浅部煤层壁式煤柱支撑法开采大面积垮落机理

中国西部有一批获得正常经营权的小矿井。他们在采用长壁煤柱支撑法进行开采时,常发生大面积顶板垮落事故。文中结合陕北郭家湾煤矿的实例进行数值分析,研究顶板大面积垮落的机理,认为一定极限条件下在顶板作用下的支撑煤柱群产生大变形,引起顶板变形破坏并形成"六面体"。在"六面体"重压下煤柱群整体塌落,造成大面积顶板垮落。区分隔离煤柱和区内煤柱,选择合理开采参数,是防止灾变的关键。     

浅部煤层壁式煤柱支撑法开采大面积垮落机理

中国西部有一批获得正常经营权的小矿井。他们在采用长壁煤柱支撑法进行开采时，常发生大面积顶板垮落事故。文中结合陕北郭家湾煤矿的实例进行数值分析，研究顶板大面积垮落的机理，认为一定极限条件下在顶板作用下的支撑煤柱群产生大变形，引起顶板变形破坏并形成“六面体”。在“六面体”重压下煤柱群整体塌落，造成大面积顶板垮落。区分隔离煤柱和区内煤柱，选择合理开采参数，是防止灾变的关键。     

孤岛煤柱膏体充填开采覆岩运动规律研究

为研究孤岛煤柱膏体充填开采覆岩运动规律,对岱庄煤矿2351膏体充填工作面支架压力进行了实际观测和分析。由于周围工作面回采结束时间较长,采空区内覆岩跨落后已经基本稳定。该工作面充填开采顶板初次来压步距为33.6 m,监测到的前4次周期来压步距分别为18.3、8.8、13.79、m。膏体充填条带煤柱开采采场与覆岩结构的特殊性决定了第一个周期来压步距相对较大。由于三面采空,虽然采用膏体充填采空区支撑上覆岩层,工作面顶板及其上覆岩层的断裂和下沉仍然十分显著。充填膏体的支撑作用使采场宏观矿压显现不明显,但三面的采空导致支架上的工作阻力较大,在推采停顿时间较长时矿压显现尤为明显。     

煤柱影响下远距离多煤层重叠开采覆岩运动规律

为探究平煤股份八矿多煤层远距离重叠开采,留设煤柱及采空区对底板卸压效果的影响,开展沿煤层倾向开采的相似模拟实验.实验结果表明:丁组煤层或戊组煤层开采,采空区或孤岛煤柱下方底板应力增卸压效果均随埋深的增加而减弱.丁组煤层开采上帮和下帮卸压角分别是65°和75°,煤柱增压区会影响至己组煤层.丁、戊组重叠开采上帮和下帮卸压角分别是75°和65°,卸压区和增压区均会波及到己组煤层,应力增值幅度有限.戊组煤层因采动形成动态增、卸压值要高于采动结束后产生的附加应力.丁组煤层开采对己组煤层的卸压保护效果甚微,但煤柱会使己组煤层产生附加应力.丁、戊组煤层重叠开采,煤柱和采空区交错布置有利于己组煤层开采.     

覆沙层下大采高工作面覆岩运移规律

大采高开采的方法是提高煤炭资源回收、实现矿井高产高效的重要发展方向,但也造成工作面覆岩破坏严重。为此,文中以宁东煤田赋存的覆沙层下特厚煤层为背景开展大采全高工作面覆岩运移研究,运用相似模拟的方法并综合多种监测仪器从模拟现象、力源两个角度对大采高工作面覆岩运移、下沉乃至垮落的特征进行了全程监测与分析。研究表明:大采高工作面覆岩垮落初次来压步距较大,支架带压移架后极易发生直接顶乃至老顶的突然垮落,工作面来压强烈、伴随有明显的支架动载现象;延伸至地表的裂隙有诱发地表覆沙层弯曲、有溃入工作面的可能;模型开采结束后形成了6条贯穿至地表且与工作面推进方向成60°的垮落裂缝;模型内部各岩层下沉范围随着工作面的推进而不断扩大,呈U字型下沉趋势。     

浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析

利用RFPA岩石破断过程分析系统软件，对神府东胜矿区活鸡兔煤矿厚松散层浅埋煤层首采工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态数值模拟。并根据模拟结果，分析了随着工作面采动和推进，上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。模拟结果表明，卸荷变形是引起浅埋煤层直接顶初始离层的主要因素之一，浅埋煤层老顶岩层破坏的主要顺序仍为“离层－断裂－垮落”，厚松散层浅埋煤层开采时，当关键承载层完全垮落后，覆岩会发生直达地表的整体切落现象。     

缓倾斜厚煤层浅部回采区段煤柱留设宽度优化

以某煤矿缓倾斜厚煤层浅部区段煤柱为对象.首先,利用数值模拟方法分析不同煤柱宽度下煤层回采时巷道围岩主应力、塑性区、支护结构应力及位移特征,评价巷道围岩稳定性,确定煤柱合理宽度范围.结果表明:煤柱宽度为3m时,区段煤柱莫尔应力圆与强度包络线相交、塑性区贯通、支护结构趋于破坏;宽度为6 m时,区段煤柱仅存30％弹性区、支护...     

