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下保护层开采保护范围扩界模拟研究与工程实践

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下保护层开采保护范围扩界模拟研究与工程实践

作者：王艺林安徽建筑大学

学位级别：硕士

瓦斯一直是影响煤矿安全生产的“第一杀手”,保护层开采是迄今为止治理瓦斯最经济、有效的区域性方法。但是根据《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯突出细则》的相关建议,无论是上保护层还是下保护层开采,被保护层的保护范围都是逐层缩小... 详细信息

瓦斯一直是影响煤矿安全生产的“第一杀手”,保护层开采是迄今为止治理瓦斯最经济、有效的区域性方法。但是根据《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯突出细则》的相关建议,无论是上保护层还是下保护层开采,被保护层的保护范围都是逐层缩小的,这与实际效果存在不一致,导致可开采煤量损失严重。因此,开展被保护层保护范围扩界研究具有重要的理论与现实意义。本文以安徽朱仙庄煤矿Ⅱ10310工作面为研究对象,利用FLAC3D三维有限差分程序,模拟10煤Ⅱ10310工作面的回采对上距78m突出煤层8煤的卸压影响过程,通过分析其应力、应变的变化规律,并结合应力保护准则、应变卸压保护准则和现场考察结果,得出上被保护层的有效保护范围。主要结论如下:(1)下保护层Ⅱ10310工作面的回采会导致上被保护层8煤的应力重新分布。当Ⅱ10310工作面回采20m时,8煤的竖向最大应力从原始值16.5MPa降至15.5MPa,随着工作面回采距离从40m增加到160m时,被保护层8煤的竖向最大应力从13.7MPa降低至7.55MPa,即随着工作面回采距离的增加,被保护层竖向最大应力逐渐降低,下降幅度达到54.2%。因此,10煤层的回采会导致上被保护层8煤的应力释放。(2)下保护层Ⅱ10310工作面的回采会导致上被保护层8煤的应变发生变化。随着Ⅱ10310工作面回采距离从20m增加到160m时,8煤的竖向最大位移从7.62mm增加至55.3mm,被保护层竖向最大位移量逐渐增加。并且8煤不同位置处位移值不同,会出现不均匀沉降状态。因此,10煤层的回采会导致上被保护层8煤产生大量裂隙,卸压保护作用非常明显。(3)基于FLAC3D模拟结果,根据应力保护准则,8煤的倾向上部保护范围在90.40°～91.95°,倾向下部保护范围在90.10°～93.15°,走向保护范围在90.8°～97.23°;根据应变卸压保护准则,8煤的倾向上部保护范围在90.20°～95.26°,倾向下部保护范围在93.15°～103.49°,走向保护范围在90.74°～97.29°。综合应力、应变结果,为安全起见,受10煤的采动影响,上被保护层8煤的走向和倾向保护角均划定为90°。(4)现场考察了上被保护层8煤Ⅱ836工作面的实际保护范围。实测结果表明:在走向停采线侧,卸压角为60°～104°的范围内被保护层最大残余瓦斯含量为3.41m/t,最大残余瓦斯压力为0.13MPa,干煤样最大钻屑瓦斯解吸指标△h为60Pa;在走向开切眼侧上部,卸压角为60°～90°的范围内被保护层最大残余瓦斯含量为4.09m/t,干煤样最大钻屑瓦斯解吸指标△h为50Pa;在走向开切眼侧下部,卸压角为60°～90°的范围内被保护层最大残余瓦斯含量为3.01m/t,干煤样的瓦斯解吸指标△h最大为60Pa;在倾斜方向下部,卸压角为75.5°～90°的范围内被保护层最大残余瓦斯含量为3.10m/t,最大残余瓦斯压力为0.06MPa,瓦斯解吸指标△h最大为60Pa。所有测定结果均小于2019版《防治煤与瓦斯突出细则》规定的临界值(0.74MPa、8m/t),并且符合《淮北矿业集团关于2021年“一通三防”工作的实施意见》中规定的5m/t、0.5MPa和180Pa的临界值。因此,受10煤采动影响上被保护层8煤的走向与倾向实际保护范围均按90°进行划定,现场考察结果与FLAC3D软件模拟结果一致。FLAC3D模拟与现场考察结果均表明,朱仙庄煤矿上被保护层8煤的实际保护范围在走向与倾向上均扩大至90°,存在扩界现象。与《防治煤与瓦斯突出细则》建议的保护角相比,走向上开采长度增加了100m,倾向上开采长度增加了29.84m,可采面积扩大约28000m,增长幅度53.43%,产量增加约39万吨,增长幅度44.32%,产生了巨大的安全经济社会效益,此结果可为淮北矿区乃至全国类似条件矿井的增产创收提供依据,也可进一步丰富保护层开采的理论与实践。图[54]表[19]参[75]

