2025年 07期
长平煤矿首采面回采期间覆岩运移规律研究
豆曙杰;李健;首采面回采期间覆岩运移规律的研究对提高矿山安全性和作业效率具有重要价值。以长平煤矿六盘区6301首采面为研究背景，通过理论分析、数值模拟和现场实测对首采面回采期间覆岩运移规律进行研究。研究表明，6301工作面回采至40 m时，老顶发生初次破断，超前支承压力影响范围为超前工作面85 m以内。首采面垮落带高度为20～30 m,裂隙带高度为30～40 m,弯曲下沉带延伸至距工作面顶板50 m及地表。现场观测表明，“见方”期间压力普遍高于正常回采期间。直接顶初次垮落步距在11.8～15.1 m之间，基本顶初次来压步距在28.6～35.2 m之间，基本顶周期性来压步距为12.81～25.1 m。
基于实验分析的储煤场自然发火特性及监测预警研究
闫铁柱;呼应伟;李元波;杨明;袁治程;刘帅;煤炭资源的大规模开采，促使储煤场需求量增大，导致已开采煤炭储存过程中常伴有自燃现象，对煤炭资源造成极大的浪费和危害。基于神渭煤炭管道运输公司储煤场自然发火为研究背景，采用理论分析和室内实验检测的方法研究储煤场自然发火规律，并根据以往研究和现场实际工况提出了自燃监测预警技术。研究表明，储煤场自然发火存在内因和外因2种因素，受到其自身属性和外界设备等的双重影响。根据对实验试管及控温、耗氧速度等理论分析得到了自然发火速度、CO浓度计算关系式；根据实验室检测得到煤样CO浓度与温度、煤样耗氧速度与温度关系；基于实验测定和自然发火周期计算式，得到储煤场压滤煤样和离心煤样最短自然发火期分别为26 d和29 d左右，并针对上述分析提出了具有针对性监测预警的技术。
煤矿掘进工作面钻墙截流瓦斯抽采技术研究及应用
秦培建;张清勇;张红印;龙航;魏宗勇;以南家咀煤矿14501回顺掘进工作面为研究对象，利用数值模拟和现场试验相结合的方法，对比分析了自然泄放和钻墙抽采2种模式下的煤壁瓦斯涌出特征。数值模拟研究结果表明，自然泄放状态下，煤壁瓦斯涌出量随暴露时间增加呈指数衰减趋势，且煤层瓦斯压力越高，相同暴露时间内的瓦斯涌出衰减越明显；钻墙截流抽采作用下，煤壁瓦斯涌出量随抽采时间增加呈指数衰减趋势，且煤层瓦斯压力越高，相同抽采时间内的瓦斯涌出衰减越明显；对比2种模式下的煤壁瓦斯涌出规律发现，抽采50 d左右时的煤壁瓦斯涌出量相对于自然暴露情况降低了24%。通过现场观测2种模式下的煤壁瓦斯涌出量与巷道瓦斯浓度变化规律，自然泄放状态下的巷道口瓦斯浓度达到0.38%,而在钻墙截流抽采作用下的巷道口瓦斯浓度迅速衰减；抽采至5 d时，巷道口瓦斯浓度降低至0.29%,表明钻墙抽采对工作面瓦斯截流效果显著。
采动影响下断层活化致围岩失稳破坏机理研究
刘超;断层是工作面及其附近具有潜在脆弱性的地质构造，也是影响煤矿安全开采不可忽视的地质因素，为研究采动影响下断层活化致围岩失稳破坏，采用实际工程和数值模拟分析的方法对断层影响区附近围岩变形破坏过程进行研究。基于离散元3DEC数值模拟软件，建立采动条件下断层活化诱发围岩失稳破裂模型，对断层活化影响区的扰动应力和顶板离层监测进行了分析。结果表明，随着采煤工作面的不断推进，采动应力逐渐增大；断层附近煤层采动与顶板位移关系曲线为锯齿状，说明断层活化影响区围岩处于静载与动载叠加的状态；断层附近围岩的应力和位移随着采煤工作面的推进而增大，越靠近断层面，位移逐渐趋于零，应力也处于较低的状态。
煤矿回采工作面“裂隙场-应力场-渗流场”演化规律研究
张克聪;胡士勋;蒙超;路东东;刘广兴;张波;倾斜煤层覆岩垮落与运移特征显著不同于近水平和缓倾斜煤层。尤其多水源补给条件煤层，揭示其覆岩“裂隙场-应力场-渗流场”演化规律对于矿井防治水工作至关重要。故以王家山煤矿西二202工作面为背景，开展倾斜煤层长壁综放采场“裂隙场-应力场-渗流场”演化规律研究。得到以下主要结论，覆岩裂隙发育高度随着工作面推进距离增加，先增大，达到峰值后基本保持不变，沿采场倾斜方向裂隙发育高度呈现“上部>中部>下部”。垂直应力沿工作面倾向呈非对称性分布，顶板应力释放区向工作面中上部区域偏移，底板应力释放区向工作面中下部区域偏移。随着推进度增加，工作面裂隙向顶底板扩展，形成导水通道，顶底板水体向采空区方向渗流，顶底板孔隙压力出现负值，且随着工作面的推进向采空区深部发展。最终，针对不同水源类型制定了防治水措施。为倾斜多水源补给煤层安全开采提供了借鉴，具有一定的理论和实践意义。
