多场耦合下急斜煤层开采三维物理模拟(1)

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并演化为动力灾害.针对于西北强震作用下煤矿采空区(局部化)动力失稳定量预报,以乌鲁木齐矿区急倾斜煤层放顶煤开采为背景,首先系统分析了物理模拟复合材料损伤与破裂的"声-光-电"信号迁移途径与有效可靠的测试方法,继而构建了大型立体地球物理模拟装置与"声-光-电"指标信息测控系统,形成动力灾害源的识别技术和危险性分析技术(平台).这最终为急倾斜厚煤层放顶煤开采技术参数的合理确定、提高灾害识别能力和预测精度以及灾害控制奠定科学基础.     

急斜煤层水平分段综放开采围岩失稳特征分析

针对急斜煤层水平分段综放开采围岩失稳特征,通过对围岩力学模型分析,研究围岩结构的失稳过程和演化途径.根据急斜煤层围岩的非对称分布特点,所产生的非对称作用极易使围岩发生局部变形.局部变形的不断扩展进而将导致围岩发生失稳,这种动力学失稳极易演化为灾害.为了控制这种灾害的发生,借助声发射和钻孔窥视实时监测围岩"损伤-破裂-失稳"的全过程,将为工作面开采扰动区围岩失稳与控制提供了值得借鉴的依据.     

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。     

矿井急倾斜煤层开采实践

我国急倾斜煤层分布广泛,其地质条件大多数比较复杂,经过长期的勘探和开采,对现有生产矿井中的急倾斜煤层的赋存特征已有相当的了解,急倾斜煤层的开采方法与煤层埋藏的地质条件有密切关系。开采急倾斜煤层的煤矿存在水害威胁、瓦斯、自然发火等重大安全生产隐患。为了保证急倾斜煤层综放工作面安全开采,加强回采工艺各环节管理,防止溃水溃泥、瓦斯增大等带来的不安全隐患。通过改革综采支架和开采技术管理,增强综放工作面安全开采。回采实践证明,急倾斜煤层开采管理方法保证了梅河煤矿四井多个综放工作面的顺利安全回采,创造了巨大效益。至今在梅河煤矿四井急倾斜煤层综放开采经历了25年,有较成熟的开采经验。为类似矿井开采提供了宝贵的管理经验。     

急-倾斜厚煤层走向长壁综放开采支护系统稳定性分析及控制

通过对倾角45°左右,厚度12.5-23m煤层条件下采用走向长壁综放开采支护系统稳定性的理论分析,提出了临界倾倒角的概念并建立了相关的数学模型。通过实践总结出了在动态、静态情况下防止急-倾斜厚煤层走向长壁综放工作面支护系统失稳的开采技术及管理经验。     

急斜煤层顶板裂隙扩展诱导能量时-空演变特征

水平分段综放开采面顶板断裂失稳预测对急斜煤层开采动力灾害防治至关重要。以碱沟矿495 m水平B1+2煤层综放工作面为背景,基于现场开采条件分析,开展顶板能量演变理论计算,构建急斜煤层顶板裂隙扩展能量演变物理平面模型实验,采用声发射与红外热像综合监测手段,揭示急斜煤层顶板裂隙扩展诱导能量时-空演变特征。研究表明:急斜煤层顶板积储的可释放应变能大于耗散能,采动作用致使顶板岩体内部损伤加剧,裂隙扩展诱导能量释放速率必然骤增;采动岩体裂隙动态扩展过程中声发射信号与红外热量同时变化,其中声发射事件数与能率呈缓慢与快速演化特征,红外热像出现热量异常(区)迁移;顶板破裂过程中"声-热"时序演变特征的实质为裂隙扩展诱导能量非均匀释放,形成缓慢与加速释放迁移的时-空演化过程,能量加速释放易造成顶板断裂失稳并诱发动力灾害。这为现场灾害预报与防治提供科学依据。     

急斜煤层EDZ围岩动态演化规律2D—BLOCK数值追踪模拟

急斜特厚煤层高阶段综放开采中,开采扰动区(Excavation-Disturbed-Zone,EDZ)内顶煤及采空区围岩结构动态演化规律预计是安全开采的关键保障F技术之一。对苇湖梁煤矿 579E2EB1 2急倾斜煤层(64°)高阶段(52m)综放面开采中采空区顶板坍塌现象综合认识,采用2D-BLOCK精细数值模拟程序,建立了相应的离散元数值分析模型,进行动态数值追踪模拟计算,揭示了复杂环境下急斜厚煤层开采形成的采空区坍塌规律,为现场安全开采提供了科学依据。     

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。     

急倾斜特厚煤层长壁综放开采技术浅析

为了解决急倾斜特厚煤层长壁综放开采技术的难题,靖远煤业公司王家山煤矿创新设计了"非线性异面空间"的工作面布置方式,对提高工作面支护系统的稳定性创造了有利条件,简化了工作面设备布置方式,使得急倾斜~倾斜特厚煤层综采放顶煤开采的一系列难题迎刃而解。     

急倾斜煤层硫化氢气体侵蚀规律与综合治理

硫化氢气体是高含硫的急倾斜煤层(65°)综放工作面的主要危险源之一.以铁厂沟煤矿45#煤层水平标高为+645 m的综采放顶煤工作面硫化氢气体治理为工程背景,针对硫化氢的特殊物性,综合分析了高含硫的急倾斜煤层综放工作面硫化氢的腐蚀机理、危害与影响因素,采用综合手段,有效降低了工作面尾巷硫化氢气体浓度,实现了安全开采.