河流下断层煤柱区残采工作面安全开采分析

以权家河煤矿河流下断层煤柱区残采回采为例,在分析确定5329残采工作面覆岩类型的基础上,预计了断层存在条件下的导水裂缝带高度,对地面河流和第四系含水层这一复合水体留设了防水安全煤岩柱,并确定了合理开采厚度,根据河流与工作面、断层的空间关系,在回采的不同阶段留设了不同的断层煤柱。研究结果表明:针对5329工作面埋深浅的条件,采高控制在2.3m的条件下能满足留设防水煤柱岩柱的要求;在距切眼120m阶段,开采该阶段需要留设的断层煤柱尺寸不小于21m,120~停采线阶段,需要留设的最小断层煤柱尺寸为72.5m,才能保证安全回采。     

海下综放开采防水安全煤岩柱厚度的确定

针对龙口海域下开采的实际情况,分析了海域扩大区水文地质条件,收集整理国内13个矿区综放开采导水裂缝带高度实测数据,选取采厚、基岩柱厚度、倾角、顶板单轴抗压强度、泥岩比例和覆岩结构6种因素作为导水裂缝带发育高度预测模型的影响因子,建立导水裂缝带高度预测模型,并对不同采厚条件下导水裂缝带高度进行了预测;应用FLAC软件进行了断层条件下覆岩破坏规律的模拟,计算了不同落差、不同倾角的正断层对导水裂缝带发育高度的影响,得出在软弱覆岩类型综采工作面（采厚4.4 m）有正断层（倾角45~65°）、落差小于6.0 m的情况下,导水裂缝带发育高度较之正常地质条件下增大14.4%~22.2%.提出了综合考虑断层和正常条件的防水安全煤岩柱设计,确定在海域放顶煤开采正常覆岩条件下防水安全煤岩柱厚度为55.5 m;受断层影响条件下,防水煤岩柱厚度为62.5 m.     

薄基岩综放工作面安全开采可行性探究

为了探究兴隆庄煤矿巨厚松散层薄基岩综放开采安全可行性问题,以6300工作面为研究对象,通过对研究区第四系主要含隔水层富水性、底粘厚度分布和主采3煤层上覆基岩特征进行系统分析,获得该工作面底粘厚度和基岩高度分布特征,水体采动等级为Ⅱ级,该工作面可按留设防砂煤岩柱进行试采。采用类比分析和数值模拟2种方法分别获得了垮落带最大高度,对综放开采条件下保护层厚度进行了类比分析,计算了开采3煤层最大厚度8.9 m条件下所需最小安全基岩柱高度,反算了基岩柱高度48～49 m范围3煤层限厚开采的量化取值。研究结果为该工作面按防砂煤岩柱类型进行安全开采的可行性试采方案设计提供了重要参考依据。     

Fully Mechanized Top Coal Caving Mining Analysis in Xiagou Mine Under Jinghe River and Qravei Aquifer

为解决下沟煤矿泾河区域地表泾河和巨厚白垩系砂砾岩含水层双重水体威胁下安全采煤的问题,通过采用统计分析、经验类比的方法,研究了泾河区域覆岩结构特征、覆岩破坏高度及防水安全煤岩柱留设宽度。研究结果表明：下沟煤矿覆岩类型为中硬偏软弱类型,泾河区域选择16倍的裂高采高比预计导水裂缝带的高度,保护层厚度按3倍综放开采高度选取是适宜的。得出防水安全煤岩柱厚度按照19倍采高进行留设,大部分区域能够满足留设防水安全煤岩柱的条件,通过设计合理的开采高度,可以满足泾河区域水体下综放开采。     