厚煤层回采期间覆岩“三带”分布特征及裂隙发育规律研究
李云;潘超;在煤矿生产过程中，采空区的瓦斯灾害是威胁煤矿安全生产的重大隐患。由于采煤作业导致煤层空间遭到扰动，使得煤层裂隙大量增加，原先赋存于煤层中的瓦斯就会大量涌入采空区。为了实现采空区瓦斯的有效治理，需要深入研究工作面在回采期间，采空区上覆岩层垮落后形成的“三带”特征及裂隙发育规律。以余吾煤矿N1100工作面为研究对象，采用UDEC仿真软件模拟工作面回采期间的覆岩破坏情况，分析“三带”的分布特征及裂隙发育规律。研究结果显示，垮落带高度约为13 m,裂隙带高度约为60～70 m,裂隙区呈现“梯形”发育特征。同时，采空区中部形成了压实区，裂隙被挤压压实。深入揭示采空区“三带”分布及裂隙发育规律，对于优化瓦斯治理措施、提高煤矿安全生产水平具有重要指导意义。
矿井粘土粉煤灰水泥复合浆液固结性能实验研究
刘赵新;为降低注浆技术成本，优化矿井注浆材料，基于动态水灌浆中常用的水泥-粘土浆液原料，提出了矿井粘土-粉煤灰-水泥复合浆液的注浆材料，通过微观化学元素分析探讨了浆液的反应机理，并采用正交试验研究了多种因素对材料凝固时间、固化比、水分离率的影响。通过对实验样品开展单轴抗压强度与抗弯强度试验，得出了优化的浆液配比。结果表明，最佳性能的复合浆液配比为水固比为0.8∶1,水泥∶粉煤灰∶矿井粘土∶生石灰∶硫酸钠∶水的质量比为1∶0.45∶0.20∶0.05∶0.07∶1.32。最后，通过比较优化浆液和普通浆液固结样品的力学性能，表明了优化浆液具有优越的性能，可以满足一般灌浆工程的要求。
厚煤层区段煤柱合理留设宽度及巷道围岩控制研究
葛斌;高成章;刘世超;为确定山西和顺正邦神磊煤业1502工作面区段煤柱合理留设宽度，采用理论计算、数值模拟及现场实践等方法研究了不同煤柱宽度下的围岩应力演化规律和塑性区破坏情况，并提出巷道围岩支护措施。结果表明，通过理论计算得出区段煤柱合理宽度范围为8.6～10.1 m,建立数值计算模型，从围岩塑性破坏区、垂直应力及位移量进行综合分析，最终确定合理的煤柱宽度为10 m并采用锚杆、锚索加钢丝网支护的方式来进行支护。经现场实践，得到巷道顶板锚杆、锚索最大受力分别为83 kN、122 kN;巷道围岩顶底板及两帮围岩具体最大位移量分别达到45 mm、110 mm,围岩变形量较小，可保证安全生产。
软硬岩互层条件下斜井临时支护研究
秦继龙;聂国豪;朱鹏;李亚楠;佟汉宇;王昆明;针对软硬互层条件下临时支护与快速掘进的匹配问题，采用FLAC3D有限差分程序进行数值模拟分析。研究表明，掘硬支软条件下，施加合适的支护强度能较好发挥锚杆与混凝土的承载能力；掘软支硬条件下，施加支护对围岩影响较小，巷道稳定性主要取决于掘进段围岩的性质。在不同软硬互层条件下，工作面空顶距变化对顶板下沉量的影响不同；顶板为较软岩石时，空顶距变化会对顶板下沉有一定的影响；顶板为较硬岩石时，增加空顶距对顶板下沉影响较小。在榆树岭煤矿进行了试验，在保证巷道稳定情况下减少支护强度，掘进效率显著提高。研究成果可在类似斜井施工中推广应用。
断层突水渗流及区域注浆防治水效果研究
赵星晨;通过构建Darcy-Forchheimer流动的耦合分析数值模型，研究了在断层突水后的含水层、断层和裂隙带中的孔隙度、渗透率和体积应变在流体-固体耦合下的演化规律，揭示了断层突水的机制。对含水层、断层裂隙带和裂隙带进行了区域注浆，获得了区域注浆过程中截面流速的演变机制。模拟结果表明，Forchheimer方程可以有效模拟地下水在高流速条件下的流动过程。压力-渗流耦合对断层中的非Darcy流动特征的影响显著。通过对不同注浆位置的模拟分析，获得了注浆过程中流速的变化规律，这对选择适当的注浆位置和优化注浆技术具有重要意义。