近距离煤层群上行开采条件下沿空留巷围岩运移规律与控制

以叙永一矿15采区缓斜近距离多煤层群为研究对象,运用离散元数值模拟软件UDEC 6.0分别对其C19、C20和C24煤层上行开采过程中的沿空留巷方式及其相应的应力分布情况和围岩运移规律进行了系统地对比分析研究,得到了缓斜近距离多煤层群上行采动影响条件下的最佳沿空留巷方案。所得研究结果可为近距离多煤层群的开采方式及沿空留巷方案提供一定的技术参考及补充。     

近距离多煤层重复采动“两带”高度预计方法改进

为解决"三下"采煤规程中近距离煤层组综合采高M_Z计算公式在上下煤层间距较大时计算结果失真问题,基于开采沉陷规律和时间效应,研究并提出了2层及以上近距离煤层组(群)开采时"两带"高度预计方法,即导水裂缝带和垮落带。研究结果表明:根据煤层采高M、垮落带高度H_k和煤层间距h,近距离煤层组又可划分为较近距离煤层组(Mh≤H_k)和极近距离煤层组(0≤h≤M);近距离煤层组(群)折算采高M_(ZS)为将采煤层采高加上由已采煤层和煤层间距折算的采高,极近距离煤层组还需考虑时间因素;基于M_(ZS)提出了"判别煤层组类型—计算折算采高—确定‘两带’高度"三步法的近距离煤层组(群)开采"两带"高度预计方法及预计公式。实际工程应用验证该方法更为合理、有效,可为水体下多煤层安全高效开采提供了技术支撑。     

近距离煤层群一次采全高工作面瓦斯涌出源精准分析

长岭煤矿属于近距离煤层群高瓦斯矿井,煤层瓦斯压力大,瓦斯含量高,为了精准分析回采工作面不同时期瓦斯涌出来源及涌出量,以C_(5b)煤层152105回采工作面为研究对象,应用现场测试及数值软件模拟方法开展了回采工作面瓦斯涌出量、开采层瓦斯涌出量、邻近层瓦斯涌出量、采空区瓦斯浓度分布规律及邻近工作面漏风规律研究工作。     

近距离煤层群开采过程中上覆煤层采空区气体变化规律

近距离煤层群开采过程中邻近层之间产生大量相连通的裂隙,采场情况十分复杂,并伴随不同煤层间因通风引起近距离煤层群漏风,在研究漏风规律过程中,煤矿工程现场煤层群采空区漏风规律与单煤层开采漏风规律有很大区别,开采过程中采空区气体的分布规律也更加复杂,给采空区煤层自燃预测预报带来了困难。通过理论分析、现场监测相结合的方法研究近距离煤层群开采过程中上覆煤层采空区气体变化规律,为制定采空区煤自燃预防措施提供科学依据。     

近距离煤层群煤与瓦斯高效共采技术体系研究 ——以山西吕梁沙曲矿区为例

为掌握近距离煤层群叠加开采的应力-裂隙-瓦斯渗流规律,构建近距离煤层群煤与瓦斯高效共采技术体系及动态评价模型,以山西吕梁沙曲矿区为研究对象,采用物理相似模拟、超声波试验及SF6示踪气体现场监测相结合的研究方法,分析了沙曲矿区近距离煤层群煤层气资源的赋存特点,探究了沙曲矿区近距离煤层群多次扰动下煤岩损伤变量随应力的变化规律,建立了Boltzmann煤岩损伤方程,得出了沙曲矿区近距离煤层群叠加开采条件下采动应力演化-裂隙发育-瓦斯运移规律。研究结果表明:沙曲矿区煤层的孔裂隙结构特征不利于瓦斯运移,在近距离煤层群叠加开采条件下二次采动对于覆岩应力场和裂隙场的影响并非简单的效果叠加,而是“1+1>2”的影响效果,下伏煤层在叠加开采下产生了贯穿型裂隙,并在其周围衍生了大量的次生裂隙,为煤层瓦斯运移提供了优势通道;根据沙曲矿区煤-气共采不同阶段的时空条件和消突要求,分区分级优选并集成了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术体系,即在规划区采用多种地面井规模化多煤层长时间预抽煤层气,在准备区采用多分支水平井井孔定向对接共采和保护层开采+底抽巷定向钻孔群抽采,在生产区采用大采高沿空留巷共采及大直径定向钻孔群共采技术;通过分析煤与瓦斯共采的影响因素,提出了近距离煤层群煤与瓦斯共采动态评价指标体系,建立了贝叶斯煤与瓦斯共采评价模型,实现了对沙曲矿区煤与瓦斯共采效果及矿井部署合理性的评价,得出沙曲一矿煤与瓦斯共采动态合理性概率为0.65、共采合理性等级为“较为合理”;最后阐述了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术存在的关键问题,展望了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术未来发展方向。     

