大面积巷式采空区覆岩破坏机理及上行开采可行性分析

为揭示大面积巷式采空区上覆岩层破坏失稳机理,建立了均布荷载下连续深梁力学结构模型,得出了巷式开采下顶板岩层应力分布规律。立足于顶板岩层结构的力学特性,提出了大面积巷式采空区上方煤层上行开采可行性判定理论及方法,理论计算得出虎龙沟煤矿8号煤层大面积巷式采空区影响高度为8.8 m。利用FLAC2D软件对5号煤层实施上行开采的可行性作进一步论证,研究结果表明：随着开挖条带个数的增多,应力弱化系数等值线的高度不断增加,然而当开挖条带个数大于4个时,应力弱化系数不再增高,得出虎龙沟煤矿8号煤层采空区影响高度为10 m。理论计算和数值模拟均表明8号煤层采空区影响高度小于煤层层间距25~30 m,因此,虎龙沟煤矿大面积巷式采空区上方煤层上行开采是可行的,对类似煤层进行上行开采具有一定的参考价值。     

不同开采条件对房采区下开采影响模拟

22202工作面为大柳塔矿22煤二盘区已回采的大采高综采工作面,22202工作面开采区域正上方为12煤房采采空区,12煤与22煤层间距25.8m~30.37m;在回顺14联行靠近2-2煤火烧边界顶帮煤层局部松散变软。根据22202工作面上方采空区煤柱的特点,运用FLAC3D建模分析不同煤柱情况下工作面开挖过程中煤壁超前应力分布特征、工作面开挖过程中上方采空区煤柱失稳特征和工作面顶板压力及下沉量,得出工作面超前应力分布规律及煤层顶板下沉量变化规律。     

近距离煤层上行开采的采动系数及巷道位置研究

以象山煤矿17 m近距离煤层上行开采为背景,采用物理相似模拟、数值计算和理论分析,揭示了5#煤层21503工作面开采后的覆岩垮落规律,得出上部3#煤层位于5#煤层顶板强裂隙带顶界之上,可以进行上行开采。研究揭示了21503工作面采空区倾向岩层破断角为60°,在3#煤层位置形成向采空区内18 m的悬伸段,与该段相邻存在宽度约为15 m的倾斜离层带,3#煤层工作面巷道布置应该避开倾斜离层带。结合数值模拟,确定3#煤层上行开采巷道应内错10 m布置于悬伸段,该处围岩应力较低,煤层及顶底板完整性较好,是布置巷道的理想位置。最后,基于国外上行开采经验公式,提出了上行开采的采动系数计算公式。     

近距离煤层群下行开采底板应力分布与瓦斯抽采技术研究

针对沙曲煤矿近距离突出危险煤层群开采的瓦斯防治难题，采用室内试验、数值模拟现场试验等研究手段对近距离煤层群下行开采底板应力分布特征与卸压范围及钻孔瓦斯抽采布置有进行分析。结果表明：煤层群各顶底板岩层物理、力学性质呈现不均匀分布，表现为岩层间横向性质相近，垂向岩性差异性较大的典型层状分布。其中，3号、4号、5号煤层间顶底板均为密度较大、内聚力较大、抗拉、抗压强度均较高的砂岩。4号煤层开采后采空区中部底板岩层一定范围内出现明显的垂直应力为0MPa的区域，底抽巷处在卸压区范围内，采空区中部下方底抽巷围岩垂直应力低于5MPa。底抽巷布置在距5号煤层14m处是合适的。工程实践表明，抽采半年后瓦斯压力由1.5MPa降至0.2MPa，平均抽采率维持在80%以上，采用底抽巷抽采瓦斯效果较佳。     

长壁开采上覆岩层损伤范围及上行开采的层间距分析

针对长壁采空区上方岩层损伤影响范围及其遗弃煤层开采问题,用简化的平面力学模型,解析分析了煤层采出后长壁采空区上方岩层的损伤影响范围,并根据垂直方向上岩层的损伤影响程度按从大到小的顺序将采空区覆岩分为破损垮落带、损伤扰动带和无损变形带,获得了长壁采空区上方遗弃煤层上行开采的安全层间距计算公式.针对山西焦煤集团有限责任公司西山煤电集团公司白家庄煤矿8号煤层长壁采空区上方遗弃的6号煤层上行开采计算了其安全层间距.     

