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杨村煤矿三层煤留设防砂煤柱采煤研究
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杨村煤矿三层煤留设防砂煤柱采煤研究
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放顶煤开采防砂煤柱防水防砂技术研究
1　引言　　淮北矿业集团芦岭矿810采区的煤层是新生界松散层覆盖下的全隐伏型煤层，煤系上部 含水砂砾层（ 称四含或底含）直接覆盖在煤层露头上，成为矿井充水的重要补给源并威胁浅部煤层的开采 。仅8、9煤层该采区就有500多万t的防砂煤柱储量。为了回收这部分资源，矿、校合作开 展了全部回收防砂煤柱储量的防水、防砂技术研究与试采，取得了良好的经济效益。
1.1　 810采区概况
芦岭矿810采区位于井田西翼，为一孤立的短轴向斜盆地，采区范围内二叠纪煤系下统下 石盒子组8、9煤层为主要可采煤层。该采区8、9煤地质储量504万t，其中可采储量437万t。 采区第四纪松散层厚 183.0～256.5m，平均厚242.52m。自上而下发育 4个含水层和 3个隔 水 层，依次为一含、一隔、二含、二隔、三含、三隔、四含??［3］?。其中，三含为本区 强含水层 。四含厚度为5.0～22.99 m，虽然厚度不大，但直接覆盖在 8煤层的薄覆岩之上，构成了矿 坑 直接充水水源??［2］?。 8煤层覆岩厚3.12～17.86m，其中基岩风化带厚3.44～17.86m （根据试验测 定，风化覆岩的水稳性差），未风化覆岩厚度占整个覆岩厚度比例很小。从技术角度来看， 810采区开采的成败，主要取决于能否有效防治水、砂的溃入。
1.2　技术研究的基本思路
基于这些情况，810采区放顶煤开采防砂煤柱防水防砂技术研究的基本思路是：疏放四 含水，降低承压水头；控制采高，使覆岩冒裂带高度不致波及四含的全部厚度，减少对四含 渗流场的扰动；加强顶板管理、控制顶板在工作面斜长方向上的不均匀冒落；加强监测，确保安全开采等。
2　疏放四含水?
2.1　放水工程目的
由于810采区勘探程度较低，未做过专门的水文地质勘探或补勘工作，因而，通过放水工程 实施，对四含及基岩风化带水文及工程地质条件、8煤层及覆岩的赋存状况进行探查。
其主要目的是：
（1） 在工作面开采范围内疏放四含水，减小局部富水区和富水带的威胁；
（2） 进一步查明8煤层、覆岩及其风化带的厚度变化情况；
(3） 通过钻孔岩芯描述与观测，进一步弄清覆岩及其风化带的岩性特征以及四含、风化带的组成；　?
（4） 通过颗分试验及破坏性渗透试验,进一步研究四含的渗透稳定性；利用浸水试验，进一步研究风化带的水稳定性；
（5） 取水样化验，分析四含水的水质特征。
810采区疏放水工程施工钻窝29个，放水孔87个，完成进尺2990.10m。
2．2　放水工程效果评价?
2.2.1　地层厚度的进一步确认
通过钻探资料分析，8煤层厚度在4.4～10.1 m之间，平均8.53m。8煤层覆岩由泥岩、砂 岩 组成，风化较为严重。其中，泥岩层薄，厚度一般在0.8～2.9 m；砂岩层相对较厚，一般为 6.0～11.6m。
2.2.2　疏水效果良好
放水孔中，最长放水时间达10个月，最短的也有约5个月。钻窝初见最大出水量达100 m?3/ h，终孔最大出水量达97.2m?3/h 。通过较长时间的疏放水，除强富水区个别钻孔有少量淋 水外，其余大部分放水孔只有滴水，说明放水工程取得了初步成效。通过放水资料分析,得 出以下主要结论：
（1） 四含的富水性在垂向上是不均匀的，中上部富水性较强。
（2） 四含富水性在平面上具有分区的特点，钻窝涌水量的分布明显出现三个区：强富水区 、弱水区、弱富水区。
（3） 涌水量衰减速度差异较大。强富水区水量衰减较快。进一步分析认为，这与该处的四 含粗粒含量较高、透水性较好有关。
3　允许采放煤高度的确定
煤矿开采实践证明，采后覆岩的变形破坏波及的范围和冒落裂隙带的发育高度与采高有密切 关系。因而，控制放煤高度是防止四含水、砂溃入的重要措施之一。根据数值模拟结果，不 同 放采比下,覆岩应力、位移及最大导高、冒高发育高度有所不同。根据有限元理论，建立走 向、倾向模型，按不同的放采比进行数值模拟计算，结合相似材料模拟试验结果，在采放高 度为6.0m的情况下(放采比为2∶1)，最大导高达到四含底部，最大冒高接近达到老顶中部( 风 化带内)。在采放高度为7.0m时(放采比为2.5∶1)，最大导高达到四含中部，最大冒高接近 达到四含底部 (见表1)。
表1　最大裂隙带和冒落带高度及位置（略）
通过对四含水的疏放，取得了较好的效果，同时得出了两点重要结论：一是四含中上 部富水性较强，二是在平面上四含有强富水区和弱富水区之分。　?
