兖州矿区巨厚松散层下煤层开采上限研究初步成果

在分析以往资源勘探资料及矿井生产积累的大量水文地质、工程地质资料的基础上，采用数理统计、模糊评判、灰色分析、有限元等新技术与手段，对兖州矿区煤层可开采的上限进行了定量研究。并建议在由中深部到浅步逐步疏干的前提下，从宏观上只留防砂煤柱３０ｍ（原８０ｍ），因而可解放露头压煤２．９２亿ｔ，约占总储量的７．６％。     

潘—矿13—1煤层防水煤柱重新留设初探

通过对矿井构造地质条件,水文地质条件,覆岩结构类型,基岩风化带特征等分析,对１３－１煤层原８０ｍ防水煤进行了重新留设,并给了不同情况下防水煤柱的计算公式,对进一步回收煤炭资源,提高经济效益有实际意义。     

谢一矿断层防水煤（岩）柱留设的实践

留设断层防水煤柱是矿井预防断层突水的必要措施之一，特别在开采受岩溶水威胁的煤层而又有导水断层晨显得更为必要。谢一矿在开采４１采区受底板灰岩岩溶承压水的Ａ组煤时，根据具体的水文地质条件，先后计算并留设了Ｆ１３－８、Ｆ１５－１、Ｆ１３－５三条断层的防水煤柱，安全采出了７７．３万吨Ａ组煤。     

巨厚松散层下采煤防砂煤岩柱留设的实践

两淮地区的大多煤系被巨厚松散层覆盖,而松散层底部的第四含水层直接覆于煤系之上,威胁煤矿安全生产。为防止“四含”水进入矿井,矿井留设了厚层防水煤岩柱,这使过多的浅部煤炭资源积压。通过淮北地区童亭、桃园、祁东等矿井开采实践,认为巨厚松散层下采煤煤岩柱的留设原则为:初期以防水为主,后期以防砂为主。     

巨厚松散层下开采地表损害机理研究

在巨厚松散层综放开采条件下,地表移动变形呈现自身的特点和变形规律。基于赵家寨煤矿地质采矿条件,描述了巨厚松散层下地表出现的周期性裂缝、台阶、塌陷坑等非连续变形的破坏特征。分析了地表出现非连续变形的破坏机理。借助数值模拟分析的手段,探讨了不同松散层开采条件覆岩应力集中区域、应力释放区域、应力集中系数的变化规律。结果表明,在巨厚松散层开采条件下,应力变化与松散层性质是造成地表出现非连续变形的主要因素,从而为厚松散层下"三下"采煤提供了参考。     

断层保护煤柱合理留设的数值模拟分析

考虑某典型煤矿特殊地质条件,采用ANSYS建立二维有限元模型,对于断层存在情况下煤柱的合理留设进行了数值模拟计算。分析了留设不同断层保护煤柱情况下开采对工作面前方煤柱及断层的影响,并对开采区顶板的支承压力进行了模拟,提出了断层保护煤柱的合理留设长度,为实际开采提供了可靠的科学依据。     

潘—矿13-1煤层防水煤柱留设影响因素分析及重新留设意义

通过对矿井构造地质条件、水文地质条件、覆岩结构类型、基岩风化带特征的分析,对１３－１煤层原８０ｍ防水煤柱进行了重新留设,并给出了不同情况下防水煤柱的计算公式,且满足生产实际需要,这对进一步回收煤炭资源、提高经济效益有重要意义。     

潘一矿13-1煤层防水煤柱重新留设初探

通过对矿井构造地质条件、水文地质条件、覆岩结构类型、基岩风化带特征等分析,对１３—１煤层原８０ｍ防水煤柱进行了重新留设,并给出了不同情况下防水煤柱的计算公式,对进一步回收煤炭资源,提高经济效益有实际意义     

新集二矿下夹片地层特征及在防水煤柱留设中的意义

针对新集二矿新生界松散层，推覆体下开采的特殊地质及水文地质条件，通过对夹片地层水文工程地质条件，边界条件及富水性特征的分析，阐明夹片地层在防水煤柱留设中的意义，并通过生产实践验证，取得了较好的经济及技术效益。     

朱集煤矿导水断层边界防水煤柱合理留设研究

朱集煤矿1111(1)工作面以F29断层为北边界,F29断层落差35 m,倾角70°,断层切割上下含水层,为较大导水正断层。在布置采煤工作面时,需留设断层边界防水煤柱。根据淮南矿区经验,留设防水煤柱一般取经验值80～100 m,故1111(1)工作面布置至F29断层前100 m。根据科学计算,得出准确防水煤柱宽度为60 m,这样既能提供矿井安全回采的科学依据,又能减少压煤量,提高回采量。并可为今后其他采煤工作面留设防水煤柱提供参考。     

