开滦东欢索矿北二采区冒裂带高度可视化数值模拟

针对东欢索矿区开采煤8、煤9诱发的顶板涌（突）水问题，在分析研究区内水文地质、工程地质条件的基础上，综合考虑了冒裂带发育高度的各种影响因素，确立了研究区的评价模型，并根据采面规格和开采方法设计了6种模拟方案。采用世界上先进的数值模拟评价的FLAC^3D专业软件包，对开采煤8、煤9顶板冒裂带发育高度进行了可视化数值仿真模拟分析，计算出6种方案的冒裂带高度。     

巴彦高勒煤矿3-1煤层顶板垮落裂缝带发育特征

煤层顶板为高承压砂岩含水层,煤层开采过程中,为解决上覆砂岩含水层带来的顶板垮落及裂隙导水等安全问题,以鄂尔多斯盆地南部巴彦高勒矿井3-1煤层及顶板为研究对象,基于矿井地质、水文地质、开采技术条件及现场矿压显现特征,采用现场压力试验法和数值模拟法相结合,研究3-1煤顶板垮落裂缝带的发育特征,以及煤层在大采深、高矿压、高水压条件下的煤层覆岩运移特征及其主控因素。结果表明:数值模拟和现场压力试验结果基本一致,判断3-1煤开采后,顶板垮落带发育高度为38.7m,顶板垮落裂缝带最大高度为126m,裂采比为23.7。为煤矿预测煤层顶板裂隙带发育高度提供了一种新的方法。研究结果对内蒙古呼吉尔特矿区乃至周边相似地质条件矿区的安全开采和煤层顶板防、隔水煤柱的留设提供测试方法和参考依据。     

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（Umversal 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。     

霍洛湾煤矿22101工作面顶板两带发育规律

在详细分析霍洛湾煤矿水文地质条件基础上,根据2-2煤层上覆不同岩层的岩石力学参数建立了工作面回采过程中覆岩变形与破坏特征的数值模拟模型,研究了工作面回采过程中顶板覆岩在不同来压阶段导水裂隙带和垮落带的发育高度;通过对钻孔冲洗液漏失量的现场观测,进行了“两带”发育高度的探测。将数值模拟结果及现场观测资料对比分析,确定22101工作面的导水裂隙带高度为33.6~37.8m,垮落带高度约9.6m。这为评价研究区水体下开采可行性和水体下开采防水煤柱的设计提供了科学依据。      

东欢坨矿顶板涌水条件与工作面水量动态预测

针对开滦东欢坨矿开采煤₈诱发的顶板涌(突)水问题,首先采用五个物理场的多源地学信息复合研究方法对煤₈顶板充水含水层进行了富水性综合分区。此外,在充分分析煤₈至顶板充水含水层间岩段的岩性特征基础上,将据《煤矿安全规程》计算出的导水裂隙带发育高度进行了全方位的岩性场定性校正,并编制了煤₈回采冒落安全性分区图。在此基础上,耦合叠加分析煤₈回采冒落安全性分区和其顶板充水含水层的富水性分区结果,对东欢坨矿煤₈回采顶板涌(突)水条件进行了综合评价,提出了A、B、C、D、E5个不同涌(突)水特征的分区划分方案。最后运用目前国际上先进的地下水流水质模拟评价的Visual Modflow专业软件系统,建立了三维可视化渗流模型,并对待采的2086、2188B回采工作面涌水量进行了动态实时预测。      

浅埋近距离煤层群开采覆岩与地表移动破坏规律研究

为掌握浅埋近距离煤层群下行开采覆岩破坏及裂隙带发育规律,以红柳林煤矿浅埋近距离煤层群开采为例,采用相似材料模拟和数值模拟研究,对浅埋近距离煤层群下行开采的覆岩破坏特征及裂隙带发育高度进行研究,结果表明：2^-2煤开采的初次来压步距约为60m,周期来压步距约为15m; 2^-2煤覆岩关键层破断后,导水裂隙带高度增长速度变大,并直达地表,高度达165m,裂采比大于27.5;多煤层开采下,3^-1、4^-2煤层导水裂隙带高度发育至上覆煤层底板后均发生突增并直达地表,最终导水裂隙带高度为175m,煤层的重复采动使得地表移动和变形值增大,破坏程度增加;多煤层重复采动导致工作面两侧应力释放,较单煤层开采最大应力值变小。研究结果可为近距离多煤层的安全高效开采提供参考。     

