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浅埋近距离煤层开采顶板活化结构及支架动载研究

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采矿与安全工程学报 2022年第5期39卷 857-866页

作者：黄庆享王小军贺雁鹏李康华李军刘建浩王守印西安科技大学能源学院教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054 中煤西安设计工程有限责任公司陕西西安710054 陕煤集团神木张家峁矿业有限公司陕西神木719300

为了揭示上煤层垮落顶板“活化”结构对间隔岩层关键层结构的载荷传递和支架动压机理,以陕北某矿北翼东区1-2与2-2煤层开采为背景,采用物理相似模拟、UDEC数值计算、理论分析及工程实例验证相结合的方法,研究了上煤层垮落顶板“活化”... 详细信息

为了揭示上煤层垮落顶板“活化”结构对间隔岩层关键层结构的载荷传递和支架动压机理,以陕北某矿北翼东区1-2与2-2煤层开采为背景,采用物理相似模拟、UDEC数值计算、理论分析及工程实例验证相结合的方法,研究了上煤层垮落顶板“活化”结构及向下煤层工作面的载荷传递特征,建立了“间隔关键层-上覆垮落顶板活化结构层”双结构力学模型,揭示了浅埋近距离煤层采场支架动载主要由上煤层垮落顶板“活化”结构引起。研究表明:下煤层开采后上煤层垮落顶板“活化”结构层呈现“砌体梁”结构,间隔关键层周期破断后形成“台阶岩梁”结构;上煤层垮落顶板“活化砌体梁”结构与间隔岩层“台阶岩梁”结构同步运动呈现大周期来压,非同步运动呈现小周期来压。通过建立顶板双结构力学模型,给出了支架动载计算公式,得出顶板双结构同步来压载荷作为工作面支架选型的依据,并通过实例分析验证了公式的可靠性。

关键词：浅埋近距离煤层活化结构覆岩动态运移载荷传递支架动载

浅埋近距离煤层内错布置采空区自燃危险区域研究

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中国安全生产科学技术 2016年第2期12卷 68-72页

作者：贺飞王继仁郝朝瑜岑旺邢国富祁学谦辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000 煤矿重大动力灾害防控协同创新中心辽宁阜新123000 伊泰集团酸刺沟煤矿内蒙古鄂尔多斯017000

浅埋近距离煤层内错布置开采下部煤层时,地表裂隙易与复合采空区相互贯通,造成地表漏风,使采空区,特别是上部老采空自燃危险区域的分布难以预测。针对此问题,以酸刺沟煤矿6上109工作面至地表空间为研究对象,在漏风测定及束管监测的基础... 详细信息

浅埋近距离煤层内错布置开采下部煤层时,地表裂隙易与复合采空区相互贯通,造成地表漏风,使采空区,特别是上部老采空自燃危险区域的分布难以预测。针对此问题,以酸刺沟煤矿6上109工作面至地表空间为研究对象,在漏风测定及束管监测的基础上,建立地表与复合采空区漏风模型,借助FLUENT数值模拟软件,研究地表漏风对复合采空区自燃危险区域的影响。研究表明,地表漏风最终汇入下部采空区回风侧,加大了其自燃危险区域范围;漏风流在向回风侧偏移的过程中,由于煤柱的阻挡,风速逐渐降低,与下部漏入的风流共同作用,使上部老采空区形成了氧浓度中间低四周高的不规则环状自燃危险区域;下部采空区进风侧向上的漏风增加了本煤层采空区的总漏风量,加大了其自燃危险区域宽度,同时增加了上部老采空区局部氧浓度,使其自燃危险性增大。

关键词：浅埋近距离煤层内错布置复合采空区漏风自燃危险区域

浅埋近距离煤层过斜交区段煤柱开采矿压规律研究

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煤炭工程 2024年第6期56卷 96-102页

作者：陶志勇黄庆享范东林陈苏社王伦言贺雁鹏王庆雄国能神东煤炭集团有限责任公司陕西神木719315 西安科技大学能源学院陕西西安710054

为了探究浅埋近距离煤层工作面开采过不同斜交角度煤柱的矿压规律,保障工作面安全高效回采,采用现场实测和数值模拟相结合的方法,分析了11°、30°、45°、60°和75°斜交角度的采动应力演化特征,揭示了工作面过不同斜交角度煤柱的应力... 详细信息