在这种情况下，若考虑 最大冒高不是大量波及四含中上部(四含中上部富水性相对较强)，则允许采放煤高度为6.5 ±0.5m，即，若采高为2.0m，则允许放煤高度为4.5±0.5m (弱富水区取“+”、强富水区 取“-”)。?
4　覆岩剪切破坏的控制
根据相似材料模拟和数值模拟，在首采区工作面两端因覆岩应力集中而产生剪切破裂，为溃 水 、溃砂提供了可能通道。为了防止在切眼及收作线附近覆岩产生过大的剪切破坏，阻隔 四含水、砂溃入，在开采初期，放煤高度从零开始逐渐增大，推进一定距离后方可达到允许 放 煤高度(4.5±0.5m)，形成台阶状。在收作前(距收作线一定距离)，放煤高度从4.5±0.5m逐 渐减小为零，也形成台阶状。经过不同台阶长度时的数值模拟，并结合相似材料模拟试验成 果，得出沿推进方向的台阶长度以6.0m为宜。　?
在开采初期，只采不放，工作面推进6.0m后，放煤2.0m，再推进6.0m后，放煤高度增加2.0m 左右，然后正常推进(放煤4.5±0.5m)。工作面推进至离收作线12m时，减小放煤高度2.0m, 继续推进6.0m后，再减小放煤高度2.0m，然后只采不放直至工作面收作。
值得强调的是，实际开采时，不可能是台阶状，而是形成一定的坡度。这种情况下，只要坡 度控制在30°左右，也能达到同样的效果。
5　加强顶板管理，控制顶板不均匀冒落
810采区可采煤层较厚，倾角缓，适宜放顶煤开采。考虑四含水、砂的威胁，决定采用简易 放顶煤开采。该工艺具有效率较高、操作简便、灵活性大、开采成本低等特点，其回采率可 控性强。
5．1　铺设双抗网再生假顶
为了更有效防止四含及风化带水、砂的溃入, 同时因工作面跟底托顶回采有利于采空区放煤 ，采煤过程中，顶板铺设双抗网。
图1　移架操作程序示意图（略）
5．2　移挪梁必须规范，严禁空顶作业
若顶板产生不均匀冒落，冒落处的覆岩内会形成应力集中，可能导致水砂大量涌入，后果 不堪设想。为此，移挪梁时必须严格遵守作业规程和有关技术要求，严禁空顶作业。
6　在操作过程中的注意事项
（1） 支柱必须垂直于顶底板，定位要准确；
（2） 漏冒顶处，必须用木料接实背严；
（3） 若煤壁有片帮现象，应采取切实有效的措施将煤壁背严；
（4） 移梁时，严禁大面积对子棚错梁；
（5） 给同一棚支柱补液时,要保持支柱受力均衡,防止倒柱伤人；
（6） 回柱时按自下而上、由里向外的顺序进行。回柱前必须对主梁柱进行重新补液；
（7） 回柱前，要检查回柱地点的支架情况，发现问题，必须先处理，确认无问题后，方可 进行回柱操作；
（8） 回柱放顶时，不许将采空区支柱全部回出；
（9） 要保证工作面快速均衡推进(工作面宽度不宜过大，保证推进速度为正常情况下的1.5 ～2.0倍)，实现正规循环作业；
（10） 顶板管理主要参数(见表2)。（略）
7　其它方面的监测及防范措施
（1）加强水情、砂情监测，发现水、砂涌入工作面时，除采用有效措施堵、截外，还要 同时观测水、砂量，并取样化验。