多煤层开采覆岩破断过程的模型试验与数值模拟

首先分析了研究区煤矿山西组煤层剖面和水文地质特征,针对多煤层联合开采的特点和覆岩的工程地质特征,采用工程地质力学模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,分析了多煤层开采的采动影响及岩层动态断裂机理,得出了有关岩层移动参数和多层煤同采时应力分布状态,计算得到了多煤层开采垮落带与导水裂隙带的发育高度分别为32m和81.5m,导水裂隙带高度影响范围已经达到风化带,未形成切冒,局部穿透粘土层。     

综放开采条件下软弱覆岩破坏特征及防治水技术研究

煤层回采后覆岩破坏特征与煤层开采方法及覆岩性质相关,覆岩破坏特征主要指导水裂缝带发育高度及其形态,是顶板水害防治的关键技术参数。在分析矿井水文地质条件的基础上,采用钻孔冲洗液漏失量观测、数值模拟与经验公式3种方法综合确定了敏东一矿软弱覆岩综放开采条件下导水裂缝带发育高度,结果表明:综放开采厚度为7.7 m时,导水裂缝带发育高度为80 m。研究成果填补了我国北方大雁、扎赉诺尔、伊敏河等矿区的研究空白。通过对南一采区东西翼水文地质条件的对比分析,发现西翼水文地质条件较为复杂,提出以加强煤层顶板探放水与控制煤层开采厚度为主的防治水技术方法,并计算出工作面不同范围内的煤层开采厚度。     

煤层顶板导水裂隙带发育高度工程地质模拟研究——以黑龙江省新发煤矿29~#煤层为例

煤层顶板导水裂隙带发育高度是煤矿设计部门在留设防、隔水煤柱时必须考虑的一个重要参数,对煤矿水体下采煤、顶板防治水具有重要意义。采用实验室工程地质模拟方法,对新发煤矿29#煤层顶板导水裂隙带发育高度进行模拟,模拟的导水裂隙带发育高度为26.3 m;运用关键层理论,计算的导水裂隙带高度为28.29 m。综合确定导水裂隙带发育高度为26.3 m。实验室工程地质模拟方法及应用实例为地质条件相似矿区解决开采上限、留设防(隔)水煤柱等问题提供了方法和数据支持。     

厚砂砾含水层下特厚煤层综放开采防治水技术研究

水帘洞煤矿地表水系发育,煤系地层上覆的白垩系洛河组和宜君组巨厚层状砂砾岩含水层,含水丰富,对矿井的安全开采构成了威胁。在详细分析矿区顶板含水层特征、隔水层岩性组合特征及隔水性能基础上,采用比拟法计算了综放条件下顶板导水裂隙带发育高度,并用数值法研究了不同采宽条件下顶板导水裂缝带发育规律,预计了工作面涌水量,为评价煤矿综放条件下工作面安全回采可行性提供了科学的依据。     

The controlling effect of thick-hard igneous rock on pressure relief gas drainage and dynamic disasters in outburst coal seams

Intrusive igneous rock is usually found in the overlying strata above mining stopes, and its occurrence, lithology, and distribution play important roles in coal mining safety. Of the numerous coal mine disasters in China, a large number have been caused by magma intrusion. Magmatic activity is intense and widely distributed in the Haizi Coal Mine which has suffered eleven coal and gas outburst accidents and one water inrush accident under a thick-hard igneous rock with 120-m-thick. Based on theoretical analysis, laboratory testing and field observations, we found that under the effect of thermal evolution and entrapment of the igneous rock, the coal pore structure developed, the gas adsorption capacity was enhanced, and the risk of gas outburst increased. The igneous rock, as the main key stratum, will not subside or break for a long time after mining. The closing time of fractures and separations is also prolonged and provides good conditions for gas drainage. The distant penetration borehole for draining pressure relief gas is proposed which can ensure effective gas drainage and reduce the number of rock laneways. However, with the continuous mining of a large area, the igneous rock could suddenly break, instantly releasing a tremendous amount of elastic strain energy, which will easily induce the occurrence of complex dynamic disasters, such as rock bursts, water inrush, gas outbursts, and surface subsidence. Based on the cause analysis of dynamic disasters, a reasonable goaf filling height is proposed for fully eliminating mine disasters under the special geological condition.     

