覆岩离层产生机理

矿山开采过程中引起的地表沉陷,为了解决这一问题对覆岩离层的产生机理进行了研究。关键层对控制覆岩的移动变形起主要作用。通过对覆言离层的产生、发展发育及闭合规律进行了较系统的探讨和研究,对采动覆岩离层的力学模型进行分析,得出采动覆岩内部相邻两岩层之间离层的产生及形成离层空间的条件、覆岩离层内部产生的机理、内部分布规律,影响覆岩离层分布规律的因素,为覆岩离层注浆防止地表沉陷提供理论依据和技术指导。     

覆岩离层注浆控制沉降技术及计算模型

煤层开采以后 ,其开采周围的岩体的原始应力平衡状态因采动而受到破坏 ,应力将重新分布达到平衡。在此过程中 ,采空区上覆岩层将发生非连续破坏和连续移动 ,形成冒落带、离层带、弯曲带和松散冲积带的“四带”覆盖结构。利用岩移过程中形成的离层空间 ,通过地表钻孔向离层注浆 ,可减缓覆岩的进一步下沉。因此 ,以矿山开采沉陷理论和弹性薄板理论为基础提出了覆岩离层注浆沉降计算模型 ,它可以确定上覆岩层离层空间发育的层位和岩层间的最大离层间隙量 ,并可对覆岩离层注浆开采地表下沉进行量化预计     

覆岩离层注浆控制沉降技术及计算模型

煤层开采以后,其开采周围的岩体的原始应力平衡状态因采动而受到破坏,应力将重新分布达到平衡。在此过程中,采空区上覆岩层将发生非连续破坏和连续移动,形成冒落带、离层带、弯曲带和松散冲积带的“四带”覆岩结构。利用岩移过程中形成的离层空间,通过地表钻孔向离层注浆,可减缓覆岩的进上步下沉。因此,以矿山开采沉陷理论和毕竟性薄板理论为基础提出了覆岩离层注浆沉降计算模型,可确定上覆岩层离层空间发育的层位和岩层间的     

基于相似模拟实验的采动裂隙场演化规律研究

针对目前综放开采条件下对顶板岩移破坏时空演化规律研究不足的问题,采用相似模拟实验的方法对综放开采条件下覆岩移动和破坏机制以及采动裂隙分布规律和形态特征进行研究,结果表明:随工作面推进裂隙带逐渐地往上演化发展,而且当关键性岩层垮落断裂时,这种裂隙演化更为迅速;当工作面回采至240m时,离层裂隙趋于闭合,采动影响达到模型的顶部,裂隙带高度不再随着工作面推进距离的变化而改变。     

多煤层开采导水裂隙带发育与 覆岩破坏高度规律

为了进一步揭示多煤层开采过程中,采动裂隙带发育规律的影响因素与采空区水的变化特性,以公乌素煤矿为研究对象,分别研究了该矿区煤层的覆岩类型及其对覆岩破裂的影响,从理论和数值模拟的角度研究了多煤层开采对覆岩破坏高度的影响.研究结果表明:(1)煤层覆岩越坚硬,覆岩破裂带发育的高度较大,导水裂隙发育就越高,反之,则容易下沉,但不易产生开裂,最终表现为覆岩破坏高度降低;(2)煤层采动过程中,开采厚度、开采方法、工作面跨度、开采深度与导水裂隙带的高度变化呈正相关关系;(3)公乌素煤矿倾斜煤层回采的导水裂隙带的分布沿工作面的倾斜方向整体呈不对称“马鞍形”破坏特征,多煤层下行开采过程中,下部煤层开采可以有效地减小上覆岩层采动引起的应力集中现象,且采空区的卸压范围及高度也随之增加.相关研究成果可为同类型矿井安全开采提供参考依据.     

急倾斜煤层不同覆岩结构导水裂隙演化规律

基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的赋存和水文地质条件,采用离散元数值计算方法,分析了覆岩结构组合对急倾斜煤层开采导水裂隙演化规律的影响。结果表明:急倾斜煤层采场上覆岩层无关键层及覆岩结构组合为隔水-结构关键层时,导水裂隙分布呈"耳型"特征;采场上覆岩层存在结构关键层,直接顶为坚硬岩层和软弱的隔水关键层时,导水裂隙以平行于层面的离层裂隙为主;急倾斜煤层开采不同覆岩结构组合,导水裂隙发育高度均随煤层采厚的增加呈增大趋势,裂采比呈降低趋势。现场依据导水裂隙分布特征,设计了合理的防水煤柱尺寸和矸石充填注浆胶结顶板控制技术,确保了水体下急倾斜煤层的安全回采。     