关键词：下保护层数值模拟卸压影响规律保护范围扩界考察

下保护层开采对上覆煤层卸压变形规律及保护效果研究

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下保护层开采对上覆煤层卸压变形规律及保护效果研究

作者：余婕贵州大学

学位级别：硕士

保护层开采能增强煤层透气性、降低抽采难度和提升瓦斯抽采率,可从根本上减少煤与瓦斯突出事故的发生,从而为煤矿的安全生产提供保障。本文以贵州省安顺市轿子山煤矿平桥井、新井为实践背景,采用理论分析、数值模拟、现场实践等研究方法... 详细信息

保护层开采能增强煤层透气性、降低抽采难度和提升瓦斯抽采率,可从根本上减少煤与瓦斯突出事故的发生,从而为煤矿的安全生产提供保障。本文以贵州省安顺市轿子山煤矿平桥井、新井为实践背景,采用理论分析、数值模拟、现场实践等研究方法,研究下保护层开采对上覆灰岩层、煤层卸压规律变化及被保护层保护效果,利用FLAC数值模拟软件,模拟9号作为8号煤层保护层开采,采面推进过程中对卸压范围内煤岩体的影响,同时,根据8号煤层最大残余瓦斯含量对被保护区域的保护效果进行检验。主要得出以下结论:(1)通过分析上覆煤层运动破坏基本形式、覆岩裂隙发育规律及采空区上覆煤层的破坏特征,得出覆岩纵向呈现明显“三带”。通过经验公式理论计算得到9号煤层冒落带、裂隙带高度分别为5.84 m、25.30 m,9煤层开采后不会破坏8号煤层的连续性与完整性且在理论卸压范围内。由此可知,将9号煤层作为下保护层开采具有理论可行性。(2)采用FLAC模拟了下保护层(9号煤层)回采对上覆被保护层(8号煤层)采动影响,研究表明:工作面下保护层回采推进过程中,随着回采面向监测点靠近,上覆煤层围岩的应力分布出现明显变化,且灰岩层与被保护层均处于应力卸压范围内,表明下保护层煤层开采对上覆煤层具有较为明显的卸压效果。(3)在保护层开采后,通过瓦斯抽采数据分析得知,轿子山煤矿在保护层开采前,测得钻孔瓦斯含量范围为13.9～15.7 m/t,保护层开采后,平桥井测得瓦斯含量范围降至4.2～5.4 m/t,新井测得瓦斯含量范围降至4.5～5.4 m/t,由此可见,保护层开采后,被保护层得到卸压,引起地应力重新分布,更多的瓦斯通过裂隙通道释放出来,表明被保护层得到有效保护。

关键词：下保护层卸压范围瓦斯治理与防治现场监测保护效果

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近距离下保护层开采冲击地压防治技术应用

煤炭工程 2022年第8期54卷 37-41页

作者：石增柱开滦(集团)唐山矿业分公司河北唐山063000

为探究近距离下保护层开采分别位于采空区、煤柱上方时的应力转移、能量释放规律,以唐山矿0250工作面为研究背景,利用微震监测、煤层钻孔卸压等监测手段,分析其在矿震事件分布及应力演化规律和影响范围,结果表明:下保护层特厚煤层开采... 详细信息

为探究近距离下保护层开采分别位于采空区、煤柱上方时的应力转移、能量释放规律,以唐山矿0250工作面为研究背景,利用微震监测、煤层钻孔卸压等监测手段,分析其在矿震事件分布及应力演化规律和影响范围,结果表明:下保护层特厚煤层开采后上覆煤层的微震事件频次、能量及分布均呈下降态势,且保护区影响范围内煤岩体的弹性势能得到释放,巷道的侧向支承压力向煤体深部转移,基于演化规律对工作面两巷冲击危险程度划分,针对不同危险等级采取不同强度卸压解危措施,研究结果对于指导下保护层工作面开采冲击地压监测防治工作具有重要的指导意义。

