察哈素煤矿31303工作面煤矿破碎煤柱高温区域治理实践

察哈素煤矿31303工作面回采期间,受相邻工作面开采矿山压力的影响,辅助回风顺槽煤柱变形破碎、产生漏风,辅助回风顺槽煤柱出现高温氧化现象。根据现场自然发火隐患情况,加强了气体及温度变化监测,对辅助回风顺槽隔离煤柱采取了灭火、降温、惰化、漏风通道封闭等措施,消除了火灾隐患。     

多次动压下近距离煤层群覆岩破坏规律研究

应用不连续变形分析(DDA)方法模拟分析了邻近工作面开采和本工作面开采对上覆岩层及留设小煤柱的变形影响规律,再现了上覆岩层、留设煤柱及巷道的变形破坏过程,获得了小煤柱巷道在多次动压影响下的变形量、应力分布和破坏范围.随着开采的推进.工作面的上方会形成半椭圆形的应力场,由此可预测采空区上覆岩层的离层及关键层的形成.当下煤层开采通过邻近上煤层所留设煤柱对应位置时,留设煤柱所承受的载荷最大,在回采过程中可产生很大的应力释放,导致上覆岩层有大范围的离层,并由此引发地表大面积沉陷.此时要注意防范诸如冲击地压及地表沉陷地质灾害事故的发生.     

房柱采空区下应力分布特征研究

为研究房柱采空区煤房煤柱交替分布对下位近距离煤层顶板应力分布影响规律,采用数值模拟方法对大地精矿房柱采空区下应力分布特征进行研究,研究表明:房柱采空区底板岩层中应力从无煤柱区到房柱采空区下方区域应力分布依次为端煤影响应力增高区、端煤影响应力降低区和采空区煤柱影响稳定区;根据采空区煤柱影响稳定区下底板应力波动范围确定了模拟地层采空区煤柱集中应力工程影响深度,影响深度范围外煤层开采工作面顶板压力及超前支承压力分布受上部煤柱集中应力影响较小,范围内煤层开采工作面顶板压力及超前支承压力分布受上部煤柱集中应力影响剧烈。研究结果对于类似条件的煤层开采及时采取有效顶板控制措施具有实际意义。     

浅埋近距煤层采空区覆岩移动规律相似模拟

浅埋近距煤层采空区坚硬顶板覆岩与煤柱破坏易导致动力灾害,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉降,为确保此类矿井的安全高效开采,结合冯家塔煤矿1402综采工作面实际,对该煤矿进行了煤柱破坏与覆岩移动规律的物理相似材料实验模拟研究,试验是以1-1采区的开采为模拟对象,模拟在工作面长度为270 m的单一走向长壁开采后,上覆岩层的移动和变形规律。研究结果表明:随着浅埋近距煤层采空区的增大与时间的推移,开采时大面积来压是由于保护煤柱逐渐被压垮引起覆岩大面积冒落,致使近距煤层之间采空区导通,垮落从直接顶开始,逐步扩散至地表,上覆岩层的运移以垂直为主,水平运移并不明显,形成梯形状下沉,上部煤层开采后其覆岩关键层破断块体结构的稳定性是影响下部煤层开采时工作面矿压显现强烈程度的重要因素。     

煤层群下行开采煤柱应力传递规律

为研究煤层群开采过程中遗留煤柱应力传递规律,防治下煤层开采中上部煤柱应力传递形成应力集中引起的矿井动力灾害.采用理论研究与数值模拟的方法对煤柱的应力传递规律进行研究.应用土力学原理对集中应力和线性应力在岩体中垂直近似传递规律公式进行推导;运用FLAC3D软件对同忻矿8104工作面区段煤柱应力状态及上覆侏罗系煤柱应力传递规律进行数值模拟,对不同宽度以及不同应力场条件下煤柱应力传递规律进行分析.研究发现,煤柱应力垂直传递受到自身宽度、埋深、采高和煤层倾角的影响,同时还受下部采空区的影响.8104工作面准备完成后煤柱所受应力较高,工作面前方应力升高区近100 m,工作面推进到550 m时矿压显现较严重,对工作面安全作业威胁较大,煤柱应力升高主要是由上部采空区煤柱应力传递及采空区悬顶面积过大所引起.     

