基于钻孔摄像及示踪技术的上部远距离采空区有害气体下泄验证方法

针对特厚煤层放顶煤工作面采动影响下,上部远距离采空区有害气体是否下泄并对工作面上隅角气体浓度产生影响的疑惑,提出了利用钻孔摄像及示踪气体技术联合验证的方法。研究结果表明:特厚煤层综放工作面岩层垮落高度呈台阶状上升,垮落高度远大于普通综采工作面;工作面回采至100 m时,上部岩层垮落高度可达190 m,工作面初次来压后,远距离上部采空区有害气体经垮落裂隙下泄至工作面采空区,最终影响工作上隅角有害气体浓度;钻孔摄像结合SF6气体示踪技术可准确判定远距离采空区有害气体对回采工作面的影响,为工作面有害气体防治提供技术支持。     

塔山矿地面L型钻孔抽采瓦斯技术应用

为了验证地面L型钻孔抽采采空区瓦斯效果，以塔山矿8214综放工作面为研究对象，采用数值模拟和理论分析相结合的方法，确定了抽放钻孔布置位置和钻孔结构，设计了L钻孔抽采瓦斯方案。研究结果表明：塔山矿8214综放工作面垮落带高度为35m，裂隙带高度为60m，顶板最大悬露空顶长度为45m，垮落角为45°国钻孔应布置在距采煤工作面顶板40～60m，距帮26～30m，有效解决了工作面上隅角和低位抽采巷的瓦斯超限的问题|钻孔的终孔始终位于工作面上隅角的后上方，有效解决了钻孔与工作面推进在瓦斯治理中的时空匹配问题，达到了高效稳定治理采空区瓦斯的目的。     

高瓦斯综放工作面顶板破坏规律及高位钻孔抽采技术

为了确定半孤岛综放工作面邻空侧巷道高位钻孔终孔位置,以石泉煤矿30103半孤岛综放工作面为研究对象,通过数值模拟方法研究了30103半孤岛综放工作面上部160~175 m范围上覆岩层破坏规律,结果表明:工作面上覆岩层塑性区发育顺序由工作面中部向工作面上部逐渐发育,工作面在回采60~80 m范围内,工作面垮落带高度为16~21 m,工作面断裂带高度为21~43 m;依据数值模拟结果设计高位钻孔终孔位置为工作面上部顶板25~35 m层位,钻孔分布范围为工作面上部160~180 m范围,通过现场实测分析得出了高位钻孔抽采效果明显,参数设计合理。     

采空区上覆岩层垮落带和裂隙带发育高度分析

首先利用经验公式计算出某矿22310采空区上覆岩层垮落带和裂隙带发育高度为6.6~8.8 m和8.8~36.09 m。而后利用高位钻孔测定瓦斯浓度判定裂隙发育的机理,判定采空区上覆岩层垮落带和裂隙带发育高度分别为12.2 m和12.2~20.7 m,与计算值存在一定误差。因此,进行高位钻孔设计时,以理论计算值为依据,参照实际考察值,需将钻孔设计高度大于实际考察垮落带高度值,小于裂隙带理论计算值。在此范围内进行钻孔参数优化设计,可以提高钻孔瓦斯抽放效果。     

基于微震监测的综放工作面覆岩“两带”高度确定

为了实现微震监测确定综放工作面覆岩垮落带、裂缝带高度的目的,为综放工作面的“两带”研究提供依据,通过微震监测,分析了“两带”微震事件分布特征,确定了“两带”高度,经地面钻孔探测,验证了微震监测覆岩“两带”高度的可行性。研究表明:现场微震监测了垮落带岩层“裂隙产生—裂隙扩展—岩层断裂—岩层垮落”的过程,以微震事件分布密集且分层集中为主要特征;裂缝带岩层“裂隙产生—裂隙扩展—岩层断裂”的过程,以微震事件分布不集中,自下而上逐渐减少甚至消失为特征;同一属性岩层微震事件具有明显的分层特征,低位分层微震事件集中、高位分层微震事件明显减少的特征,综合利用微震事件分布及分层集中特征作为判断“两带”的重要依据,分析得到垮落带的高度为109m,裂缝带岩层高度246~380m。微震监测“两带”高度较实测结果有些偏差,但基本可以满足现场需要。     

特厚煤层大采高综放工作面端部覆岩活动规律研究

为了研究特厚煤层大采高综放工作面能否采用小煤柱沿空掘巷技术,以塔山煤矿特厚煤层8204大采高综放工作面为工程背景,采用地表下沉量观测、微震观测和理论分析的方法研究了大采高综放工作面端部覆岩活动范围、裂隙场分布、运动特征及结构特征。结果表明:15 m特厚煤层大采高综放工作面垮落带高度为43 m,断裂带高度为43~200 m,200 m以上岩层处于弯曲下沉带内;大采高综放工作面端部以垮落角、移动角为边界形成滑移破裂区、拉压裂隙区和压裂隙区3个裂隙发育区;采空区稳定前工作面端部形成"下位悬臂梁-上位砌体梁"结构,随着工作面推进,覆岩进一步运动下沉,采空区稳定后下位悬臂梁破断,形成三角形滑移区,上位关键层仍以砌体梁结构方式存在,并控制侧向应力场的分布。     

