浅埋煤层房柱式采空区下长壁开采矿压显现特征

以鄂尔多斯地区浅埋煤层房柱式采空区下煤层长壁开采为主要研究对象,通过理论分析、现场矿压实测等方法,得出房柱式采空区上部覆岩在一定的采高范围内存在叠合梁结构,并且上位基本顶结构为固定梁,下位基本顶结构为悬臂梁,房柱式采空区煤柱及以下顶板构成直接顶;在上位固定梁的回转力矩作用下,下位悬臂梁周期性折断,其动载荷通过房采区煤柱传递给采场支护结构。上位悬臂梁与下位悬臂梁失稳的不同周期性,会引起工作面周期来压的不等距和来压强度的不等强性,是长壁采场支架失稳的主要原因。     

近距离房柱采空区下长壁采场顶板垮落特征研究

为了研究近距离房柱采空区下长壁采场覆岩随时间变化的渐进破断过程和采动裂隙的发展演化规律,以唐山沟煤矿某工作面为工程试验背景,采用物理相似模拟、顶板下沉梯度分析和图像增强算法方法研究了11-2煤房柱式开采后下部近距离的12煤长壁采场顶板岩层破断垮落及裂隙扩展情况.通过实验观察,并从能量释放的角度对岩层运移变化进行分析,结果表明:在近距离房柱采空区下,采用长壁回采工艺时,上部煤柱随时间变化产生破裂失稳,上覆岩层的能量以周期性的方式积累和释放,同时,每隔一个大的周期,有较大能量的突然释放.在此过程中,长壁采场顶板裂隙发育明显,裂隙扩展迅速,裂隙易与上部房柱采空区煤房导通,加速煤柱失效,并形成导水通道.     

房柱式采空区顶板破坏失稳机理研究

针对房柱式采空区失稳致灾问题,以榆林某矿房柱式采空区遗留煤柱为研究背景,采用理论分析、物理相似模拟、数值分析等研究方法,对房柱式采空区顶板失稳机理进行研究。研究结果表明：矿井采空区遗留煤柱稳定性安全系数为1.54,考虑煤柱在顶板长期载荷作用下发生蠕变作用,最终会发生大面积失稳;房柱式采空区煤柱破坏失稳诱灾影响因素包括煤体物理力学性质、风化作用、开采方式、积水浸蚀、蠕变作用等5种因素;房柱式采空区顶板灾变演化为“由点及面”的破坏规律,顶板由破坏到失稳分为初步破坏阶段、破坏扩展阶段、破坏加剧阶段及彻底失稳阶段4个阶段;采空区彻底失稳时煤柱应力峰值为15.08 MPa,应力集中系数为3.92,顶板下沉位移为392.44 mm。     

神东矿区房采采空区下综采工作面动载矿压防治技术

神东矿区早期由于设备、回采工艺及历史原因等采用了房柱式开采。该工艺回采率低,遗留了大量煤柱,造成下层煤开采时矿压显现剧烈并存在有毒有害气体,严重影响采掘安全。鉴于此,阐述了房柱式采空区下综采工作面动载矿压的形成机理,可概括为3个阶段:1上覆房采煤柱受二次采动影响发生崩解破坏,顶板出现裂隙和弯曲下沉;2下分层综采工作面的破坏裂隙扩展至整个岩层;3上覆残留煤柱的回旋断裂与下分层综采工作面周期来压叠加,形成动载矿压。总结了安全掘进和回采的技术方案,主要包括3方面:1设计初期,合理布置采掘工作面位置;2回采时采用微震监测、矿压监测、地表裂隙与沉降观测的技术措施;3采用的工程措施主要有残留煤柱爆破、地表预裂技术及采空区充填。     

房柱采空区遗留煤柱对下煤层开采的影响

为研究房柱采空区遗留煤柱对下部近距离煤层开采的影响规律,掌握该条件下工作面回采的矿压显现特征,采用数值模拟和力学分析方法,研究了大地精煤矿房柱采空区煤柱集中应力的影响深度以及下部煤层开采顶板的破断规律。结果表明:房柱采空区底板岩层应力随煤柱的分布呈周期性变化,3#煤层开采老顶活动受上部煤柱应力集中的影响,从而破断岩块,易发生滑落失稳,严重威胁了下部煤层的安全开采。     

