中国遗煤开采现状及研究进展

我国煤炭开采储采比低,对我国煤炭资源的可持续开发带来严重挑战,而历史原因造成浅部大量优质煤炭资源未能有效采出,形成了遗煤。通过对遗煤储量计算及遗煤开采矿井的统计,分析了我国遗煤储量、储采比、赋存类型、开采特点、遗煤开采研究现状及尚需解决的关键技术问题。研究表明:全国遗煤可采储量约400亿t,初次采出率不高于20%的遗煤可采储量达271.6亿t,占全部遗煤可采储量的67.4%,开采价值巨大;遗煤对储采比的增加率呈现东高西低的趋势,东部地区平均增加95.9%,中西部地区平均增加51%;15个省份进行遗煤开采,其可采储量347.1亿t,约占全国遗煤可采储量的86%;遗煤开采在2006年前后呈现不同趋势,2006年前,88.5%的遗煤开采矿井集中于东部产煤省,2006年后中西部产煤省开始大量进行遗煤开采;在地域上东部遗煤开采矿井占全部的65.82%,山西省占24.1%,可见遗煤开采集中在东部省份以及中部的山西省;遗煤类型可分为整层、分层、块段及复合遗煤4类,块段遗煤分布最广,东西部遗煤主导类型不同,东部以边角煤和保护煤柱为主,中西部则以小煤窑破坏区遗煤为主;遗煤开采研究在遗煤探测技术、遗煤开采...     

开采方法与岩层控制

煤层的采掘与岩层的控制是煤层开采过程中一对基本矛盾。要研究开采要素和岩层活动的关系，在矿压理论和先进工业技术基础上，实现最优化开采和煤炭工业现代化。     

煤矿充填开采连续曲形梁形成与岩层控制理论

在充填开采大量工程实践和物理相似试验基础上,提出了充填开采上覆岩层连续曲形梁理论模型,当密实充填率达到一定条件时,顶板不会产生断裂,仅发生弯曲变形,形成连续的曲形梁,能有效地控制关键层的沉降变形。阐述了连续曲形梁的几何特征和力学特征,指出了顶板形成连续曲形梁的条件。通过建立力学模型,计算得出了连续曲形梁变形的理论解和便于工程应用的工程解,进一步分析得到连续曲形梁与关键层的量化关系,为密实充填率的设计提供了理论依据。此外,对连续曲形梁的三维模型及其理论解和数值解做了一些有益的分析和探索,揭示了充填开采对岩层变形的控制机理。     

多层开采复杂条件下岩层移动监测与分析

介绍了地下开采矿山岩层移动的测量方法。铜坑矿建立了地表GPS与全站仪相结合的岩层移动控制测量网。分析了该矿岩层移动范围和发展趋势,用测量结果指导开采设计,建立了岩层移动预警指标,保证了矿山安全生产。     

岩层控制中的关键层理论研究

首次提出了采场上覆岩层活动中的关键层理论，建立了关键层的判别准则，深入研究了在关键层作用下岩层的变形、离层及断裂规律根据关键层的作用特性，描述了采场上覆岩层活动中的整体结构形态关键层理论的建立为岩层移动和采场矿压研究提供了一种统一思想和方法     

固体废物膏体充填岩层控制的数值模拟研究

充填开采是目前安全开采建筑物下压煤的理想措施。本文结合现场地质条件，采用数值模拟软件FLAC，确定充填体强度，并对充填开采控制岩层活动的效果进行预测，为建筑物下安全开采提供了可靠的理论依据。     

厚风积砂下开采顶板岩层控制初探

文章在我国毛乌素沙漠下煤层开采相似材料模拟研究基础上，结合该条件下长壁工作面开采实践，讨论分析了厚风积沙下浅埋煤层开采覆岩的破坏特点、“三带”的划分、工作面溃沙的可能性、采高和基岩厚度对覆岩活动的影响，最后给出了厚风积沙下开采工作面应具有的支护强度。     