近距离煤层开采覆岩运移规律诱发地表沉降分析

为对近距离煤层开采顶板覆岩运移规律及覆岩破坏诱发地表沉降进行分析，采用物理及数值模拟实验，以某煤矿近距离煤层开采为例进行论证。研究结果表明：开采过程中煤层上方原岩应力发生扰动，使能量得到释放，从而诱发覆岩发生持续变形现象，变形破坏的覆岩区域呈下沉抛物线状；近距离煤层开采过程中，因上方垮落覆岩作用，导致上下煤层之间的岩层发生断裂，从而引发上下采空区发生贯通现象，能量释放区形成泄压叠加区，此时对地表沉降的诱发效应最为明显和直观；上煤层开采覆岩变形破坏形态比下煤层更为直观，下煤层因上下煤层双重复合效应覆岩沉降现象比上煤层开采更为剧烈且对地表沉降诱发效应更大，数值模拟地表沉降值为3.7 m,相似模拟地表沉降值为5.6 m,理论计算地表沉降值为5.279 m,整体差值较小，可以相互验证。     

突出煤层群开采卸压规律及瓦斯抽采技术

针对沙曲矿2号煤层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,结合工程经验通过采用顶板高位钻孔布置在工作面上方22.5m裂隙带内,以控制2号煤层及采空区瓦斯,而底板定向长距离钻孔布置在距离2号煤层底板15 m范围内,以控制下伏煤层瓦斯;形成了立体瓦斯抽采模式来强化瓦斯抽采,消除了本煤层及下伏煤层的突出危险性。     

刀柱采空区上方遗弃煤层上行开采可行性判定

针对刀柱采空区上方遗弃煤层开采问题,分析了现有上行开采可行性判定方法的不足.受关键层理论启迪,基于刀柱采空区上方岩层可形成的结构和上层煤开采对层间岩层的影响,提出了关键层叠合破断距的概念,形成了“5步法”刀柱采空区上方遗弃煤层上行开采可行性判定理论及方法.用本文提出的方法判定白家庄矿8号煤层刀柱采空区上方遗弃的6号煤层可以上行开采,并在生产实际中实施,开采情况正常.     

急倾斜煤层开采与开拓巷硐群扰动效应数值模拟分析

针对王家山煤矿急倾斜煤层开采与开拓巷硐群工程越界对地方煤矿安全开采问题,建立了急倾斜煤层开采与开拓巷硐群数值计算模型,分析了覆岩移动变形与应力演化规律。研究结果表明：急倾斜煤层开采,采空区上方煤层先破坏、垮落,顶板沿层理面法向发生弯曲、离层,采空区上部煤体先垮落,呈拱形结构,抑制了上覆煤岩体向采空区的垮落和移动;工作面采高5.2m,顶板发生垮落,底板也会发生滑移,顶板一侧的沉陷大于底板一侧的,在底板一侧出现断崖式现象,但垮落带发育高度小于工作面距井田边界的距离;巷硐群最大位移均发生在泥岩、煤层等软弱岩层以及断层破碎带区域,其扰动效应增加;在软弱岩层时巷道最大影响圈边界增加,影响边界贯通,但最大裂隙带高度为11.5m,裂隙带上脚未发育至井田边界标高。因此,工作面开采与开拓巷硐群对地方煤矿开采没有影响。     

