水平分段巷道放顶煤采煤法研究

论述了急倾斜中厚－厚煤层水平分段巷道放顶煤采煤方法，分析了工作面生产能力和促使顶煤冒落放出的措施。工业性试验表明，这是拓宽放顶煤采煤法在急倾斜煤层应用的有效途径。     

急倾斜煤层分段开采下部煤岩体应力及位移演化规律

为了掌握急倾斜特厚煤层分段开采时工作面下部煤岩体应力及位移演化规律,采用数值模拟方法研究了工作面下部煤岩体和工作面底板的应力及位移分布,并分析了分段高度和开采深度对下部煤岩体应力及位移的影响。研究表明：上分段开采后,下部不同深度煤岩体卸压范围均呈长轴沿煤层走向的椭圆状,但卸压范围并不对称,底板侧和顶板侧的煤岩体卸压程度不同,靠近底板侧卸压程度更大。下部煤体卸压深度大小为底板侧>工作面中部>顶板侧。煤层底板不同深度出现不对称卸压区,靠近回采分段上端部的煤层底板处垂直应力明显集中。急倾斜煤层分段开采,段高对下部煤体的卸压深度范围影响较小。开采深度不同时,随着埋深增加,工作面下部煤岩体应力集中区域增大,下部同一深度煤体的垂直应力、垂直位移均出现明显增加,开采深度对工作面下部煤岩体的卸压范围影响明显,埋深越大卸压范围也越大。     

急斜煤层浅转深综放开采煤岩动力灾害诱发机理

中国煤炭资源深部开采已成为常态。依托急倾斜煤层开采为工程背景,构建考虑水平分段综放开采影响的浅转深开采组合梁模型,引入应力差异系数(α)表征浅转深开采煤岩体应力状态特征,分析地表大尺度裂隙与工作面相对空间层位关系,揭示急倾斜煤层浅转深开采煤岩体动力灾害诱发机理,对指导急倾斜煤层深部开采具有重要意义。研究表明:通过全景智能钻孔图像信息辨识揭示了急倾斜煤岩层纹层角与倾斜层理方向基本一致,说明煤岩层处于强压缩构造状态;浅转深开采应力差异系数呈非线性增长,确定临界开采α为0.4;急倾斜煤层浅转深开采动力灾害诱发实质为水平分段多阶段重复扰动下覆层结构失稳产生循环性动力冲击。     

急斜煤层群轻型支架放顶煤开采工艺研究

论述了鸟鲁木齐碱沟煤矿在10m以下的较薄厚煤层试验水平分段轻型支架放顶煤工艺，以及取得的效果。分析了矿山压力观测的成果，介绍了应用相似材料模拟和三维数值分析研究围岩破坏运动。     

急斜特厚煤层顶煤注水弱化技术试验

针对急斜水平分段放顶煤中顶煤注水弱化问题,采用现场注水弱化工业试验对乌鲁木齐矿区B1+2煤层进行注水弱化研究,对顶煤弱化必要性进行了论证,提出了注水弱化工艺参数,运用光学钻孔窥视仪对注水煤体破坏程度和范围进行了检测,从注水前后效果对比可以得出预注水软化顶煤技术是急斜煤层安全高效开采的有效途径.     

急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律

采用相似材料模拟实验研究方法,对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采上位顶煤与采场上覆岩层运动与破坏规律以及地表变形进行了系统的研究,阐明了上位顶煤与采场上覆岩层存在不稳定拱和地表向顶板方向偏移的非对称性下沉.     

急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律

采用相似材料模拟实验研究方法，对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采上位顶煤与采场上覆岩层运动与破坏规律以及地表变形进行了系统的研究，阐明了上位顶煤与采场上覆岩层存在不稳定拱和地表向顶板方向偏移的非对称性下沉。     

煤快速氧化过程耗氧速率单一与分段模型比较

煤的耗氧速率是反映煤低温氧化能力的一个重要指标,也是预测煤最短自然发火期的重要参数之一。基于辅助热源恒热流加热方式搭建煤快速氧化实验台,快速模拟煤低温氧化升温过程,研究煤在快速氧化条件下的耗氧速率关联模型。根据所测定的煤快速氧化过程氧浓度变化,拟合出由单一活化能确定的耗氧速率计算模型;然后根据氧化速率的差异,使用双活化能分段确定出耗氧速率计算模型;最后基于煤氧复合机理,建立以恒热流方式加热的煤快速氧化升温数学模型。通过与所测煤温与氧浓度值的对比可知,基于单一活化能与双活化能分段描述的耗氧速率所获得的计算结果均表现出与煤快速氧化实验结果较好的一致性。     

