复杂环境下急倾斜特厚煤层安全开采

采用理论分析、数值计算等综合方法,研究了苇湖梁煤矿+579E2EB1+2急倾斜煤层(64°)高阶段(54m)综放面开采中出现的采空区顶板坍塌与气体超限的问题.现场开采试验表明,采取快速推进、控制均匀放煤、优化通风系统及主动综合防瓦斯等有效措施,遏制动力学灾害并确保安全开采.     

急倾斜煤层顶煤超前预爆破工艺分析

急倾斜煤层综放面顶煤弱化是实现安全高效开采关键技术之一。水平分段放顶煤开采已成为乌鲁木齐矿区目前采用的主要开采方式。以乌鲁木齐矿区急斜特厚煤层高阶段综放开采问题为研究背景,通过对碱沟煤矿东三+564 mB3+6综放工作面煤层赋存与开采条件调查,辨识了影响安全开采的灾变源,实施了顶煤超前预爆破弱化工艺,并采用多种监测手段,保障了安全开采。     

深井伪俯斜综放采空区漏风规律数值模拟

随着矿井开采深度增加,开采强度越来越大,地温的升高,带来了系列的灾害现象.本文分析了深井伪俯斜综放采空区自燃防治的难点,研究厚煤层伪俯斜综放采空区的漏风特征,对山东星村煤矿103综放面采空区进行现场观测,建立了采空区漏风数学模型和自然发火预测模型,对其漏风规律进行数值模拟,确定了103工作面的合理供风量,使得工作面和进风端头的压力和采空区高差产生的自然压力大致均衡,有效减少和控制向采空区的漏风,防止了采空区浮煤自燃.     

急倾斜综放破碎顶煤流动规律数值模拟

急倾斜特厚煤层综放工作面长度较短,提高水平分段高度可增产增效,但存在顶煤放出率低的问题。有必要采取措施弱化高阶段顶煤,研究弱化后煤体流动规律。苇湖梁煤矿急倾斜煤层高阶段顶煤超前注水-预裂爆破致裂弱化后,破碎顶煤具有散体介质特征。基于现场地质环境与开采条件分析,将弱化后顶煤视为非连续介质,应用颗粒流计算程序PFC(Particle Flow Code),对比分析了急斜煤层高阶段顶煤弱化前后随时间演化规律,为安全开采提供了理论依据。     

急倾斜特厚煤层顶板非对称平顶型拱结构对比分析

急倾斜特厚煤层(倾角大于45°)水平分段综放开采与缓倾斜煤层综放开采后的悬空顶板在赋存状态和受力环境上均存在明显差异,导致2种情况下顶板失稳垮落后所形成的顶板结构区别较大。以乌鲁木齐矿区急倾斜特厚煤层顶板结构演化规律为研究目标,采用理论分析、数值计算和现场监测等综合方法,揭示急倾斜特厚煤层非对称平顶型拱结构随煤岩层赋存角度变化的演化规律。结果表明:急倾斜特厚煤层顶板垮落后能够形成平顶型拱结构,并且随煤层倾角增大,非对称平顶型拱结构的拱高、高跨比和半拱跨度比均减小,拱顶位置向地表浅部方向移动,顶板垮落范围和垮落岩体的体积减小,支架承受载荷降低。     

急斜特厚煤层动力学失稳现场声发射监测

急斜特厚煤层开采扰动区(Mining Disturbed Zone,MDZ)煤岩应力与变形规律复杂,采动影响下局部煤岩层滑移造成应力集中,使煤岩体产生"强烈"的动力学失稳与破坏.以大洪沟煤矿B3+6急斜特厚煤层综放开采为工程背景,通过现场声发射(acoustic emission,AE)监测,分析采动条件下煤岩介质动力学失稳及破坏规律,为制定解危对策提供科学依据.     

