基于边坡稳定性的SHM开采端帮特厚煤层影响参数研究

SHM(Superior Highwall Miners)端帮采煤技术主要针对露天矿坡下薄煤层开采,为了解决端帮特厚煤层开采所需提供的影响参数问题,弄清楚多层开采所引起边坡变形和应力重新分布机理,保证边坡稳定安全,应用边坡稳定理论和FLAC3D数值模拟的手段,以某露天矿为工程背景,计算分析了边坡角、SHM开采层数的顺序、煤柱宽高和间距等重要影响参数对边坡稳定性的作用影响.计算结果表明,开采后边坡稳定系数减小;边坡角越大,稳定系数越小;开挖层数增加,稳定系数减小;煤柱高度越高、宽度越小、间距越大,稳定系数越小.通过理论分析和数值模拟,给出了较优的具体参数值,为弄清SHM开采特厚煤层所引起露天矿边坡变形机理,防止滑坡灾害产生,确定开采流程和重要参数尺寸设定提供了依据.     

复合顶板松软煤层回采巷道支护技术研究

通过理论分析、数值模拟和现场观测,系统分析了复合顶板巷道围岩变形破坏机理,提出了相应的支护方式。研究结果表明:煤巷两顶角为剪切应力集中区,应及时加强支护;顶板两顶角锚杆、锚索分别向两帮倾斜20°,可有效控制复合顶板煤巷的破坏。     

分区开采露天矿凹形端帮力学及几何特性研究

为了研究分区开采的露天矿凹形端帮几何、力学特性,与圆形深凹露天矿进行对比,明确了端帮岩环共轴特性,并推导出了岩环拱高与平面曲率半径的函数关系,求导得到了平面曲率半径的最小值,同时还推导出上部境界平面曲率半径与端帮高度之比的表达式,并得出了该比值的最小值为端帮边坡角的余切值.通过力学建模分析,推导出了考虑侧面压力时的凹形边坡稳定系数计算公式,并明确了影响凹形端帮稳定性的关键因素有上部平面曲率半径与坡高之比和凹形端帮暴露面积.利用数值模拟对凹形端帮进行稳定性分析,验证了力学模型的准确性,揭示了各影响因素与稳定系数的耦合规律.     

近水平复合煤层露天矿备采煤量留设位置与保有期优化

为了确定经济合理的露天矿备采煤量留设位置和保有期,运用露天开采基本原理与统计分析方法,分析新时期露天煤矿的发展变化特点及其对备采煤量留设位置和保有期的影响;以经济效益最优为判断准则,研究复合煤层露天矿备采煤量留设位置与内排运距的关系,建立备采煤量留设位置优化模型;研究季节性剥离露天矿备采煤量保有期与剥离成本、运输成本以及资金时间价值的关系,建立备采煤量保有期优化模型。以内蒙古东部地区某露天矿为研究实例,确定了该矿经济合理的备采煤量保有期为6.5个月,备采煤量应全部留在1号煤层。研究结果表明:该优化模型可用于指导露天矿生产,有效降低剥离成本,提高经济效益。     

陡边帮开采在露天矿的应用研究

按照露天设计规范的要求,为了保证露天矿的边坡的稳定,端帮和非工作帮都留有保安平台,其最终帮坡角都比较小,在神东几个露天矿采用爆破减震、改变工作线的局部推进方向、加大工作线的推进速度、及时实现内排压帮等技术措施,实现了陡边帮开采,保证了边坡的稳定,多采出煤炭,减少了剥离,提高了露天矿经济效益.     

缓倾斜倾斜煤层回采巷道断面选择研究

以石炭井一矿５＃煤层上分层回采巷道为例，对缓、倾斜煤层回采巷道的４种断面形式进行了有限元模拟分析，指出了缓、倾斜煤层和近水平煤层中，回采巷道的应力、应变分布及塑性破坏特征。提出了缓、倾斜煤层回采巷道的合理断面形状和支护方式，为工程设计和实际应用提供了科学依据。     

急倾斜松软煤层回采巷道上帮煤体的稳定性控制

为控制新强煤矿急倾斜松软煤层回采巷道上帮变形失稳,采用理论分析和现场实验相结合的方法对急倾斜煤层回采巷道合理支护方式、支护参数和上帮稳定性控制技术进行研究。结果表明：急倾斜煤层巷道的变形与破坏呈非对称性;采用锚杆支护后,影响上帮稳定性的关键因素是巷道底臌的控制,巷道上帮底角是控制的关键部位。新强煤矿采用文中回采巷道支护参数优化设计方案,巷道变形得到了有效控制,取得了显著的支护效果。     

极近距离煤层下分层回采巷道支护技术研究与实践

本文通过对同煤集团四老沟矿极近距离煤层下分层巷道支护技术研究,对层间距为0.8～2.0 m下分层巷道采用双重组合支护方式,成功地维护住了巷道顶板,达到了预期的支护效果.这对极近、近距离煤层下分层掘进工作面的支护具有重要的应用和参考价值.     