水平井裸眼分段压裂技术的研究

提高油田勘探开发效益的重要途径是运用水平井。我国包括塔里木油田在内的13个油田已广泛应用了此技术。同时,作为低压、低渗透油气藏开发的主要增产措施之一就是水平井裸眼分段压裂技术,这种技术已得到普遍的关注。本文对水平井裸眼分段压裂工艺的实施过程、水平井裸眼分段压裂管柱结构进行了分析。     

急斜放顶煤开采顶板卸载拱结构分析

运用弹性薄板理论对急斜煤层水平分段放顶煤开采基本顶岩层进行拉应力分析,得出了顶板破断的判别准则.依据判别准则实例验证了分段开采后暴露岩板所受荷载只是整个上覆岩层中的一部分,指出上覆层中存在卸载拱结构,正是结构体的存在承担了大部分上覆岩层荷载,直接影响了开采过程的矿压显现.通过对卸载拱影响因素的研究,指出卸载拱是顶板岩层中的一种动态扩展结构,当原有的拱式平衡被打破,拱结构朝顶板侧上移,并达到一种新的平衡态,因此其范围是不断扩展的一个"平衡-失稳-再平衡-再失稳"的动态扩展过程,也是造成工作面矿压显现的原因.     

基于RFPA-3D的煤层钻孔水力压裂裂缝扩展规律数值模拟

水力压裂裂缝的几何形态是评价压裂效果的主要因素,煤层受割理、层理和天然裂隙的影响,非均质性较强,对于垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力共同影响下的煤层水力压裂缝扩展规律还未形成系统认识。文章利用RFPA-3D数值模拟软件,研究非均匀分布的硬煤层和软煤层,在垂向主应力不变,不同水平主应力差下水力压裂三维裂纹的扩展过程和延伸规律,研究发现硬煤层水平主应力差接近时,水力压裂缝在煤层中延伸没有优势方位,形成网状缝；水平主应力差较大时,水力压裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,其他分支裂缝初始阶段沿着最小水平主应力方向延伸,随后逐渐向最大水平主应力方向靠拢。软煤层水力压裂初始阶段,注入段附近煤层以井筒为中心向四周挤压,煤层被挤压形成一个“大肚子”区域,待煤层挤压到一定程度,煤层开始起裂、裂缝扩展；水平主应力差接近时,注入段煤层压实后,起裂形成网状缝；水平主应力差较大时,注入段煤层压实后,压裂缝沿最大水平主应力方向以及与最大水平主应力方向成45°夹角方向产生两条优势裂缝。研究成果在安徽芦岭井田Y-01煤层气水平井组进行应用,日产气突破10 000 m3。     

近距离煤层内错式开切眼合理错距的研究

为探究近距离煤层内错式开切眼水平错距的合理选取问题,以神东矿区某矿为工程研究背景,通过构建力学模型得到上覆煤层遗留停采煤层产生的附加应力对下方开切眼的应力解析解,采用数学分析得到下煤层的水平停采距离的合理范围,并运用FLAC3D数值模拟软件分析不同水平错距下切眼位置所处的应力环境,得到下煤层开切眼停采的水平距离为50 m时能够满足巷道布置要求。通过地质雷达进行开切眼巷道的围岩松动圈的测试,得到开切眼巷道松动圈的范围为3.1 m~3.8 m,切眼巷道左帮的破碎范围大于顶板,开切眼巷道围岩完整性较好。研究结果表明,下煤层内错式开切眼停采水平距离为50 m时,开切眼巷道能够满足工作面的正常回采。     

库车北部构造侏罗系煤层井壁稳定对策研究

为解决塔里木盆地库车北部构造带侏罗系煤系地层井段井壁稳定问题，采用X射线衍射、扫描电镜等方法对煤岩理化性能和微观结构进行分析，明确了煤系地层井壁失稳机理；建立考虑多割理面影响的煤层井段坍塌压力模型，评价了煤系地层地质力学参数和井壁稳定性，并优化了煤系层段井眼轨迹；根据煤岩微观结构特征，开展了钻井液封堵材料优选，形成煤层段水平井井壁稳定对策。结果表明，煤系地层主要为力学失稳，推荐煤层沿最大主应力方位、井斜45°～80°钻井，钻井液密度1.70～1.74 g/cm³，钻井液封堵复配体系为3%磺化沥青+3%乳化沥青+3%超细钙；应用发现煤系层段定向钻井无复杂事故，煤层斜井段井壁稳定防治效果好。研究成果对塔里木盆地库车北部构造带侏罗系油气安全高效开发具有重要指导作用。     

