对沉陷范围村庄保护煤柱留设及建筑物损坏程度的预测

在预防为主、防治结合、清洁生产和全过程控制的现代化管理思想及循环经济理念的指引下,经济与环境和谐发展已成为矿企面临的重要课题。随着我国煤炭资源的日益减少,对于井田范围内村庄压覆资源的释放显得尤为重要。因此沉陷范围内村庄保护煤柱留设及建筑物损坏程度预测意义重大,为井下巷道合理布置、村庄搬迁规划及后期塌陷治理提供理论依据。     

用后方交会法测量保护煤柱上部建筑物的水平位移

保护煤柱的留设可保护其上部的岩层和建筑物等,随着周围井下煤炭资源的采出,应对其上部的建筑物进行变形观测,为了测量建筑物在平面上产生的位移量,常用基准线法和前方交会法进行观测。根据后方交会原理,只需在建筑物本体上设立测站,利用后方交会的观测方法观测和计算,减少野外作业时间,计算方法也更为严密。     

深部开采保护煤柱的设计方法

为了减小或者完全避免地下开采对地表建筑物的有害影响,根据深部开采地表移动的实测数据,本文给出了地表移动和变形预计参数,利用概率积分法对地表任意点的下沉值进行计算,分析了建筑物受地下开采的影响程度,以此对矿区地表建筑物保护煤柱进行设计。研究表明,基于地表移动和变形预计理论的保护煤柱设计方法,对减少深部开采保护煤柱的压煤量、保护地表建筑物、实现地下煤炭开采的可持续发展具有一定的参考价值。     

GPS-RTK用于矿山高精度沉陷监测的可行性研究

针对复杂地表条件下采用水准测量和导线测量等常规方式进行地表变形周期观测、任务量大甚至无法实施等问题,提出了建立研究区域的似大地水准面精化模型,同时采用GPS-RTK技术获取观测站三维空间信息,进而获得概率积分法预计参数。最后以内蒙古准格尔旗某煤矿的生产实践说明该技术的有效性和可行性,极大地提高了工作效率,为保护煤柱的留设提供了科学的依据。     

端帮开采下煤柱破坏宽度计算及失稳机制研究

针对大型露天矿开采后残存的大量端帮滞留煤进行开采时,确定留设支撑煤柱的合理宽度一直是端帮采煤工艺高效应用推广的突出难题。将端帮开采工作面假定为无限大板上相隔一定间距的共线裂纹,基于断裂力学Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹模型,运用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb破坏准则,分析了支撑煤柱边缘的应力分布规律,建立了支撑煤柱边缘破坏区的边界方程,进而得到了不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的表达式。结合不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的理论表达式与煤体破坏间所确定的表征其不同状态的3组特征参数,进行了曲线规律显现。依据不同破坏准则下所显现的曲线规律,分析了留设煤柱宽度Wp、采硐宽度We、煤层埋深H及煤层倾角β等独立因素对支撑煤柱破坏宽度rp的影响规律,同时将工程实例数据分别代入不同准则下所得的理论表达式。理论结果和实测数据表明,Hoek-Brown破坏准则的运用更为符合现场煤柱破坏演化规律及适合节理岩体破坏的分析。此外,结合煤柱稳定性研究中的极限破坏理论和渐近破坏理论,描述了煤柱失稳破坏机制及过程。为端帮开采中支撑煤柱的合理宽度设计及煤柱破坏的理论分析中的准则运用提供了新思路,为推广端帮开采工艺的应用提供指导意义。     

切顶压架灾害三大致灾因子及防治技术

针对神府矿区浅埋近距煤层群开采时,采空区各种残留煤柱下易发生工作面切顶压架灾害问题,采用工程调研、文献调研、理论分析及工业性试验手段,提出切顶压架灾害三大致灾因子:顶板结构因子、煤柱动力失稳因子及层间岩层因子,阐述了三大因子致灾机理,并提出了一种综合爆破防治技术,经工业性试验验证,该技术具有推广及借鉴价值。     

金乡煤矿松散含水层下开采的水文地质研究

讨论了巨厚松散含水层下开采合理留设煤柱的问题。在分析金乡煤矿底部含水层水文地质条件的基础上,模拟实际开采情况,用数值法求得合理的防水煤柱尺寸为59m。应用地下水动力学原理,求得留25m防砂煤柱时的疏于水量为192m3/h。指出在金乡煤矿留设防砂煤柱是最合理的。      

辛安煤矿1402工作面临空窄煤柱采掘响应及动态加固

随着我国煤炭资源去产能整合煤矿的增多,复采工作面临空窄煤柱采动失稳问题日益凸显,已严重制约矿井安全高效生产。为此,针对辛安煤矿复采1402工作面辅运巷道5号钻场临空窄煤柱稳定性控制的工程难题,运用数值模拟与理论分析相结合的方法,探究5号钻场临空窄煤柱稳定性采掘扰动响应特征,提出5号钻场临空窄煤柱动态注浆加固技术方案并开展现场应用和效果检验。研究结果表明:1402工作面辅运巷道掘进对5号钻场临空窄煤柱稳定性影响较小;在1402工作面回采期间,距5号钻场18~6 m范围,临空窄煤柱集中垂直应力由非对称马鞍形分布逐渐过渡为拱形分布;距5号钻场6 m时,临空窄煤柱承载叠加垂直应力超过煤体强度,塑性区完全贯通,极易破坏失稳;现场采用MP364型注浆材料及专用注浆设备对5号钻场临空窄煤柱前后5 m区域进行加固,动态注浆始终超前工作面10 m,通过深孔窥视和气体监测手段验证临空窄煤柱良好的封堵固化效果,保障了工作面安全回采,为我国整合矿井类似条件下煤柱稳定性控制提供借鉴和参考。移动阅读      

基于突变理论的小煤窑采空区失稳判据及应用

小煤窑采空区突发性垮塌灾害是榆神府矿区重大地质灾害问题之一。采用工程地质分析及数理推导的方法,分析了小煤窑采空区成灾条件及致灾机理,构建了顶板–残留煤柱岩石力学系统,推导了基于尖点突变模型的采空区系统失稳力学判据。以枣稍沟小煤窑为例进行分析,结果表明,该方法简便实用,计算结果可靠,为小煤窑采空区稳定性定量评价提供了一种新途径。      

复用回采巷道护巷煤柱合理宽度研究

为解决高瓦斯工作面双U型巷道布置中煤柱损失大、相邻工作面复用回采巷道维护困难的难题,综合采用理论分析、数值计算和现场试验的方法,研究得到煤柱宽度对相邻两工作面之间煤柱内复用巷道围岩应力分布和变形特征的影响规律：随着巷道一侧煤柱宽度的增加,巷道围岩垂直应力峰值向一侧移动,并逐渐远离巷道;当巷道一侧煤柱较小时,巷道以窄煤柱帮变形和顶板下沉为主,随着煤柱宽度增加,底鼓增大并成为巷道主要变形。以煤柱内应力峰值比值为指标,分析煤柱宽度与巷道稳定性的关系,并将不同宽度煤柱进行了稳定性分区。研究成果成功应用于工程实践,为类似条件下巷道布置提供依据。