（2）增大矿井排水能力，并且要保证疏排水路畅通。芦岭矿 在8102面机巷下方，设置一条专门的泄水(砂)巷，与机巷以溜眼相连(每50m施工一个溜眼， 或根据有关设计技术要求进行)。
（3）强化顶板管理，煤帮用大笆背实靠严，做到采空区、顶板、煤壁“三封闭”，杜绝 漏冒顶事故发生。
（4）确保安全避灾路线的畅通无阻。
信息来源于：煤炭科技
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开采底砾含水层保护煤柱可行性研究
２０ ０ ８年第 ｌ １期　
开 采底 砾 含水 层 保 护 煤柱 可行 性 研 究　 一 　
李沛涛 ，武　 强　 　 　 １０ ８ ；２ 郑煤集团地勘公司 ，河南 新密 ００ ３ ． 　 ４２７ ） ５３ １　
（ ．中国矿业 大学 （ １ 北京） ，北京
要 ：为 了安 全 开采底 砾 含 水层 保 护 煤柱 ，采 用 “ 图一 双预 测 ” 方 法 ，辅 以切 合 实 际　 三
的探 查和试 验 ，对采 区的水文地 质条件 定 量评 价和预 测 ，实现 了保 安煤柱 的安 全 回采 。在 研 究过　 程 中完善 了 “ 图一 双预 测” 理 论 ，拓 宽 了其 适 用范 围 ，可 为 类似 的 顶 板 水 定量 评 价 、 第四 系 三 　 底砾含 水层 下采 煤提供 理论 和 实践上 的参 考 。 　 关 键词 ：三 图一 双预 测 ；定 量评价 ；含 水层　
中图分 类号 ：Ｔ ７ ２ Ｄ ４　
文献 标识码 ：Ｂ 　
文章 编 号 ：１ ７ ― ９ ９ ２ ０ ） １ ０ ７０ 　 ６ １ ０ ５ （０ ８ １ － ０ －３ ０ 了底砾含水 层 的水 文地 质条 件及 其 对 ２号煤 开采 的影 响 ， 　 确立 了开采保安煤柱 的可行性 。 　
目前 国内外对 隐伏 于 巨厚新生 界底 砾含水 层下 的煤层　 开采 ，一般是基于 “ 上三带”理论　 ，确定三带发育高度 ， 　 采用 留设保安煤柱 的方法阻止开采煤层 和底砾层水 的连通 。 　
但是 随着开采工艺 设备 的进 步 ，传统 的 “ 上三带 ” 经验公　 式计算数值 和实际误 差很 大 ，为安全 考虑 ，实 际 留设 煤柱　 时采用较大 的校正 系数 ；如果 遇到缓倾 斜煤 层 ，按这种 理　 论计算 ，煤柱 留设 巨大 ，浅 部几乎 不可 开采 。所 以这种 粗　 略估算 的方法在实际生产 中造成 了很 大的资源浪费 。 　 针对邢台矿原为 ２号煤保安煤柱 的 １ 采 区 ，采 用 “ １ 三　 图一双预测　。 ’ ’的方 法 ，通过简 易的探查 和试验 ，在 “ 上　
ｌ 采 区概况 及存在 问题　 邢 台矿 １ 采 区为井 田西部新 开采 区，原 为 ２号煤 的保　 １
护煤柱 ，东部 以 Ｆ 正 断层 为界 与 ７ ０ 。 　 ７ ０采 区相接 ，本 区位　 于断层下盘 ，所 以水文地质条件受 Ｆ 　断层影 响较小 ；南到　 Ｆ 断层 ，本 区为断层 上盘 ，西 、北 为 ２号煤 隐伏 露头 。在　 。 　 这个相对独立 的构造单元 内，２号煤 开采存在 如下水文地质　 问题 ： 　