关键词：近距离下保护层冲击地压支承压力区微震

贵州省红林煤矿下保护层开采的防突保护效果研究

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贵州省红林煤矿下保护层开采的防突保护效果研究

作者：尚延龙贵州大学

学位级别：硕士

由于贵州省煤矿煤层赋存不稳定,地质条件复杂,境内煤与瓦斯突出事故频发。在2011到2020年的十年时间,贵州省煤矿共发生突出事故27起,死亡人数达到247人。大量实践经验表明:保护层开采后能极大的增强煤层透气性,降低抽采难度,提升瓦斯抽... 详细信息

由于贵州省煤矿煤层赋存不稳定,地质条件复杂,境内煤与瓦斯突出事故频发。在2011到2020年的十年时间,贵州省煤矿共发生突出事故27起,死亡人数达到247人。大量实践经验表明:保护层开采后能极大的增强煤层透气性,降低抽采难度,提升瓦斯抽采率,能从根本上消除煤与瓦斯突出危险。本文以贵州省红林煤矿为实践背景,对下保护层开采的防突保护效果进行研究。利用理论分析、数值模拟、现场测试等方法,对下保护层开采过程进行分析,研究了下保护层开采的防突保护机理,验证了下保护层开采卸压防突效果。得出的主要成果如下:(1)通过对下保护层开采后上覆煤岩层破坏变形分析,得到了受到采动影响时,上覆煤岩层的运移及分布规律。通过对红林煤矿地质状况考察,计算得到了下保护层开采的理论卸压范围。(2)利用FLAC3D数值模拟软件,建立了红林煤矿下保护层开采的数值模拟模型,分析了上覆煤岩层及顶底板的塑性区演化规律及应力位移变化规律。采面推进结束后,塑性区呈现以工作面中部为轴的对称分布,形状近似与蝴蝶形。在采面推进过程中,应力分布呈现采面中部集中,两端降低的规律。采面开采对上覆煤岩层的位移变化的影响范围明显大于下方的岩层。开挖后顶板位移变化分布规律呈近似的“V”字分布,具有一定的对称性。(3)通过现场钻孔测试数据分析,保护层开采后,上覆9、12、13、14号煤层瓦斯含量大大降低,平均降幅达到70%以上,被保护层9号层煤层瓦斯压力下降67.5%,煤层瓦斯含量为下降75.5%(4)通过对保护范围进行现场实测,确定实测保护范围大于理论卸压范围,下保护层开采卸压效果达标。

关键词：下保护层数值模拟保护效果卸压角卸压范围

下保护层开采技术在深井煤柱应力集中区的应用实践

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煤矿支护 2023年第1期 44-46页

作者：卜照龙杨忠信阜新矿业(集团)有限责任公司辽宁阜新123000

阜矿集团兴阜煤矿一400水平煤柱应力集中区采用下保护层反程序开采技术,实现了太下三煤层、太上煤层群的安全开采,有效地解决了煤柱应力集中区冲击地压的防治问题,同时也解决了深井残采阶段煤柱区资源的开采难题。

关键词：下保护层煤柱区应力集中区冲击地压

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急倾斜煤层俯伪斜下保护层开采的卸压范围

中国矿业大学学报 2010年第3期39卷 380-385页

作者：范晓刚王宏图胡国忠李晓红袁志刚重庆大学西南资源开发及环境控制工程教育部重点实验室重庆400030

以某煤矿急倾斜煤层俯伪斜下保护层开采为工程对象,采用有限元数值计算分析方法,从被保护层的应力和变形2个方面分析了保护层开采对被保护层的卸压程度和卸压保护范围;通过现场观测被保护层瓦斯动力参数变化,确定了被保护层实际的有效... 详细信息

以某煤矿急倾斜煤层俯伪斜下保护层开采为工程对象,采用有限元数值计算分析方法,从被保护层的应力和变形2个方面分析了保护层开采对被保护层的卸压程度和卸压保护范围;通过现场观测被保护层瓦斯动力参数变化,确定了被保护层实际的有效保护范围.2种方法得到的结果基本一致.结果表明:该矿井保护层开采后被保护层得到充分保护的倾向上部卸压角为90°、下部为82°,走向超前距离大于20 m,其被保护层卸压范围是一个近似椭圆型的卸压圈,卸压圈椭圆的中心区域是卸压效果最充分的区域,从卸压圈椭圆的中心到边界卸压效果逐渐减弱.