中远距离煤层群叠加开采双重卸压效应数值分析

煤层群开采双重卸压效应的应力分布及卸压范围是制约煤与瓦斯瓦斯高效共采效果的关键因素,为了掌握中远距离煤层群开采双重卸压效应,以朱家店煤矿为例,采用数值模拟研究了对该矿4#、6#煤层叠加开采顶底板应力、位移及塑性区分布与演化特征。结果表明:开采4#煤层时,煤壁应力集中系数为2.0,底板塑性破坏深度及卸压深度分别为20m和62m,顶、底板位移量分别为60mm和30mm;叠加开采6#煤层时,采空区侧煤壁应力集中系数降低为1.7,底板塑性破坏深度及卸压深度分别增加至21m和68m,顶、底板位移量相对减小,顶板垂直应力较小,局部区域应力趋于0,同时,6#煤层顶板竖向位移由上向下转变,且其顶板采动破坏带与4#煤层底板破坏带相沟通,裂隙较发育。最后,经过现场瓦斯抽采工程实践,很好地验证了研究所得的双重卸压强度及范围。     

中厚-厚煤层近距离高效同采矿压控制研究

南阳坡煤矿主采煤层为3号煤和4号煤,层间距23~26m,下部煤层开采受上部煤层开采损伤影响,为中厚-厚煤层近距离同采。基于煤岩物理力学测试、在线应力监测、支护载荷无损监测及数值计算,得出了监测区域的侧向应力分布规律,3煤开采对下煤层传递角为45°,显著支承压力增高区域传递角为31°;监测评价沿空30205运输顺槽、4105运输顺槽支护效果,分析下煤层沿空巷道变形严重的四个原因;确定了未采下区段4107回风顺槽设计留设的区段煤柱尺寸以及正常条件下下煤层滞后上煤层合理距离。研究结果有助于合理设计采场及选取支护参数,有利于实现中厚-厚煤层近距离高效同采。     

潘一东矿近距离煤层上行开采围岩裂隙演化规律模拟研究

结合潘一东矿深部煤层开采的具体工程地质条件,运用相似模拟、数值模拟相结合的方法,分析研究了深部煤层上行开采过程中,岩层破坏断裂、裂隙演化及下沉变形特征,进一步分析了岩层下沉变形曲线与岩层断裂、裂隙发育和受力状态的关系。研究表明:下煤层和上煤层开采过程中,岩层裂隙富集区主要分布在切眼向采空区内一定距离斜向上一定距离范围内和煤壁向采空区内一定距离斜向上一定距离范围内的岩层中;采空区正上方岩层经历一个裂隙产生、扩展、闭合的演变过程;下煤层开采时,煤壁处岩层断裂角小于切眼处;上煤层开采时,煤壁处岩层断裂角随两煤层工作面位置不同,经历一个先增大后减小的过程;岩层整体下沉曲线斜率不同区域与岩层裂隙发育情况及受力破坏状态是有密切联系的。     

赵各庄矿深埋厚煤层群上行开采数值模拟研究

 摘要：赵各庄矿12#煤层为主采煤层,厚度较大,上覆9#煤为高瓦斯突出煤层且顶板不易管理,因此,决定先采12#煤层,利用上行开采的方式对上覆岩层产生一定的卸压作用后再采9#煤层,又能满足煤矿获得最大经济效益的要求。12#煤层厚达11m,但两煤层平均间距仅为38m,一次采全厚可能会对9#煤层造成严重破坏。本论文根据赵各庄矿地质条件,利用UDEC软件自身产生离散元大变形的特点建立模型,通过模拟开挖12#煤层不同上分层高度,分析研究9#煤层的破坏情况,并对照上行开采的理论解,设计12#煤层上行开采的首采高度。关键词：厚煤层群;上行开采;UDEC软件;数值模拟     

近距离煤层群切顶留巷覆岩应力及变形响应研究

为了深入了解近距离煤层群切顶留巷上覆岩层应力及变形演化规律,以白皎煤矿B4煤层、B3煤层、B2煤层切顶成巷巷道2442、2443及2444运输平巷为研究对象,开展了3层煤回采巷道开挖物理试验研究,结果表明:①上煤层巷道切顶后,顶板卸压;煤层开挖后,采空区顶板垮落并支撑巷道顶板,顶板增压;煤层继续开挖,覆岩断裂,顶板卸压...     