急倾斜水平分段综放面强矿压致灾机理及其防治

急倾斜特厚煤层水平分段综放开采条件下的强矿压致灾日益突出,严重制约矿井的安全生产。以乌东煤矿北采区45#特厚煤层为研究背景,构建物理相似模型,揭示了采场覆岩垮冒结构特征,理论分析综放面覆岩应力传递特征;通过FLAC3D软件建立三维数值计算模型,分析了急倾斜特厚煤层水平分段综放开采后覆岩的应力场及塑性区的变化特征。结果表明:急斜煤层赋存环境复杂,顶板不易垮落,易在采空区形成悬空顶板;+600水平分段煤层开采后,覆岩应力重新分布,在+575水平工作面沿煤层倾向距顶板巷6～45 m的采场煤岩体内,形成轮廓为"三角形"的应力集中区;随开采水平不断向深部延伸,应力集中程度不断增加,矿压显现也随之增剧。针对覆岩垮冒结构及应力特征,进行超前预裂爆破弱化技术,综放工作面支架压力和电磁辐射监测表明:支架压力下降了5～10 MPa,煤岩体平均电磁辐射强度由35.5 mV下降为14.4 mV,明显减缓了工作面强矿压显现,实现了安全生产。这对类似矿井安全开采提供了值得借鉴依据。     

多场耦合下急斜煤层开采三维物理模拟(2)

复杂环境与多场耦合作用下,采空区煤岩体非对称变形诱致局部化失稳极易演化为动力灾害.以乌鲁木齐矿区急倾斜煤层综放开采为背景,构建了大型立体地球物理模拟装置与"声-光-电"物理力学指标信息测试系统,完成了动态加载条件下顶煤与覆岩损伤与演化的AE规律、内部损伤变形、表面位移变化特征、支架工作特性等分析,为急倾斜厚煤层综放开采与灾害控制奠定科学基础.     

急倾斜厚煤层102m阶段煤体综放开采煤体致裂综合分析

急倾斜高阶段煤体综放开采技术复杂,结合神新公司苇湖梁煤矿+579E2EB1+2急倾斜(64～69°)厚煤层(32.9 m)高阶段(102 m)综放工作面顶煤超前预爆破综放开采实践,运用爆破理论分析了孔内爆破的裂隙圈半径与临界抵抗值,采用RSM智能松动声波检测仪和YS(B)光学钻孔窥视仪对弱化煤体孔壁滑行波及爆轰气体应力场产生的径向裂隙等全面检测,辅以弹性波CT成像分析,继续追踪模拟高阶段上位顶煤破裂情况,综合分析表明:爆后除尚存有少量三角煤及顶煤结构外其它范围煤体破裂充分,理论分析与实践检测基本相符,并对爆破后支架最大工作阻力进行了分析对比,急斜高阶段煤体超前松动致裂效果显著.     

急斜特厚煤层综放面瓦斯运移规律与综合治理

水平分段综放开采是急倾斜煤层充分回收煤炭资源的重要手段.瓦斯动力学迁移致灾与煤岩运移规律密切关联.针对急倾斜特厚煤层高阶段综放开采下易导致瓦斯突然急剧释放、瓦斯超限及综合治理难题,以乌东煤矿西采区安全开采为研究背景,采用理论分析、实验测试和现场试验等方法,提出了基于矿压调控的瓦斯立体抽放工艺技术,开展现场应用验证.结果表明:工作面预抽率为5.8％,回风瓦斯浓度基本保持在0.02％左右,实现了工作面安全高效生产.     

王洼矿区软岩回采巷道破坏机理分析

在现场调查的基础上,对巷道的表面变形和深部围岩变形规律进行了监测,分析了王洼矿区软岩回采巷道围岩变形与破坏机理。监测表明:煤层开采深度较大,围岩变形情况复杂,因现有的锚网支护条件下围岩不能保持平衡,难进入稳定状态,满足不了该条件下的围岩变形,采用锚棚联合支护后最终进入稳定。原支护主要是没有考虑到软岩全煤巷道裂隙发育,锚固长度对锚固支护的有效性差的特点,采用锚棚联合支护或加长锚固能够有效控制巷道的变形和破坏。     

一种基于加权聚类分析的岩体可爆性分级方法

在对岩体可爆性影响因素进行综合归纳分析的基础上,对14种岩石静载和动载特性参数、岩石容重以及岩体完整性系数测试与计算的结果进行了线性相关性统计分析. 结果发现,岩石静载抗拉强度、容重和岩体整体性系数三个指标线性相关性较低或基本不相关,可以同时采用且仅采用这三个指标对岩体的可爆性进行可靠描述. 基于此结果,同时考虑到岩石爆破破坏的动载特性,对本钢矿业公司某矿山的14种岩石容重、静载抗拉强度、岩体整体性系数、动载冲击强度进行了加权聚类分析,提出了该矿山岩体可爆性分级的方法.     