蹬空开采顶底板破坏特征及控制技术

针对山西中新甘庄煤业有限责任公司矿井整合后8#煤层蹬空开采会对顶底板围岩造成二次破坏的问题,采用理论分析及数值模拟研究的方法对蹬空开采顶底板破坏特征进行了研究。结果表明:8#煤层蹬空开采垮落带最大高度大于7#、8#煤层最小垂距,底板导水裂隙带深度小于8#、11#煤层垂距.当工作面推进至7#煤柱下方时,矿压显现更严重.并就可能出现的开采安全隐患提出了相应的应对措施.     

倾斜煤层含矸煤柱区应力状态及防冲技术研究

针对倾斜煤层分层开采综放工作面临空侧含夹矸层巷道变形量大、冲击危险性高的问题,构建了侧向悬顶临空煤柱受力模型,运用数值模拟方法对工作面回采过程中煤柱区域围岩应力场和塑性区变化进行研究。研究结果表明：在煤柱弹性变形阶段,煤柱支撑力、变形量、煤柱积聚弹性能随着悬顶长度的增大而增大;临空煤柱在巷道区域存在夹矸弱层时,沿夹矸面产生的应力集中区致使巷道变形量增大,诱使周围煤岩运动加剧;当临空侧煤柱上方巷道顶板不易发生破坏时,可形成弹性能的良好载体和传递通道,造成巷道应力集中,加剧冲击地压发生危险性。同时,针对含矸临空煤柱自身抗破坏能力较差问题,提出远近结合、分批次的卸压方式,制定了顶板预裂、煤体爆破方案,有效降低巷道帮鼓变形量,微震震动点向远离工作面方向上方顶板偏移,冲击地压危险程度明显降低,有效保证工作面安全回采。     

南梁煤矿近距煤层采空区下开采工作面矿压规律研究

上煤层覆岩结构失稳特征是影响下煤层开采工作面矿压显现的主要因素。针对南梁煤矿30103工作面浅埋近距离煤层采空区下开采条件,采用相似模拟实验及理论分析对覆岩垮落特征和支架阻力进行了模拟研究。结果表明：采空区下开采,基本顶初次来压步距45 m,周期来压步距6～16 m,支架工作阻均小于8 500 kN;走向煤柱下开采,基本顶初次来压步距50 m,周期来压步距10～14 m,支架工作阻均小于9 000 kN。工作面在集中煤柱下25 m和出煤柱7 m处,上覆岩层发生滑落失稳,对工作面形成明显的动载冲击,支架阻力超过额定阻力,最大值达13 158 kN。集中煤柱弱化后,释放了煤柱集中应力,使得来压时上覆岩层形成相互协调破坏,避免了基本顶滑落失稳形成的载荷瞬态释放,支架阻力仅达到8 743 kN。采空区下开采顶板动压防控的优先次序为集中煤柱>走向煤柱>采空区。     

急斜煤层大段高开采采空场围岩稳定性

为了研究急斜煤层大段高开采采空场围岩的稳定性,利用相似模拟及理论分析,对急斜煤层大段高开采过程中的矿压显现特征及围岩变形规律进行了深入研究。结果表明:大段高开采条件下,支架的工作阻力并没有随着采深与段高的增加而大幅增加,工作面支架会受到其上方临时结构的保护。充填体沿槽形采空区域下移过程中对顶板岩层的结构支撑作用,有助于形成工作面上方暂时稳定的结构,控制顶底板的运动,有效降低工作面大范围悬空后顶板大范围垮落可能形成的灾害。该成果对于乌鲁木齐矿区及赋存有类似地质特征矿区急斜煤层的安全高效开采有积极的指导意义。     

大安山矿煤柱对下部煤层开采影响

为安全开采大安山煤矿+550 m水平轴13槽煤层.利用ANSYS有限元软件,对大安山煤矿+550 m水平轴13槽煤层开采情况进行模拟,建立了二维有限元模型,分析了13槽煤层开采时,上部的14槽煤层开采后遗留的煤柱对其开采的影响.模拟结果表明:煤柱对下煤层的开采有较大的影响,其中煤柱左侧对下煤层开采的影响范围为45~55 m,煤柱左侧对下煤层开采的影响大于煤柱右侧.结合模拟结果和地质情况预测不同地区的冲击地压危险情况并提出相应防治措施,该研究为煤层开采设计提供理论指导.     