逐层回采地表移动规律及建筑物采动损害评价研究

开展地下开采地表移动规律及对建筑物采动损害程度研究,对于地表建筑物的保护具有重要指导作用.以铜坑矿锌多金属矿体的开发利用为工程背景,运用FLAC3D程序构建多层缓倾斜薄矿体的三维数值模型,分析多层矿体逐层回采模式下地表的移动变形规律;并比照国家有关标准规定,评价地表重要建筑物的采动损害.研究表明:铜坑矿锌多金属矿体逐层回采过程地表移动幅度不断增大,但由于矿体埋藏深、厚度小,开采结束后地表最大倾斜变形、曲率变形、水平变形指标量值分别为0.008 2 mm/m、0.001 48 mm/m2、0.017 2 mm/m,均远小于国家有关规定的最大允许变形值,不会对地表建筑物的安全稳定产生显著影响.     

高位钻场煤层注水防尘技术

针对松软、低透气性、底板起伏大煤层注水防尘效果差的问题,提出了高位钻场煤层注水防尘技术方案.根据11 071工作面煤层实际特点,确定了合理的钻场间距.每个钻场设计了20个钻孔,分为主要钻孔和辅助钻孔,其中主要钻孔湿润工作面前方大部分煤体,辅助钻孔主要湿润高位钻场周围煤体.此外,根据理论分析、计算及实践经验,确定了钻孔技术参数和注水工艺参数.通过分析现场测定注水前后粉尘浓度的数据表明:实施高位钻场煤层注水技术后,工作面各工序产生的粉尘量大幅降低,工作面及平巷的劳动环境显著改善.该成果对松软低透煤层注水防尘具有一定的参考价值和指导意义.     

长青煤矿6#煤层顶煤冒放性数值模拟

为研究煤矿顶煤冒放性,基于长青煤矿6#煤层煤岩物理力学参数,利用通用离散元程序（UDEC）建立工作面走向数值计算模型,分析工作面推进距离对顶煤冒放高度的影响。结果表明：随着工作面的推进,顶煤屈服破碎高度增加,破碎、垮落范围增大。当工作面推进20 m时顶煤破坏范围和破坏形状趋于稳定,屈服破坏高度达到峰值9 m。由此,煤层冒放性较好,可以采用一次采全高综采放顶煤开采方法。该研究为长青煤矿6#煤层放顶煤开采生产提供了理论依据。     

倾斜煤层窄长露天矿分区开采分期境界优化

针对倾斜煤层窄长露天矿,经常采用纵采转横采内排的开采程序,基于其剥离物流向流量的变化对经济合理剥采比大小的影响,提出一种分区、分时期的优化开采境界方法。该方法依据首采区位置的不同可分为A模式(即首采区位于矿权一侧)和B模式(即首采区位于矿权中部)两种开采模式。此外,按照露天剥采工程发展过程中剥离物流向流量变化的情况,将其露天矿山开采过程归结为三个时期:全部外排期、部分内排期和全部内排期。通过构建剥、采、排工程位置模型,系统地研究了两种开采模式分时期境界优化的原则和适用条件,并提出境界优化模型。研究成果在准东露天煤矿开采实践中得到应用,结果表明:准东露天矿的经济合理剥采与其开采境界优化前相比,由原来的1.50m~3/t增加至1.62m~3/t,其经济合理开采深度增加了24.7m,顶帮外扩距离增加了45.65m,经济可采储量增加了85.27Mt。实现了露天开采经济效益的最大化。     