关键词：煤层瓦斯急倾斜煤层俯伪斜采煤法下保护层数值模拟卸压范围

晋城矿区下保护层开采覆岩运移及裂隙演化规律研究

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采矿与安全工程学报 2017年第1期34卷 85-90页

作者：焦振华陶广美王浩卢志国中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城048000

针对晋城矿区开展下保护层开采试验,采用模拟试验,现场实测等手段研究下保护层开采覆岩运移、裂隙动态演化特征及被保护层变形规律。模拟结果表明:伴随基本顶的周期破断,采动裂隙呈梯形演化,贯通的竖向裂隙没有连通至上被保护层。保护... 详细信息

针对晋城矿区开展下保护层开采试验,采用模拟试验,现场实测等手段研究下保护层开采覆岩运移、裂隙动态演化特征及被保护层变形规律。模拟结果表明:伴随基本顶的周期破断,采动裂隙呈梯形演化,贯通的竖向裂隙没有连通至上被保护层。保护层开采后,被保护层下沉平缓连续,膨胀变形率保持在0.5%左右。深基点位移计动态监测下保护层94302工作面开采覆岩运动全过程,得到了监测岩层的移动曲线,掌握了上覆岩层横向三区、纵向三带离层裂隙时空演化规律。通过钻孔电视观测覆岩裂隙分布特征及被保护层煤体结构变化,得到冒落带高度2.2~4.5 m,裂隙带高度20.0~25.7 m,发现被保护层煤体受采动影响产生水平方向为主的小角度次生裂隙。

关键词：下保护层岩层移动覆岩“两带” 裂隙演化深基点位移计

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下保护层开采数值模拟与突水危险性评价

重庆大学学报（自然科学版） 2013年第9期36卷 64-70页

作者：王登科魏建平温志辉王云刚河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室--省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

为了确定断层附近防隔水煤(岩)柱的合理宽度,解决煤炭安全生产问题,以山西省某矿下保护层开采为工程研究对象,用FLAC3D数值模拟软件进行了数值仿真计算,充分考虑了断层的产状和落差,再现了回采工作面在推进过程中的顶底板采动裂隙的发... 详细信息

为了确定断层附近防隔水煤(岩)柱的合理宽度,解决煤炭安全生产问题,以山西省某矿下保护层开采为工程研究对象,用FLAC3D数值模拟软件进行了数值仿真计算,充分考虑了断层的产状和落差,再现了回采工作面在推进过程中的顶底板采动裂隙的发展情况,并结合经验公式法确定了隔水煤(岩)柱的合理宽度。同时还利用数值计算结果,对该矿六采区下保护层开采作了突水危险性评价。研究结果表明:断层不但是影响保护层开采底板扰动破坏程度的重要因素,也是确定防隔水煤(岩)柱宽度的关键所在。在对矿井突水危险性评价中,应该考虑采动对底板扰动破坏的影响。

关键词：下保护层开采断层防隔水煤（岩）柱数值模拟突水危险性

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关键层对急斜下保护层开采保护作用的影响

中国矿业大学学报 2011年第1期40卷 23-28页

作者：王宏图范晓刚贾剑青胡国忠袁志刚重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆400030 兰州交通大学交通运输学院甘肃兰州730070 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

以某矿多煤层下保护层急倾斜俯伪斜工作面为例,确定了沿工作面伪斜方向顶板硬岩层承受的载荷和充填体的支撑载荷的表达式.基于关键层理论和有限元数值模拟方法,确定了下保护煤层开采后上覆岩层中的关键层的位置及其破断距;得出了急倾斜... 详细信息

以某矿多煤层下保护层急倾斜俯伪斜工作面为例,确定了沿工作面伪斜方向顶板硬岩层承受的载荷和充填体的支撑载荷的表达式.基于关键层理论和有限元数值模拟方法,确定了下保护煤层开采后上覆岩层中的关键层的位置及其破断距;得出了急倾斜煤层开采后受关键层影响下的上覆岩层移动特点和破坏形态;分析了关键层对保护层开采保护范围的影响.研究表明,距下保护层K6煤层17 m的硅质石灰岩为上覆岩层中的关键层,其破断距为30 m左右;关键层破断之前,关键层上部的被保护层卸压并不明显;关键层破断以后,保护层的保护作用逐渐明显;且被保护层的瓦斯涌出规律与关键层破断距成周期变化,倾斜上部瓦斯得到充分释放,而倾斜下部由于冒落矸石的充填导致岩层变形较小,瓦斯不能充分释放,使保护范围在倾向上部比下部大.

关键词：关键层急倾斜煤层下保护层破断距