临近水库浅埋煤层防水煤柱留设宽度数值模拟

留设防水煤柱是临近水库煤层保水开采最为有效的方法,而如何确定防水煤柱留设宽度是当前迫切需要解决的问题。分析保水开采问题的流固耦合机理,建立流固耦合作用的控制方程,以张家峁矿井常家沟水库周边4^-2煤层开采为工程依托,采用数值模拟研究煤层采动对库岸边坡变形和孔隙水压力的影响规律,分析浅埋煤层开采覆岩采动破坏特性与岸坡失稳模式,进而提出防水煤柱的合理留设宽度。结果表明：当工作面临近库岸边坡时,库岸坡体先后出现向采空区侧倾倒转动和向水库方向滑移失稳的破坏模式;当坡面顶点产生反向水平位移且竖向位移急剧增加时,岸坡开始向水库方向滑移;当煤层顶底板孔隙水压力突变为0时,顶底板开始突水;取以上两种情况下较大煤柱宽度作为临界煤柱宽度,可以保证岸坡不出现失稳破坏且煤层顶底板不发生突水事故。在此基础上确定4^-2煤层防水煤柱宽度为109 m,工程实践证明该宽度可以保证安全开采。研究成果可为确定临近水库煤层开采的防水煤柱宽度提供理论支撑和实践依据。     

韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区下开采动载研究

为研究韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区及煤柱下开采的动载矿压,运用理论分析方法和物理相似模拟实验,采用应力和位移的监测手段,对综采工作面过房柱式采空区及煤柱进行模拟研究。研究表明,房柱式采空区下,工作面覆岩会随着下煤层关键层的破断而依次破坏,矿压显现较一般浅埋煤层开采剧烈,但未发生动载。而在进入区段煤柱期间,工作面只表现出比单一煤层开采时工作面压力较大,在出煤柱时则普遍存在动载矿压现象,动载易发区域在煤柱中的最后一次周期来压后10 m范围内。研究成果在韩家湾煤矿2405工作面进行了动载预测和防治。     

急倾斜煤层采空区输气管道变形模拟

为了探究急倾斜煤层开采形成的采空区对其上覆输气管道安全运行的影响,基于快速拉格朗日法对某煤层采空区进行数值模拟,探究了实际煤矿采空区的地质沉降和管道位移特征,研究了不同倾角、不同开采深度的急倾斜煤层对上覆输气管道变形的影响。结果表明:某煤矿区五个急倾斜煤层在开采100 m后,在煤层坡面上方形成最大深度1.54 m的塌陷,塌陷区内的土壤和岩石主要向煤层方向水平移动和垂直向下移动;靠近煤层采空区的管道,垂直方向位移大于水平方向位移,而远离煤层采空区管道,则水平位移较大;随着急倾斜煤层倾角减小和开采深度增大,管道向下的沉降量增大,并且发生最大沉降的位置逐渐向煤层方向靠近。     

红菱煤矿保护层开采裂隙演化规律的相似模拟实验

基于相似模拟实验的方法和数字散斑的测试原理,以沈煤集团红菱煤矿保护层开采为工程实例,模拟了在开采11#煤层后,对存在煤与瓦斯突出的7#煤层和12#煤层的卸压效果,从而对保护层开采后的采动裂隙分布规律进行研究.结果表明:采动对保护层上方岩体的影响程度比对下方岩体的影响程度大;最大位移量基本上是位于采空区的中部,该位置的裂隙最发育,采动裂隙密度最大,煤岩体渗透率最大;保护层上方采动影响区域垂向上距采空区60 m左右,而下方采动影响区域垂向上距采空区40 m左右.     

