Support capacity and roof behaviour at longwall faces with shield supports

Summary Field investigations on seven U.S. longwall coal faces were carried out to examine the behaviour and interaction of roof, floor and support on longwall faces equipped with hydraulic powered supports. The most important factor in determining face stability was found to be periodic weighting and an empirical design equation was developed for support capacity. The interaction of various elements in the face system is examined and discussed.     

软弱厚煤层沿空留巷变形破坏特征及控制研究

针对软弱厚煤层综放开采沿空留巷动压显现明显,顶板易出现不均匀切顶下沉等问题。通过现场调研、理论分析和数值模拟,阐明了软弱厚煤层综放开采沿空留巷动压显现特征和变形机制,提出了软弱厚煤层沿煤层顶板布置沿空留巷变形协同支护体系。研究结果表明：综放开采采出厚度大,沿煤层底板留巷时沿空留巷煤层顶板承载能力差,“底板−巷旁支护体−顶板”支护体系载能力不协调,是造成软弱厚煤层沿空留巷产生大变形的主要原因;沿煤层顶板留巷变形协同支护体系的提出提高了沿空留巷帮部、顶底板及巷旁支护体的协同承载能力,可有效地保证软弱厚煤层沿空留巷的围岩稳定。研究成果在古城煤矿的成功应用,证明了该支护体系在软弱厚煤层综放沿空留巷中的可行性。     

矿井电阻率法监测系统在采煤工作面水害防治中的应用

煤矿智能化、无人化开采迫切需要水害隐患地质透明化为其保驾护航。矿井电阻率法监测系统针对工作面回采过程中的水害问题,采用伪随机信号发射和全波形数据采集提高设备的抗干扰能力,采用电极接地条件一致性校正和监测数据归一化处理等手段压制假异常,采用时移电阻率成像实现水害隐患电阻率异常响应的识别和提取,通过监测工作面回采过程中顶、底板电阻率变化对水害风险进行判识,实现采动工作面水害隐患的地质透明化。结合矿井电阻率法监测系统近年来的井下现场试验,分别介绍其在顶、底板水害监测中的应用案例。井下试验结果显示,电阻率法监测可以有效捕捉顶、底板出水过程的前兆信息。但在实际应用中,矿井电阻率法监测系统依旧面临强电磁干扰以及采空区监测线缆难以保护等问题,并且采掘扰动对煤岩电阻率的影响机理研究不足,导致对电阻率异常进行分析解释时存在较大争议,还需要进一步开展相关研究工作。      

深部急倾斜煤层偏压巷道支护参数优化研究

深部急倾斜煤层由于受特殊的地质结构和高地应力影响,煤层巷道开挖后易出现地层错动、垮塌的特点,施工中冒顶、底臌现象异常突出,巷道支护极其困难。通过对新集三矿-700 m煤探巷道进行现场勘查与试验,针对该急倾斜软岩巷道变形非对称性,底臌严重、地层错动的破坏特点,提出了可缩性U型钢全断面封闭支护和非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护方案,通过大型有限元软件ABAQUS建立数值分析模型,与原支护方案进行了对比分析。研究表明,采用改进支护方案巷道底臌位移量减小了66%,最大拉应力从0.58 MPa减小到0.38 MPa,塑性区较原方案更小,支护结构受力更加均匀。其结果可为同类地质条件的巷道支护设计提供一定参考。     

保安煤矿西翼3煤层开采安全性研究

通过对矿区水文地质条件的分析,认为开采3煤层时的主要充水含水层为顶板砂岩裂隙水和底板奥灰水,以奥灰水最为突出。采用突水系数法及阻水系数法计算煤矿西翼3煤层开采的有效隔水层厚度为37.6m,运用大井法计算工作面开采过程中最大涌水量为98.3m3/h。研究认为：工作面可以进行带压开采,在巷道和工作面开拓中必须在井下施工探放水孔,在富水区进行疏水降压,达到安全开采的目的;开采F20、F35断层附近时应留足防水煤柱,并对奥灰进行疏水降压,以免发生突水事故。     

煤炭开采对煤层底板变形破坏及渗透性的影响

煤层底板变形破坏除受地质因素控制外,还受开采因素影响。通过试验和理论分析,系统研究了煤炭开采对回采工作面底板应力、应变和破坏及渗透性的影响。研究结果表明,不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,岩石的原生孔隙和裂隙容易被压密,岩石的渗透率随应力的增加由大变小明显,当应力增大至极限强度时岩石试件破坏形成贯穿裂隙,岩石的渗透率迅速增大至最大,不同岩性岩石存在一定差异性;随着回采工作面推进,煤层底板岩层在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、采动矿压直接破坏区和底板岩体应力恢复区4个区。煤层底板岩体的渗透性随着煤炭开采底板岩体变形破坏而呈规律性变化。      

