综放开采特厚煤层采场底板破坏规律研究

高承压水体上采煤将引起底板扰动破坏,从而使有效隔水层厚度变薄,增大了底板突水风险系数,对目标层位注浆改造是行之有效的治理措施,但在底板破坏范围内注浆将造成浆液的大量浪费且影响治理效果。因此,开展煤层底板破坏深度及规律研究显得尤为重要。基于此,以山西榆树坡煤矿5105工作面为研究对象,采用钻孔应力–应变技术在进风巷道布置7条测线、91台传感器开展采前、采中和采后4个月的连续监测,获得三位一体“空间?时间”全方位底板扰动破坏数据并分析规律,为底板注浆治理方案制定提供了重要的技术参数。结果表明:底板破坏深度起始点距工作面24.2 m,最大破坏深度距工作面垂距28 m、平距21.3 m,底板破坏深度拟合形态符合塑性滑移规律,研究成果为类似工况下底板破坏深度规律研究提供科学依据。      

基于电磁辐射监测特厚煤层综放开采过程中煤岩动力灾害预测

目前缺乏针对特厚煤层工作面开采的电磁辐射特征研究。本文利用电磁辐射技术对彬县水帘洞煤矿特厚煤层综掘面和综放面动力灾害倾向进行了监测,得到特厚煤层电磁辐射强度和脉冲数特征。监测结果表明:(1)掘进工作面正常掘进时,强度和脉冲数都较小,强度在15mv以下,脉冲数基本为0;掘进至背斜构造时,强度增大、波动性较大,有弱动力灾害倾向;(2)综放面强度和脉冲数均较大,正常回采时强度在100mv以下,脉冲数在(6-10)×104范围内波动;周期来压时强度最大、脉冲数最小,强度最大到190mv,脉冲数最小值仅418次,有弱动力灾害倾向,现场采取的顶煤预裂有助于消除煤岩动力灾害发生可能性。电磁辐射变化特征对预测特厚煤层采掘过程中煤岩动力灾害倾向有参考价值。     

辽宁三台子水库下特厚煤层综放开采覆岩破坏特征

为确保水库下特厚煤层综放开采安全,合理留设防水安全煤岩柱,大平煤矿采用钻孔冲洗液耗失量法对覆岩破坏进行了观测研究。经对7个工作面测站12个覆岩破坏观测钻孔实测资料分析研究得出:煤层采出厚度7.54～15.17m,工作面推过36～40d,滞后工作面距离110～120m时覆岩破坏发育最充分。实测导水裂缝带高度为采高的15.31～19.97倍,明显大于类似软弱覆岩地层条件普通长壁全陷法开采覆岩破坏导水裂缝带发育高度。导水裂缝带上方,明显有集中发育的离层破碎带存在,实测离层破碎带高度为181.58～390.75m,是采高的24.22～36.00倍。     

特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮机制分析

针对特厚煤层大采高工作面,将超前支承压力作用的煤体分为破裂区、塑性区和弹性区。考虑支架护帮阻力等因素,建立了支承压力作用的煤体变形破坏及煤壁片帮分析力学模型。通过摩尔-库仑准则和非关联弹塑性分析,推导出了煤壁水平位移量及破裂区和塑性区半径解析表达式,分析了影响煤壁片帮的主要因素。理论结果与现场实测结果误差仅为15.6%,验证了模型的正确性。研究表明,随支承压力集中系数的增大、机采高度的增加以及支架护帮阻力的减小,煤壁水平位移量明显增大,煤壁片帮程度严重。工程实践表明,提高支架工作阻力,减缓煤壁处压力,控制合理采高以及增大支架护帮阻力,可有效缓解大采高综放工作面煤壁片帮程度。     

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。     

深埋特厚煤层综放开采覆岩破坏高度综合探查技术

彬长矿区受顶板巨厚白垩系洛河组含水层威胁严重,覆岩破坏高度是矿井水害防治最关键的参数之一。以往探查多采用地面钻孔或井下钻孔压水试验方法测试,确定的裂高采厚比在12～13倍,与矿井实际揭露资料不符。本次以彬长矿区大佛寺煤矿为试验矿井,采用地面钻孔漏失量观测、施工中孔内水位观测、钻孔窥视、地面水位长观、数值模拟等综合探查技术,并结合工作面涌水量分析,对工作面覆岩破坏高度进行综合探查和研究,获得了准确的探查结果和良好效果,裂高采厚比最大可达26.98倍。覆岩破坏高度综合探查技术可为相似条件下的探查方案设计提供借鉴。     

铁路专线下综放开采地表沉陷规律

为了保障山西郭庄煤矿铁路专用线的安全运营,通过建立岩移观测站,在收集整理监测数据的基础上,对铁路专用线经过的山西常村煤矿S3-13工作面采动引起的地表移动变形规律进行了分析。研究结果表明：综放开采条件下,地表移动变形剧烈,下沉值大,但下沉速度相对较小;地表下沉系数较大（0.76）,主要影响角正切tanβ偏大（2.78）,最大下沉角较大（89°）;地表移动总持续时间长,活跃期时间占比58.7%,活跃期下沉量占总下沉量的89%,活跃期变形剧烈且集中。研究成果旨在为后期工作面开采过程中铁路的变形预测及维修防治提供理论依据。     

