准东大井矿区巨厚煤层开采覆岩裂隙分布特征

针对准东巨厚煤层典型赋存特征,选取大井矿区为研究对象,构建了巨厚煤层开采力学模型,模拟研究不同开采方式采场覆岩裂隙分布特征。结果表明:在采场应力的控制下,工作面前方覆岩裂隙由原岩裂隙区依次演化为原岩裂隙闭合区、微裂隙发育区、裂隙快速发育区、破断裂隙发育区、离层裂隙发育区、裂隙逐渐闭合区;覆岩主关键层是覆岩裂隙发育程度高低的分界线,其也会控制覆岩裂隙发育高度;巨厚煤层开采覆岩裂隙主要分布于采空区两侧,且沿岩层破断线呈"八"字形分布,并随工作面推进呈现周期演化,其是覆岩含水层水体向采场渗流的关键通道,对矿井的安全生产至关重要;从保水采煤角度考虑,放顶煤分层开采对覆岩含水层扰动影响较大采高分层开采小。     

准东大井矿区保水采煤开发利用研究

本文以准东大井矿区为研究对象,基于资料分析得到矿井主采煤层B_1均处于Ⅳ含水段,通过常规经验计算方法估算了大井矿区巨厚煤层大采高分层开采和放顶煤分层开采导水裂隙带发育高度,分别为126.8～190.5m、232.9～334.5m和79.1～98.0m、158.2～196.0m,导水裂隙带均可发育至覆岩含、隔水层,从保水采煤角度出发,应减少分层采高,优先采用大采高分层开采方式。矿井涌水量达2 050m~3/d,且属高矿化度矿井水,结合矿区用水现状及企业类型,初步提出可采用蒸馏、电渗析、反渗透和蒸发结晶等水处理工艺,出水可分别作为矿区生产、生活及生态用水。     

准东巨厚煤层分层开采覆岩移动规律相似模拟试验

针对新疆准东大井矿区二号井B1煤层赋存地质特征,运用关键层理论对其覆岩结构进行判断分析,采用试验研究的方法建立相似模拟试验模型,研究巨厚煤层分层开采过程中覆岩破断、沉降规律。试验结果表明:巨厚煤层分层开采覆岩破坏高度达到221.24m,其中跨落带98.3m,裂隙带138.2m;基本顶及各亚关键层破断失稳后急剧下沉,随工作面的推进不断被压实、岩层间离层(横向裂隙)逐渐闭合,形成具有一定承载能力的"铰接结构",当第三分层回采完毕,主关键层下部与下位岩层的离层空间达到最大。     

榆神矿区中深煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水模型构建

煤层开采覆岩变形损伤是含水层失水主要原因,针对榆神矿区中深煤层开采影响下含水层失水规律研究程度不高问题,根据矿区主采煤层覆岩的地质与水文地质结构特征,总结提出中深煤层开采覆岩损伤变形影响下含水层"侧向直接与垂向渗漏"复合失水模式,以COMSOL多物理场耦合数值分析软件为平台,提出了中深煤层开采覆岩变形损伤与含水层失水数值分析模型的构建方法:①利用岩石力学模块,通过建立煤层开采条件下覆岩采动应力、孔隙率与渗透率耦合关系,模拟输出弯曲带覆岩各剖分节点的位移变形量,计算采动渗透系数变化;利用Mohr-Coulomb塑性破坏准则识别出采掘扰动下导水裂隙带的发育范围;②利用COMSOL软件平台中大变形几何体自动重新剖分计算模块,重新进行网格剖分,形成采动变形二次剖分网格;③在达西渗流模块中,根据含水层与导水裂隙带间的地下水运动状态的转化特征,把采动导水裂隙范围数值处理成达西渗流边界,重新输入采动渗透系数参数,以建立含水层地下水失水分析模型。最后以榆神矿区曹家滩煤矿为分析案例,建立工作面尺度上煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水分析模型,模拟得出工作面2~(-2)煤层分层开采(5 m采高)条件下导水裂隙最大高度为128 m,发育至直罗与延安组基岩含水层内部,含水层失水总量35.84 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为23.17,12.67 m~3/h,煤层开采对近地表松散含水层影响小;一次采全高(10 m采高)条件下导水裂隙最大高度为202 m,发育至富水性好的风化基岩含水层内部,失水总量增加至130.31 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为92.65,37.66 m~3/h,煤层开采对松散含水层影响较大。     