大采高工作面两带高度分析研究

以山西某矿150403工作面地质条件为背景,运用数值模拟研究了大采高工作面上覆岩层断裂移动特征、裂隙发展、"两带"高度等。研究结果表明:大采高工作面直接顶分层垮落,直接顶第一分层、第二分层垮落后的冒落矸石不能充满采空区,导致直接顶高度增加;采空区上覆岩层的下沉具有明显的滞后性;15#煤层的冒落和裂隙带高度分别为20m和30m,高位钻孔终孔高度在30m抽放效果较好。     

采空区上覆岩层破坏高度的预测

煤矿开采后采空区上覆岩层由上而下依次形成垮落带、裂缝带和弯曲下沉带。采用井下钻孔的方法对大佛寺煤矿采空区上覆岩层现场观测,得出了垮落带和裂缝带的发育高度,并理论推算出了其发展规律的二次预测模型。预测结果表明:从距回风巷10m的位置处起,垮落带开始发育,其最大高度距煤层顶板约为0～1.3m,裂缝带最大高度距离煤层顶板27.6m,该模型的获取为大佛寺40106工作面煤的自燃防治及高抽巷瓦斯抽放提供了重要的理论依据。     

综放开采顶板岩层垮断特征的3DEC模拟研究

基于综放开采,采空区冒落高度大、冒落形态复杂的特征,采用三维离散元程序3DEC模拟分析了综放工作面岩层不同垮断几何参数时的采空区覆岩冒落规律、岩梁运动趋势及其对采场可能带来的动载荷。研究结果为综放采场岩层控制和支护阻力确定提供了一定的参考。     

厚煤层工作面覆岩破坏高度确定研究

随着工作面的不断向前推进,工作面上方岩层垮落高度不断增加,增大工作面矿山压力的同时导通了通水裂隙,直接威胁工作面生产安全。本文以某矿2301N工作面为研究对象,对工作面的厚煤层分别从分层开采、网下综放、综放开采3种采煤方法的上方岩层垮落高度分析,进行比较。研究结果表明,综放采煤工艺上覆岩层裂隙发育最大,网下综放次之,分层综采最小,可为上覆岩层含水层及三下采煤提供借鉴。     

沟壑地貌下综放开采覆岩破断特征研究

针对沟壑地貌下综放开采工作面矿压显现强烈、来压规律异常的现象,论文以某矿12309工作面经过沟壑地貌下的推进过程为工程背景,综合采用数值模拟和相似模拟的研究方法,分析了工作面推进过程中的覆岩运移和破断特征以及塑性区演化规律,揭示了沟壑地貌对综放开采矿压显现的影响机理。研究结果表明：主关键层的破断将引起基岩和黄土层之间的离层,使得裂隙贯通至地表形成裂缝,此时沟壑地貌的地表不均布载荷易于和采动应力相互影响,造成工作面覆岩和黄土层上坡段区域出现向采空区回转的趋势,导致综放工作面矿压显现异常剧烈;同时相似模拟结果量化了12309工作面基本顶初次破断步距为35 m,周期来压步距介于23~34 m。数值模拟分析了工作面覆岩塑性区演化规律,与相似模拟结果相互吻合。该研究结论可为相似条件下的工作面推进规划提供借鉴。     

复合关键层综放开采瓦斯运移与抽采耦合规律研究

针对复合关键层工作面开采后覆岩裂隙演化及瓦斯运移涌出耦合规律，以王家岭煤矿12313综放工作面为工程背景，通过研究工作面推进后覆岩活动、裂隙演化情况，得到工作面覆岩裂隙分布特征，建立数值模型，分析卸压瓦斯运移规律。最终将研究结果应用于12313综放工作面现场瓦斯治理及效果检验。结果表明：12313综放工作面复合关键层初次破断步距为49.84m，走向模型的垮落带和裂隙带组成的“两带”高度为121.1m，切眼侧和工作面一侧的裂隙区宽度分别为45.6m和44.6m，切眼和工作面的垮落角分别为62°和60°，倾向模型的垮落带和裂隙带组成的“两带”高度为115m，运输巷一侧和回风巷一侧的裂隙区宽度分别为37m和40m，运输巷和回风巷的垮落角分别为62°和63°；12313综放工作面施加“高位定向钻孔+回风巷埋管”抽采措施后，回采过程中上隅角最大瓦斯浓度能够保持在安全范围内，当埋管口深度为17.3m时，上隅角瓦斯浓度达到0.478%，有效解决了上隅角瓦斯超限及积聚问题，可为类似条件下采煤工作面瓦斯治理提供参考。     

综放工作面采空区自然发火的数值模拟研究

采用有限元数值模拟方法求解了综采放顶煤工作面采空区风流运动规律的三维非定常气体渗流方程, 用该数值计算模型（ 软件程序） 能够较为有效地反映出采空区内的风流压力和速度分布情况, 结合实例, 给出了采空区内自然发火影响带与漏风风量的关系．     