基于FLAC-3D的成庄矿多煤层陷落柱防水煤柱留设研究

运用FLAC-3D模拟软件对成庄矿内贯穿3~#、9~#、15~#煤层的KDX74、JDX75、KDX76陷落柱的防水煤柱预留情况进行数值模拟。通过分别留设不同宽度的防水煤柱进行模拟实验发现,当3~#煤层防水煤柱留设20 m,9~#煤层防水煤柱留设30 m,开采15~#煤层时,当15~#煤防水煤柱为20 m时,3~#煤层采空区下方塑性破坏区域与陷落柱活化区域导通,表明15~#煤层的开采可能导致3~#煤层采空区底板突水,故15~#煤防水煤柱宽度不应小于30 m。     

浅谈急倾斜煤层采空内沿空掘巷

通过在急倾斜煤层采空区内掘进,采取一定的措施和方案,探明急倾斜煤层下方开采对上方煤层的破坏情况,为采空区复采提供可行性依据和开采方案依据,提高资源回收。     

煤柱影响下远距离多煤层重叠开采覆岩运动规律

为探究平煤股份八矿多煤层远距离重叠开采,留设煤柱及采空区对底板卸压效果的影响,开展沿煤层倾向开采的相似模拟实验.实验结果表明:丁组煤层或戊组煤层开采,采空区或孤岛煤柱下方底板应力增卸压效果均随埋深的增加而减弱.丁组煤层开采上帮和下帮卸压角分别是65°和75°,煤柱增压区会影响至己组煤层.丁、戊组重叠开采上帮和下帮卸压角分别是75°和65°,卸压区和增压区均会波及到己组煤层,应力增值幅度有限.戊组煤层因采动形成动态增、卸压值要高于采动结束后产生的附加应力.丁组煤层开采对己组煤层的卸压保护效果甚微,但煤柱会使己组煤层产生附加应力.丁、戊组煤层重叠开采,煤柱和采空区交错布置有利于己组煤层开采.     

双重上保护层叠加开采应力分布规律

为获取双重上保护层重叠采动作用下的煤层卸压规律及保护层间的相互影响，以平煤八矿一采区为原型，采用FLAC3D软件模拟了丁、戊组煤层多工作面重叠开采过程。研究结果表明，仅丁组煤层开采时，采区边界煤柱对应范围出现应力集中现象，最大应力值达到19 MPa,影响范围达到下方80 m,不利于被保护层卸压。工作面间区段煤柱最大应力值达39 MPa,但向底板传递范围较小。丁组单独开展卸压区域能够影响至己组，己组煤层应力卸压值约为1 MPa;丁组、戊组煤层重叠开采，当戊组工作面位于丁组煤层区段煤柱下方，同时丁组工作面位于戊组工作面区段煤柱上方，使丁组煤层工作面间区段煤柱应力集中减弱利于卸压，丁组煤层区段煤柱应力值由39 MPa卸载至7.5～10 MPa之间；同时当己组煤层位于戊组单独保护范围时，垂直应力卸压值为2～3 MPa,当己组煤层位于丁戊共同保护范围时，垂直应力卸压值为4～6.5 MPa。     

极近距离煤层采空区下过煤柱回采巷道破坏特征及控制对策研究

针对新旺煤矿极近距离煤层采空区下3101工作面运输平巷过煤柱时围岩变形量大、变形时间长以及支护系统损毁等矿压显现特点,分析了极近距离煤层采空区下运输平巷过煤柱时的变形破坏特征,并揭示其破坏机制。采用FLAC3D数值模拟软件研究了遗留煤柱对下部煤层顶板应力分布的影响;运输平巷过煤柱时围岩塑性区的变化规律,并提出锚网+锚注联合支护手段,分析了锚杆间排距、锚注深度对联合支护效果的影响,并进行现场应用。研究结果表明:采用联合支护后巷道围岩总体变形量较小,围岩变形量较原支护方案减小了75%,支护系统亦无开裂损毁现象发生,实现了对极近距离煤层运输平巷围岩变形的有效控制。     

长沟峪煤矿大倾角中厚煤层变薄带的顶板压力

大倾角煤层开采后,受采空区冒落矸石下滑充填的影响,特别是工作面中部煤层变薄带的影响,工作面顶板岩层的变形、破坏和运动形式不同于其他煤层。以长沟峪大倾角煤层变薄带顶板压力观测数据为基础,结合计算机模拟方法,分析该煤层顶板压力特点。数值模拟与实测分析均显示工作面煤层变薄带下部顶板压力大。这为相近条件下采煤工作面顶板支护设计提供了技术指导。