厚煤层综放双巷工作面巷间煤柱尺寸研究

为解决厚煤层综放双巷布置工作面巷间煤柱的留设问题,以某矿四盘区4301工作面运输顺槽与辅助运输顺槽之间的煤柱为工程背景,首先对巷间煤柱进行理论分析:一次采动影响后将巷间煤柱沿倾向划分为采动影响区、相对稳定区和锚杆支护区,应用极限平衡理论分析得出了一次采动影响区的宽度为2.82 m,进而得出巷间煤柱的宽度为7.83 m。其次,应用数值模拟的方法系统地分析了宽度分别为4、6、8、10、12、15、20 m时,在两次采动影响下巷间煤柱的应力演化、破坏、巷道围岩变形规律;一次采动影响后,随着煤柱宽度增大,髙应力由实体煤向煤柱内转移;给出了最大临界尺寸、最小临界尺寸的定义,并指出巷间窄煤柱宽度应小于最大临界尺寸。综合分析数值模拟研究结果,同时结合理论分析结果及煤柱留设原则,最终确定巷间煤柱宽度为8 m。最后,通过现场工程实践验证了所确定的巷间煤柱宽度的合理性。研究结果对类似条件下综放双巷布置工作面巷间煤柱宽度的确定具有参考意义。     

综放开采顶煤裂隙及其对渗透性研究的意义

在对综放工作面的煤样进行微观研究基础上,首次运用多重分形理论对顶煤裂隙的不均匀性和各向异性进行了定量表征,并将顶煤裂隙不均匀系数运用于渗透系数研究中,计算结果与实测基本吻合,表明运用多重分形方法,可为研究顶煤节理裂隙及其渗透性研究提供一个新的方法。     

巨厚煤层综采工作面顶板离层的形成机制及判别方法

针对巨厚煤层在综放开采条件下的煤矿工程实例, 分析采场覆岩的扰动破坏规律, 探究顶板离层空间形成的基本条件, 并对研究区空腔型离层空间位置进行判别, 得出顶板覆岩共有5处可发育有空腔型离层空间, 根据经验公式法得出巨厚煤层的采厚-裂高采厚比的拟合曲线, 计算得出覆岩导水裂隙带发育的最大高度为221.8m。通过数值模拟FLAC3D, 模拟了煤层开采过程, 得出顶板覆岩垂向位移的变化情况, 验证了理论计算结果的正确性。     

综采工作面周期来压步距受回采速率影响研究

为实现不同采煤速率条件下综采工作面周期来压步距的预测,保证来压时工作面稳定,以陕北某煤矿14204工作面为工程背景,通过对工作面支架压力实时监测得出矿压显现规律,并分别采用对数函数和双曲函数对周期来压步距受推采速率的影响进行回归分析。分析结果表明,14204工作面平均来压步距为13.3 m;经过对比分析,发现双曲函数能很好的拟合推采速率对周期来压步距的影响;随回采速率的提高周期来压步距有所增加,但是由于工作面两端及中间位置的顶板所处的边界条件、地质条件等不尽相同,所以周期来压步距增加的幅度有所差异。研究成果为陕北地区综采工作面矿压显现规律的预测及控制提供了有益的实践经验。     

构造带综放工作面支架异常压力机理探讨

针对多个综放采场出现的支架立柱压爆、油缸变形等异常矿压显现,通过对综放采场上覆岩层的运动范围及运动特点、顶板结构动态稳定性的分析,探讨了综放工作面异常压力产生的机理。得出了顶板结构局部铰接失稳（滑落失稳）是造成异常压力主要原因的结论。由于滑落失稳的原因不同,可分为水浸蚀型、地质构造型和顶板失稳型。通过对综放采场支架作用力的分析,给出了计算异常压力的公式。利用顶板结构动态稳定性判断准则,可对异常压力的类型进行判别,从而进一步确定异常压力的计算方法,为采场支架选型和现场控制异常压力提供理论依据。     

大倾角煤层分层综采再生顶板破断规律研究

针对大倾角厚软煤层下分层安全综采问题,结合淮南矿区潘北煤矿1212（3）大倾角厚软煤层分层综采下分层工作面地质与工程条件,综合运用基于数字散斑、声发射监测与分布式光纤传感技术的物理模拟试验、基于煤系地层赋存禀赋建模技术的数值模拟试验相结合的研究手段,开展了下分层开采再生顶板破断倾向分区演化、再生岩体变形声发射能量与光纤应变响应规律及应力分布特征研究。结果表明：再生顶板破断由其破断岩块滑移、低中位悬臂梁和高位铰接岩梁断裂组成,双梁破断是引起下分层支架失稳的关键所在。下分层中上部双梁破断声发射能量呈高度聚集且持续时间短,光纤感知低位悬臂梁破断且中上部光纤应变峰值高,下分层中上部是支架与再生顶板稳定性控制的重点区域。下分层下部再生顶板破断岩块充填密实且粒径小,是架间与架前岩块漏冒多发区域。下分层再生顶板中形成高应力组成的应力拱,距采空区高度约30 m,双梁破断主要发生在拱内,拱中岩体破断对支架具有一定的冲垮作用。     