孤岛充填工作面初采致冲力学机理探讨

孤岛充填工作面由于要控制采空区顶板下沉而导致工作面煤体支承压力分布变得复杂,造成冲击危险性评估方法不同于常规工作面,为了提供充填回收孤岛煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,以山东某矿孤岛充填工作面为背景,通过对孤岛煤柱覆岩结构及演化特征进行研究,建立了孤岛充填开采条件下“充填体-煤柱-顶板”力学模型,得到了充填工作面超前支承压力估算方法,提出了孤岛充填工作面煤体冲击失稳的判据。研究结果表明:① 采空区充填效果决定了上覆岩层下沉运动的空间以及与两侧采空区覆岩发生水平联动的范围,是影响孤岛煤柱覆岩结构演化特征的关键因素;② 受回采巷道切割及大直径钻孔卸压工程的影响,工作面煤体承载能力呈现明显的区域差异性,弹性承载区煤体是上覆岩层传递载荷的主要承载体,工作面开采边界条件和回采巷道布置方式是影响工作面煤体静态稳定性的主要控制因素;③ 充填材料受到采空区顶板下沉运动中压应力作用下发生压缩变形,当顶板和充填材料达到力学平衡时顶板下沉运动终止,充填材料固结体压缩变形量和弹性模量是影响工作面煤体动态稳定性的主要控制因素;④ 决定孤岛充填工作面冲击危险性的关键因素是工作面弹性承载区煤体静态支承压力和采空区顶板下沉量。针对这类冲击地压的致灾机理,通过煤层注水、高压水压裂及优化工作面布置以降低工作面弹性承载区煤体静态支承压力和提高采空区充填率、优化充填材料固结体压缩性能以减小采空区顶板下沉量等措施,可有效降低孤岛充填工作面的冲击危险性。该研究成果可为类似开采条件下冲击地压的防治提供参考。     

短壁跳采胶结充填围岩运动规律研究

针对我国"三下"压煤量大,开采成本高、工序复杂等问题,以某矿建筑物下压覆9~#煤层为工程背景,提出短壁跳采胶结充填开采方法,并对煤柱和充填体协同作用机理及围岩运动规律进行了研究。主要结论如下:工作面支巷设计宽度为5 m,长度为90 m,全厚开采;步骤一采留比1∶3,顶板变形最大14.1 mm,呈波浪形分布,底鼓不明显;步骤二采留比1∶1,顶板位移量最大30.9 mm,底鼓量2.3 mm;步骤三全采全充,顶板位移呈凹陷形分布,最大位移109.1 mm,底鼓最大10.3 mm;开采过程中煤柱应力呈阶梯状分布,呈波浪形向深部转移,充填体应力阶梯状跳跃增大;短壁全采全充后上覆岩层以弯曲下沉为主,直接顶没有发生明显的冒落;底板破坏呈现W-波浪型,矿压破坏带为0~2.2 m,煤柱两侧塑性区1.0 m。     

充填回收房式煤柱采场煤柱稳定性分析

为了提供充填回收房式煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,采用理论分析和数学推导对充填体-煤柱共同支撑下的围岩力学结构进行了研究,发现煤柱区域弹性地基系数kp、充实率φ、顶板抗弯刚度EI、覆岩载荷q是影响煤柱稳定性的主要控制因素。基于弹性地基梁理论建立了顶板岩梁的挠度方程,提出了煤柱区域及充填体的弹性地基系数计算方法,推导出了充实率对煤柱受力、顶板下沉量、采场应力分布特征的计算方程组,并建立了煤柱稳定性的评价公式。     

房柱式开采遗留煤柱安全复采技术研究

某矿3-2煤层采用房柱式开采方式,采空区遗留大量保护煤柱,针对遗留煤柱提出煤柱安全复采技术。对3-2煤层房柱式开采遗留煤柱复采进行了可行性分析,得出3-2煤层遗留煤柱适合复采;对煤柱复采技术进行研究,确定了复采工艺和设备,对3-2煤层遗留煤柱进行复采技术能够取得良好的经济和社会效益。     

固体密实充填采煤覆岩移动弹性地基薄板模型

固体充填采煤覆岩移动规律与传统垮落法开采相比发生了本质的变化,为准确地计算固体充填入采空区后上覆岩层的移动规律,在分析固体密实充填采煤覆岩移动特征的基础上,采用弹性地基薄板理论,建立了固体密实充填采煤充填体-基本顶力学模型,推导出了采场基本顶挠度、应力方程以及基本顶发生破断的临界条件,分析得出弹性地基系数是影响顶板移动变形的关键因素,并结合相关参数给出了基本顶最大下沉量和最大应力值随弹性地基系数的变化规律。平煤十二矿己15-13080充填采煤工作面工程实践结果表明:实测基本顶最大下沉值为347 mm,与理论计算结果相符。     