基于巨厚岩层-煤柱协同变形的煤柱稳定性

采前煤柱稳定性研究是工作面冲击危险性评估和开采方案设计的关键。以山东某矿深井巨厚砾岩条件工作面开采遗留煤柱为背景,采用案例调研、理论分析、数值模拟和工程实践等方法,对巨厚岩层-煤柱协同变形机制及其煤柱稳定性进行了研究,建立了巨厚岩层-煤柱协同变形的简化力学模型,探讨了引起煤柱变形的主要应力来源和变形形式,推导了在协同变形条件下煤柱的应力-应变关系。以此为基础,综合煤柱煤体应力、围岩稳定性和变形特征等条件,提出了煤柱整体失稳的力学判据。研究结果表明：巨厚岩层-煤柱失稳诱发冲击与煤柱的位置、尺寸和上覆岩层运动或变形关系密切,上覆岩层运动或变形是诱发煤柱失稳的动力因素;巨厚岩层-煤柱的变形主要包括受集中力F压迫的协同挠曲压缩变形和受集中力G作用的重力沉降变形,二者保持内在协调性;巨厚岩层下煤柱整体失稳的工程判据为煤柱煤体平均支承应力p超过其平均极限支承强度Rc（p≥Rc）;评估得到遗留的50 m煤柱具有强冲击危险性,并通过优化开采设计,取得了良好的效果。该研究成果对相似条件煤柱留设及其稳定性分析具有参考意义。     

逐阶段安全提高巨厚松散含水层下煤层开采上限研究

为最大限度回收煤炭资源,安全缩小防水煤柱,针对淮北矿区煤层普遍上覆巨厚第四系松散含水层,煤层顶板不稳定情况,淮北刘东煤矿把提高开采上限工作分为防水、防砂两个阶段推进。首先通过研究分析西三采区第四系底部含水层和黏土隔水层等水文地质资料,确定西31000工作面第四系底部含水层为弱富水性,水体采动等级为Ⅱ级;然后通过数值模拟、物理模拟和对比分析等方法研究开采后的覆岩破坏高度,并与井下实际观测值进行对比,确定西31000工作面采后导水裂缝带的发育高度为41.3 m;据此提出了安全、合理的防水开采上限高度。安全回采后,成功解放呆滞储量22万t,为下一步进行防砂安全开采打下了良好的基础。     

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(Universal 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.     

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。      

泾河下综放开采隔离煤柱对覆岩破坏控制作用的物理模拟

根据地质资料,分析了下沟煤矿泾河下特厚煤层大面积综放开采的地质特点,为实现水体下安全回采,确定了在各工作面间留设一定宽度隔离煤柱的开采方案。通过相似材料模拟试验,分析了改本区地质条件下各综放工作面间留设一定宽度隔离煤柱对覆岩破坏的影响。研究证实,隔离煤柱对覆岩破坏起到有效的控制作用。根据试验得出的单工作面最大裂采比,通过最小防水安全煤岩柱垂高的计算,认为地质条件满足泾河下安全回采的要求。且研究成果成功指导了5个工作面安全回采,可为该区及类似条件其他矿井的开采提供参考     

特厚煤层小煤柱沿空掘巷数值分析及应用

沿空掘巷开采技术成功的关键主要取决于采场覆岩稳定的时间和沿空掘巷的位置。采场采动岩体运动导致围岩应力重新分布,动态采场应力作用于围岩并使其状态发生灾变是发生矿山灾害的根本原因。特厚煤层分层综采巷道布置（包括内错、外错和垂直）,合理确定煤柱尺寸、巷道支护方式和参数选择能够最大可能发挥围岩的自承能力,是提高巷道稳定的重要保证。在稳定的内应力场范围内布置小煤柱护巷,能够明显提高巷道围岩稳定状态,减少巷道维护费用。通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法,对特厚煤层下分层沿空掘巷小煤柱不同巷道布置设计,通过煤柱的应力、应变和位移进行对比分析,确定特厚煤层下分层沿空掘巷合理的巷道位置和煤柱尺寸及上覆岩层防控技术,并得到工程验证是正确可靠的,从而为特厚煤层小煤柱开采技术提供了重要的科学依据。     