宁东煤炭基地煤炭开采对地下水的影响预测

宁东煤炭基地生态环境脆弱,水资源匮乏,煤炭开采过程中的水资源保护备受关注。采用公式法及现有3个工作面实测数据研究,确定了首采煤层开采导水裂缝带发育的最大高度,对比首采煤层至主要含水层之间的距离与导水裂缝带发育的高度差值,预测首采煤层开采对含水层结构的影响程度。研究结果表明,宁东煤炭基地首采煤层开采的导水裂缝带发育高度一般为20～80m,其中大于180m的区域面积约5.9km2,集中于西北部灵武矿区;石炭纪—二叠纪煤矿区横城矿区7个钻孔导水裂缝带突破石盒子组达主要含水层(新生界含水层)底部,侏罗纪煤矿区灵武矿区9个钻孔的导水裂缝带已经沟通地表。将首采煤层开采影响含水层的程度划分为影响大、影响较大、影响一般、影响微弱4种类型,各种类型所占比例分别为14.7%、40.31%、18.65%、26.34%。     

Sensitivity Analysis of Coal Rib Stability for Internal Mine Dump in Opencast Mine by Finite Element Modelling

The present paper discusses the impact of the geometrical parameters of the coal rib and the mine dump on the stability of the coal rib. The geometrical parameters such as the slope angle, the height of dragline dump, the height of main dump, the gradient of seam and the thickness of coal rib have been considered as input to the numerical model for the stability analysis of the coal rib. Sensitivity analysis has been performed based on the results of the analysis in term of factor of safety of the coal rib. The input parameters have been classified in terms of significance (i.e. very high significance, high significance medium significance and low significance). The factor of safety is more influenced by highly significant parameters. The height and the slope angle of dragline dump and the thickness of the coal rib are highly significant parameters for the stability of the coal rib. The gradient of the seam is a medium significant parameter whereas, height of main dump and the number of dragline cut dump are low significant parameters for stability of coal rib.     

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。      

基于超级分子膜的煤层气井控煤粉方法

针对煤层气井煤粉堵塞卡泵问题,提出利用超级分子膜（SMF）形成的三维空间网状结构阻止大颗粒煤粉运移来进行煤层气井控煤粉的方法。以沁水盆地3号煤为对象开展了SMF控煤粉效果室内实验,结果表明:超级分子膜能有效将煤粉吸附成体积较小煤粉团并沉降,达到控煤粉目的;存在对应不同煤粉含量的超级分子膜合理用量,煤粉质量分数为1%~10%时,SMF中的A剂体积分数为5%~15%,与煤粉混合液用量比为15:1~4:1,SMF中的B剂体积分数为6%~9%,与A剂用量比为1:1~3:1;当煤粉团堆积过多时,加入酸性破胶剂破环网状结构,使煤粉团恢复单个颗粒煤粉集中排出。该方法工艺操作简便,可周期进行,是一种理论上可延长煤层气井检泵周期10倍以上的控煤粉技术。      