浅埋缓倾斜煤层开采覆岩及地表裂缝发育规律与形成机理

为掌握浅埋缓倾斜煤层开采覆岩及地表裂缝发育规律和形成机理,采用野外实地调查、模拟实验和理论分析等方法,以羊场湾煤矿110207综采工作面为工程背景开展研究。研究表明：浅埋缓倾斜煤层开采诱发的地表裂缝发育特征明显。垂直回采方向裂缝呈弧形和直线形,平行间隔展布;平行回采方向裂缝展布于工作面两侧顺槽外侧,且工作面机巷侧裂缝发育范围大于工作面回风巷道侧。工作面顶板初次垮落步距60 m,周期性垮落步距平均为21.6 m,顶板以悬臂梁和铰接岩梁的形式重复破断活动;覆岩离层裂隙具有“产生—增大—减小—闭合”的演化规律,与竖向裂隙贯通后,导致导水裂隙带发育高度增大。地表裂缝具有动态发育和宽度动态变化2种动态规律,前者与覆岩周期性破断引起的地表动态下沉有关,后者则有“只开不合”、“先开后合再开”和“先开后合”3种活动类型,与地表岩土体复杂运移特征密切相关。倾向上工作面机巷侧(下山方向)裂缝发育范围大是煤层倾斜地表移动变形非对称偏移造成的。     

采动覆岩运移BOTDA-FBG监测试验

为研究采场覆岩变形破坏特征,采用相似材料物理模型试验的方法模拟煤矿工作面回采过程,用BOTDA分布式光纤和布拉格光纤光栅(FBG)监测采场覆岩运移规律。实验搭建了1.5 m×0.6 m×1.3 m的三维立体模型,几何相似比为1∶150,同时在模型水平方向埋设2根光纤,垂直方向铺设4根光纤,亚关键层埋设2个光纤光栅应变传感器,用以研究模型开挖过程中覆岩运移状态与BOTDA及FBG测试结果的对应关系。试验表明,FBG传感器应变量与岩层运移状态密切相关,可实现对采动覆岩变形破断和离层发育过程的监测。水平光纤测试结果与岩层垮落移动呈明显的对应关系,测试频移峰值间距与岩层垮落顶部离层宽度几乎一致,平均误差不超过3%;垂直光纤频移变化可以反映覆岩垮落及离层发育的动态变化过程。     

预掘双回撤通道煤柱留设及其围岩稳定性控制

针对预掘双回撤通道贯通时围岩失稳问题,通过理论分析和数值模拟方法,研究了预掘双回撤通道围岩破坏机理、回撤通道间合理煤柱尺寸、末采期间的围岩破坏特征和区域应力场矢量分布规律.结果表明:末采期间回撤通道处于非等压动态叠加应力场,围岩塑性区趋于蝶形失稳;理论计算主、辅回撤通道的合理煤柱尺寸为20 m,此时煤柱内应力分布呈现双...     

松散含水层下采煤合理煤岩柱高度的确定

百善煤矿系底部无稳定粘性土隔水层的中等富水含水层下采煤，为了安全合理地开采，对该矿地质采矿条件下的覆岩破坏移动特征进行研究分析，揭示了留设防砂煤柱开采的机理，取得了显著的经济效益，为条件类似矿井提高上限采煤提供了可靠的依据。     

大采高工作面区段煤柱合理尺寸的数值模拟

为了解决长平煤矿大采高工作面区段煤柱留设的合理尺寸问题,以长平煤矿4 305工作面为例,采用有限差分程序对不同工况下煤柱应力场分布规律进行了仿真研究。得出了煤柱应力分布呈"马鞍型"和弹性核演化过程中煤柱尺寸的相应范围,与理论计算结果相比较,确定长平矿大采高工作面的煤柱尺寸为30~40 m,为矿井下一步煤层开采区段煤柱合理留设提供了依据。     

松散含水层下采煤合理煤岩柱高度的确定

通过对百善煤矿松散含水层下合理煤岩柱高度进行研究分析，为该矿和条件类似矿井缩小防水煤柱、提高上限采煤提供了可靠的依据。     

近年来煤矿采动覆岩导水裂隙带的发育高度的研究进展

20世纪以来,中国对覆岩导水裂隙带已经有了一个较为全面的认识。导水裂隙带发育高度在矿井安全生产、煤矿防治水、矿井保水采煤、采空区与回风巷上隅角瓦斯治理、煤与瓦斯共采、水体下采煤等方面有着重要的研究意义,对前人的研究进行了回顾分类,重点论述了导水裂隙带高度的各种预测、模拟以及实测方法,介绍了当前对导水裂隙带高度实测的新方法,表明现在的探测手段已向多种手段相结合、钻探与物探相结合、地面与井下相结合等方向相发展,并且提出了导水裂隙带研究的发展趋势。     