下沟煤矿泾河及砂砾岩含水层下综放开采分析

为解决下沟煤矿泾河区域地表泾河和巨厚白垩系砂砾岩含水层双重水体威胁下安全采煤的问题,通过采用统计分析、经验类比的方法,研究了泾河区域覆岩结构特征、覆岩破坏高度及防水安全煤岩柱留设宽度。研究结果表明:下沟煤矿覆岩类型为中硬偏软弱类型,泾河区域选择16倍的裂高采高比预计导水裂缝带的高度,保护层厚度按3倍综放开采高度选取是适宜的。得出防水安全煤岩柱厚度按照19倍采高进行留设,大部分区域能够满足留设防水安全煤岩柱的条件,通过设计合理的开采高度,可以满足泾河区域水体下综放开采。     

建筑物下压煤条带煤柱巷柱式加固技术及应用

为了提高条带开采的采出率,可采取巷柱式加固煤柱、减小留宽的方法。通过数值模拟分析,揭示了巷柱式条带煤柱可以优化条带开采方案和煤柱加固方案,研究结果表明煤柱加固能减少留设煤柱的宽度,提高条带开采采出率。结合国内某矿特殊的地质采矿条件和巷柱式煤柱加固思想,在试验区采用拱棚木垛联合加固技术,木垛与棚架组成的巷柱式加固宽度1.5 m,间距2 m。通过井下煤柱位移监测和地表变形监测数据分析可知,井下巷柱式加固体最大竖向位移为361 mm,地表最大下沉值217 mm。煤柱加固有效地防止煤壁的破坏,地表变形得到了一定的控制,确保了建（构）筑物的安全使用。因此,巷柱式煤柱加固思想能为建筑物下采煤提供重要的途径和借鉴。     

榆神矿区浅埋煤层多重水体下大采高综采水害影响评价

榆神矿区3煤顶板多重水体并存,对区内浅埋深厚煤层开采构成了水害威胁。以榆神矿区某矿为例,煤层顶板赋存有3类共6重水体,通过分析覆岩水体的赋存条件,确定了不同水体的富水性特征。基于3煤覆岩结构和类似条件矿井开采实践,预计了薄基岩厚土层条件下3煤7m大采高综采的覆岩破坏高度,计算了不同类型安全煤岩柱的尺寸。根据覆岩水体的富水性特征和空间分布,分析了不同水体对3煤大采高综采的水害影响程度,得出基岩风化带含水层、顶板基岩含水层和烧变岩含水层对3煤开采构成直接充水影响;黄土孔隙裂隙含水层对3煤开采构成溃砂影响;萨拉乌苏组含水层、地表十八墩河对3煤开采不构成直接充水影响。为确保安全,在3煤开采前须对基岩风化带含水层局部富水性较好的区域提前疏放,对烧变岩含水层留设20m的侧向防隔水煤岩柱。     

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。     

厚松散层超薄基岩煤层开采防砂煤岩柱留设研究

为了解放皖北百善煤矿浅部压煤,合理留设煤层安全保护煤岩柱,采用理论计算和相似材料模拟实验,对厚松散层超薄基岩浅部煤层开采引起覆岩破裂特征及规律进行分析,结果表明,覆岩活动与裂隙发育主要受基本顶关键层控制,采动裂隙呈"马鞍形"分布,垮落带高度保持在9m左右,防砂煤岩柱高度应不小于13.5m。现场通过窥视孔实测得到基本顶位于8.0~13.0m层位,冒落带高度大约为6.0~8.0m,防砂煤岩柱的高度应不小于14m。根据研究和实测,最终将40~60m的安全煤岩柱改设为15m的防砂煤岩柱,可解放9.5Mt左右压煤量,延长矿井的服务年限8~10a。     

兴源矿四采区薄基岩冲积层水害防治探讨

兴源矿四采区为薄基岩区,6号煤开采受上覆第四系底部卵石含水层水害威胁,参照《矿区水文地质工程地质勘探规范》及《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》等相关规定,计算分段采高保护层厚度和防水煤岩柱高度,制定了采区综采面薄基岩区分段科学控制采高、防止第四系底部卵砾石层突水的技术方案,实践表明,方案实施效果良好。     

