Geotechnical assessment of the bearing capacity of coal mine floors

Summary This investigation concerns 3 longwall faces having variable strata and mining conditions, but supported by 202 tonnes hydraulic 6-leg chocks. Bearing capacity tests along the faces were conducted to evaluate the factors influencing floor deformation and failure. The effect of size, shape and perimeter of the base plates, thickness of the floor layer, time and moisture on the ultimate bearing capacity of the floor was measured and discussed. Application of this work is the prediction of stability and support performance of face ends, as well as the design of support systems and ground control on production faces.     

淮南矿区深部地应力场特征研究

利用水压致裂法和套孔应力解除法对淮南矿区-500～-1 000 m深度范围内的12个矿井进行了地应力测量,取得了19个有效测点的数据。数据分析表明：（1）淮南矿区深部地应力场以水平应力为主,构造应力占绝对优势,属于典型的构造应力场类型;（2）地应力量级属高应力水平;（3）垂直主应力、最大及最小水平主应力随深度的增加均呈增大趋势;（4）侧压系数 随深度增大而减小,地应力场有从大地动应力场型向准静水压力场型过渡的趋势;（5）侧压比 的回归曲线分布于Hoek-Brown内外包线带内,且变化趋势与Hoek-Brown曲线相似,但与Hoek-Brown曲线相比,回归曲线 值偏小;（6）最大水平主应力与最小水平主应力的比值范围为1.12～2.02,其中68.42%的测点分布在1.67～2.02之间;（7）最大水平主应力方位为NEE－EW向。最后探讨了淮南矿区地应力与地质构造的关系,分析认为,矿区最大主应力方向与构造运动密切相关,矿区现今构造应力场最大主应力方位与实测最大水平主应力方位大致吻合。     

深井复合顶板条件下沿空留巷充填体水平方向稳定性分析

针对深井沿空留巷充填体常向巷道空间发生移动,分析深井复合顶板条件下充填体水平位移特征,计算顶底板对充填体的摩擦力和基于弹性地基梁理论下的采空区冒落矸石对充填体的水平挤压力。基于淮南矿区顾桥矿1115（1）工作面轨道顺槽典型深井复合顶板条件下沿空留巷工程地质条件,建立充填体力学计算模型,得到深井复合顶板条件下沿空留巷充填体内移表达式。结果表明,（1）由于复合顶板裂隙发育,垮落后具有较好的流动性,在关键块旋转下沉过程中容易对充填体产生水平挤压力,且复合顶板能够较大程度吸收关键块旋转下沉施加的给定变形,底板不易插底,充填体更易发生内移;（2）理论计算充填体位移量为0.38 m,实测位移量为0.5 m,二者能够吻合,验证了研究成果的正确性。根据充填体内移特点,提出抗剪锚杆等措施增加充填体和顶底板摩擦因数和在靠近充填体的采空区侧设置隔离桩的控制技术。     

厚煤层快速回采切顶卸压无煤柱自成巷工程试验

基于切顶卸压自动成巷技术原理,分析了沿空切顶巷道顶板结构演化过程,得出厚煤层快速回采切顶成巷围岩应力、位移传递机制,形成了人为主动构建“基本顶上位岩层-采空区碎胀矸石-巷道切顶短臂梁”围岩稳定结构的控制思路。提出厚煤层快速回采沿空切顶巷道围岩协同控制体系,以“恒阻大变形锚索+墩式单元支架”控制顶板,以“滑移式让位护帮结构+自移式动压防冲结构+波浪式多阻护帮锚杆”控制帮部,形成了应对顶板结构位态、碎石运动状态变化的针对性控制技术。以柠条塔煤矿S1201胶运顺槽为工程背景,完成了厚煤层快速回采条件下切顶卸压无煤柱自成巷现场工业性试验。研究表明,采高增大、采速加快后,基本顶上位岩层易引发少量不宜强制控制的回转变形,支护结构可控让位是构建围岩稳定结构的有效途径之一;巷内压力与采空区矸石运动状态密切相关,增强预裂效果有利于减少动压冲击;成巷过程中巷道顶压首先达到恒阻状态,而后位移趋于稳定,最后形成围岩稳定结构。所设计的配套支护结构可有效协同围岩运动,留巷效果良好。     

深部切顶沿空成巷关键参数研究及工程应用

传统充填沿空留巷工艺繁琐﹑留巷速度慢,与现代化高强度开采要求不相适应,由此提出了切顶沿空成巷无煤柱开采新技术,其中关键参数设计是该技术的核心问题之一,对留巷的稳定性具有较大影响。以城郊煤矿21304工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,对切顶沿空成巷关键参数进行了系统研究。基于岩石碎胀自承特性和围岩结构“S-R”稳定原理,推导出切顶高度﹑切顶角度的理论计算公式;建立了聚能爆破力学模型,并结合数值模拟和现场试验,确定了聚能爆破装药量及钻孔间距。研究结果表明：合理的切顶参数能够切断巷道顶板与采空区岩层间的力学关系,使采空区顶板沿切缝顺利垮落,碎胀的矸石可有效支撑上覆顶板,限制其回转下沉,减弱覆岩运动对留巷的扰动作用,沿空巷道围岩变形量明显减小。根据理论计算﹑数值分析和现场试验研究成果,确定了城郊煤矿21304工作面切顶沿空成巷关键参数,并在现场进行了应用,回采后沿空巷道侧向顶板能够迅速切落形成巷帮,留巷稳定后各项指标均能满足现场使用要求。     