海下充填开采岩层稳定性研究

三山岛金矿矿床赋存于海底,表层海水时刻威胁着采矿安全。为合理分析矿区充填开采的安全稳定性,建立了矿区岩层监测系统。对矿区各中段石门巷道顶板进行了周期位移记录,通过数据分析得到了监测期间的岩层变形规律。通过ANSYS模拟对比研究,分析了整个矿区真实开采过程中采场与围岩变形规律。研究表明,海底基岩层的地表倾斜率和水平变形率尚未超出极限值,说明目前海底基岩层尚未出现较大的损伤,海底开采使用充填法采矿是安全稳定的。为保证矿山开采过程中的长期稳定,建议先开采深部矿体,将中深部矿体作为隔离层,待矿山后期再进行开采活动。     

煤系地层覆盖下铝土矿采矿方法研究

随着我国浅地表的铝土矿储量消耗殆尽,煤下铝开采成为铝资源开发的必然选择和趋势。煤下铝的开采需要控制覆岩移动,保证上覆煤层的完整性,同时地下铝土矿顶板破碎不稳固,地压管理困难,回采率低。本文提出协同充填覆岩控制技术,房柱法点柱不作为永久矿柱支撑顶板,将采矿方法研究聚焦在采矿作业过程的地压控制,提出小矿房、宽矿柱充填分区分步退采房柱法,实现了煤下铝采场地压管理、岩移层位控制和回采率的提高。     

煤系地层覆盖下铝土矿开采岩体地压活动规律研究

通过统计山西某煤系地层覆盖下铝土矿采区内的勘探钻孔资料,铝土矿采矿厚度和煤铝之间岩层厚度的采厚比分为6.9、11.9、17.4三种情况。根据采厚比的不同情况,建立煤下铝矿体回采模型,研究分析煤下铝房柱法开采过程中应用崩落协同充填技术处理采空区时覆岩地压活动规律。铝土矿的开采使上覆岩层垂直应力释放,水平应力略有增加;煤下铝回采过程中,同步崩落顶板处理采空区,对上覆岩层沉降、上覆煤层应力释放具有显著的控制作用,均未出现铝土矿的开采导致煤层拉剪破坏的情况,同时未超过规范对于地表保护等级Ⅰ级的水平变形和倾斜的允许值。根据数值分析结果建立了煤层底板水平变形、倾斜随采场沿倾向推进之间的线性关系,沿倾向总的开采阶段数不宜超过11个。     

长壁机械化掘巷充填采煤围岩结构稳定性及运移规律

为解决西部生态脆弱矿区煤炭开采率低、采后环境易破坏等难题,提出了一种长壁机械化掘巷充填采煤方法。在系统阐述该技术方法的巷道布置与充填采煤工艺的基础上,分析了该技术的难点与关键。基于长壁掘巷充填采煤岩层移动特征,建立了长壁掘巷充填开采采场力学模型,推导出了采场顶板下沉方程与煤柱承受载荷计算公式,并结合极限强度理论,提出了煤柱失稳判据。以陕西榆林常兴煤矿3101工作面掘巷充填采煤为工程案例,通过充填体材料力学特性测试,优化设计了掘巷充填采煤开采方案。采用3DEC数值模拟软件对掘巷充填采煤上覆延安组层间裂隙承压水隔水层与第四系松散层孔隙潜水隔水层移动特征及稳定性进行了分析,现场应用案例表明,该技术可有效控制工作面围岩结构稳定性与上覆隔水层岩层移动,提高煤炭资源回收率,可为西部生态脆弱矿区煤炭资源开采与环境保护协调发展提供借鉴。     

浅埋近距离煤层煤柱下开采异常矿压机理

针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题,采用现场实测、理论分析等手段,研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明：浅埋近距离厚煤层开采时,下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害,支架活柱下缩量达到1 000 mm;下煤层工作面推进过程中,两层煤之间的关键层结构也不断的变化,重复采动阶段,两层煤之间存在一组亚关键层结构,进煤柱阶段,两层煤之间存在一组主关键层结构;进煤柱阶段,煤柱上方关键块的铰接结构发生反向回转运动,导致主关键层关键块上覆载荷增加,发生滑落失稳,引发强动压灾害,同时造成地表出现大的台阶下沉现象。     

不整合地层下煤层开采覆岩裂隙场发育特征

以宁夏石嘴山矿西区3号煤层开采为工程背景,采用相似模型试验、数值模拟计算,研究深部不整合覆岩下煤层开采所引起的裂隙发育特征,并对两种方法分别得到的裂隙带形态进行对比分析。由于煤系地层与上覆地层不整合,开采扰动后应力重分布及覆岩裂隙发育具有其特殊性。研究发现：煤层开采过程中,采空区周围出现＂应力拱＂;地层不整合面的存在阻...     