河南省庇山矿二_1-11091采面带压开采论证及防治水措施

二1-11091采面位于二煤首采区东翼,采面承受的最大水压为0.65MPa,属带压开采工作面。在分析采面充水因素的基础上,发现对采面回采有影响的充水水源为石炭系太原组L7灰岩岩溶裂隙水和寒武系灰岩岩溶裂隙水。经计算,采面回采后的冒落带高度为39.36m,采动破坏带高度为16.35m,而L7灰岩上距二1煤距离仅为10m,存在突水的可能。采面开采安全评价认为,尽管L7灰岩水基本处于采动破坏带内,也有水压,但该含水层在矿区内无充沛的补给水源,因而不会发生大规模的突水事故;寒武系灰岩岩溶裂隙水在各钻场附近的底板突水系数均小于0.06MPa/m,突水危险性相对较小,按照临界突水系数反算底板隔水层承受水压值,均大于现在采面机巷最大水压0.65MPa,所以在回采过程中也不会发生大规模的突水事故。最后对回采期间的排水工程,F59断层的探测工程和下部掘进面的疏放水工程等防治水工程和防治水效果进行了说明。     

基于岩性-结构的煤层底板突水危险性评价

煤层顶底板突水危险性预测与评价是煤矿突水灾害防治的基础和依据。针对煤层底板隔水介质条件,分析了煤系岩石力学性质,煤层底板突水的岩性、结构和厚度特征,建立了煤层底板突水危险性评价理论和方法。研究表明:煤层底板隔水介质条件取决于隔水层岩性和断裂构造,随着底板泥岩含量增加,煤层底板隔水性能增高,但抗水压能力降低;随着断裂发育程度的增加,底板隔水层由完整结构、块裂结构到碎裂结构和松散结构,煤层底板抗水压能力和隔水性能均降低,突水危险性增大。煤层底板抗水压能力与煤层底板隔水层厚度密切相关,统计表明,煤层底板受的极限水压p与底板隔水层厚度h之间为2次幂函数关系。在传统突水系数的基础上考虑了隔水层的岩性和结构特征,提出了煤层底板突水危险评价分类;进一步根据水压P_w与岩体破裂压力P_c关系和水压P_w与最小主应力σ_hmin关系判断是否突水。      

Strata deformation measurements on longwall coalfaces and their implications for design of powered support systems

Summary Recent developments in powered supports on British longwall faces include the advent of lemniscate designs, increased setting and yield loads, larger maximum extraction heights and a consequent rise in weight and cost. There was a requirement to examine the relevance of existing strata control theory to modern conditions. Measurements on five longwall coalfaces at four British collieries are described. Accurate measurements of support pressures, closures and inclinations, roof/floor convergence and lateral movement and hydraulic supply parameters were made with a digital data logging system. At one site magnetic extensometers were utilized to measure face and roof strains. Consideration of measured roof dilation and reclosure in conjunction with convergence provides a new perspective on the deformation mechanisms involved. The most important parameters governing strata conditions were identified as proximate lithology, foundation characteristics and adequate setting load densities. Recommendations are made regarding choice, design and operation of powered supports.     

有限元强度折减法在煤层底板破坏中的应用

采用有限元强度折减法,求得煤层开采后底板岩体破坏滑移面,并给出底板塑性区贯通过程,得出其滑移线与理论形态相近,底板塑性滑移形状类似Prandtl型,并与滑移线理论计算结算进行了对比,两者误差在10%以内,说明了采用有限元法求解煤层底板破坏情况是可行的。并用于模拟上保护层开采过程中底板及下伏煤层卸压范围,为保护层工作面回采过程中瓦斯来源提供理论依据。说明有限元强度折减法可用于确定承压水体上煤层开采其底板所需的临界厚度和上保护层开采过程中的有效层间距。     

煤层底板突水的计算预测及应用

在简评现有煤层底板突水预测理论的基础上,提出了老底板模型。参照采场老顶初次来压步距的构成,论述了老底板极限破除步区a的构成,得出了煤层底板穷水与隔水层、含水层自身性质及开采边界条件的关系、最后提出了利用以往突水资料预测同类或相邻工作面突水与否的反演方法,使预测结果更加令人信服。      

原岩应力与煤层底板隔水层阻水能力的关系

介绍了水力压裂应力测量的原理和现场测量结果,论述了煤层底板隔水层带的阻水机理和承压水沿煤层上升的机理,以及原岩应力、水压与裂隙扩展的关系。指出对于厚底板隔水层,原岩应力起着阻止底板承压水上升和突出的作用,对于薄底板隔水层,原岩应力起着破坏底板、导致承压水突出的作用。      

汪家寨煤矿煤与瓦斯突出规律及其主控因素分析

汪家寨煤矿是严重的煤与瓦斯突出矿井,依据矿区实际瓦斯地质资料,运用瓦斯地质理论和构造演化理论,研究了区域和井田构造控制特征。分析认为该矿主要以中小型突出、倾出为主,压出为辅;随煤层埋深的增加突出强度增大;C409煤突出最为严重;突出多发生在煤巷掘进面及断层影响带。分析了埋藏深度、顶底板岩性、煤厚及其变化、软分层、地质构造等因素对煤矿煤与瓦斯突出的影响,认为断层及其影响带、厚煤尤其是其增厚部位是煤与瓦斯突出的易发区域,因此断层构造和煤层厚度及其变化控制着该矿突出的发生和分布规律,为煤与瓦斯突出的主控因素。研究成果为矿井突出防治工作提供了理论指导。     

