号煤层顶底板粘土岩的物质组成、微结构和物化特性的基础上,讨论了粘土岩的膨胀特性对巷道稳定性的影响,进而指出了本研究在巷道工程应用中的意义。     

基于强度折减法的韩城煤矿边坡稳定性分析

将有限元强度折减理论应用于边坡稳定性分析中,运用ANSYS大型有限元分析软件,基于Drucker-Prager（D-P）屈服准则,采用力和位移的收敛标准作为破坏判据,进行边坡的稳定性分析。当折减系数达到某一数值时,非线性有限元静力计算将不收敛,滑面上的位移将产生突变,边坡内一定幅值的广义剪应变自坡底向坡顶贯通,此时认为边坡已破坏,并定义此时的折减系数即为稳定系数。文中以韩城煤矿节理岩质边坡为例,运用该方法进行了稳定性分析并与并与传统的Bishop法、Janbu法等方法对比。计算结果表明,有限元强度折减法能更加真实地反映边坡的实际情况,求得的边坡稳定系数更接近边坡的实际稳定状态,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势。     

郑州煤矿区井下水文观测孔施工技术

郑州地区煤矿水文观测孔以前均在地面施工,由于施工和维护成本较高,近年来逐渐推广在井下施工。2013年国家煤矿安全监察局将《高压水探放技术与装备》列入《水害防治关键技术与装备研究课题》。随着井下钻探技术和装备日趋成熟,特别是井下专用探放水钻机、孔口防喷装置、松软破碎地层跟管钻进技术、硬岩层高效定向钻进技术等方面的难题相继被攻克,煤矿井下钻探已实现了安全型作业。针对井下钻探施工的特殊性,主要从水文观测孔施工难点和解决方法进行了详细阐述,包括设备选型、钻孔定位、破碎地层潜孔锤跟管钻进、固井和井控防喷以及成孔后酸化洗井等方面。     

煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展

煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域。经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺。结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高。     

固结灌浆煤矿巷道堵水施工技术

分析了固结灌浆煤矿巷道堵水施工的机量，并结合工程实例介绍了固结灌浆法煤矿巷道堵水工程实践与处理效果。     

煤矿井下精准对穿巷道疏放水孔定向成孔技术研究

针对钱营孜煤矿西三轨道上山精准对穿巷道疏放水钻孔施工距离长、精度要求高、地层断层成孔性差等技术难点,通过对大功率定向钻进装备优选、钻孔轨迹精确设计、钻孔轨迹精准控制、复合定向钻进强排渣等方面的技术研究,实现疏放水孔钻进至443 m从目标巷道预定区域精确对穿贯通,上下误差0.19 m,水平位移误差1.72 m,自2017年10月28日巷道贯通后,截止2017年12月1日总出水量3200 m3,有效保障西三轨道上山和西三回风上山的掘进安全。