急倾斜煤柱开采后对巷道影响的数值模拟

为提高煤炭的回收率和经济效益,针对长沟峪煤矿4槽煤柱,应用ANSYS有限元软件对-230～-310水平的煤柱开采前后进行数值模拟,得出:(1)煤柱开采以后,煤岩体总体下沉,但对-140水平巷道影响较小。(2)开采后,煤柱的中间部位是转折区,煤柱中部以上主应力减小,属于安全区域;煤柱中部以下主应力增大,随深度的增加,主应力增大;-320水平附近煤柱采后的主应力是采前的2倍多,是煤柱开采后主应力最大的地方,所以开采此区域为相对重点注意区域。(3)煤柱开采后-140水平的煤柱附近主应力增大,是没开采前的1.6倍,也是煤柱开采后主应力较大的地方,开采前要适当对-140水平煤柱附近进行加固。数值模拟得出结果和实际开采吻合较好,因此急倾斜煤柱开采后对巷道影响的数值模拟对开采有一定的指导意义。     

近直立特厚煤层深孔爆破防治冲击地压效果检测

为了对近直立特厚煤层冲击地压进行防治,采用地面岩柱深孔爆破方法对煤层间岩柱进行预裂爆破,并采用地面EH-4探测法和井下瞬变电磁探测法对爆破前后岩柱体的物理力学结构进行探测,对卸压效果进行分析。EH-4探测表明,深孔爆破后岩柱结构破坏明显,在+550~+650 m水平范围时,岩柱体的电阻率等值线由近直立向近水平发育,视电阻率值主要集中在150~250 Ω·m,明显高于未爆破区域;井下瞬变电磁探测表明,深孔爆破后岩柱裂隙增大,探测区域前方20~90 m,视电阻率值从爆破前的25~86 Ω·m增加到爆破后的84~216 Ω·m,出现高阻异常区域。深孔爆破后岩柱破碎效果较好,岩柱体内积聚的弹性能得到释放,卸压效果明显,有效降低了冲击地压发生的危险性。     

高速公路压煤区安全煤柱留设及其对路基稳定性的影响

开采地下矿产(煤炭)资源和保护地面或地下结构物是既矛盾又统一的两个方面。在结构物下方留设保护煤柱是保护结构物免受地下开采影响的一种比较可靠的方法。但其缺点是要放弃部分矿产资源的开采。本文结合某高速公路压煤情况,围绕解决这一问题进行了研究。根据压煤区地质条件和相关规程,分析确定了走向移动角的大小、煤层留设宽度和禁采深度。通过不同走向移动角对路基稳定性影响的弹塑性有限元数值模拟,进一步分析了走向移动角对路基变形和稳定性以及路基压煤量的影响程度。在走向移动角δ=55°、60°和65°时,按数值模拟方案[1]～[6]步依次开采完成后,路基表面结点下沉最大位移为12 72～29 45mm,第[1]步和第[6]步路基不均匀沉降最大位移为7 33～8 19mm;在δ=70°时,路基表面结点下沉最大位移为44 00mm,第[1]步和第[6]步路基不均匀沉降最大位移达27 08mm。在55°≤δ≤70°范围内,煤层开采临空单元岩体最大剪应力皆小于煤层顶、底板泥岩夹页岩的抗压强度,其屈服接近度也大多小于1 0。据此提出了该区安全极限走向移动角取值(δ=65°),从δ=60°到δ=65°,可减少压煤量27 47万t,相对减少15 16%。为解决高速公路压煤问题提供了科学依据。     

陕北某矿双煤层开采对覆岩影响的模拟对比

多煤层开采条件下煤层覆岩破坏具有独特的特征,影响矿井生产布置。以陕北某矿为例,以该矿地质采矿条件为基础,采用相似材料模拟实验与数值模拟相结合的方法,通过建立模拟模型,开展了双煤层开采对覆岩的破坏影响研究。结果显示：留设不同宽度的煤柱,采用相似材料模拟和数值模拟2种方法得到的煤层覆岩垮落带高度、裂隙带高度都基本一致;在双煤层开采时,留设的煤柱宽度越大,两个煤层的叠置区域就越小,煤层开采对覆岩的破坏程度就越小。在工作面布置时,建议增大两个煤层的开采距离,并尽量增加煤柱宽度,以减缓覆岩移动破坏范围和破坏程度。研究成果为类似双煤层开采工作面的设计及覆岩破坏控制提供技术支撑。