条带式Wongawilli煤柱特征及作用机理分析

条带式Wongawilli采煤法是一种新型高效减沉采煤法,对减轻采场覆岩破坏、控制地表沉陷、减少采动对地表建(构)筑物的损害具有重要意义,而煤柱是条带式Wongawilli采煤法减沉降损效果的关键。为研究条带式Wongawilli开采煤柱特征及其对覆岩作用,阐明了条带式Wongawilli采煤法煤柱系统与顶板的相互作用机理,本文结合王台铺煤矿地质采矿条件,采用理论分析、相似模拟及现场验证相结合的方法,研究了条带式Wongawilli开采煤柱形式及特征,建立了条带式Wongawilli煤柱的结构力学模型,分析了直接顶离层情况及不规则煤柱、条带煤柱的受力与支护强度。研究表明:条带式Wongawilli采煤法由刀间煤柱、不规则煤柱、条带煤柱形成了特殊的煤柱系统,刀间煤柱起临时支护作用,随着工作面的推进,刀间煤柱随采随垮或者短时间内就失去支撑能力;不规则煤柱能对顶板的维护起到一定作用;条带煤柱是整个煤柱系统的关键。条带式Wongawilli开采直接顶与基本顶发生离层,直接顶弯曲下沉形成"固支梁"或垮落形成"悬臂梁" 2种结构,并作用于条带式Wongawilli煤柱;条带煤柱与传统条带开采煤柱类似,支撑直接顶及基本顶。不规则煤柱类似于支撑单体的形式(类单体)被动支撑直接顶,且不规则煤柱如果发生失稳破坏,条带煤柱的压缩突变量也会突增,影响其稳定性,进而影响整个条带式Wongawilli开采煤柱系统的稳定。     

综放面单侧采空煤柱稳定性研究及实测

在使用留煤柱护巷的长壁采煤工作面中,单侧采空煤柱的稳定是后采工作面安全顺利回采的保障.近年来随着煤矿开采强度加大,对采对掘情况比较普遍,形成的护巷煤柱将经历两次工作面回采动压影响,对煤柱的稳定产生较大影响,对巷道围岩控制带来困难,特别是在综放开采的矿井尤为明显.因此,对厚煤层放顶煤工作面及相邻巷道对采对掘形成的区段煤柱在单侧采空状态下煤柱内支承压力分布规律进行了理论计算和现场实测分析.以东坡煤矿922和923综放工作面间20m护巷煤柱为例,分析和研究了煤柱形成后各阶段支承压力演变过程,得到了单侧采空煤柱采空区侧和巷道侧极限平衡区范围计算公式、煤柱最小宽度公式;通过钻孔应力计对现场煤柱内支承压力进行实测,得到了本工作面回采超前压力的影响范围和峰值,并说明现场20m宽煤柱内存在稳定弹性核区,煤柱可进一步优化以提高采出率.     

浅埋区小煤矿发展长壁开采的技术途径

小煤矿必须采用能够形成负压通风的壁式采煤方法, 是国务院安全生产委员会的规定。在总结陕北煤田小煤矿开采浅部煤层经验的基础上, 建议将落后的房柱式改革为长壁留煤柱支撑法开采, 以较大幅度提高采出率。长壁留煤柱支撑法开采的关键技术是区分两类不同性质的煤柱, 即区内煤柱和区域间的隔离煤柱。区内煤柱是指在小区域开采期间暂时保留在区内的煤柱, 其作用仅仅是保障在区内开采时的顶板安全, 而在小区域开采结束后能够适时垮落。为了防止顶板事故, 需要进行有效监测, 提出了监测方法的技术基础。     

区段煤柱留设合理宽度FLAC3D数值模拟研究

本文以河北某矿6#煤实际开采情况为背景,通过采用FLAC~(3D)数值模拟方法对留设不同宽度区段煤柱时,煤柱内应力和位移分布、煤柱宽度与巷道围岩稳定性进行了分析,得出了工作面间需留设合理煤柱宽度范围,在此基础上,结合矿井实际情况,确定采用留设6m区段煤柱方案,并进行了工业性试验。通过观测发现随着工作面的不断回采,巷道围岩先后经历无采动影响阶段、采动影响阶段以及采动影响剧烈三个阶段,巷道围岩处于可控范围之内,满足生产要求,这与按经验需留设15m区段煤柱相比,减少了煤炭损失,提高了采出率,同时本文的研究对类似条件下区段护巷煤柱的留设具有指导和借鉴意义。     

