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近距离煤层群上行开采机理分析与工程应用.pdf 评分

关于上行开采的一些内容,有兴趣的话可以看看。近距离煤层
国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 时,上位煤层的结构遭到严重破坏,下位煤层先采后上位煤层无法廾采;反之,采取一定技 术和安仝措施,上位煤层可以廾采。并且统计岀了煤层顶板覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极 软弱或其互层时,垮落带扃度的计算公式。但此处的岩性很大程度上考虑的是层间岩性,且 这些公式也都是统计得来的或是山破断岩体的碎涨系数来反推,而在下位煤层开采前又不能 准确实测出其垮落带高度和碎涨系数。此外北京开采所刘天仝院士等学者,分析回归出了受 下部煤层米动影响的上行开采的必要层间距计算公式。但这些判别式也都是由工程实践统计 出来的。 上述这些判别方法的计算式都只着重考虑了下位煤层的采晑、层间距和层间岩性,偏于 报守,没有认识到上位煤层的覆岩岩性及结构对必要层间距的汏定性作用,限制了近距离煤 层群上行开采的应用范围。 平四矿近距离薄煤层群上行开采 平顶山四矿己组煤层中的己煤层较薄,厚度为 ,而己煤层厚度多在 ,煤层倾角~,己和己煤层间距较小平均,最薄处,按照传 统的上行开采判别方法,不能进行上行开采,因此在己煤层采过之后,上覆己煤层 破遗弃 近年来出现己组煤工作面接替紧张的局面,为让薄煤层近层距综采上行开采成为可能, 以挽救那些曾被遗弃的己煤层。该矿选择己 采煤工作面进行了上行开采工业性 试验,该面布置在己采空区之上,按走向长壁布置,走向长,倾斜长 埋 深约 数值模拟 首先采用 进行数值模拟对上行开采的可行性进行了研究模拟方案走向模型的 范围取 倾向模型的范围取 倾角为)。用岩物理力学性质参照 平四矿工作面实际岩体力学特性确定,见表。节理特性考虑采动影响,围岩本构关系采 模型。数值计算模型及相关计算结果见图。 表 模拟中煤岩层岩力学参数 岩性 力学特性厚度弹性模量内聚力内擦角密度泊松比备注 砂质泥岩 中粗粒砂岩 关键层 若砂质泥岩 己煤 体秒质泥岩 己煤 泥岩 模拟结果表明:己煤层开采后的垮落带髙度约~,在工作两端头、开切眼和停 采线对应位置凵煤层有一定的台阶下沉,但台阶卜沉量没有超过煤层厚度的一半 (),采取定技术措施,可以不影响L作面止常开采。通过数值计算结合埋论分 析,可以认为在现有地质条件下,完全可以进行上行开采。 平四矿上行开采的两个有利条件是:①两层煤之间的岩层为软弱岩层;②上位煤层(己 山国科技记又在线 煤层)的直接顶为的软弱岩层,老顶为较坚硬的岩层(关键层)。第一个条件的 原因是显而易见的。对」第二个条件,原理在于:凵.煤井采后,凵煤层的老顶(关 键层)基本不会破断,承线了上覆岩层的大部分压力;再通过直接赋存在己煤层上的 软弱岩层的消化吸收,已煤层所承受的压力和变形都比较均匀,失去了产生剧烈台阶下 沉的动力。为了验证上行开采的可行性与上位煤层覆岩岩性合结构有关,我们将己煤 层直接顶和老顶的岩性改变,即在模拟计算中将直接顶变为坚使岩层,老顶变为软屴岩层进 行数值计算。在辶煤层底板设置监测线,计算后得到的走向(水平)模型监测线( 秌)的变形量总结如衣所示。改变岩层性质后的计算结果证明:己煤的变形程度整体 变大了,不利于上行开采。煤层开采后的垮断和变形状况,不但与直接顶有关,还与上覆大 范围的岩层覆存条件有关。因此,上行开釆的可行性研究,不能只局限于上、下两层煤之间 的岩层,还应考虑上位煤层覆岩覆存状况。 