针对盛鑫煤矿浅埋坚硬煤层51101综采面超前支护区域巷道的支护技术难题,通过现场调研及工程类比等方法,对其围岩变形的影响因素及破坏特征进行了分析,并确定出工作面超前支护区域巷道支护参数。运用FLAC3D数值模拟软件,对支护前后巷道围岩位移场变化进行对比分析,分析得出顶板最大下沉量及底板变形量收敛值明显降低,支护参数合理可行。现场实践表明:51101工作面超前支护区域围岩变形速度及围岩变形量都在安全合理范围之内,实现了矿井的安全高效开采,同时为相似工程地质条件下的超前支护技术提供一定借鉴。

针对王洼煤矿E1108大倾角综采工作面煤层赋存条件复杂、顶板倾角变化大,工作面上下端头及两巷超前支护段顶板维护困难的实际情况,研究制定了工作面上下端头顶板支护技术措施,分别提出了回采巷道在顶板倾角小于5°、5～15°、大于15°不同阶段的超前支护技术方案。现场实践表明,当回采巷道顶板倾角大于15°时,采用挖底、接顶超前支护技术措施后,顶板下沉速度显著减小,运输巷超前支护段顶板最大下沉量为170 mm,回风巷超前支护段顶板最大下沉量为230 mm,既满足了巷道回采层位的要求,又保证了回采期间巷道超前支护段顶板的稳定性。

介绍了矿井瞬变电磁超前探测技术的原理与方法,并以庞庞塔煤矿的10-702工作面上覆老空积水探测为例,采用该技术进行了超前探测;在此基础上,设计疏放水工程对积水异常区进行疏放,累积放水量达到47.58万m3,有效地消除了该工作面上方5#煤老空积水。

介绍了矿井音频电透视技术的原理与布置方法,并采用该技术对河峪煤矿综采工作面上覆近距离煤层采空区积水进行超前探测,通过探测发现该综采工作面上覆采空区存在3个积水异常区域,在此基础上,设计采空区积水疏放工程对积水异常区域进行疏放,累计放水量达到7800m3。工程实践证明音频电透视技术可有效探测出采空区积水量和积水范围,探测结果准确可靠。

合理开采方法的选择对极近距离煤层的安全开采十分重要。以某矿极近距离煤层实际地质条件为研究背景,提出下行开采和合层综放开采2个初步方案,并利用理论计算对2种方案的可行性进行分析,结果表明两种方案均具有一定的可行性。综合考虑技术和经济两方面因素,最终决定采用极近距离煤层下行开采的方法。

通过对极近距离煤层自然发火规律的分析总结,合理运用开采技术措施、均压防灭火技术、堵漏风技术等技术手段,同时还根据煤自燃机理研制新型防治煤自燃阻化泡沫材料,从本质上减少采空区遗煤自然发火几率,最终形成"开采技术措施+控风措施+新型材料"防治极近距离煤层自然发火的综合技术体系。

为解决“三下”采煤规程中近距离煤层组综合采高MZ计算公式在上下煤层间距较大时计算结果失真问题,基于开采沉陷规律和时间效应,研究并提出了2层及以上近距离煤层组（群）开采时“两带”高度预计方法,即导水裂缝带和垮落带。研究结果表明:根据煤层采高M、垮落带高度Hk和煤层间距h,近距离煤层组又可划分为较近距离煤层组（M<h≤Hk）和极近距离煤层组（0≤h≤M）;近距离煤层组（群）折算采高MZS为将采煤层采高加上由已采煤层和煤层间距折算的采高,极近距离煤层组还需考虑时间因素;基于MZS提出了“判别煤层组类型—计算折算采高—确定‘两带’高度”三步法的近距离煤层组（群）开采“两带”高度预计方法及预计公式。实际工程应用验证该方法更为合理、有效,可为水体下多煤层安全高效开采提供了技术支撑。

为提高煤炭资源回采率、延长矿井服务年限和实现厚薄煤层间合理配采,开展了近距离煤层群下伏厚煤层综放开采下上行开采可行性研究。基于燕家河煤矿近距离煤层群5-1,5-2及8煤地质条件,采用理论分析、物理模拟、数值模拟和现场实测等研究方法分析了8煤综放开采采场覆岩运移规律及破断特征,掌握了上覆5-1,5-2煤层与岩层的破坏特征及变形规律,确定了5-1,5-2煤层上行开采可行性。研究表明,8煤覆岩冒落带高度为1626.7 m.5-1煤位于8煤裂隙带下层位,处于8煤冒落带之上,5-1煤及其顶底板虽有明显弯曲变形下沉,但无台阶错动,整体连续性好。5-2煤位于8煤裂隙带与冒落带过渡层位,接近8煤冒落带;巷探表明了5-2煤处于整体下沉,顶底板无台阶错动,整体连续性较好。除内错采空区025 m的5-1,5-2煤层破坏较严重外,其余范围的5-1,5-2煤层结构连续完整,均可上行开采。

近距离煤层一般选用下行开采方式,上部工作面回采之后对采空区下回采巷道形成支承压力。通过监测某矿井近距离煤层采空区下回采工作面巷道、围岩结构、围岩变形程度和测量松动圈,结果发现:煤柱帮破碎、裂隙发育,顺槽两帮移近量最大值近0.43 m,顶底板移近量最大值达到0.48 m,巷道松动圈最大为1.1 m。受采动超前支承应力影响后,巷道松动圈增加至2.3 m,30 m范围是整个测试的工作面超前支承压力影响区。

本文整理分析了Hudson一阶模型、Hudson二阶模型、Cheng模型、Liu模型、Schoenberg线性滑动模型等五种裂隙等效模型的弹性参数表达式。利用数值模拟的方法,分析了裂隙的纵横波速度、弹性参数随裂隙密度、方位角和孔隙填充性质的变化规律,得出了Hudson一阶模型、Hudson二阶模型和Cheng模型的适用条件与适用范围,以及Liu模型与Schoenberg模型的差异性。模拟结果表明:在裂隙密度小于0.05时,Hudson一阶模型和Hudson二阶模型都是有效的;在裂隙密度小于0.1时,Hudson二阶近似的相应特征与Cheng模型相同;在裂隙密度大于0.15以后,Hudson二阶近似开始出现无意义的发散;Liu模型和Cheng模型适用于裂隙密度小于等于0.3的介质。相对而言,Liu模型的适应性更好;Schoenberg线性滑动模型对于含水裂隙的反应最为敏感。