三带 ”理论的基础上 ，根 据实 际情 况具 体分 析 ，定量评 价　 护范 围内布置二。 回采工作 面。在本煤层掘进期 间采 取超　 煤 前钻孔配合高位瓦斯钻 （ ） 孔 的方式 进行瓦斯 抽放 ；采煤 工　 作面形成后 ，采用顺层交叉钻孔联管抽放 瓦斯 （ 抽放泵 流量　 ４ ｍ ／ ｉ，抽放干 管直 径 ３ ０ ｍ） ０ 　 ｍｎ ０ ｒ ，在 “ ａ 四位 一 体” 瓦 斯　
１ ２ 煤上 距底 砾含水 层０― ８ 和底砾 含水 层近 平　 ）号 ２ ｍ，
１ ）通过 下解 放 层 的开 采 ，二 ． 的煤 层 透气 系 数 由 煤 　 ０ ０ １ 　ＭＰ 　?ｄ变 为 １２ ０ ６ 　ＭＰ　 ?ｄ ．４ ｍ ／ ａ ２ ．５ ｍ ／ ａ ，即 增 大 了　
２７ ９５倍 ，为本煤层 的瓦斯抽放 创造 了非常有
镇城底矿充填开采可行性研究-10.29-改_冶金/矿山...(难采煤层的开采方法、破碎顶板的支 护、无煤柱沿...生成的具有水硬胶凝性能的含水硅酸钙和含水铝 酸...否则,就不能在水体下开采,应按保护煤柱留设的方 ...岩层均为强或中等松散含水层(玉龙山组或飞 7 仙...厚煤层分层开采的导水裂隙带高度计算公式顶板岩性 ...告成煤矿13141工作面跨采可行性研究_工程科技_专业...计划在 13141 工作面进行了跨巷道开采大巷保护煤柱...圈门群一段含水层,该含水层富水性强,补给充足,...下沉系数的大小与上覆岩层的坚固性系数成反比, 与...否则,就不能在水体下开采,应按保护煤柱留设的方 ...岩层均为强或中等松散含水层(玉龙山组或飞 7 仙...岩性以灰～浅灰色含砾砂岩、粗砂岩、粉砂 岩、泥...保护煤柱的梯形上底长 793 米、 下底长 841.8 ...开采 3#层煤,位于井田的东南侧,北以井底车 场...南以 F12 断层防水煤柱线为界, 西到 F32 断层, 东以 f511-13 断层为界。...比较复杂,工作面开采受上部野青灰岩及底砾含 水层的影响,下部受隐伏含水构造...上第三系是上新统底砾岩弱含水层,多露于沟谷中,...(机电科长) 根据本矿的开采规划及地形和实际情况,...风井筒保护 煤柱和工业场地保护煤柱 (2) 、村庄...但井田北部边界谭庄断层必须留足保护煤柱,防患于未 ...在开采二1煤层时, 由于顶板的砂岩裂隙含水层的地质...矿区南侧有引沁济蟒渠道,渠水沿底 部下渗,也是...隔水层的分析研究, 对矿井带压开采的安全性作出评价...⑤下石盒子组碎屑岩孔隙裂隙含水层 自砂锅窑砂岩底...不考虑断层构造 保护煤柱,根据《煤矿防治水规定》...设保护煤柱; 5、工作面回采过程中水害危险性适时...矿井深部煤层开采可行性论证与防治水技术研究; 7、...距二 1 煤层底 106m,对本矿井无太大的影响,为...