为了探究浅埋近距离煤层工作面开采过不同斜交角度煤柱的矿压规律,保障工作面安全高效回采,采用现场实测和数值模拟相结合的方法,分析了11°、30°、45°、60°和75°斜交角度的采动应力演化特征,揭示了工作面过不同斜交角度煤柱的应力变化规律。结果表明:根据过11°斜交煤柱矿压规律实测,工作面来压位置随煤壁与斜交煤柱叠加区而移动,在工作面中部压力最大,机尾次之,机头最小;工作面机尾过煤柱时应力集中最明显;中部过斜交煤柱时,随着斜交角的增大,超前煤壁峰值应力自30°以内为中部宽缓单峰,45°~75°为中部斜交区和机尾双峰,且机尾峰值较大;机尾最大超前应力峰值随斜交角的减小而增大,峰值越靠近机尾;斜交角超过45°时工作面中部出现应力峰值,表现为双峰,该研究可为类似工作面过斜交煤柱开采提供借鉴意义。

关键词：浅埋近距离煤层斜交煤柱应力叠加区不同斜交角度矿压显现

浅埋近距离煤层过平行煤柱开采强矿压机理研究

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采矿与岩层控制工程学报 2024年第5期6卷 1-12页

作者：黄庆享张谦贺雁鹏陈苏社王庆雄西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 国能神东煤炭集团有限责任公司陕西神木719315

为了揭示浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采动载传递特征及强矿压机理,以榆家梁煤矿43207工作面为工程背景,采用现场实测、物理模拟、理论分析相结合的方法,研究了煤柱覆岩“倒梯形”结构随下部间隔岩层的运动及其载荷传递特征,分析... 详细信息

为了揭示浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采动载传递特征及强矿压机理,以榆家梁煤矿43207工作面为工程背景,采用现场实测、物理模拟、理论分析相结合的方法,研究了煤柱覆岩“倒梯形”结构随下部间隔岩层的运动及其载荷传递特征,分析了超前支承压力和支架载荷的转化规律,建立了“煤柱-间隔岩层台阶岩梁”耦合结构力学模型,得出了强矿压瞬间和顶板切落稳定后的支架载荷计算公式。研究结果表明:煤柱覆岩“倒梯形”结构的集中应力和载荷主要集中于煤柱后段,后段集中载荷是导致工作面过煤柱强矿压的根源;工作面进煤柱初期,煤柱应力表现为双峰;临近出煤柱时,应力集中为单峰,位于煤柱后段。工作面出煤柱4 m后,煤柱后区的超前支承应力系数达到峰值6.00,间隔层开始产生超前裂隙;出煤柱5 m时发生强矿压,煤柱应力下降43%。强矿压期间,煤柱应力传递至煤柱下7 m层位(间隔岩层关键层中部)下降了39%,表明顶板结构承担了相当大的载荷。基于间隔岩层台阶岩梁结构的理论计算,得出强矿压瞬间的支架载荷计算公式,按照煤柱平均应力计算得出支架载荷为22.9 MN/架,按照强矿压时刻煤柱后段应力计算得出支架载荷为24.1 MN/架;煤柱传递至支架的载荷仅为煤柱总载荷的12%~18%,仍超过现场支架额定工作阻力9.2 MN/架。因此,为防止压架,支架额定工作阻力需达到15 MN/架,或者对煤柱及间隔岩层结构进行处理,以保证安全开采。研究结果可为类似条件工作面过平行煤柱开采提供参考。

关键词：浅埋近距离煤层过煤柱开采平行煤柱动载传递强矿压

浅埋近距离煤层相邻对向开采工作面煤自燃防治技术与应用

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煤矿安全 2021年第6期52卷 98-103页

作者：翟小伟尚博郑增荣刘建平张金贵杨占国西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学榆林研究院陕西榆林719000 神木市能源局陕西神木719300 陕西神木神府经济开发区海湾煤矿有限公司三号井陕西神木719300

浅埋近距离煤层群两"U"型通风工作面相邻对向开采,易发生以上覆采空区为主要漏风通道的串联通风现象,针对海湾煤矿三号井2206工作面因串联通风导致的漏风发火情况,提出"超前-立体化"煤自燃防治技术;采用超前监测的方式,对工作面上下层... 详细信息