长壁间歇式开采区煤柱应力监测方法与稳定性分析

为了解决陕北浅埋煤层中小煤矿开采时具有矿压显现剧烈、工作面支护难度大、顶板岩层控制难度大等问题,本文在以往提出的间歇式采煤方法的基础上,分析了间歇式采煤间隔煤柱、临时煤柱的作用,提出了这2种煤柱的应力监测站布置方法、监测设备、监测结果的应用,并利用顶板位移传感器和顶板压力传感器对煤柱的应力分布进行了监测,发现煤柱应力出现了缓慢增加、快速增加和缓慢降低的过程,并以此为依据对隔离与临时煤柱的稳定性做出进一步的分析研究,结果表明:间歇式采煤过程中,隔离煤柱的合理留设能够基本控制浅埋煤层矿压显现剧烈等矿压问题,研究结论对神府矿区长壁开采具有一定的理论指导意义。     

大采高综采面矿压显现规律及煤柱宽度优化研究

针对复杂地质条件下大采高综采工作面矿压显现及煤柱留设问题,以赵庄煤矿3号煤层5302工作面为研究对象,通过现场实测方法,揭示复杂地质条件下软煤层大采高开采的矿压显现规律及工作面合理煤柱宽度。研究结果表明:工作面基本顶初次来压步距为15.4~25 m,平均为21.4 m;来压期间支架平均工作阻力为5842.175 k N。基本顶周期来压呈分段局部来压,来压步距一般在5.3~13.7 m左右,平均为8.9 m;来压期间支架工作阻力平均为5588.23 k N。根据数值模拟及现场观测数据确定5302工作面合理净煤柱宽度不应小于40 m为宜。     

深井回采工作面覆岩运动及煤体应力分布规律

为保证深部开采矿井安全高效生产,根据东海煤矿32#右十一回采工作面地质资料,采用RFPA、ANSYS软件对深部回采工作面覆岩关键层运动规律及煤体内的应力变化情况进行数值模拟。结果表明,开采深度越大工作面覆岩关键层的破断距离越小,顶板周期来压步距越短;该工作面的周期来压步距为30 m左右,数值模拟与现场实测结果吻合;随着回采工作面的推进,高应力区向远离工作面的煤体内部移动,且煤柱上的高应力分布带移动量大于煤体上的移动量。该研究为矿井深部开采超前支护及冲击矿压防治提供了参考。     

浅埋煤层近距采空区危险性评价

在浅埋煤层含煤地系中有大部分煤层相距较近,上覆煤层开采完成后,存在大量上覆煤层开采后遗留的采空区,当下部煤层开采时,面临浅埋-近距-上覆采空区多重扰动影响,在开采过程中工作面顶板来压剧烈,且存在明显的动载现象,采动裂隙可直接沟通地表,易引起煤层自燃、地下水流失与地表植物死亡等安全与环境灾害,并对地面建筑、地面工程结构物的稳定造成严重危害.为保障矿井安全开采,对冯家塔煤矿进行了工程地质调查、地质雷达探测与采空区危险性评价,得出了上覆采空区结构形态及其对下覆煤层开采的影响,揭示了浅埋近距采空区影响下矿压显现规律和围岩破坏规律,建立基于浅埋-近距采空区影响下工作面稳定性评价方法和危险源识别系统,实现安全高效开采.     

两硬浅埋条件下6.0m采高工作面顶板运移规律数值分析

大采高开采是特厚煤层实现高产高效的主要方式之一.为了确保张家峁煤矿浅埋坚硬煤层和顶板两硬条件下大采高工作面安全高效开采.基于室内岩石力学实验,获得了力学参数,采用三维有限差分计算程序-FLAC3D,计算并分析了浅埋、坚硬煤层顶板条件下大采高开采的顶板运移规律.研究表明,在6.0m大采高开采过程中,随着工作面的推进,超前支承应力不断变化.工作面超前支承压力影响范围变窄、压力峰值向工作面内移,超前支承压力均高于未受采动影响下的状态.这为现场安全开采提供了理论依据.     

煤炭资源开发利用过程中铀迁移产生的环境影响研究进展

中国拥有着丰富的煤炭资源储量,同时也是世界上最大的煤炭资源生产和消费国,煤炭资源开发利用过程中的放射性环境问题越来越受到重视。综述了煤中铀的赋存状态、煤炭资源在不同开发利用阶段中铀释放迁移规律及产生的放射性污染等方面的研究进展,并对煤炭开发利用过程中的辐射风险评价方法进行了总结,最后对下一步的研究工作进行了展望。大部分煤炭产生的放射性物质对人类健康影响不大,需要特别关注的是富铀煤,尤其是中国南方地区广泛分布的石煤,其开发利用产生的放射性污染及潜在健康风险不容忽视。