厚煤层分层开采覆岩破坏与变形规律的试验研究

为了研究离石矿区上覆松软结构的厚煤层分层采动下裂隙分布及演化规律,采用工程地质力学模型试验的手段,分析研究了分层开采条件下,覆岩裂隙发育的工程地质力学机理及控制因素;揭示了采动影响下覆岩裂隙是至下而上呈梯形分布的破坏与变形规律。在第一层回采完的导水裂隙发育高度为40m,第二层回采完时裂隙贯通整个覆岩层。为工程实践和采矿安全提供理论依据。     

厚煤层分层开采覆岩破坏与变形规律的试验研究

为了研究离石矿区上覆松软结构的厚煤层分层采动下裂隙分布及演化规律,采用工程地质力学模型试验的手段,分析研究了分层开采条件下,覆岩裂隙发育的工程地质力学机理及控制因素;揭示了采动影响下覆岩裂隙是至下而上呈梯形分布的破坏与变形规律。在第一层回采完的导水裂隙发育高度为40m,第二层回采完时裂隙贯通整个覆岩层。为工程实践和采矿安全提供理论依据。     

厚松散含水层下特厚煤层综放开采覆岩破坏特征研究

根据淮北某矿的地质条件,采用相似模拟、数值模拟、经验公式计算以及现场实测4种方法对厚松散含水层下特厚煤层综放开采时覆岩破坏特征进行了研究,分别得出了覆岩冒落带、裂隙带的发育高度。通过比较发现,相似模拟和数值模拟的结果与现场实测的结果比较接近,但经验公式计算得出的裂隙带高度较小。最终确定厚松散含水层下特厚煤层综放开采冒落带高度为13.5 m,裂隙带高度为68 m,为矿区防塌煤岩柱的留设提供了依据。     

巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践

以永陇矿区崔木煤矿为研究背景,分析矿区含(隔)水层与煤层的空间组合及覆岩特征,结合导水裂隙带发育高度探查结果,开展巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践研究。结果表明:该区导水裂隙带发育高度为煤层采厚的19.93~23.23倍,已波及上覆白垩系含水层。以所确定的保水开采保护层厚度30 m为阈值,将研究区划分为自然保水开采区、可控保水开采区和保水限采区,并提出各分区相应的保水开采途径。实践表明:巨厚砂砾岩含水层下保水开采的有效途径主要包括控制导水裂隙发育高度,选用适当的工作面布局及推进速度,以及隔水层采动破坏后的恢复与再造。     

浅埋近距离双厚煤层开采覆岩裂隙发育规律

针对中国神东矿区浅埋近距离双厚煤层开采的工程实际,建立三维物理相似模型、PFC2D数值模型和理论模型,对双厚煤层开采后的覆岩裂隙发育规律进行研究。综合研究表明:上煤层开采后,裂隙带发育高度约为55.5～60.3 m,而下煤层推进约60 m,层间关键层初次断裂,引起上、下采空区连通,并在主关键层断裂以后形成的裂隙直达地表,高度约为146.5～153 m;采动空隙场呈"双拱"形态,并结合关键层理论,将覆岩划分为不规则空隙带和周期性空隙带,以及拱间优势空隙带和拱下微空隙带;提出了近距离双煤层开采综合采厚的计算方法,结合修正的综放开采裂隙带发育高度预计公式,可进行近距离双厚煤层裂隙带发育高度计算。研究成果揭示了浅埋双厚煤层开采后地表-上采区-下采区的漏风机制,并根据采动空隙场分布特点提出了堵风治燃的工程对策,可为类似矿井的防灭火提供借鉴。     

