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。

为探究流固耦合作用下的煤层注水压力及渗透率分布规律,首先建立以广义达西定律为基础的数学模型。然后结合新安煤矿3402工作面实际情况建立几何模型,最后借助多物理场耦合模拟软件COMSOL,对煤层注水流固耦合数学模型进行计算求解。得出了各注水压力下,孔隙压力与渗流速度分布规律均为注水钻孔处最大,并以注水钻孔为中心呈椭圆状向四周递减,还得到了注水压力和注水时间与煤体渗透率的关系。

为优化设计三维旋转水射流喷头内部结构,利用fluent进行喷头内部结构对射流效果影响规律的数值模拟计算,分析了叶轮导向角分别为15°~75°时的射流流场特征,得出三维旋转水射流喷头叶轮导向角最优值为45°,并分析了喷头绕轴旋转时的流场特征。对根据数值模拟结果研制的喷头及配套钻孔扩孔装备进行实验室试验和现场应用检验,结果表明,三维旋转水射流扩孔直径可达2.3倍、百米钻孔瓦斯抽采纯量最大可达常规钻孔1.79倍、59 d抽采率提高了79.3%,在低透煤层增透方面应用效果显著。

针对山西煤炭运销集团芦子沟煤业有限公司10#和11#两层极近距离煤层联合开采中出现的问题。通过现场调研、实验室力学性能试验、理论分析及数值模拟相结合的方法,对煤柱稳定性、煤柱宽度的留设及其支撑压力的分布和煤柱支撑压力对底板的破坏范围进行研究,利用FLAC3D数值模拟软件,确定适合该矿合理回采巷道的外错布置方式的合理错距为9 m。

贵州某矿6#煤层和5#煤层为近距离煤层,下煤层回采巷道的支护问题一直是影响整个回采工作的重要因素,针对该矿下煤层回采巷道的支护问题,采用钻孔窥视仪对下煤层回采巷道的围岩结构进行了全断面探测,分析了巷道围岩破坏特征;在此基础上,结合FLAC3D数值模拟软件,研究了上煤层残留煤柱底板应力分布特征,分析了上煤层遗留煤柱集中应力对下煤层回采巷道围岩稳定性的影响,并根据下煤层回采巷道围岩受力和变形特征,提出了非对称支护设计方案,现场监测数据表明该非对称支护方案能够较好的控制巷道围岩变形。