近距离煤层群多重采动覆岩破坏特征及应力传递规律研究

近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11~#煤层、14-2~#煤层、14-3~#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群开采时顶底板围岩的覆岩破坏特征及应力传递规律。研究结果表明：近距离煤层群下行开采过程中,随着采动次数增加,顶板横向裂隙超前发育和纵向裂隙穿层效果更为明显,垮落块度明显减小,来压规律不明显;煤层顶板覆岩因采动产生的应力峰值随采动次数增加而降低;初次采动影响下,稳定后的覆岩应力要明显小于原岩应力,而多次采动稳定后的覆岩应力与该次采动前相近;上覆岩层在多重采动影响下,破坏更彻底,形成台阶式的岩层切落。研究结果可为条件相似的近距离煤层群开采顶底板围岩控制、采空区积水及瓦斯防治提供参考依据。     

近距离煤层群开采上层采空区气体变化规律

近距离煤层群开采过程中邻近层之间产生大量相连通的裂隙,采场情况十分复杂,并伴随不同煤层间因通风导致的煤层间漏风,致使采空区漏风规律与单层开采有很大区别,采空区气体的分布规律也更加复杂,给采空区煤层自燃预测预报带来了困难。因此通过理论分析并结合现场监测结果研究近距离煤层群开采本层及上层采空区气体变化规律,为制定采空区煤自燃预防措施提供科学依据。     

北辛窑矿综放采场上覆岩层结构及移动规律研究

随着采煤技术的发展,较大倾角煤层开采越来越多,这成为煤矿开采的难题之一。较大倾角煤层采场矿山压力显现规律及顶板、顶煤运动规律与缓斜煤层不同,基于北辛窑矿2#煤倾斜综放采场的具体条件,分析研究了较大倾角厚煤层上覆岩层结构特征和顶板运移规律,为较大倾角厚煤层安全高效开采提供了重要参考。     

近距离采空区下应力分布及稳定性数值模拟分析

本文以淮南矿区谢一矿近距离缓倾斜煤层群采空区下回采巷道为研究对象,采用FLAC3D软件对该巷道煤层底板垂直应力分布进行数值分析,得出煤层倾角对倾斜煤层工作面底板应力分布规律,为巷道的后期维护提供了理论指导。     

近距离煤层群下行开采矿压规律研究

针对近距离煤层群上部煤层开采容易导致下部煤层开采区域的顶板结构及应力环境发生变化的情况,通过采用通用离散元数值模拟软件UDEC,对近距离煤层群在上部煤层开采完后围岩的应力分布规律及底板破坏情况进行模拟研究,为下部煤层开采时的顶板控制设计提供科学依据,对类似开采条件的近距离煤层群下行式开采具有一定的参考意义。     

近距离煤层群开采上覆煤层自燃危险区域探测技术

针对近距离煤层群采空区自然发火隐蔽高温区难以识别问题,采用分布式光纤温度探测技术对火源高温点监测,以及井下近距离抽气的束管探测技术对气体异常点监测。根据近距离煤层群开采遗煤分布特征及漏风规律,布置符合现场实际情况的气体测点,通过现场观测结果研究了采空区内温度分布及气体分布规律。结果表明:光纤测温结合近距离束管抽气的方法能较全面地监测近距离煤层群开采上覆煤层自燃关键参数变化,同时对类似矿井火区探测研究具有较好的借鉴意义。     

工作面风流流场及瓦斯分布规律计算机模拟

通过理论分析和数值模拟,系统的将开采煤层和近距离煤层卸压储集和运移规律与采动覆岩移动、裂隙演化过程有机的结合起来,发现了近距离保护层开采过程中的煤岩体裂隙动态时空演化风流流场分布规律及瓦斯分布规律,揭示了近距离保护层开采上隅角、采煤机附近和支架顶部区域瓦斯积聚原因。     

深部近距离煤层群采动力学行为探索

我国深部近距离煤层群赋存开采比重大,采动力学机理不清,导致开采效率低,安全事故频发。深部煤岩体所表现出的物理力学特性及变形破坏特征较浅部有着本质差异,尤其在深部近距离煤层群开采条件下,临近工作面扰动影响将导致更加复杂的采动应力重分布过程。针对深部近距离煤层群采动影响下巷道围岩控制难题,依托平煤十二矿己_(14)和己_(15)深部近距离煤层群工程实践,在己_(15)-31030工作面进风巷内开展了巷道收敛变形、锚索应力现场原位监测试验,理论计算了近距离煤层群底板破坏范围并推导得出了巷道围岩变形速度公式,初步揭示了深部近距离煤层群采动力学行为。研究表明:己_(14)煤层底板破坏深度理论值约21.24～30.88 m,上覆煤层采动影响导致本煤层采场边界改变,巷道顶底板及左右帮收敛量约400 mm,巷道收敛变形量随采煤工作面推进呈现阶梯式缓慢增长与指数式快速增长两阶段模式,其中指数式快速增长阶段为巷道变形的主要阶段;锚索应力随采煤工作面推进呈现"近线性增长—跃阶式降低"两阶段演化模式,顶板锚索应力平均变化率、峰值应力均显著高于巷帮相应参数,巷道顶板采动效应较巷帮更为明显;锚索应力峰值点滞后最大收敛变形位置约40 m,采动影响时效相比单一煤层开采大幅延长约35 m,采动应力变化率及其峰值分别降低约53.5%,24.5%,己_(15)煤层采动影响范围约105 m;巷道围岩变形速率与距采煤工作面距离呈现反比例函数关系,在此基础上,进一步推导得出深部近距离煤层群距采煤工作面不同距离处围岩变形速度预测公式,并对比现场原位监测数据验证了该公式的合理性。研究成果可为同类深部近距离煤层群的巷道围岩变形速度预测、巷道支护及采矿技术优化等工程问题提供参考。     

