浅埋煤层保水开采识别系统研究

确定断裂导水裂缝带的最大高度是保水开采的关键技术。结合陕北榆神府矿区地质开采条件,应用关键层理论,通过关键层挠度计算,分析关键层结构稳定性和对关键层上位隔水层破坏强度,给出关键层在不同位置影响导水裂缝带最大高度的广义损伤因子,建立了保水开采识别系统。工程实例表明:应用保水开采识别系统判定的断裂导水裂缝带高度与实际相接近,并能够很好地解释覆岩发生破坏的特征与规律,对实现保水开采具有一定的应用和指导价值。     

厚土层浅埋煤层保水开采模拟

在分析以榆树湾煤矿为代表的厚土层浅埋煤层的地质资料的基础上,采用岩石破裂过程的分析软件RFPA进行数值模拟.得出了冒落带高度为31m,裂隙带带高度为90m,弯曲下沉带为35m左右,研究结果表明:该矿的上覆岩层的采动变化与常规矿相似,并没有出现浅埋煤层的上覆岩层"三带合一"的现象;通过经验公式计算的导水裂隙带高度为70～100m,裂隙带并未沟通含水层,研究结论厚土层浅埋煤层可以达到保水采煤的目的.     

榆树湾浅埋煤层保水开采三带发展规律研究

在分析陕西榆树湾煤矿浅埋煤层分层开采的水文及工程地质条件的基础上，对保水开采中覆岩破坏“三带”的发展规律进行了相似材料模拟实验研究．实验表明在基岩厚度较大的浅埋煤层开采中覆岩垮落不是整体切落，而是有“三带”存在；同时，实验揭示了其“三带”的高度、覆岩的下沉与采高的关系，表明在基岩厚度较大、隔水土层较厚的浅埋煤层中采用分层开采可实现保水开采，这为榆树湾煤矿保水开采提供了重要的科学依据．图3，表1，参8．     

薄基岩浅埋煤层保水开采技术研究

薄基岩浅埋煤层开采过程中顶板基岩易全厚切落,破断直接波及地表,存在顶板突水的安全隐患.在分析顶板导水通道特征基础上,针对浅埋煤层采用传统技术实现保水开采的难点,从开采方法本身采取措施,提出了一套较为系统的薄基岩浅埋煤层保水开采新技术.此项技术的关键有三:一是长壁工作面快速推进;二是支架合理支护阻力的计算确定;三是局部降低采高或局部充填.补连塔煤矿32201工作面的三维固-液耦合数值模拟计算和现场实践结果证明,该套技术的应用是成功而有效的,可在薄基岩浅埋煤层保水防溃开采中推广应用.图4,表1,参12.     

浅埋煤层采动覆岩导水通道分布特征试验研究

为解决浅埋煤层的保水开采难题,采用物理模拟方法,研究了浅埋煤层大采高长壁工作面的采动覆岩导水通道的分布特征.结果表明:对于典型浅埋煤层,大采高工作面在初次来压至第一次周期来压期间,覆岩导水通道迅速发育至松散含水层底部,工作面后方约2个周期来压距离后,采空区覆岩垮落带以上的覆岩导水通道被逐渐压实闭合,但开切眼处的导水通道不易闭合;对于次浅埋煤层,主关键层初次来压后,导水通道迅速发育至最大高度,但伴随着主关键层约1～2个周期来压后,基本顶至主关键层之间断裂带内的覆岩导水通道可很快被压实闭合.该成果可对浅埋煤层保水防溃采煤研究和应用提供基础理论指导.     

地表厚土层浅埋煤层开采模拟实验研究

南梁煤矿工作面设计连续推进距离为23m,回采率也仅为69%,使矿井高产高效难以实现。本研究课题旨在通过相似材料模拟实验,掌握厚粘土层下浅埋煤层开采的矿压显现规律,为改进设计提供理论依据。实验选用的5m平面模拟架,主要由角钢座、调高块、立柱、传感器和顶梁组成,其精度误差仅为0.5%,实现了支架-围岩作用与原型的相似;模型与原型相似比为1:50,实验模拟尺寸为5000mm×200mm×1500mm;根据相似原理与量纲分析,容重、时间和应力相似常数分别确定为1.56,7.1,7.8;岩层模拟材料为河沙、石膏、大白粉,分层材料为云母粉。实验表明:当工作面连续推进距离提高到50m时,工作面也未出现台阶下沉,从而为制定更加合理的开采方案提供了可靠依据。     

浅埋煤层中的关键层运动与导水裂隙发展

对2种不同赋存条件下的浅埋煤层工作面进行了流固耦合相似模拟实验,实验研究表明,主关键层下岩层的运动破坏规律是下位逐层垮落而上位整体运动.影响浅埋煤层导水裂隙发展的主要因素是主关键层层位和采高,主关键层位与采高之比越大,越容易进入弯曲下沉带,当其层位距离煤层顶板的高度与采高满足kc≥11时,主关键层进入弯曲下沉带,也就是裂隙带与采高之比k≥12时,裂隙才可能停止发展.并且随着工作面的推进,围岩的渗流状况由原生裂隙逐渐向变形裂隙和导水裂隙过渡.     