深埋巨厚煤层分层开采覆岩破坏规律研究

以准东煤田大井2~#煤矿B_1巨厚煤层分层开采为工程背景,采用关键层和材料力学相关理论及UDEC数值模拟对煤层分层采出后覆岩破坏进行研究。UDEC数值模拟得出煤层全部采出后覆岩的最终破坏高度约为256.8 m,验证了理论计算的合理性。     

海下采煤软弱覆岩导水断裂带发育高度研究

龙口矿区海域煤层开采后软弱覆岩导水断裂带的发育高度直接影响了海下安全开采。在分析龙口矿区海域软岩工程地质特征的基础上,运用有限差分法、相似材料模拟试验并结合现场实测资料,研究了海下采煤软弱覆岩变形破坏规律。结果表明：煤层顶板软岩剪切破坏后,裂隙连通性及导水性相对较弱,岩体仍具有一定阻水能力;海底煤层开采后,覆岩垂直剖面由上至下分为剪切破坏带、拉剪破坏带和拉伸破坏带;开采过程中,导水断裂带高度随工作面推进逐渐增加,并最终达到稳定;6 m厚煤层采全高时,导水断裂带发育高度为48.2~55.0 m。最后,经统计提出了海下采煤软弱覆岩中导水断裂带发育高度的计算公式。     

房柱式残采区蹬空开采可行性研究

以大同精通兴旺整合重组煤矿为研究背景，首先采用理论计算初步判定了9#煤层蹬空开采的可行性和12#煤层残采区煤柱稳定性，然后借助钻孔注水和钻孔窥视等技术从现场实测的角度揭示了9#煤层蹬空开采的岩层结构特征。研究结果表明：房柱式残采区上覆岩层冒落带高度距离不超过10m，裂隙带高度约为25m，9#煤层位于12#煤层房柱式开采形成的弯曲下沉带，岩层仅出现内部损伤，未出现大范围台阶下沉，整体性和完整性较好，可以进行蹬空开采。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

“上柱-下垮”复合残采区中部残煤开采可行性评价

针对白家庄煤矿"上柱-下垮"复合残采区中部残煤的安全开采问题,采用实验手段研究了多重采动影响下中部残煤采场岩层的垮落特征、应力分布规律及塑性区分布范围,结合弹塑性力学理论分析了上下煤层开采造成的损伤破坏范围,对中部残煤开采可行性进行了研究。研究表明:(1)上下煤层的采动影响并未破坏中部残煤的宏观连续性,且在中部残煤开采过程中,上覆岩层结构相对稳定;(2)采场岩层的支承压力与塑性区的分布范围基本一致,二者皆可以评价上下煤层开采后层间岩层的损伤破坏范围,其损伤范围包含整个上位层间岩层和下位层间岩层的局部范围;(3)中部残煤主要受上部煤层开采影响,处于上部煤层开采损伤破坏范围之内,因此在中部7号残煤开采过程中,其采场顶板稳定性较差,应采取合理有效的顶板控制措施保证安全生产。     