固体充填采煤充实率设计与控制理论研究

根据固体充填采煤密实充填体的不同充实率决定不同岩层移动控制效果及“等价采高”预计地表沉陷的原理,提出固体充填充实率设计的理论依据,定性分析影响充实率的主控因素,并分别基于等价采高、关键充填设备、工作面推进方向、固体充填材料力学特性、地质条件以及充填工艺实施等7个主控因素对充实率的不同影响机理进行理论分析,明确充实率设计的基本原理,建立不同覆岩条件及压煤类型条件下固体充填采煤充实率设计流程与方法,并提出充实率控制的基本原理及6项控制措施;结合济三矿固体充填采煤工程案例,对充实率的设计及控制理论进行了应用,充实率控制指标理论设计为88%,现场实测为90.3%。理论分析与实践表明,充填设备与地质条件对充实率的影响程度最显著,充实率的精确设计与良好控制是保证充填采煤技术成功实现岩层移动及地表沉陷控制的关键。     

复采工作面通过条带式残采区覆岩稳定性特征研究

为了制定条带式残采区复采的合理开采方式,以西河煤矿3^#煤层条带式残采区为工程背景,采用三维相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究复采工作面通过条带式残采区引起的覆岩运移变形特征和稳定性演化规律。模拟结果表明：当工作面与条带式残采区斜交角度在30°以上时,采场前方覆岩破坏形成的剪切破坏区域和拉伸破坏区域呈现出独立的变化特征,工作面前方煤柱和顶板会对上覆岩层形成有效的支撑作用;旧采残煤复采过程中顶板垮落以分段、分步、局部零星的多次垮落方式为主,工作面整体的矿压显现并不十分强烈。研究表明：复采工作面通过条带式残采区时工作面与巷道呈30°夹角布置是合理可行的。     

采场上覆关键层运移的模拟实验检测

在传统矿山压力理论的基础上,用光纤Bragg光栅传感器研究采场上覆关键层运移过程中的内部应变。以某煤矿30101综采工作面为对象,实验室模拟工作面上覆岩层变形的过程,在3 m平面模型上使用4个光纤Bragg光栅传感器,制作了3 000 mm×1 340 mm×200 mm的相似材料模型,几何相似比1∶100,同时在关键层的位置布置2条全站仪测线。实验表明,光纤光栅传感器监测出了关键层的初次垮落、周期性垮落过程,关键层初次破断时光纤光栅传感器波长漂移量曲线呈尖峰状,周期性破断时光纤光栅传感器波长漂移量曲线呈高原状,有一个持续的时间。30101工作面顶板初次垮落及周期来压步距分别在48.5~51.7 m与10.4~20.8 m,实验与现场矿压观测结果基本一致。实验实现了上覆关键层所受载荷的实时监测,载荷变化符合指数余弦函数规律。     

上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响

针对上下柱式多重采动影响下中部残煤的安全开采,根据白家庄煤矿复合刀柱式残采区中部7号残煤的赋存状况,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响,揭示了复合刀柱开采后中部残煤的应力分布特征。研究结果表明:1下部煤层柱式开采时,刀柱煤柱/柱采区域采场煤岩层会逐渐演化为应力增高区/应力降低区,二者在水平方向上交替显现;上部煤层柱式开采时,采场煤岩层的应力集中程度/卸压程度会进一步增强。2多重柱式采动影响下,采场煤岩层的应力分布呈现"原始平衡—初始波态平衡—新波态平衡"的演化特征,不仅揭示了支承压力在刀柱煤柱采场煤岩层中的时空叠加效应,而且证实了柱采区域采场煤岩层的复合卸压效应。3复合刀柱开采后,中部残煤的应力分布表现出明显的波态特征。