综放工作面连续注氮下采空区气体分布及 “三带”变化规律

介绍了同煤集团塔山矿8202综放工作面开采过程中,采用埋管、连续注氮方式向采空区注氮,防止采空区遗煤自燃。同时在采空区预埋束管,测量连续注氮前后各测点氧气和一氧化碳浓度的变化,并结合采空区遗煤自燃理论,得出了采空区自燃“三带”的分布变化。结果表明：综放工作面采空区在连续注氮下,氧气浓度随采空区深度的增加明显降低,最终稳定在5%左右;一氧化碳浓度随采空区深度的增加稳定在50×10 -6以下;注氮量越大,氧气和一氧化碳浓度下降的幅度越大;由于工作面供风量和漏风量都较大,对散热带宽度影响不大,氧化带在注氮后缩短了约60 m,窒息带前移了约70 m。     

综放工作面注氮条件下采空区自燃“三带”划分

利用束管监测系统监测汾源煤业5-102综放工作面采空区氧气浓度变化情况,按照标准对综放工作面采空区自燃"三带"进行划分,并计算综放工作面的安全推进度,为工作面实现安全回采提供技术保障。监测结果表明,目前5-102综放工作面平均推进度为1.2 m/d。因此,工作面在采取开放式、连续性注氮措施的情况下,采空区自然发火危险性较低。     

厚煤层采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对崔家沟煤矿2303综放工作面瓦斯涌出量高易造成瓦斯超限的安全难题,应用采动裂隙椭抛带理论,在分析特厚煤层综放开采覆岩破坏特征的基础上,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟试验研究了采空区覆岩"三带"演化规律,建立了采动裂隙椭抛带数学模型,确定出了覆岩裂隙瓦斯抽采有利区,提出了低-中-高位钻孔相组合的瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:2303综放工作面垮落带高度为33 m,断裂带高度为110 m,距离煤层底板35 m以上55 m以下与外椭抛面交集的范围为瓦斯抽采的有利区域;通过低-中-高位钻孔抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度小于0.6%,回风巷瓦斯浓度小于0.5%,有力保障了工作面的安全高效回采。     

"两硬"综放工作面综合防灭火技术

在"两硬"条件煤层中实施放顶煤开采,由于采空区遗煤量大、顶板坚硬、冒落块度大、空隙率大、工艺巷给采空区供风和顶板冒落呈现明显的"切冒"特征,使得采空区漏风强度大大增加,采空区氧化自燃带范围加宽,自燃危险程度增加。根据"两硬"特点实施的综合防灭火技术,保障了综放面的安全生产。     

许疃煤矿大采高综放工作面瓦斯治理技术

许疃煤矿针对大采高综放工作面瓦斯治理问题,采用了工作面顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、顶板高位上向穿层钻孔抽采大采高工作面上邻近层瓦斯、顶板高位走向钻孔抽采本煤层同时拦截抽采上邻近层卸压瓦斯的综合瓦斯抽采技术。针对大采高综放工作面顶板高位走向钻孔布置层位的选择,通过相似模拟试验、关键层理论分析和UDEC软件模拟研究许疃煤矿大采高工作面顶板冒落规律,寻找大采高采场上覆岩层中裂隙位置和顶板瓦斯富集区;以此确定顶板高位钻孔的相关抽放工艺参数,为大采高工作面采空区高位瓦斯抽放钻孔的设计提供了理论依据。同时为大采高工作面上邻近层卸压瓦斯抽采钻孔的设计提供了理论指导。     

河下综放开采覆岩破坏发育特征实测及模拟研究

下沟煤矿位于泾河下的煤炭资源,采用综放开采,现有的导水断裂带高度计算方法不能满足水体下采煤安全评价的要求。为了掌握泾河下特厚煤层大面积综放开采的覆岩破坏发育特征,实现水体下安全回采,在研究区工作面不同位置布置了5个采后“两带”孔,进行了钻孔冲洗液漏失量和彩色电视观测,并通过物理模拟进一步研究了在各工作面间留设一定宽度隔离煤柱的开采方式的覆岩破坏过程。观测和模拟结果表明：隔离煤柱有效地控制了覆岩破坏发育高度,成为泾河下压煤安全回采的关键。根据得出的单工作面最大裂采比,并通过最小防水安全煤岩柱垂高的计算,认为地质条件满足泾河下安全回采的要求。     

10101综放工作面采空区自燃“三带”分布特征

针对豹子沟煤矿10101综放工作面开采,分析探讨可能引起采空区自然发火火灾危险因素;应用气相色谱分析仪和束管取气的方法测定该工作面采空区自燃“三带”分布数据;采用现场实测方法和采用数值模拟法分析采空区自燃“三带”规律,经比照,得出不同风量条件下采空区自燃“三带”分布特征,最终确定范围为:散热带小于27.2 m,氧化自燃带27.2~74.5 m,窒息带大于74.5 m;结合煤层最短自然发火期,确定工作面的最小安全推进速度为1.84米/天。