孟巴矿厚松散含水层下协调保水开采模式

孟巴矿的地质采矿条件具有近地表松散富含水层厚、煤层顶板厚、煤层厚的"三厚"特征,开采煤层覆岩中含有多个含水层组,矿井水害是威胁矿井安全生产的主要因素。在覆岩多水体条件下,为了有效防止近地表厚松散UDT含水层进入井下,导致淹井灾害发生,提出上保下疏的开采水害防治模式。一分层安全开采的关键技术是控制复合关键层的结构稳定,应用初始后屈曲理论解析其稳定性,得出结构关键层的极限破坏长度,通过线性回归给出分层开采覆岩导水裂缝带发育高度预计计算公式,分析确定了一分层开采工作面宽度不超过150 m,限高开采3 m;依据对UDT含水层防护的安全煤岩柱高度确定二分层开采高度,二分层开采后覆岩结构关键层发生破坏,既能够有效疏放LDT隔水层以下含水层水,又能够保证LDT隔水层的完整性,达到UDT水体不发生下泄的目的,保障了矿井安全开采;根据工作面协调减损开采原理,确定开采分层合理错距约为82 m,下分层的巷道布置在上分层开采采空区下的厚煤层分层错距协调限高开采布置模式,实现有效降低了覆岩应力的叠加效应,减轻LDT隔水层的变形破坏程度。开采结果表明:厚煤层分层协调布置开采方法,有效减轻了UDT含水层下LDT隔水层应力叠加损伤程度,保护了隔水层的完整性;一分层限高综采,二分层限高综放开采分次疏放了煤层顶板至LDT底板2个含水层组,解决了矿井排水能力较小条件下的水害防治问题;分层工作面错距协调布置开采方法,有效降低了开采边界导水裂缝带发育高度,减小了LDT变形破坏程度,同时释放了一分层区段煤柱应力,实现了覆岩整体下沉,不但有效地降低了覆岩破坏高度,而且减小了冲击矿压冲击强度,开采期间UDT水位变化幅度稳定保持在一定范围内,实现了多水体条件下上保下疏的厚煤层分层安全开采模式。     

杨村煤矿薄煤层留设防砂煤柱开采的研究与实践

在准确认识松散层三含的富水性和薄煤层覆岩破坏规律的基础上,评价了三含对工作面的充水影响,论证了杨村煤矿二采区薄煤层留设防砂煤柱开采的可行性,成功实现安全回采。把杨村煤矿薄煤层的防水煤岩柱高度从原来的30m缩小到10.42m,解放水体压煤6.38M t。     

超大采高工作面过沟回采精准防治水技术

超大采高工作面开采造成上覆岩层剧烈运动，导致覆岩裂隙发育，为地表及含水层水体提供流动通道，成为了矿井安全生产的隐患。以上湾煤矿12402超大采高工作面为背景工程实践，进行离散元数值模拟，揭示了工作面回采过程中上覆岩层导水裂隙带高度发育规律，结果表明导水裂隙带能够贯通地表，沿工作面倾向上覆岩层导水裂隙形态呈现“马鞍形”分布，由于采空区中部区域压实作用，工作面斜巷对应上覆区域成为防治水重点区域|同时该工作面上方为石灰沟，沟内积水量约10万m3，且地表下沉变形量达7.19m，在降雨量较大季节时易造成地面积水，对井下防治水工作提出了挑战。针对此，提出了井上下一体化精准防治水技术，包括地面采用提前疏放和塌陷坑回填措施、设置地面水文观测孔自动监测水位、井下调整工作面开采参数、精准探放水、优化设置排水设施安装地点和管路参数，制定防治水应急预案。工程实践表明，应用上述技术措施，能够有效降低大采高工作面涌水量，确保井下安全生产。     

潘谢矿区采动岩体裂隙发育高度的研究

在分析淮南潘谢矿区覆岩工程地质岩组特征的基础上，建立了采动岩体力学计算模型，分析了巨厚松散强含水层下煤层在不同采高条件下采动岩体裂隙的演化规律，得出在不同采厚时采动裂隙发育高度最大74m．利用最小二乘法原理对采动岩体裂隙发育高度的实测数据进行拟合计算，得出潘谢矿区垮落带、导水断裂带高度的理论计算式．     

近距离煤层同采覆岩破坏规律研究

刘东煤层西三采区的37102与37202工作面为近距离煤层同采工作面,针对此地质赋存条件,采用岩层钻孔探测仪,实测了近距离煤层同采过程中,不同开采阶段时,覆岩的破坏分布规律,得出首先第一阶段开采上层71煤层时,上覆岩层形成的跨落带高度为5.5m,裂隙带高度为23.8 m;第二阶段71、72煤层全部开采时,上覆岩层形成的...