露天煤矿选采理论及方法研究

针对露天矿开采过程中因选采效果不好而造成的矿产资源损失及贫化问题,通过理论分析与计算,研究选采工艺、开采程序、台阶高度对选采效果的影响。分析不同采掘设备的选采效果,以根据不同煤岩选采类型的特点选择最优的选采工艺。以单个台阶推进模型为研究对象,计算分析露天矿开采过程中不同推进方向的选采技术指标,以矿山经济效益最大化为目标,建立了煤层最小选采厚度优化模型。通过建立数学模型推导出台阶高度与煤炭损失率、岩石混入率、最小可采厚度、最小剔除厚度的的函数关系,进而找出通过优化台阶高度来提高选采效果的方法。以白音华二号露天矿为实例进行了研究,结果表明:通过选择合理的选采工艺、推进方式,优化台阶高度,可以有效提升露天矿选采效果。     

含夹矸厚煤层综放开采顶煤运移规律数值模拟

根据鹤岗富力矿含中位厚夹矸煤层地质条件及煤的赋存状况,应用RFPA2D数值模拟软件分别对-450南18-2工作面含0.5、1.0、1.5 m厚夹矸开采煤体的运移情况进行数值模拟。结果表明,采动过程中,上部顶煤垂直方向的位移量均大于下部,而下部顶煤始动点距工作面的距离均大于上部。夹矸层强度与煤层强度既定情况下,工作面顶煤的运移规律及破碎程度均与含夹矸层的厚度相关。含1.0 m厚夹矸顶煤总位移量大于含0.5、1.5 m厚夹矸顶煤总位移量;含1.0 m厚夹矸顶煤比含0.5、1.5 m厚夹矸顶煤破碎充分。该研究为含夹矸条件下厚煤层综放开采冒放工艺的确定提供了依据。     

赵各庄矿井高倾斜煤层深部开采矿井涌水量预测研究

赵各庄矿井13水平西翼第8号石门区域的3839工作面是一个典型的近百年开采的高倾斜煤层深部开采区。为预测3839工作面涌水量,首先分析了其上部9-13水平近30年的开采面积、降水量、奥灰水位、开采深度等因素与矿井涌水量的相关性;其次,筛选出了老空积水量、降水量、奥灰水位变幅和开采深度等影响因素;最后,通过建立多元线性回归分析预测模型(方程),并利用2012年涌水量数据对预测模型进行验证,发现该预测模型与2012年实测数据相关性很高。进而对2013年的3839工作面涌水量进行了预测,得到的结果与已有的比拟法、解析法预测结果均较接近。说明该模型涌水量预测可行,但未证明该模型具有普遍适用性。     

注水法软化煤层在梅河一井综放中的应用

为了降低综放工作面粉尘体积分数,采用煤层注水的方法对梅河一井综采放顶工作面煤层进行降尘,结果表明:通过合理的选择煤层注水钻孔施工工艺,优化煤层注水参数,减少影响煤层注水效果的因素,加强煤层注水的日常管理,使水从煤体的裂隙和孔隙中挤走大量的游离沼气,延迟了瓦斯解吸释放的时间,降低了煤层开采时的瓦斯涌出量及上隅角瓦斯体积分数,杜绝了瓦斯超限现象。另外,在高瓦斯矿井煤层注水能使煤质变软,增加塑性,从而减少冲击,降低煤与沼气突出次数。实践证明:是煤层注水是一种行之有效的方法,为其他采区的综放工作提供了先进的方式和经验。     

急倾斜煤层复采抽冒规律与安全开采高度确定

为了最大限度的开采煤炭资源,通常进行复采,尤其是特厚煤层。针对复采过程中,特殊的地质条件下,易发生抽冒事故的此问题,以开滦马家沟矿急倾斜煤层开采地表塌陷规律及井下同一煤层开采时发生的抽冒事故为现实依据,经过分析总结,得出了急倾斜煤层开采时复采抽冒规律及上部复采与下部正常开采的安全距离等重要结论。     

露天煤矿拉斗铲作业对煤层厚度变化影响

为了使拉斗铲能够更好的适应煤层变化,采用灰色系统预测模型和时间序列理论对露天煤矿生产期拉斗铲年剥离量和生产计划量进行预测,通过对比分析,建立了拉斗铲生产时期的适应性研究的数学模型及流程图,得出了调整拉斗铲作业参数的临界煤层厚度,结果表明煤层厚度的变化对拉斗铲的作业有重要的影响,为适应煤层厚度变化而修正拉斗铲作业参数和矿山露天煤矿生产进度计划的编制提供了具体的分析方法和理论依据。     

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。     

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。