浅埋近距离煤层群两"U"型通风工作面相邻对向开采,易发生以上覆采空区为主要漏风通道的串联通风现象,针对海湾煤矿三号井2206工作面因串联通风导致的漏风发火情况,提出"超前-立体化"煤自燃防治技术;采用超前监测的方式,对工作面上下层采空区漏风发火动态进行预测;采用地表回填、巷道喷浆、注氮惰化、阻化剂喷洒、遗煤控制等防灭火技术,对上下煤层立体化分布的煤自燃危险区域进行治理。结果表明:2206工作面串联通风现象得到有效控制,上下层采空区煤自燃得到有效抑制。

关键词：浅埋近距离煤层相邻对向开采上覆采空区超前监测立体化封堵

浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采强矿压显现规律

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西安科技大学学报 2024年第2期44卷 245-255页

作者：孟永兵黄庆享贺雁鹏范东林陈苏社韦业豪王君国能神东煤炭集团有限责任公司陕西神木719315 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 国能神东煤炭集团有限责任公司石圪台煤矿陕西神木719315

浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采容易发生强矿压压架事故,严重影响工作面安全高效开采。以榆家梁煤矿43207工作面和石圪台煤矿2^(-2上)102及2^(-2上)103工作面为背景,采用理论分析、物理模拟和现场实测相结合的方法,根据间隔岩层厚... 详细信息

浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采容易发生强矿压压架事故,严重影响工作面安全高效开采。以榆家梁煤矿43207工作面和石圪台煤矿2^(-2上)102及2^(-2上)103工作面为背景,采用理论分析、物理模拟和现场实测相结合的方法,根据间隔岩层厚度和煤柱应力传递影响角,提出了过煤柱阶段划分判据,重点分析了不同间采比G、水力压裂程度条件下,过平行煤柱不同阶段的矿压显现特征。结果表明:由于上覆遗留煤柱及倒梯形覆岩结构的作用,导致煤柱影响阶段来压时支架平均载荷最大,进煤柱阶段次之,出煤柱阶段最小,强矿压位置主要集中在出煤柱影响阶段范围;间采比越小,工作面过煤柱采动期间来压时支架平均载荷越大,间采比G=5.5较G=10在进煤柱阶段、煤柱影响阶段和出煤柱阶段分别增大14.6%、14.2%和23.5%,动载效应越明显;间采比对周期来压步距影响不大,总体上煤柱影响阶段的周期来压步距是进出煤柱阶段的1.6~2倍,周期来压步距越大造成顶板悬伸长度增大,导致工作面来压时支架载荷明显。根据过煤柱阶段不同水力压裂范围的矿压规律分析,压裂后的支架平均载荷较未压裂减小11.2%~15%,来压步距减小7.8%~20.3%,水力压裂效果较明显,可有效地降低工作面过煤柱采动的强矿压风险,为类似开采条件的强矿压控制提供借鉴意义。

关键词：浅埋近距离煤层过平行煤柱强矿压显现间采比弱化效果

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浅埋近距离煤层开采覆岩与地表下沉规律研究

浅埋近距离煤层开采覆岩与地表下沉规律研究

作者：雒帅康内蒙古科技大学

学位级别：硕士

神府东胜煤田煤层埋藏浅、可采煤层多、煤层厚度大,地质构造简单,为浅埋近距离煤层开采。当采煤深度逐渐向下增加时,下部煤层开采对上层煤采空区再一次产生扰动,使覆岩和地表受到进一步破坏,因此重复采动的条件下,煤层上方的覆岩内部和... 详细信息