基于煤层巷道开挖卸荷效应的底板冲击孕育过程研究

采用相似模拟和数值模拟研究了河南义马煤田跃进矿采掘影响下巷道底板的应力及变形规律,揭示底板冲击矿压发生前的孕育过程。研究表明,巷道底板冲击受煤层埋深、顶板条件、巷道施工布置方式等多因素影响。在巨厚坚硬上覆砾岩影响下,工作面开采增加了相邻工作面的应力水平。在厚煤层中巷道沿顶板布置留底煤,巷道开挖后,一定范围的煤层底板中的水平应力升高,垂直应力降低,增加了煤层失稳破坏的可能性。巷道开挖卸荷过程中,底板由于没有支护,垂直位移增加,底板的塑性区范围大于两帮,并产生了明显的拉伸破坏,容易使底板成为冲击破坏突破口。      

峰局五矿下组煤带压开采的可行性与建议

峰局五矿是多年开采的老矿。近些年，随着开采深度的不断增加和开采层次的逐渐下移，来自底部岩溶高承压水的威胁日趋严重，实际生产能力逐年下降。下组煤能否开采是关系到矿井生存与发展的大问题。作者根据多年的研究成果和工作实践，就下组煤带压开采的可行性，谈一些看法和建议。     

煤巷与支护相互作用的冲击破坏试验与数值分析

采用相似材料试验和数值模拟相结合的方法,对锚网锚杆、U型钢和吸能支护条件下煤岩巷道冲击破坏过程进行研究,揭示了巷道与支护相互作用下的巷道冲击破坏机制。试验和数值计算研究结果表明,不同支护作用下巷道冲击破坏规律表现基本一致,在冲击载荷作用下,巷道顶板有明显下沉,底板出现起鼓现象,两边帮均向巷道内部方向发生弯曲变形,形成裂缝,进而扩展和贯通,并有抛出物冲入巷道内。根据模型试验和数值计算结果可知,不同支护条件下冲击破坏程度不同,吸能支护具有良好的缓冲和吸能特性,巷道变形较小,整体稳定性好,更适合于冲击地压巷道的支护。     

基于微震的底板采动裂隙扩展及导水通道识别技术研究

华北型煤田开采面临奥陶系石灰岩岩溶富水性强、水压高、地质构造复杂、隔水层薄等问题,防治水工作面临巨大挑战,导水通道识别是底板水害防治的关键问题.论文结合微震监测原理,提出基于微震能量密度及岩层破裂连通度反演导水通道的识别方法,以河北葛泉矿东井11916工作面底板突水监测工程为背景,应用上述基于震源参数的底板导水通道识别...     

GIS在刘桥二矿煤层底板突水预测中的应用

在介绍GIS应用于煤矿底板突水预测方法、步骤的基础上,以皖北矿务局刘桥二矿为例,建立了预测煤层底板突水的多因素突水模式,对突水危险性进行了分区预测,取得了较好效果,为煤层底板突水预测提供了一条新的途径。      

顶板周期来压和底板突水的关系研究

从矿山压力角度分析采煤工作面底板破坏带最大深度产生的时间和位置，进而探讨顶板来压和底板突水之间的关系，最后给出工作面来压和非来压期间，底板究水的可能性。     

Cambrian skeletal halite crystals and experimental analogues

A suite of unusual highly skeletal halite pseudomorphs is described from the lower Middle Cambrian rocks that crop out at Ardmore in the Georgina Basin, northern Australia. The pseudomorphs are preserved as both moulds and casts within a dark and light colour-banded chert. They are orientated parallel to bedding and represent halite crystal growth within a brine pool. Laterally equivalent rocks are characterized by sedimentary textures and structures indicative of periodic emergence and desiccation. Laboratory grown halite crystals are also described and compared with the pseudomorphs from Ardmore. Experimentally produced halite crystals formed from either: (1) brine solutions obtained as residues after organic matter extraction from phosphate rocks, or (2) solutions of NaCI and distilled water. Both pyramidal rafted hoppers and floor nucleated cuboids formed in solutions containing only NaCI and distilled water; whereas in the residue solutions, that contained humic acids, rafted pyramidal forms were absent and crystal nucleation was restricted to the floor of the evaporative dish. As brine depth decreased the halite precipitation rate increased and resulted in a suite of excrescent, highly skeletal crystals that formed as a result of brine evaporation to dryness. The variable crystal morphology depended upon both the brine depth and slope of the evaporative dish floor. Horizontally orientated chevron halite crystals formed where the evaporative dish was inclined and precipitation preferentially occurred on cube faces. Pagoda, reticulate ridge and dendritic forms represent an increasingly skeletal crystal suite characterized by the preferential precipitation of NaCI on cube edges and corners rather than faces. Using the experimentally grown crystals as analogues the pseudomorphs at Ardmore are interpreted as forming in very shallow brine pools that evaporated to dryness.