上行开采工作面顺槽支护方案及实践

象山矿南二上山采区采用上行开采,3#煤层与下部5#煤层间距17~26 m,21305工作面位于5#煤层采空区顶板强裂隙带内,煤层及顶底板破碎,开掘巷道具有一定的风险。为了确定21305工作面顺槽的合理位置和支护方案,在明确工作面工程背景后,预判了裂隙带内3#煤层及顶底板完整性及开采可行性;分析确定了顺槽的合理位置,最终确定了顺槽合理支护方案,并对巷道掘进期间的问题及维护进行了介绍。分析认为,下部煤层开采后对上煤层破坏影响程度较小,上部3#煤层可进行正常掘进;设计21305工作面顺槽内错10 m,位于悬伸段内10~14.4 m处,此处3#煤层及顶底板比较完整,巷道稳定性较好,适合布置顺槽;顺槽采用该支护方式后,巷道掘进期间顶板无安全事故,但在后期掘进期间需加强顶板矿压观测,当围岩条件发生变化时,需及时调整支护参数以确保工作面顶板支护的安全可靠。     

近距离煤层刀柱采空区下长壁采场顶板结构稳定性研究

近距离煤层的上部煤层采用刀柱采煤法回采后,下部煤层采用长壁采煤法进行回采。对于近距离煤层,随着煤层间距离的减小,上下煤层间开采的相互影响加大。通过对上部煤层残留煤柱破坏特征的数值分析,并对下部煤层工作面顶板稳定性的研究,得出了下部煤层回采工作面顶板结构的稳定性特征。     

近距离下部煤层应力分布规律研究

针对近距离煤层中上部煤层开采容易引起下部煤层应力环境复杂化而导致巷道难以维护的问题,采用数值计算的方式分析了近距离煤层的煤柱宽度、埋深、层间距等因素对下部煤层应力分布的影响。研究得出:随着煤柱宽度增加,上部煤柱底板附近应力呈降低趋势,但应力衰减速度和下部煤层应力增高区范围呈增加趋势;随着埋深增加,上部煤柱底板岩层应力和传递深度呈现增加态势,但下部煤层应力增高区扩散范围逐渐减小;层间距的变化对于上部煤柱底板岩层的应力传递影响较小,但下部煤层应力增高区扩散范围增大,且增加幅度高;当采空区顶板能够及时垮落时,工作面长度变化对于上部煤柱底板附近岩层应力分布影响并不明显,但使得采空区下方低应力区范围扩大,有利于下部煤层巷道布置位置选择。     

叙永煤矿薄煤层开采极近距离邻近层泄压瓦斯治理技术研究

瓦斯灾害是煤矿安全生产过程中极其难以控制的重大危险源,特别针对南方矿井具有煤层薄、煤层群间距小、地质构造复杂、瓦斯赋存量大等特点,造成瓦斯治理难度大。如何在极复杂地质条件下的薄煤层开采时,有效治理极近距离煤层群泄压瓦斯,通过采用在煤层群中布置高位抽采巷及配套长钻孔抽采回采过程中邻近煤层群泄压区采空区瓦斯。研究表明,合理布置高位抽采巷布置间距、钻孔长度、终孔间距和终孔层位、抽采负压等相关参数,使工作面瓦斯抽采纯量提高了10 m3/min以上,工作面抽采率提高到60%以上,风排瓦斯量明显减少,实现了特殊赋存条件下煤层安全回采作业,达到了安全生产的目的。     

近距离煤层联合开采条件下工作面合理错距确定

为避免近距离煤层联合开采条件下上煤层工作面回采过程中顶板周期来压波及下煤层工作面或上下煤层同步来压而相互影响,通过现有矿压及弹性半无限体理论的运用并结合现场实测数据分析给出石圪节煤矿联采条件下工作面合理错距的选取方法.研究表明:1)据煤矿地质及煤岩物理力学特性运用矿压理论初定工作面错距；2)结合理论或现场实测分析层间应力分布影响区域,修正工作面错距；3)现场实践最终确定合理错距.选取初定的工作面错距及层间应力主要影响区横向范围值之和作为近距离煤层合理错距,可避免下煤层煤体承受上煤层的连续高应力状态.