蔚州矿区单侯矿近距离煤层群区段煤柱留设技术

蔚州矿区单侯矿主采5#、6#煤层,两煤层平均间距24 m,属于近距离煤层群开采。以单侯矿6205N工作面回风巷煤柱、5#煤预留设煤柱稳定性和采空区侧向矿山压力分布为研究对象,掌握6#煤区段煤柱应力分布规律,提出近距离5#煤层区段煤柱宽度留设方案。     

蔚州矿区单侯矿近距离煤层群区段煤柱留设技术

蔚州矿区单侯矿主采5#、6#煤层,两煤层平均间距24 m,属于近距离煤层群开采。以单侯矿6205N工作面回风巷煤柱、5#煤预留设煤柱稳定性和采空区侧向矿山压力分布为研究对象,掌握6#煤区段煤柱应力分布规律,提出近距离5#煤层区段煤柱宽度留设方案。     

近距离煤层回采巷道布置方式研究

根据近距离煤层开采相互影响大,回采巷道布置、区段煤柱的留设需考虑煤层间开采的相互影响的特点,在分析了近距离煤层开采采动应力分布、上部煤层区段煤柱载荷规律及近距离煤层开采回采巷道位置关系特点的基础上,结合煤层工程地质条件,应用理论分析和数值模拟的方法,确定了其回采巷道的布置方式和区段煤柱的尺寸.     

近距离煤层群采动卸压规律及瓦斯抽采技术

近距离高瓦斯煤层群开采时,受采动卸压作用工作面上部煤层瓦斯及底板下部煤层瓦斯均会对工作面造成影响导致瓦斯超限,需同时治理。针对杏花煤矿28#煤层右二工作面近距离高瓦斯煤层群开采时瓦斯涌出量大的问题,通过理论计算及数值模拟分析了顶底板煤岩破坏卸压规律为抽采工程设计提供了依据,结合工程经验采用了高位钻场、低位钻场及高抽巷相结合的立体化抽采措施控制本煤层及邻近层瓦斯,并取得了良好的应用效果。     

泉店煤矿近距离煤层群联合开采方式的实现

为实现近距离煤层联合开采,分析了开采工作面采动岩层底板移动与超前破坏区间相互作用的关系,提出了近距离煤层群联合开采常规错距开采模型。从理论上给出近距离煤层群联合开采下的工作面合理错距计算公式,避免因上、下煤层工作面间距设置不合理,造成上下采场不能正常开采的情况。     

煤层群双重卸压开采覆岩移动及裂隙动态演化的实验研究

近距离煤层群双重卸压开采时,顶底板煤岩层反复破坏,形成了不同于单层煤层开采的裂隙通道,对瓦斯抽采造成了较大影响。采用相似材料模拟实验研究了单层开采和双重卸压开采覆岩位移、裂隙及应力分布与演化规律。研究表明：在双重卸压开采作用下,一些覆岩裂隙经历了生成、扩展、压实、张拉、再压实等复杂的过程;覆岩中形成了裂隙趋于闭合的“压实区”和裂隙趋于张开的“裂隙区”,这些裂隙形成了立体交错的瓦斯运移通道,并随双重卸压开采工作面推进而变化。提出了近距离煤层群重复卸压开采瓦斯立体抽采模式,实现上覆煤岩层和下伏煤岩层裂隙通道瓦斯的全面抽采,并在贵州盘江精煤股份有限公司金佳煤矿成功应用。     

近距离煤层回采面下伏大巷减压掘进技术

根据开滦矿区东欢坨矿井近距离煤层群开采矿压特征,采用理论分析、数值模拟等方法研究了先掘后采及先采后掘两种状况下下伏大巷围岩的塑性区及卸压比分布规律,得出了东欢坨矿井2393工作面下伏-690水平回风大巷减压掘进方案,减小了工作面回采活动对下伏大巷的影响,解决了先掘后采导致大巷变形破坏严重、套修工作量大的难题,为近距离煤层群联合开采情况下巷道支护设计提供依据。