An analysis of coal bump liability in a bump prone mine

Summary This paper presents an analysis of causes of bump in a deep coal mine. The analysis consists of in-mine measurement determination, analysis of physical and mechanical properties of mine materials and simulation of mine layout and mining sequence. Major factors contributing to the causes of bump have been reviewed and those that are related to this case have been identified and simulated analytically using a three-dimensional finite element method.     

The future use of refrigeration in British coal mines

Summary This paper examines the methods presently available to apply refrigeration to a longwall district of a coal mine with particular reference to both the sources of heat and humidity around a district, and the specific locations which require cooling. Other methods to improve climatic conditions are also investigated and computer-predicted results from a district temperature prediction program are used for discussion.An approach to the solution of a climatic problem is explained with reference to other coal mine contaminants and an environmental design philosophy for deep high production districts in British coal mines is described.     

采场组合矿压观测方案的研究

分析了传统矿山压力观测方法的不足,提出了采场组合矿压观测方案。通过对组合观测理论、观测方法、实施方案的论述,提出了一套理论上可行、实践中可用的实用矿压观测方法。实践表明,该方案对监测矿山压力的变化规律具有较强的可靠性,对煤矿企业的矿压观测方案部署具有较强的借鉴价值。     

山西煤矿区滑坡特征及分类

滑坡分类研究一直是滑坡研究的基础和重点。通过对山西煤矿区滑坡灾害的工程实践和大量的调查统计分析,根据滑坡地层结构、岩性特征、诱发机制及运动特征等因素将山西煤矿区滑坡归结为5种类型：顺基岩面推移-滑动型黄土滑坡;蠕滑-挤出型黄土滑坡;水浸溜滑型黄土滑坡;煤层自燃倾覆-拉裂滑移型岩质滑坡;受节理控制的蠕滑-张裂型岩质滑坡。研究结果发现：黄土滑坡滑带土一般为松散土层,岩质滑坡的滑面为软弱结构面（多为泥岩薄层）或煤线;除溜滑型黄土滑坡滑动速度较快外,其他为低速滑坡,其典型特点是历时长,滑距短,致灾范围小,但滑坡推力大,破坏力强,往往造成更大损失。该研究进一步细化了滑坡分类的内容,其成果可对山西矿区及类似滑坡地质灾害的防治提供指导。     

切顶卸压无煤柱自成巷顶板变形机制及控制对策研究

为了探究切顶卸压无煤柱自成巷开采技术下短臂梁顶板的变形机制和影响因素,分析了该技术条件下的顶板结构及运动过程,建立了短臂梁顶板的力学模型,运用功能原理推导了短臂梁顶板在前期、中期和后期3个阶段的变形量计算公式,讨论了短臂梁顶板在各变形阶段的影响因素及其敏感性,并针对各变形阶段的主控因素提出了相应的控制思路。结果表明:短臂梁顶板在前期阶段的变形量较小,此阶段基本顶弹性模量、巷内及切顶支护强度、切顶高度对其影响比较显著;在中期阶段的变形量较大,碎胀系数、短臂梁弹性模量、留巷宽度对其影响比较显著;后期阶段顶板处于相对稳定状态,变形量基本不再变化。为此针对柠条塔矿S12012工作面提出了"巷内及时高强支护+切顶方案优化"的阶段性主控因素控制对策,现场应用效果良好。     

Groundwater as an environmental constraint of longwall coal mining

Groundwater impacts are a common reason for opposition to longwall mining. Most impacts are due to subsidence-related fracturing. Although upper aquifers are protected from drainage to the mine by a confining zone, water levels decline due to fracture dilation, and drawdown expands outward a few hundred meters. Recovery of water levels is common.     

模糊综合评判在煤层顶板稳定性评价中的应用

通过对淮南煤田潘三矿的顶板条件进行分析和研究,提出了一套行之有效的评价指标体系,运用模糊综合评判方法对煤层顶板稳定性进行定量评价和预测,结果表明潘三矿煤层顶板稳定性中等,北部比南部稳定性差,东部比西部差,这可以为采煤工作面顶板安全管理提供科学依据。     

Evaluation of coal longwall caving characteristics using an innovative UDEC Trigon approach

The paper presents an innovative numerical approach to simulate progressive caving of strata above a longwall coal mining panel. A proposed Trigon logic is incorporated within UDEC to successfully capture the progressive caving of strata which is characterized by fracture generation and subsequent propagation. A new damage index, D, is proposed that can quantify regions of both compressive shear and tensile failure within the modelled longwall. Many features of progressive caving are reproduced in the model and found to fit reasonably well with field observations taken from a case study in the Ruhr coalfield. The modelling study reveals that compressive shear failure, rather than tensile failure, is the dominant failure mechanism in the caved strata above the mined-out area. The immediate roof beds act like beams and can collapse in beam bending when vertical stress is dominant or in beam shear fracture when horizontal stress is dominant. The proposed numerical approach can be used to guide the design of longwall panel layout and rock support mechanisms.     