黄陇煤田综放采煤顶板导水裂缝带高度发育特征

为了研究黄陇煤田综采放顶煤（综放）采煤工艺条件下的导水裂缝带高度及其发育规律,系统收集区内各矿井实测数据资料,采用数理统计和回归分析方法研究导水裂缝带高度与工作面宽度、煤层埋深以及采高的相关关系。研究结果表明:工作面宽度小于240 m且煤层采高为8.5~9.5 m时,软弱覆岩裂采比和导水裂缝带高度恒大于中硬覆岩;工作面宽度大于90 m且煤层采高大于14.5 m时,软弱覆岩裂采比和导水裂缝带高度恒小于中硬覆岩。综放软弱顶板裂采比和导水裂缝带高度随采高增大均呈单峰状,裂采比是采高的二次函数,导水裂缝带高度是采高的三次函数。裂采比最大为30.63倍,拐点处采高3.56 m;导水裂缝带高度最大为239.97 m,拐点处采高10.41 m。由拐点向两侧采高分别减小或增大时,裂采比和导水裂缝带高度均逐渐减小。综放中硬顶板裂采比和导水裂缝带高度受工作面宽度和煤层采高的共同影响。在工作面宽度一定时,裂采比随着煤层采高增大而逐渐减小且变化幅度越来越小,大致趋于[11.00,14.30]数值区间;在煤层采高一定时,工作面宽度越大裂采比越大。导水裂缝带高度随着工作面宽度和煤层采高增大而增大。      

榆神矿区采煤失水危险性分区研究

以榆神矿区区域地质资料为依据,总结了该区煤层与含(隔)水层空间组合类型; 采用三维数值模拟方法,根据塑性条件、破坏准则及应力判别,模拟首采煤层与含(隔)水层空间组合类型下导水裂隙带高度; 通过对比钻孔探测法与数值模拟法,发现数值模拟法具有可行性; 利用模拟结果,绘制矿区导水裂隙带高度空间分布图,总结矿区导水裂隙带高度的整体分布规律; 对比导水裂隙带高度与其首采煤层上覆岩层厚度,总结矿区采煤失水危险性,并进行采煤失水危险性分区; 通过控制采煤失水危险区域的采厚可以达到“保水采煤”的效果。本研究对榆神矿区后期安全生产具有重要的理论意义与实际价值。     

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。     

Mechanisms of the development of water-conducting fracture zone in overlying strata during shortwall block backfill mining: a case study in Northwestern China

In this work, a shortwall block backfill mining (SBBM) technique is proposed for the recovery of residual corner coal pillars and irregular blocks left behind during the exploitation of coal mines, and a solution is provided for the risks associated with gangue piling and the loss of water resources owing to coal mining. Based on the theory of beams on elastic foundations, a mechanical analysis model was established for calculating the height of a water-conducting fracture zone (WCFZ) in the overlying strata of coal mines exploited using the SBBM technique. It was found that the key factors influencing the development of the WCFZ are the mining height, width of the protective coal pillars, backfill percentage, block length, and number of mining blocks. The relationships between these factors and the height of the WCFZ were obtained by incorporating the relevant parameters in the above-mentioned model. In the field experiment site, it was discovered that the minimum coal pillar width and goaf backfill percentage required to prevent the development of water-conducting fractures that could reach an aquifer are 5 m and 65%, respectively. Based on this result, the protective pillars of the site were designed to be 5 m wide, while the goaf backfill percentage was set as 80%. The borehole fluid method was used to measure the height of the WCFZ, which was found to be 26.8 m. This is consistent with the theoretical calculations (27.0 m) of this study, and thus, validates the reliability of the proposed mechanical model. The findings of this work will improve the recovery rate of residual coal resources in coal mining areas, and they are significant for the refinement of water conservation mining theories.     

龙口海域煤田地震资料夹矸异常分析

龙口煤矿主要为新生界古近系含煤建造,共含煤1、煤2、煤3、煤4四层煤,煤2为全区稳定可采煤层。以往的地震勘探剖面上反映煤2反射特征明显,断点干脆。在新采集的海上三维地震剖面上,煤2局部存夹矸,致使煤2反射波表现异常。通过正演模拟,总结出夹矸层厚度与频率的相互关系及其反射波特征。从实际资料的处理中,可以看出,经保幅处理后的叠前时间偏移剖面,比常规时间叠加剖面更能准确的反映出夹矸层的透镜体反射特征,特别是透镜体的上、下部同相轴反射波组强弱之分更加明显。实际采掘数据表明,地震剖面解释的夹矸分布范围,与实际情况吻合较好。