浅埋煤层覆岩中断层对保水采煤的影响及防治

覆岩中断层的存在提高了导水裂隙带的发育高度,因此采用间歇式采煤实现保水采煤时,覆岩中存在断层时工作面的推进距离要小于无断层时的情况.在以前研究的覆岩中无断层时不同覆岩厚度保水采煤工作面合理推进距离的基础上,应用相似模拟实验和数值模拟方法,研究浅埋煤层覆岩中存在断层时,应用间歇式保水采煤不同覆岩厚度的工作面合理推进距离,回归出了导水裂隙带高度随工作面推进距离而变化的经验公式,而且得出从断层上盘向下盘推进时工作面的合理推进距离小于反向推进时的结论,为陕北浅埋煤层保水采煤的实现提供技术支持.图8,表4,参9.     

上限区域浅部煤层保水开采工作面安全推进速度实验研究

基于国内外研究结论,本文以皖北矿区百善煤矿6煤层为研究对象,通过分析浅部煤层保水开采机理和关键,提出以"上覆岩层水体渗流速度确定工作面推进速度"的思路(工作面推进速度能使关键层采后破断的砌体在上部水体渗流到采空区前闭合)。根据渗流理论、经验公式和实测资料等,对保水开采分类中工作面上覆岩层中的潜水渗流时间进行公式推导及计算;根据关键层理论和百善煤矿地质资料,计算出各分类上覆岩层初次和周期破断距。由此,计算和确定出各分类工作面推进速度,同时,以推进速度下限和采煤机切割速度确定安全保水开采的工作面长度范围。进一步完善保水开采技术体系,为浅部煤层保水开采技术的安全应用提供理论指导。     

厚煤层现代开采体系的发展趋势

厚煤层现代开采体系是用当代科技的最新成果武装和改造矿井“开采体系”的开拓方式、生产布局、设备配置、采煤、掘进、提升、运输、通风、供水、供电等各个要素，达到设备与系统、布局与管理、人与物之间的匹配协调，使传统产业与现代科技发展的步伐相匹配。目前厚煤层现代开采体系的研究重点是：高产高效综放装备与工艺体系研究、厚煤层矿井高效辅助运输系统研究、复杂条件下厚煤层开采技术研究和高性能、高可靠性设备的国产化研究。     

概率积分法在山区浅埋煤层地表移动预计中的应用

概率积分法是目前煤矿开采中应用最多的地表移动预计方法。对于山区浅埋煤层开采而言,由于地表地形和地层分布等因素的影响,地表的下沉、倾斜、曲率、水平移动等特性与平原地区有很大不同。文中对概率积分法预计公式做了适当修改,并编制了MATLAB拟合程序,实现了多参数表达式的非线性曲线拟合。实测数据拟合结果表明,修改后的预计公式应用效果良好。通过拟合所得的表达式,反求取了山区浅埋煤层地表移动的主要参数,由此求得的地表移动参数符合实际,可靠性高。     

盘江矿区近距离多煤层下保护层开采可行性分析及技术实践

在分析近距离煤层群上行开采机理与可行性的基础上,为尽可能减少多煤层高瓦斯矿井开采期间瓦斯事故,探讨了开采多煤层保护层的方法.通过贵州盘江矿区金佳和月亮田两个矿井实践,采用上行卸压开采的技术方案,解决了开采中所产生的瓦斯突出、煤尘爆炸等问题,并在总结生产实践的基础上,提出了合理的开采方案及适用条件,研究成果对煤矿安全高效生产及相关环境控制都具有重要的意义.     

受顶底板双向承压水威胁煤层开采技术研究

8601面为查庄煤矿深部8层煤首采工作面,直接顶为四灰含水层,下距徐灰含水层32．8m,由于四灰、徐灰含水层岩溶裂隙发育,含水丰富,该煤层开采受顶底板双向承压水威胁,为此对该煤层安全开采进行了技术研究,通过综合手段探查条件,制定了针对性的防治水措施,实现安全开采。该面为肥城矿区开采标高最深,受承压水威胁最严重的工作面,它的成功开采,开创了肥城矿区8层煤大采深、高水压开采的先河,为同类条件下其它煤层开采奠定了较好的基础。     

浅埋厚煤层分层开采合理隔离煤柱尺寸模拟研究

应用相似材料模拟,配合数值计算分析,通过对活鸡兔煤矿厚煤层分层开采区段隔离煤柱的稳定性研究,确定了合理的煤柱尺寸.研究表明,采用相似材料模拟与数值计算相结合的方法,仍是进行复杂矿山工程定性和定量研究的有效手段.     

中厚倾斜煤层残留煤的复采数值模拟

采用FLAC3D模拟了在大变形模式下,开采倾角25°下分层煤对上覆岩层应力状态、变形、位移等参数的影响规律。模拟结果表明:同一工作面上,复采比初采顶板下沉量和底板鼓起量大2～3倍;从初采到复采完毕后采空区上覆围岩会形成"回"字型不均匀沉降;通过抽样选取的25°复采现场支架反馈值与模拟顶板压力值进行对比分析,吻合性较好,且采空区顶板中部比两侧所受压力大,压力沿走向变化趋势与位移变化趋势相同。     

厚夹矸煤层综放开采岩层移动的相似模拟

针对综放开采技术在结构复杂煤层中应用效果不理想的情况,通过相似模拟实验研究结构复杂厚煤层综放开采时厚夹矸层、顶煤及顶板岩层的移动特征。结果表明：含厚夹矸层厚煤层顶煤冒放性较差,其位移显著增加的位置更接近于煤壁;顶煤破碎受夹矸层厚度的影响较大,夹矸层达到一定厚度,顶煤放出效果不理想,直至不能放出。开采模拟观测和实测数据分析结论基本一致。该研究为扩大放顶煤安全高效开采范围提供了参考。