工 ()水平计算模型 ()倾斜计算模型及其采后效果 图 模型示意图及计算结果 表己煤变形量 方案 原条件 攵变条件 工业性试验 工作面采用 型支撑掩护式液压支架进行综采, 型采煤机落煤。工作面顶板压力显现整体不明显,通过采取超前移架、补 打煤壁护帮点柱、浅截深割煤等措施,没有岀现大的冒顶或其它异常情况。初期来压步距和 周期来压步距都比已的来压步距小 国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 工作面安全回采煤炭 力吨,工作面回采率达 。上行廾采还 提前释放了凵煤层的瓦斯,且更为有利的是下层煤u的廾采使其上覆岩层压力得到 了适当卸压,高地压转移,己煤层上作面巷道压力减弱,使 工作面得以顺利掘巷 和维护,工作面安全顺利回采有了保障。 实践证明,平四矿在上位薄煤层中采用综采工艺,工作面平均最高达单产 最高日产达 解放了己煤的 万储量,已成功回收出万吨煤炭,创造了 约万元的经济效益。且系统各环节基木正常,未出现安全事故,充分证实平四矿近距 离煤层群上行开采是切实可行的同吋也说明上位煤层覆岩岩性和组合关系对上行开采的意 义,即层间岩层为软岩时,采动影响倍数大于~就可上行开采。这扩大了上行开采范围, 为平顶山矿区和我国许多老矿区复釆采空区上部遗留的过去认为不能进行开采的煤炭资源 提供了依据和经验。 酸刺沟矿近距离厚煤层群上行开采 内蒙古伊泰集团酸刺沟煤矿设计生产能力为 自上而下赋存有煤、煤 烘和煤等近距离煤层,见表。传统的上行开采判别方法认灲综合采动影响倍数太 小,不能进行上行开采。但为了尽快达到设计生产能力,减少初期巷道工程量、投资及建井 工期,同时为了不在生产初期开采浅埋煤层使浅表水资源流失,以对地表生态环境造成不利 影晌,决定实行下行与上行相结合的开采方式。即先依次采煤和煤两个厚煤层,再 依次采煤和煤 可行性分析 综合考虑上位煤层覆岩与上行开采的关系,认为对煤和煤上行开采有直接影响的岩 层还有煤的顶板上覆岩层。煤的顶板上覆岩层中有两个关键层,这种覆岩组合关系特别 适合上行开采,主关键层老顶基本不会垮断,即使垮断后也可以形成具有很强承载能力的 砌体梁结构,即形成了支撑体系的平衡岩层结构,承载了上覆岩层的大部分压力。加之主 关键层与煤之间软屴岩层的传递消化,煤和煤所受的压力已比较均匀,失去了产生台 阶下沉的动力,有利于上行开采。 采用物理相似模拟对煤和煤开采后,煤和煤在的可采性进行了硏究。为淸晰 直观的硏究煤和煤依次开采后的煤和煤变形状况,模型采用:的比例 实验使用简易立体模型架,模型榘长 两侧边为 宽的钢支座用以 模拟边界条件。上煤埋深,模型前后局部采用有机玻璃板和钢板及角钢封闭,以防模 型坝塌,见图。模拟中煤分两层开采,上分层采用大采高()开采工艺,下分层 放顶煤开采工艺;煤采用敚顶煤工艺一次采全高。 表酸刺沟近距离煤层群综合柱状表 岩层均厚抗压强度内摩擦角 备注 祖粒砂岩 关键层 (主关键层) 泥岩 中粒砂岩 关键层 泥岩 泥灰岩 国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 泥岩 煤 泥 祖粒砂岩 泥岩 煤 泥岩 粗粒钞岩 关键层 泥岩 煤 砂岩 煤 模拟结果如图所示。物理模拟结果表明:煤分两层开采后且再采煤之后,煤层和 煤层虽然有明显的弯曲下沉,但其整体连续性保持完好,可以上行开采。 