王洼煤矿水库坝体下工作面安全开采高度研究

为解决水库坝体下开采安全性,提高煤炭资源回收率,以王洼煤矿水库坝体下110505工作面为研究背景,通过物理仿真模拟、数值模拟及理论分析等方法对覆岩裂隙发育规律及导水裂隙带高度展开研究。为避免矿井开采对地表水坝与水体破坏,针对导水裂隙带高度分析结果,提出了110505工作面限高开采方案。结果表明：工作面开采后地表形成“凹”型盆地,并产生拉伸裂隙,致使地表水位下降78%;现场实测导水裂隙高度为170.76 m,物理仿真模拟试验、数值计算、传统经验公式得出三者的导水裂隙带高度分别为162,164 m和120.57 m;方差修正系数对经验公式做出修正后,反推出限高开采的安全开采高度为2.6 m。研究揭示了工作面覆岩导水裂隙带高度发育规律及水库水体受采动影响的规律,为王洼煤矿后续此类条件下安全措施的制定提供了依据。     

覆岩离层注浆减沉机理的新认识

根据采后覆岩移动影响带的分布规律和覆岩空间的存在形式，提出了采场覆岩空间守恒定律。根据离层注浆前后覆岩空间的转化和守恒定律，提出了离层注浆的动态减沉模型和减沉机理。认为离层注浆充填了部分离层空间，降低了地表潜在沉陷幅度：注浆材料的作用途径表现在充填作用、支撑作用、压实作用、胶结作用、膨胀作用、减缓作用等6个方面；离层注浆的减沉系数与注浆量成正比。     

软岩厚煤层开采覆岩破坏规律三维数值模拟分析

鉴于导水裂隙带高度经验公式在软岩厚煤层中的不合理性及其应用的局限性,以铁煤集团大平煤矿S2S9工作面综采开采工程为原型,采用有限元软件进行三维数值模拟,揭示大型水体下三软煤层采用放顶煤开采条件下的覆岩破坏规律,确定导水裂隙带的高度,并利用理论分析对其结果进行验证.结果表明:剪切应力值达到最大并超过了岩体的最大剪切强度时,导水裂隙带高度达到最大;导水裂隙带高度形态为梯形,切眼边可能导水裂隙带的发育高度比推进边的大;计算结果与理论分析结果相近.该研究可为实现大平煤矿库下安全高效开采奠定基础,同时也为其他地区软弱覆岩厚煤层综放开采技术研究起到一定借鉴作用.     

马兰矿深埋中厚煤层覆岩移动变形规律相似模拟研究

为了研究深埋中厚煤层在开采过程中的覆岩移动变形规律,预测顶板裂隙发育高度,以马兰矿地质资料为背景,利用室内相似模拟试验法,观测10702工作面采动覆岩破坏规律,应用计算机数值模拟软件对相似模拟中导水裂隙带发育高度加以验证。研究表明:由相似模拟试验可知,10702工作面的初次来压步距约为40 m,周期来压步距约为15 m;顶板垮落带发育高度为17.6 m,导水裂隙带发育高度为44.3 m。由计算机数值模拟可知,导水裂隙带发育高度约为45.5 m,与相似模拟试验结果基本吻合。裂隙发育位置的确定,不仅为综采放顶煤的生产安全提供理论依据,同时也为顶板冒落事故及透水事故的防治提供理论支持。     

济二煤矿离层注浆保护地面高压线实践

对开采引起上覆岩产生的离层,应用离层高压注浆新技术,通过地面建注浆站及打注浆井,将电厂排出的粉煤灰制成浆液注入离层空间,达到控制地表沉降保护地面高压线路,建筑物,农田的目的,收到了较好的效果。     

大采高采场上覆岩层运移规律数值模拟

为了研究大采高采场上覆岩结构及其运移规律,给大采高工作面的高产高效开采提供理论基础,通过3DEC数值模拟软件,以某矿6.2 m大采高工作面岩层赋存特征为工程背景,分别建立采高为2.2 m,3.2 m,4.2 m,5.2 m,6.2 m时的数学模型,研究不同采高下的上覆岩层垮落规律.结果表明:采高较低时,随着采高的增加,碎胀系数随着增加,冒落高度也随着增加,但是当采高增加到5.2 m时,随着碎胀系数的增加,冒落高度却几乎不变.采高为2.2 m时,最大离层量为1 m,随采高的增加,离层量基本呈直线增加,当采高大于4.2 m时,离层量增加迅速,当采高增加至6.2 m时,最大离层量可达到3.05m.随着离层量的增加,基本顶失稳时容易给支架造成冲击性载荷,增加动载系数,影响大采高支架的纵向和横向稳定性.     