薄基岩风氧化带附近防水煤岩柱的合理留设

为了合理确定鲁西煤矿的开采上限,依据已有的钻孔资料以及水文地质补充勘探资料,对第四系下部隔水层情况、基岩厚度、基岩岩石力学参数、基岩风氧化带等条件进行综合分析,然后对比鲁西煤矿实测资料、“三下”规程经验公式以及兴隆庄矿薄基岩条件下的经验公式分别得出的导水裂缝带发育高度,确定应用“三下”规程中的经验公式预计3111_II工作面开采后覆岩裂缝带发育高度,选取覆岩岩性为“中硬”,取中误差为0。结果表明：利用该方法确定3煤分叉区只开采下分层,留设防水安全煤岩柱高度为38 m,3煤合并区按照2个分层开采,留设的防水安全煤岩柱高度为49 m。     

大平矿综放工作面水库下开采探析

在充分了解国内外水体下采煤研究现状的基础上,从水体下采煤的特点出发,根据N₁N₄综放工作面地表水体特征、上覆岩层的赋存状态及煤层埋藏条件,通过分析大平矿覆岩破坏规律及N₁S₁综放工作面水库下开采部分成果,得出导水裂隙带高度,按照《“三下”开采规程》要求计算出防水煤岩柱厚度,经验证,N₁N₄综放工作面水下开采是安全可靠的。根据煤层的赋存结构和大平矿生产实践,列出自然分层综放、人工分层综放和综放全采3种开采方案,通过理论和实践验证,在N₁N₄综放工作面采用自然分层综放开采是安全可靠的。     

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。     

祁东矿巨厚坚硬顶板切顶无煤柱开采技术应用研究

为解决当前煤矿开采过程中存在煤炭采出率低、留煤柱开采引起应力集中、巷道围岩控制难等问题,以祁东煤矿7135工作面为工程背景,提出切顶沿空留巷技术。通过对巷道围岩运动特征和留巷技术原理的研究分析,确定切顶留巷关键技术参数,并在现场进行了工程应用。结果表明,采用高强预应力锚索补强顶板、垛式支架支撑顶板及可伸缩U型钢挡矸防护等联合支护体系,实体煤帮平均变形量达到166 mm,采空区帮平均变形量达到237 mm,顶板平均下沉量达到163 mm,平均底鼓量208 mm,留巷变形满足安全生产要求。     

刘河煤矿采动影响下覆岩破坏高度的相似模拟

为了确定刘河煤矿13021工作面开采对覆岩破坏高度的影响和防砂煤柱的留设,采用实验室相似材料模拟试验,分析了13021工作面推进过程中,其上覆岩层的破坏高度的动态演化过程。通过对不同剖面的相似模拟发现,在13021工作面一次采全高平均采厚2.7 m,上覆岩层垮落带最大高度为16.1 m,模拟结果对于防砂煤柱的留设具有一定的参考价值。     

漳河水库下厚煤层综放开采技术研究

为保障五阳煤矿7802工作面漳河水库下厚煤层综采放顶煤安全开采,研究综放开采导水裂缝带高度发育规律,探讨了综放采场覆岩结构破坏及采动渗透性间关系,计算了水库下综放开采安全所需防水煤柱高度,制定相应的防治水技术措施。结果表明:中至坚硬覆岩综放开采导水裂缝带发育高度基本与煤层一次采高成正比,比例系数为20.22;煤层顶板基岩厚度大于水库下安全开采所需煤柱高度;监测知井下工作面涌水与地表水体没有水力联系,实现水库下压煤安全开采。     