寺河井田下组煤煤层气开发有利区优选及穿煤柱水平井井位部署

寺河井田在煤炭开采前需要通过地面预抽方式降低瓦斯含量以解决煤炭开采过程中的瓦斯突出等问题。煤矿区地面煤层气开发工程要做到与煤炭的协调开发,煤层气抽采区块的优选及井位的合理部署至关重要。本文利用FLAC3D软件模拟,建立煤层底板采动效应地质模型,开展针对性的研究上组煤采动后下伏岩层应力变化;结合煤矿采掘部署,选取下组煤煤层气开发的主控因素为指标,建立采动区下组煤煤层气开发潜力评价指标体系,采用层次分析法和模糊综合评价相结合的方法,评价煤层气开发的有利区块;以煤层气与煤炭协调开发为前提,确定穿煤柱水平井煤层气开发井位部署的原则,研究水平井设计的关键要素及内容,优化设计15口井位。研究表明：9号煤层和15号煤层都处在3号煤层开采卸压范围内;东五盘区是寺河井田部署下组煤煤层气水平井的优选区,开展的1口煤层气井最高日产气量达到了9 522 m3。     

远距离下保护层开采保护范围扩界研究

基于张集煤矿1311(1)工作面远距离下保护层开采,利用数值模拟试验对比相似材料模拟试验,分析得出被保护层在保护层法向投影至理论卸压角范围内为扩界区,理论卸压角范围内为充分卸压区。为直观、准确地考察扩界保护范围,在被保护层施工煤巷,分别考察了扩界区域煤层膨胀变形率、巷高变形率、瓦斯自然排放量和透气性系数。研究结果表明张集煤矿11-2煤层的卸压角可由锐角扩大为90°,实现了被保护层工作面等长等宽布置。     

急倾斜单一厚煤层采后下部自保护范围的研究 渗透特性的影响

急倾斜单一突出厚煤层一般采用水平分层或斜切分层进行开采,其区域防突措施确定的关键在于确定其采动影响下的自保护范围.以湖南省南阳庙煤矿为例,进行了回采工作面煤的工业分析和采后瓦斯残余参数观测,UDEC数值模拟和实验室相关数据测试等一系列研究,研究表明：在采用水平分层或斜切分层采煤法开采后,其分层相当于保护层的开采,下部1~2个分层均处于被保护层的保护范围之内,大大简化了防突工程.研究结果可为急倾斜突出煤层区域防突措施的制定提供理论依据,对急倾斜突出煤层的安全生产具有一定的理论意义和实际意义.     

薄煤层冲击矿压发生机理及防治研究

分析了崔庙矿薄煤层诱发冲击矿压的原因,验证了薄煤层深部开采时具有冲击矿压现象,实验研究了薄煤层的冲击矿压危险性与煤岩体的结构特征的关系,即组合煤岩试样的冲击能指数随着顶板与煤样高度比值的增加而增加,随着煤岩高度比减小,组合煤岩单轴抗压强度增大,煤层厚度的变化对煤体中的应力分布有着很大的影响,探讨了薄煤层应力分布及转移规律和冲击矿压机理,即煤层越薄,煤体承载能力越强,越不容易产生应力转移,由于开采煤体,引起峰值应力区垂直应力升高,水平应力对煤体约束减小,导致冲击矿压。文中以崔庙矿为工程研究背景,通过设置切顶巷和顶板深孔爆破降低了冲击危险性,取得了显著效果,验证了薄煤层开采切顶巷防冲技术和顶板预裂爆破技术的可行性。     

深部矿井倾斜煤层采空区下回采巷道布置的数值模拟

为减少深部矿井倾斜煤层采空区下回采巷道的变形量和卧底量,降低回采巷道的返修率,以某矿为例,分析采空区下布置回采巷道的矿压显现规律及回采巷道位置参数,并采用FLAC^3D快速拉格朗日差分分析法进行数值模拟计算。结果表明：两层煤联合开采的下层位煤层回采巷道,应布置在上层位煤层已经稳定的采空区下;回采巷道与上层位煤体边缘之间的水平距离可通过取其在下层位煤层应力降低区域与下层位煤层小变形区域的取值范围的交集获得。该研究为采空区下回采巷道的位置选择提供了可靠的理论依据。