大同矿区的煤柱现状及开采对策

依据详实的资料分析了大同矿区煤柱的现状,并对煤柱进行了分类,在分析现有煤柱条件及可利用的技术措施后,提出了针对大同矿区煤柱开采的初步对策,为大同矿区煤柱的开发利用提供可借鉴的技术依据。     

基于数值模拟的矿井人为边界煤柱留设研究

为了合理确定矿井人为边界煤柱宽度,利用FLAC数值模拟技术,根据单一煤层开采和上下煤层重复开采条件以及不同开采顺序的情况进行了模拟,结果表明,煤层开采的应力分布、塑性区分布特征不同,边界煤柱所需留设宽度也不同,宽度达到40～50 m以上。重复采动条件比单一煤层开采条件所需的边界煤柱宽度大10 m左右。数值模拟结果与《煤矿防治水规定》中煤柱宽度不小于40 m的规定相吻合,且更加明确,更具实际指导意义。     

残留煤柱回采技术研究与应用

回收边角煤柱是衰老矿井延长服务年限的有效途径。近年来不少老矿井都在尝试回采残留煤柱,并取得了不少经验,对延长矿井服务年限具有重要的经济价值。白庄煤矿自2009年以来,为了提高矿井回采率,延长矿井服务年限,陆续对矿井边角残留煤柱进行了开采实践,在煤柱工作面分类、回采工艺选择、巷道布置、回采技术等环节进行了有效的尝试,达到了争产争效的目的,并取得了良好的经济效果,对相似条件下残留煤柱回采具有推广和借鉴作用。     

不均布采空区下冲击危险工作面煤柱留设宽度研究

为研究上覆不均布采空区下,具有冲击危险工作面区段煤柱布置问题,以某矿I010203工作面为工程背景,通过现场监测、数值模拟、理论分析等方法对工作面区段煤柱冲击危险和合理宽度进行研究。数值模拟和现场监测结果表明,I010203工作面回采过程中,15m宽区段煤柱微震事件频繁、能量剧烈释放,增大了工作面冲击危险;并且15m宽煤柱在工作面回采后不能完全破坏,仍可承受较高应力并向下部煤层传递,增大了下伏煤层回采工作面的冲击危险。数值研究表明,当宽度为0~6m时,煤柱破碎程度较高,不利于隔绝采空区及巷道稳定;当宽度大于10m时,煤柱内出现弹性核区,应力增加迅速,冲击危险性增高;8m宽煤柱是既能隔绝采空区预防瓦斯,又能使应力最低降低冲击危险的临界煤柱宽度,更合理的区段煤柱宽度为8m左右。研究结果可为该矿井接续工作面和相似条件工作面回采的煤柱宽度留设提供理论依据。     

不规则煤柱作用下工作面开采的三维数值模拟

通过对三河尖煤矿9202工作面实际开采情况的模拟，分析了近距离煤层或煤层群开采时，上部煤层开采后遗留的煤柱对下部煤层开采的影响.模拟显示下部煤层工作面推进到煤柱下方时形成的应力集中远大于工作面超前支承压力和煤柱引起的支承压力的简单叠加，形成的高应力区极易引发诸如冲击矿压的矿井灾害；指出在近距离煤层或煤层群开采时，要合理布置工作面的位置，根据上部煤层开采的时空关系来合理布置下部煤层工作面的回采巷道，并尽量避免在煤柱正下方采煤.     

条带开采留设煤柱置换开采方法的数值模拟研究

如何在不影响地表建筑物的前提下,对条带开采留设煤柱进行再次开采,提高煤炭资源的采出率是煤矿开采面临的技术难题。本文利用UDEC数值模拟软件,对采用在条带开采留设煤柱内开挖充填置换巷道的开采方法进行了数值模拟,研究得出:在回采率为40%的条带开采基础上,置换开采可将回采率提高10%,且没有破坏煤柱和上覆岩层的稳定性;充填巷的条数要控制在两条以内并且要集中布置在留设煤柱中央;对于多个留设煤柱应采用顺序开采等结论。