Comprehensive assessment on dynamic roof instability under fractured rock mass conditions in the excavation disturbed zone

The damage process of fractured rock mass showed that the fracture in rocks induced roof collapse in Yangchangwan Coal Mine, China. The rock mass was particularly weak and fractured. There occurred 6 large-scale dynamical roof falls in the excavation disturbed zone (EDZ) with the collapsing volume of 216 m3. First, the field detailed geological environment, regional seismic dynamics, and dynamic instability of roadways were generally investigated. Second, the field multiple-index monitoring measurements for detecting the deep delamination of the roof, convergence deformation, bolt-cable load, acoustic emission (AE) characteristic parameters, total AE events, AE energy-releasing rate, rock mass fracture, and damage were arranged. Finally, according to the time-space-strength relations, a quantitative assessment of the influence of rock-mass damage on the dynamic roof instability was accomplished.     

遭受动力压缩时岩石性质的研究

研究岩石受动力载荷时的力学特性对查明矿山岩体中的动力现象有重要意义。本文应用改进型“霍普金松”测杆研究了遭受动力压缩时岩石的特性,研究结果用微型计算机进行处理。本文还讨论了岩石遭受单轴压缩冲击试验时的有关能量指标。     

正对上覆近距离煤层强烈开采动压下巷道支护技术研究

为有效控制围岩变形和促进矿井安全生产,提出了利用桁架锚索控制破碎顶板的方法,通过大同煤矿集团公司小峪煤矿现场试验,取得了很好的支护效果,为复杂地质条件、开采动压下近距离煤层巷道支护应用提供了参考。     

基于元胞自动机的深部采矿岩体变形的演化模型

根据深部采矿岩体变形的离散性特征,运用元胞自动机建模方法构建深部采矿岩体的变形演化模型;利用元胞岩石的状态变化概率和元胞状态变化的影响系数,实现深部采矿岩体的动力学模拟.在演化模型的基础上,进行了模拟实验,且运用R/S分析法对结果进行分析,得到了以离散度作为岩体稳定性的标准.     

软岩厚煤层综放开采覆岩破坏特征实验研究

为了探讨软弱岩层条件下厚煤层综放开采的覆岩破坏及矿压显现规律,运用三维相似材料模型实验台对铁煤集团大平煤矿S2S9工作面开采过程进行了实验研究,综合运用内部传感器监测和外部量测来获取模型应力、位移.实验结果表明:在未充分采动前,覆岩裂隙带范围总体趋势是按"梯形"的方式向上向前扩展,在工作面的推进过程中,直接顶初次垮落步...     

动态精化的煤层三维建模方法

现有的煤层建模方法大都从多源数据中提取点或边界来构建实体模型，对开采过程中煤层动态变化的过程缺乏足够关注.提出一种逐步细化的煤层精细建模方法，首先，对开采边界内进行网格划分后将其转换为三角网，通过全局数据中提取的采样点和普通克里金法对三角网节点的高程及厚度属性进行插值，之后将其拓展为三棱柱作为初始煤层模型;其次，确认开采数据的影响范围，并对初始模型进行动态修正.在唐山市钱家营煤矿进行应用的结果表明，该方法充分运用了开采数据，使煤层的真实变化能够及时反映在煤层三维模型上，提高模型的精度.     

深部巷道围岩稳定的区间非概率指标分析

分析了深部岩体物理力学参数的特点,引入区间数学理论,建立了深部工程围岩物理力学参数及其对开挖响应的区间分析模型.提出了区间模型的逐步逼近求解程序,构建了深部坑道围岩稳定的非概率指标及其分析方法.分析了某深部工程围岩的稳定性.结果表明基于区间数学的非概率方法是分析深部地下结构稳定性的合适工具,具有理论和实用价值.     

用ANSYS分析煤体在燃烧前后边坡稳定性

为了解决边坡在燃烧后稳定性遇到的挑战,依据岩石力学和弹性力学理论,建立了煤层燃烧的应力应变模型。将岩体简化为弹塑性煤层的底部与岩体底边的交界出现了应力集中现象,考虑边坡沿弧形滑动。分析岩体的位移和应力分布规律,建立边坡稳定性的条件。岩体介质作为一种非线形材料,具有非线形的应力应变关系,采用基于弹塑性本构模型的有限元法,借助计算软件ANSYS求解岩体中煤层在燃烧前后对边坡稳定性的影响。