神府东胜煤田煤层埋藏浅、可采煤层多、煤层厚度大,地质构造简单,为浅埋近距离煤层开采。当采煤深度逐渐向下增加时,下部煤层开采对上层煤采空区再一次产生扰动,使覆岩和地表受到进一步破坏,因此重复采动的条件下,煤层上方的覆岩内部和地表受影响所产生的变形破坏更加严重,从而更加容易造成各种地质灾害,比如形成地表盆地,破坏地表盆地上方的道路、建筑以及当地的生态环境,因此,研究浅埋近距离煤层开采的覆岩与地表下沉规律具有十分重要的意义。本文以神府东胜煤田矿区浅埋近距离煤层典型矿井为背景,采用实测统计分析、物理相似模拟实验、数值计算和理论分析等相结合的方法,研究浅埋近距离煤层顶部煤层一次采动、近距离下煤层重复采动的覆岩与地表下沉规律。并基于实测分析、物理模拟和数值计算结果,充分考虑覆岩与地表下沉规律的主要影响要素(上层煤厚度、下煤层厚度、松散层厚度、基岩厚度、煤层间距),采用控制变量的方法,建立多组重复采动的数值模型,研究上述因素变化时覆岩与地表下沉的演化规律,揭示开采条件对覆岩下沉的影响机制。(1)通过实测统计分析,确定了影响地表下沉的影响因素,分别是松散层厚度、基岩厚度、煤层间距和上、下煤层采厚。对单一煤层来说,基载比影响显著,当基载比的值介于1～2之间时,随着基载比的增大地表下沉系数也呈增大趋势;当基载比的值大于2时,随着基载比的增大地表下沉系数开始减小。同时单一煤层开采所引起的地表下沉系数均在0.5～0.8之间,采动引起的地表下沉量与煤层采高基本呈正相关。在重复采动条件下,地表下沉系数均大于0.7,远大于单一煤层开采的地表下沉系数,且主要受下煤层采高影响显著,下煤层采高越大,下沉系数越大。同时煤层间距也对重复采动下沉系数有影响,煤层间距越大,下沉系数越小。(2)单一煤层开采和重复采动造成的破坏形态基本一致,垮落区呈梯形,裂隙主要分布在开切眼与停采线两端,开采结束后,煤层顶板下沉值达到最大。地表下沉量走向方向的趋势是先增大后减小,地表最大下沉量位于采空区中部的正上方,且下沉曲线大致由中部对称,土层与岩层的交界处的测线及地表的下沉曲线更为缓和。(3)煤层开采的过程中,煤层上方覆岩分别以“破断-垮落-压实”这三个阶段向前传递,待变形达到稳定后,地表下沉量达到最大。地表分为平缓下沉、剧烈下沉和稳定下沉三个阶段。地表最开始因为下方基岩的承载作用保持相对稳定,下沉量相对较小,因此处于平缓下沉阶段;当岩层中的坚硬岩层破断失稳后,上覆松散层在开采活动的扰动下,内部裂隙被压实产生闭合,造成地表下沉量的急剧增加,因此这阶段属于剧烈下沉阶段;当煤层处于充分采动状态时,地表下沉量即可保持稳定,处于平缓下沉阶段。(4)采用控制变量的方法,建立多组重复采动数值模型。当松散层厚度作为重复采动的影响变量时,随着松散层厚度增大,重复采动地表下沉系数逐渐增大,地表下沉范围也呈增大趋势。当基岩厚度作为重复采动的影响变量时,随着基岩厚度增大,重复采动地表下沉系数逐渐减小,地表下沉范围也呈减小趋势。当煤层间距作为重复采动的影响变量时,随着煤层间距增大,重复采动地表下沉系数逐渐减小,但地表下沉范围呈增大趋势。当上、下煤层厚度作为重复采动的影响变量时,随着上、下煤层厚度的增大,重复采动地表下沉系数也逐渐增大,同时地表下沉范围也呈增大趋势。(5)重复采动条件下,基岩厚度的变化对重复采动地表下沉系数的影响程度最大,煤层间距对重复采动地表下沉系数影响程度最小。对地表下沉系数影响因素排序,从大到小为基岩厚度>松散层厚度>上煤层厚度>下煤层厚度>煤层间距。

关键词：浅埋近距离煤层重复采动地表下沉地表移动变形

浅埋近距离煤层群回采巷道变形机理及其控制技术研究

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浅埋近距离煤层群回采巷道变形机理及其控制技术研究

作者：徐小兵西安科技大学

学位级别：硕士

开展浅埋近距离煤层群采区顺槽巷道的变形破坏规律及控制技术研究具有重要意义。本文以冯家塔煤矿1403采煤工作面布置及巷道支护工程为依托进行研究，主要的工作及结论有：（1）对近距离煤层群回采巷道变形的主要影响因素和机理进... 详细信息