榆神矿区首采煤层及上覆岩层工程地质特征

榆神矿区是陕北大型煤炭基地的重要组成部分,区内煤炭资源丰富。近年来,该矿区煤炭开发与生态环境、地质环境的矛盾日益突出。通过分析榆神矿区首采煤层分布、厚度、埋深及其上覆岩层的厚度和顶面形态,根据岩石成因、工程地质特征及物理力学性质,将该区岩(土)体划分为4个类型和7个岩组: 松散岩类(沙层组、土层组)、软岩类(风化岩组、煤岩组、烧变岩组)、较软岩类(粉砂岩与泥岩互层岩组)和较坚硬岩类(砂岩组),总结了各岩组的分布、厚度和物理力学特征。结果表明: 矿区煤层顶板多为中等—难冒落型顶板,局部地段属易冒落型顶板; 粉砂岩及细粒砂岩底板属稳定型底板,泥岩底板稳定性差。为指导矿区规划、环境评估及煤炭开发提供依据,对切实转变陕西煤炭发展方式、促进生态环境友好型矿山的发展具有积极意义。     

Multilevel optimization of surface coal mine truck and shovel fleets

Summary Optimization algorithms are developed to improve the selection of truck and shovel fleets for suface mine operations. These are based on performance estimation models developed by Fluor Utah (1977) and graphical display algorithms and other software within the SEAMPLAN system developed at Montana State University. The advantages and disadvantages of the method are considered.     

红庆梁煤矿地应力场特征及巷道稳定性分析

针对红庆梁煤矿回采巷道变形严重问题,采用空心包体地应力测量方法对红庆梁煤矿3-1煤的地应力进行了实测,获得地应力场分布特征。应用地质动力区划法划分红庆梁井田Ⅰ—Ⅴ级断裂构造,应用“岩体应力状态分析系统”,进行应力区划分和巷道稳定性分析。研究表明：红庆梁煤矿地应力场属于以水平压应力为主导的水平构造应力场,地应力场方向对巷道稳定性影响较小;井田范围内共划分4个应力区：低应力区、正常应力区、应力梯度区、高应力区,分别占井田面积的5.9%、55.7%、27.0%、11.4%;应力大小是影响巷道稳定性的主要原因,致使处于应力梯度区和高应力区内的巷道变形严重。地应力场的分布特征分析和应力区的划分对红庆梁煤矿及类似条件矿井的采掘部署和支护设计具有重要作用。移动阅读     

覆岩层破坏理论在采区地基稳定性评价中的应用 ——以吉林九台营城煤矿为例

煤层开采后,上覆岩层将形成冒落带、裂缝带和弯曲带。根据营城煤矿研究区自然地理条件、区域地质条件和工程水文地质条件,应用覆岩层破坏理论,得出营城煤矿最大冒落裂隙带高度和建筑物荷载的最大影响深度之和为270 m,远小于该区域煤层最小开采深度( 838 m) ,该区不会产生较大的不均匀沉降。     

矿井层间滑动构造定量评价——以潘集一矿为例

煤层及其顶底板中滑动现象极为普遍。层滑构造是导致煤层不稳定的主要因素,常常造成煤层厚度的突然变化,甚至形成无煤区,严重影响煤炭生产。为了掌握并了解矿区层滑构造的分布规律及发育强度,采用模糊综合评判法,取煤层层滑断层密度、煤层异常指数、断层密度、断层的强度指数、构造煤的发育强度指数、岩层组合关系量化参数6个评价指标,对矿区层间滑动构造复杂程度进行评价。结果表明:采用模糊综合评判法所得评价结果与矿区揭露结果相似。结合矿区地质条件预测深部未采区层滑构造发育程度取得了良好的效果,这为矿区生产部署提供了参考依据。     

岩体声波测试在煤矿巷道工程地质研究中的应用

运用岩体声波探测技术测定了淮北芦岭煤矿巷道围岩松动圈,进行了围岩稳定性分类,为芦岭煤矿今后的巷道支护设计提供了依据,认为岩体声波测试是煤矿井巷工程地质研究定量化的重要手段,值得应用推广.     

典型留巷顶板条件下巷旁充填体支护阻力分析

将工程实践中接触到的留巷顶板分为厚层直接顶、薄层直接顶和无直接顶3种类型,利用叠加连续层板模型,考虑巷帮煤体承载作用和导致顶板垮落诱因,得出了3种顶板条件下的巷旁支护阻力计算公式。研究表明,巷帮煤体、充填区域顶板承载性能的提高有助于降低巷旁充填体支护阻力。随直接顶厚度的减小,充填体支护阻力反而增大。基本顶层位不同,顶板垮落诱因不同。厚层直接顶时,顶板垮落为自重引起;薄层直接顶时,顶板垮落为基本顶上位岩层作用所致