图物理模型原始图 煤 图煤和煤采后的状况 关键技术措施 上煤层工作面冋采期间煤老顶断裂线可能随上煤层老顶同时断裂,可能出现台阶下 冗,容易发生局部冒顶或大面积冒顶现象,有可能压死支架;上煤层釆巷道部分地段可能 出现底板裂隙,容易造成支柱钻底量大,降低超前攴护效果;特别是进入工作面超前移动文 承压力影响区时,围岩变形可能急剧增大,巷道断面有可能无法满足需要;下煤层的采动裂 隙可能会在上煤层生产期间溢岀瓦斯。针对回采期间可能山现的问题,宜采取以关键技术措 国武技文在线 http://www.paper.edu.cn ()上煤层工作面采用追机移架的方式对顶板进行及时支护,移架采用带压移架即少 降快移的方式,顶板破碎吋可紧跟采煤机前滚筒移架或超前进行移架。 ()上:煤层回采巷道超前支护距离不小于~ 并采取相应安全保障措施。 ()上煤层工作面初次放顶期间要严格倮证工作面的支护质量。 ()上煤层掘进和回釆期间都应根据底板裂隙的发育情况,釆取针对性的通防措施。 ()为使上煤层移动曲线达到充分采动,要求卜煤层工作面尺寸足够大,应采用长壁 采煤法,使上煤层达到该地质技术条件下的最大面积均勺下沉。同吋,要合理布置上煤层的 开采边界。上煤层工作面应位于下煤层工作面采空区的内部,避免受到下煤层工作面开采边 界处覆岩台阶下沉的不利影响。 ()下煤层应采干净,不留残余煤柱,故下煤层最好釆用无煤柱护巷。 ()加快下煤层工作面推进速度。受下部采动影响的上煤层总要经历拉仲、倾斜和压 缩变形作用而后趋于稳定。提采面推进速度,连续采煤,可缩短变形过程,减少变形程度。 )上下煤层开采均采取小控顶小步距直接顶充分垮落充满采空区的开采方案,促使 煤层开采后其直接顶充分垮冒,碎胀充填实开采空间,上覆岩层均匀下沉,不致发生大的错 动和扭曲移动。 主要结论 ()下位煤层开采后,上覆岩(煤)层的横向及纵向离层变形要产生大量采动裂隙, 破坏煤层,但随时间延长,采动裂隙会重新闭合压实;而纵冋剪切变形则表现为煤(岩)层 发生台阶错动,破坏了煤层结构,是上行开釆的最大障碍。因此,上行开采的关键是分析和 控制煤(岩)层纵向台阶错动,即采场上覆岩层纵向裂隙玚发展规律。上位煤层如位于最低 平衡岩层之上,可保证其比较完整连续,可上行开采 ()上行开采的可行性与上位煤层覆岩性质及其组合有关系,不能只局限于上、下两 层煤之间的距离和岩性。在上位煤层覆岩能形成较好的力学结构的地质条件下,会使上位煤 层所受压力比较均匀,失去了产生台阶下沉的动力,有利于上行开米。 )在适当地质条件下,上位煤层覆岩与上行开采的可行性的关系扩大了近距离煤层 群上行开采的应用范围:层间岩层为软岩时,采动影响倍数大于~就可上行开采,即上 煤层位于规则垮落带以上即可上行开采。研究成果对衰老矿区遗留煤炭资源的冋收和特大型 现代化新型矿区的开发规划及西部矿区的态环境保护都具有重要的意义。 参考文献 江珪全李中煤层群上行川采技术北京煤炭工业山版社 徐水圻采矿学徐州中屮国矿业大学出版社 雷明辉宋振骐缓倾斜煤层群上行开采的研究山东矿业学院学报 沈五名近距离薄煤层上行低综开采实胧煤炭技术 韩万林汪理全周劲锋平顶山四矿上行开采的观测与硏究煤炭学报 饯鸣高缪协兴许家林等岩层抔制的关键层理论徐州中国矿业大学出版社 彭苏萍凌标灿郑高升等采场弯曲下沉带内部巷道变形与岩层移动规律研究煤炭学报, 钱鸣高石平五矿山压力与岩层控制徐州中国矿业大学出版社 国武技文在线 http:/www.paperedu.cn 张东升马立强缪协兴等综放巷内允填原位沿空留巷技术岩石力学与上稈学报 李鸿昌矿山压力的相似模拟试验徐州屮国矿业大学出版社 作者简介:马立强(),男,回族,讲师,博士研究生 年大学毕业, 年获 硕士学位。从事动岩体力学及其在采矿工程中应用研究。

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