岩层移动的复合介质模型及其工程验证

将采场上覆岩体视为大系统复合介质,建立岩层移动的层状－离散二重介质模型．采用薄板层状介质解析与离散元数值模拟相结合的方法,探讨了整个上覆岩层的移动规律,从而为研究减缓地面沉降技术提供了可靠依据,并举一实例作为工程验证．     

全强风化砂页岩地层压密加固效果试验

全强风化砂页岩地层注浆加固工程中常常伴随着地层压密现象,压密加固后地层的物理力学性能得到显著提升。为了研究全强风化砂页岩地层的注浆压密效果,以压缩模量、粘聚力、内摩擦角、渗透系数作为表征地层物理力学性能的主要指标,通过开展室内试验,获得了不同注浆压力与含水率条件下地层力学性能的提升规律,建立了可定量化描述不同含水率条件下注浆压力与地层物理力学参数的关系模型。研究结果表明：通过提高注浆压力可显著提高全强风化砂页岩地层压缩模量,高注浆压力作用下,地层压缩模量最大增长近10倍。当注浆压力处于较低水平时,加固后地层粘聚力的提升受含水率和注浆压力影响明显。当注浆压力处于较高水平时,加固后不同含水率情况下地层土体粘聚力基本趋于一致,地层粘聚力的提升不再受含水率的影响。地层内摩擦角在注浆压密后的提升程度始终受自身含水率的影响。注浆压力的提升可进一步提高地层的抗渗能力。采用建立的注浆压力-地层物理力学参数关系模型对某工程实例进行计算分析,给出了满足地层加固要求的注浆压力设计值,注浆治理后开挖揭露浆脉清晰、地层稳定,所提出的模型可为全强风化砂页岩地层注浆治理参数设计提供参考。     

虎中煤矿矿井水害成因分析及防治对策

通过对新罗区虎中煤矿的地表河流与地层、含水岩组、隔水岩组、岩浆岩、断层导水性及地下水补给与排泄条件等六个方面水文地质特征的调查和研究,从地表水体、断层导水性及覆岩破坏造成的导水裂隙带、老窑及采空区积水、相邻生产矿井可能积水区等四个方面分析了虎中煤矿矿井水害的成因,提出相应的防治对策以及加强工人识别透水前预兆和透水后逃生技能教育,指出加强矿井水文地质基础管理工作对防治煤矿水害的重要性。     

建筑群下覆岩加固协调开采减损方法

应用采动地表位移变形的极坐标模型,通过计算机预计模拟和全盆地位移变形等值线图优化分析,结合离层带注浆充填技术,得出采动对建筑物影响最小的工作面布置方式及其有关参数,通过改变工作面的布置方式和参数,有效地减少地表位移变形程度和控制覆岩下沉,从而达到保护建筑物,提高回采率的目的。这种方法安全、经济、技术管理简单可行。     

覆岩采动的动态模拟与离层带充填技术研究

通过相似材料模拟实验方法，研究地下开采引起岩层内部的移动和变形规律，揭示了煤矿开采上覆岩层中断裂，破坏，移动与变形及离层的产生，发与分布的时空规律，为指导实施离层充填减沉技术及工程实践提供了科学依据。根据岩石变形和移动的分布特征，将采动覆岩进行分区，建立理论模型，为进一步进行计算机数值模拟奠定了基础。     

巨厚砾岩下开采地表沉陷预计模型的改进

为了探究巨厚砾岩下开采的地表沉陷规律,结合关键层理论,通过数值模拟从垂直应力、塑性区、垂直位移3个方面分析覆岩内部稳定性及造成地表倾向下沉曲线偏态的原因,基于概率积分法,建立改进的地表沉陷预计模型。结果表明:关键层初次破断距为291 m,周期破断距为281 m;悬力臂是造成下沉曲线偏态的主要原因;相对于经典的概率积分沉陷预计模型,改进的地表沉陷预计模型相对误差减小114%。可见在巨厚砾岩层下开采地表沉陷预计中,改进的地表沉降预计模型具有较高的准确度和适用性。