露天矿端帮采煤机开采参数设计方法

为了提高端帮压煤回采率,保证端帮采煤机作业安全,分析了平朔东露天煤矿端帮压煤开采可行性,提出了端帮压煤开采参数设计方法,包括端帮采煤机工作区域参数设计方法以及煤柱参数计算方法,并验证了煤层上覆岩体安全厚度,采用Midas GTS NX有限元软件模拟了端帮压煤开采后的边坡稳定性情况。研究结果显示,东露天矿端帮压煤采用端帮采煤机开采方案可行,设计端帮采煤机工作区域长度80m,宽度40m,端帮采煤机水平最大开采深度300m。单排采巷条件下设计4煤支撑煤柱宽度50m,隔离煤柱宽度20m,9煤支撑煤柱宽度60m,隔离煤柱宽度24m。上覆岩体厚度满足安全要求,端帮压煤开采后端帮边坡较为稳定。     

浅埋煤层高强度开采覆岩(土)破坏演化及溃沙控制技术

随着我国煤炭资源的大规模和高效开采,薄基岩浅埋深的矿区常发生切冒、抽冒、台阶下沉,造成水资源和环境破坏严重。但是,赋存于萨拉乌苏组含水层下伏的连续黏土层的存在,使得基岩及其黏土隔水层组合结构下采动破坏规律不同于传统的基岩岩层,这将为防治矿井突水和实现保水采煤提供了条件。论文采用数值模拟和理论分析的方法,模拟了“黏土隔水层-基岩风化带-基岩”结构特征下不同黏土层与基岩厚度条件下覆岩(土)裂隙发育、顶板破断运动的基本特征,获得了浅埋深条件下采动覆岩(土)的破坏变异规律与发育高度,分析了溃沙的致灾因素和预测判据,并据此提出防治突水溃砂的技术手段。研究结果表明：浅埋煤层“沙土基型”覆岩(土)结构条件下,由于不同基岩与土层厚度的控制作用,使得覆岩(土)破坏发育高度和特征产生变异;水砂源、通道、动力源和空间是近松散含水层溃砂的主要致灾因素,并提出了预测溃沙发生的判据;可通过防止顶板切冒、含水砂层水头压力疏降、局部注浆固沙和合理留设防砂(塌)煤岩柱等技术控制浅埋煤层溃砂灾害发生。     

薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数研究

针对薄直接顶大采高工作面顶板垮落后不能及时充满采空区,造成上覆厚硬顶板在工作面侧向形成悬臂梁结构,进而向留巷侧传递覆岩压力导致留巷围岩破坏失稳的现象,以某矿12408工作面薄直接顶、厚硬基本顶条件为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,研究了薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数。建立了留巷顶板的力学模型,量化了未贯穿面的拉应力与切顶高度和切顶角度的关系,确定了未贯穿面拉应力随切顶高度和切顶角度的变化规律,得出了切顶角度一定时,未贯穿面处的拉应力与切顶高度近似指数函数规律分布,拉应力随切顶高度的增大而增大,且增长速率逐渐加快;切顶高度一定时,未贯穿面处的拉应力随切顶角度的变化曲线呈抛物线形,随着切顶高度增大,未贯穿面处的拉应力超过极限所需的切顶角度的范围也增大。数值模拟方法分析了留巷中锚索轴力变化系数的变化规律、区段煤柱和相邻巷道竖直方向应力的分布特征,确定了11 m的切顶高度和大于0°的切顶角度即可切断顶板间的应力传递。现场考虑到实际岩层赋存条件的复杂多变、爆破后切缝面的不平整性和贯通程度的差异性以及保证厚硬顶板在矿山压力作用下顺利垮落,采用13.6 m的切顶高度和10°的切顶角度,结合顶板垮落后的碎涨系数,理论验证了顶板垮落后的高度大于工作面实际高度,即垮落顶板能够及早支撑上覆岩层,减轻覆岩运动对留巷和煤柱稳定性的影响。现场监测到巷道顶底板及两帮变形量较小,围岩较稳定,验证了数值模拟结果的可靠性以及切顶卸压技术的可行性,可为类似条件的切顶留巷提供借鉴和参考。