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7240上提北段工作面位于矿井一水平中四采区,为任楼煤矿首个留设防砂煤柱回采工作面。工作面走向长950～960m,平均955m±;倾斜宽75m±;斜面积约70025m2;上限顶板标高-275m。工作面特点如下:上覆新地层“四含”水,与风巷顶板最垂距20.24m,回采期间易导通出水。顶板破碎,易片帮、漏顶,管理困难;下伏82、73煤采空区,回采期间来压步距不稳定。机、风两巷压力大,断面变形严重,修整困难。工作面顶板压力大,再加上使用的zz型支撑掩护式支架,工作阻力小,底座面积小,容易造成支架下陷、歪斜、压死现象。1矿压监测系统研究方法与数据处理分析1.1矿压监测系统介绍综采工作面矿压监测系统采用了开放式的网络结构,支持多类型参数的监测和分析。通过井下压力监测仪、电话线、井下通讯分站以及系统接收主机实时传输信号,利用计算机及数据处理软件及时生成数据和各种图表。数据通讯方式为串行异步,循环周期12s,传感器量程0-...&
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0引言为加强综采顺拉工作面顶板管理,实时监测综采顺拉工作面支架工作阻力,保证工作面顶板控制的可靠性和安全性,为改善人工观测数据的不连续性和保证观测数据的真实性,采取了顶板矿压观测系统。陈四楼煤矿在21011综采顺拉工作面安装山东思科赛德公司的KJ24矿压监测系统,对工作面ZY型掩护式液压支架进行动态监控,并根据矿压观测数据分析支架是否满足支护要求。1工作面情况及背景21011综采顺拉工作面位于十采区,开采深度为-613.5~-339.8 m,煤层厚度最厚3.1 m,最簿2 m,平均厚度为2.56 m,煤层直接顶为砂质泥岩,平均厚度为3.3 m,老顶为中细砂岩,平均厚度为4.83 m,直接底为砂质泥岩,平均厚度3.3 m。21011工作面走向长1 202~1 633倾斜长224.2~425 m,上段安装ZY液压支架140架,下段工作面安装ZY液压支架140架,煤层倾...&
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煤矿的井下环境具有复杂性、多变性,并且存在瓦斯等危险性气体,所以经常发生意外事故。但是随着科技的发展,综采机械化水平不断提高,在井下越来越多使用采煤机械,提高了装机效率,不断向着高速化、智能化的方向发展[1]。且随着综采工作面压力监测技术的发展,对工作面的压力进行适时监测可以充分反映出工作面压力变化的整个过程,为煤矿安全生产提供有效手段。一煤矿综采工作面基本情况本次研究所选的煤矿煤层发育良好,地质构造相对简单,没有较宏大的构造,煤层整体呈现单一的倾斜构造。煤层的厚度约为(4.0-12.1)米,煤层倾角约为(3-18)度,煤层相对较稳定,属于缓倾斜煤层。而煤矿的综采工作面平均走向的长度约为300米,平均掩埋的深度约为(68-92)米,载荷层的平均厚度约为(50-75)米,顶板是一个典型的浅部煤层构造。在综合机械化开采过程中,开采工程的推进速度较快,煤矿的矿压明显且比较容易控制,覆岩运动也呈现出了新的特点。此外,由于回采面积的开采高...&
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1概述张集矿北区设计井型3·0M t/a,规划生产能力6·0M t/a。该区主采煤层为8和6煤层,借鉴中央区及其他邻近矿井生产经验,矿井采用高度集约化生产,全部布置为综合机械化采煤。综合机械化开采时,采高大、推进速度快,采场矿压显现及控制、覆岩运动都有其新的特点。另外由于回采面开采高度大、机械设备重型化,出现了支架-围岩系统控制和综采装备配套等问题。因此,加强工作面顶板矿压观测,分析顶板运动和液压支架工作阻力的变化等矿山压力特征及规律十分必要。张集矿北区首次采用综采工作面计算机矿压监测系统,对综采工作面顶板压力进行了系统地观测和研究。掌握倾斜长壁综采面矿压显现规律和采煤方法特点,优化采煤工艺参数,对有效地解决类似条件下采面支架选型、防片帮、冒顶,改进采煤方法和回采面高效安全生产具有指导意义。2主要设备综采工作面矿压监测主要采用ZYDC-1综采在线监测系统,系统采用了开放式的网络结构,支持多类型参数的监测与分析。该系统支持多种通讯...&
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1项目实施背景据统计，在各类煤矿事故中，顶板事故仍居前位。随着生产能力的提高、开采强度的增大和向深部开采的转移，顶板安全等问题越来越凸现，在采煤工作面主要体现在顶板支护形式及强度和顶板稳定性之间的矛盾。现有支护参数的安全系数需要监测手段进行评估及潜在的危险性预测，而这些往往由于相对落后的监测手段和信息处理技术而被忽略，这是顶板管理不到位的主要原因。因此，在顶板管理方面，充分利用网络资源，建立煤矿顶板压力监测系统，可实现矿井矿压在线综合监测，实现矿压监测的自动化和信息共享，对促使煤矿安全上一新台阶具有实际意义，在煤矿中具有重要的推广应用价值。3107中工作面在支架上安装新型KBJ一60IH综采压力记录仪，对顶板压力做到了实时监测，使施工单位能够及时掌握顶板压力情况，采取相应措施，加强顶板管理，防止事故发生。2项目实施过程3 107中工作面在矿井深部开采，顶板压力大，地质条件复杂，受三水平南翼犯1向斜构造的影响，工作面内有较多的隐伏...&
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