开展浅埋近距离煤层群采区顺槽巷道的变形破坏规律及控制技术研究具有重要意义。本文以冯家塔煤矿1403采煤工作面布置及巷道支护工程为依托进行研究，主要的工作及结论有：（1）对近距离煤层群回采巷道变形的主要影响因素和机理进行了分析，表明下层巷道在多种围岩压力与支护体的共同作用下，受围岩性质、地质条件、地应力、工程条件等多个因素影响。受上部采区留设煤柱影响，巷道顶板结构和应力环境产生复杂变化，巷道变形较大，支护困难。为保证回采巷道的稳定性，应从采区布置与巷道支护两方面进行考虑。（2）运用极限平衡法分析了上层煤煤柱的影响，对采区布置方案进行设计，并采用大型有限差分软件对2号煤、4号煤的回采过程进行仿真模拟，系统的分析巷道围岩压力，优化确定2号煤煤柱留设及1403采煤工作面顺槽布置方案。（3）通过围岩松动圈测试，研究了近距离煤层下煤层巷道受上部煤层开采影响的变形破坏的规律。结果表明受采动影响后，巷道帮部、顶板松动圈范围明显扩大;受上部留设煤柱的影响，靠煤柱侧巷道帮部松动圈较大。针对该采区复杂的地质因素，通过裂隙带高度计算方法，完成了支护方案设计。（4）运用有限差分方法对1403采煤工作面顺槽形成前后及使用过程中的围岩应力状态及顺槽变形规律进行了分析，得到1403采煤工作面顺槽应力状态分布规律及位移变化情况。研究表明本文提出的顺槽布置方式合理，1403采煤工作面顺槽支护设计方案可行，满足煤矿安全生产的要求。

关键词：浅埋近距离煤层回采巷道变形机理采区布置方法煤柱优化支护技术 FLAC模拟

浅埋近距离煤层采空区下工作面顶板结构与支护阻力研究

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浅埋近距离煤层采空区下工作面顶板结构与支护阻力研究

作者：李康华西安科技大学

学位级别：硕士

榆神府矿区主要开采浅埋近距离煤层群,目前已进入煤层群下部煤层开采阶段。生产实践表明,近距离采空区下开采,矿压规律与顶部煤层开采具有显著区别,采场支架选型和顶板控制缺乏科学依据。研究浅埋近距离煤层采空区下开采的工作面顶板结... 详细信息

榆神府矿区主要开采浅埋近距离煤层群,目前已进入煤层群下部煤层开采阶段。生产实践表明,近距离采空区下开采,矿压规律与顶部煤层开采具有显著区别,采场支架选型和顶板控制缺乏科学依据。研究浅埋近距离煤层采空区下开采的工作面顶板结构,揭示工作面来压机理,确定合理的支护阻力,具有重要的理论与现实意义。基于哈拉沟和柠条塔煤矿采空区下工作面矿压实测,结合类似条件下14个工作面的矿压特征得出,近距离煤层采空区下开采与顶部单一煤层开采相比,来压强度和动载系数增大,周期来压步距则减小;下煤层采高与间隔岩层厚度是影响下煤层工作面矿压显现的主要因素。物理模拟实验得出间隔岩层关键层破断特征:哈拉沟煤矿1-2煤工作面初次来压步距28m,周期来压步距9m,间隔岩层关键层周期性破断呈“砌体梁”结构;柠条塔煤矿2-2煤工作面初次来压步距59m,平均周期来压步距14m,间隔岩层关键层周期性破断呈“台阶岩梁”结构。数值计算得出,间隔岩层关键层的初次和周期破断步距、关键块的台阶下沉量与下煤层采高成正相关。基于矿压实测,通过物理模拟和数值计算,研究了下煤层工作面采高为1.75m和5m、上下煤层间距为11m和33m时工作面的顶板结构特征。实验得出,间隔岩层关键层与上煤层垮落顶板关键层可形成“砌体-砌体”和“台阶-砌体”2种组合结构形态。通过建立顶板结构力学模型,揭示了上下关键层的同步与非同步破断导致工作面产生大小周期来压的机理。分析表明,间隔岩层关键层的结构失稳运动对支架受力产生主要影响,上煤层已扰动关键层产生相对次要影响。基于“砌体-砌体”和“台阶-砌体”力学模型,结合已扰动顶板关键层“载荷传递”分析,给出不同顶板结构的支架工作阻力的计算公式,并通过开采实例进行了验证,为工作面合理的支护阻力确定提供理论依据。

关键词：浅埋近距离煤层台阶岩梁砌体梁间隔岩层支护阻力