基于GIS的综采地质条件评价系统

为选择合适的综采场地,在充分定性与定量分析综采地质条件的基础上,建立了综采地质条件评价方式,设计了评价总体框架及数据流程、综采地质条件评价指标体系。分析了评价指标定量化方法,建立了综采地质条件评价多级模糊综合评价模型。基于GIS组件MapX开发了综采地质条件评价及最佳开采工艺选择系统,可根据输入的图形和属性资料,快速动态地进行评价及开采工艺的选择。应用于刘桥二矿,圈定出煤炭开采综采场地,给出了评价采区煤炭资源的开采工艺和最优开发接替顺序。     

综采工作面薄煤区无线电波多频率透视精细探测

对于综采工作面内的大范围薄煤区,采用无线电波单频率透视探测难以准确反映,严重影响工作面高效安全生产。为更加精细探查大范围薄煤区赋存情况,提出了无线电波多频率透视探测方法。以淮河能源集团张集矿1610A综采工作面为研究对象,根据研究区地质条件,选取0.088、0.158、0.365、0.965 MHz 4个频率透视探测,圈定了薄煤区范围,对透视场强值及吸收系数值与工作频率的关系进行了分析。结果表明：随工作频率的升高,无线电波透视场强值总体上表现出下降的趋势,煤岩吸收系数值表现出上升的趋势;同一频率探测,煤层变薄程度越低,透视场强值越高,煤岩吸收系数值越低;不同频率探测,煤层变薄程度越低,不同频率的透视场强及吸收系数值差异越小;煤层变薄程度高的薄煤区在多个频率探测结果上均有反映,而变薄程度低的薄煤区仅在较高频率上有反映。多频率探测圈定的2个薄煤区范围与回采揭露验证相符合,证实多频率探测能够有效识别并圈定不同程度变薄区的影响范围,实现对煤层变薄区的精细探测。大于等于0.965 MHz频率的无线电波菲涅尔带窄,能量近线性传播,能够识别出走向上相距10 m的2个薄煤区。采用无线电波多频率探测可以实现工作面大范围地质异常区的精细探测。     

综放面巷道煤层自燃预测技术研究

根据综放面巷道自燃环境及条件,提出自然发火预测思路、预测方法,以及煤层自燃特性参数和现场参数的定量测算方法;建立了巷道煤层自燃危险程度和最短发火期的预测模型;最后通过东滩矿4308综放面沿空轨顺的实际模拟及预测,证明其预测精度达90%以上      

孤岛顶煤综放采场冲击矿压形成机制及控制技术

应用覆岩空间结构学术观点对孤岛顶煤综放采场冲击矿压机制及其控制技术进行研究。根据覆岩关键层的岩性、层位、范围等因素,覆岩关键层空间结构分为覆岩空间大结构和基本顶有限矿压结构。孤岛顶煤采场冲击矿压发生机制：①孤岛顶煤综放采场 ? 型空间大结构形成过程是集中压力逐渐增加的过程,是该时间段发生冲击矿压的力源;②采场基本顶形成最下位 ? 型空间结构后,随着工作面推进,基本顶块体产生滑落失稳,造成工作面冲击矿压现象。通过对分段来压理论、基本顶结构失稳理论和坚硬顶板预断裂理论对覆岩关键层空间结构运动的控制作用研究,提出采用覆岩空间结构理论分析、分阶段降低放煤率、坚硬覆岩预爆泄压技术、覆岩坚硬岩层破裂的微地震监测技术等方式方法预防冲击矿压的发生。     

综采工作面回撤巷强矿压显现机理及控制技术

为保障厚煤层综采工作面回撤巷的安全使用,以鄂尔多斯纳林河二号井31102工作面回撤巷强矿压显现为背景,通过现场监测与理论分析相结合的方法,对厚煤层综采工作面开采过程中回撤巷强矿压显现进行研究。结果表明：厚煤层综采工作面回撤巷强矿压显现,主要为工作面采动引起的超前支承压力、相邻采空悬顶引起的双向支承应力,以及回撤巷开掘引起的静载三者耦合作用的结果。根据强矿压发生机理,提出回撤巷道及相邻巷道钻孔卸压和补强支护相结合的控制方案,使其处于“强支、强卸”状态。在相邻31103工作面回撤巷实施强矿压控制技术,通过现场观测和数据分析,表明强矿压控制技术效果良好,可有效保障回撤巷的安全使用。