Redevelopment of fractures and permeability changes after multi-seam mining of shallow closely spaced coal seams

Mining the lower seams in a sequence of shallow, closely spaced coal seams causes serious air leakage in the upper goaf; this can easily aggravate spontaneous combustion in abandoned coal. Understanding the redevelopment of fractures and the changes in permeability is of great significance for controlling coal spontaneous combustion in the upper goaf. Based on actual conditions at the 22307 working face in the Bulianta coal mine, Particle Flow Code (PFC) and a corresponding physical experiment were used to study the redevelopment of fractures and changes in permeability during lower coal seam mining. The results show that after mining the lower coal seam, the upper and lower goafs become connected and form a new compos ite goaf. The permeability and the number of fractures in each area of the overlying strata show a pattern of „stability-rapid increase-stability“ as the lower coal seam is mined and the working face advances. Above the central area of goaf, the permeability has changed slightly, while in the open-cut and stop line areas are significant, which formed the main air leakage passage in the composite goaf.

Wybieranie kolejnych płytkich sąsiadujących ze sobą pokładów w ramach eksploatacji złóż węgla prowadzi do znaczących wypływów powietrza w zrobach leżących powyżej, co spowodować może wzrost zagrożenia pożarowego wskutek samo-zapłonu węgla pozostałego w zrobach. Dokładne zrozumienie zjawiska powstawania wtórnych spękań skał oraz zmian w ich przepuszczalności ma podstawowe znaczenie dla skutecznego zapobiegania samo-zapłonom węgla w zrobach zalegających powyżej pokładów wybieranych. W oparciu o dane dotyczące aktualnych warunków panujących w rejonie ściany nr 22307 w kopalni węgla Bulianta i wykorzystując oprogramowanie Particle Flow Code (PFC) a także wyniki odpowiednich eksperymentów fizycznych, przeanalizowano procesy powstawania wtórnych spękań skał i zmian ich przepuszczalności w trakcie wybierania niżej zalęgających pokładów wskutek połączenia zrobów leżących na różnych poziomach i powstania nowe-go, połączonego obszaru zrobów. Przepuszczalność i ilość spękań w każdym obszarze warstw nadkładu kształtuje się według schematu: ‘stabilność-gwałtowny wzrost-stabilność’ w miarę postępu przodka i postępowania prac w niżej zalegającym pokładzie. W warstwach nadkładu leżących bezpośrednio ponad środkową częścią zrobów obserwuje się nieznaczne zmiany przepuszczalności, podczas gdy w obszarach wybierania i w obszarach gdzie wybieranie się zakończyło zmiany przepuszczalności będą znaczne, prowadząc do powstania głównego korytarza wypływu powietrza w nowo-powstałym, połączonym obszarze zrobów.