缓倾斜煤层导水裂隙带发育规律研究

为了研究缓倾斜煤层上覆岩层导水裂隙带在走向方向和倾向方向上的发育规律,采用理论计算与FLAC3D数值模拟相结合的方法对缓倾斜煤层上覆岩层导水裂隙带的空间发育特征进行了深入研究。结果表明:随着工作面的推进,导水裂隙带在采空区域上方边界15 m范围内,扩展速度较快;在工作面推进至120 m时,达到最高值;缓倾斜煤层上覆岩层导水裂隙带在倾向方向以及走向方向上分布呈"马鞍形",且对称分布,导水裂隙带高度为19.8 m.     

厚土层薄基岩浅埋煤层"支架-围岩"关系实验研究

依据陕西南梁煤矿首个综采面煤层赋存特征及覆岩力学参数,对厚土层覆盖层下薄基岩浅埋煤层开采进行了大比例相似材料模拟实验研究,分析了额定工作阻力6 000 kN支架的运行特性,揭示了厚土层浅埋煤层开采上覆岩层的破坏规律及"支架-围岩"关系,研究认为厚土基浅埋煤层裂隙带高度比一般赋存条件下的煤层大,在实验支架初撑力频率分布与生产实际相似的情况下,实验得出的支架额定工作阻力比按一般赋存条件计算公式得出的支架阻力大许多,说明一般计算公式不适宜用于厚土层浅埋煤层.实验首次采用了力学特征与原型相似的恒阻模拟支架控制系统,研究为南梁煤矿综采面支架选型及开采提供了重要的科学依据.图5,表3,参8.     

沙基型浅埋煤层保水开采工程实践研究

以神东矿区2-2煤层为研究对象,通过分析浅埋煤层保水开采机理和关键,以"综合分类指标分析法"、以导水裂隙带高度作为分类的综合指标、以采高、顶板厚度、岩体完整性及强度等作为综合分类指标的相关因素,对比基岩厚度与导水裂隙带高度,将沙基型浅埋煤层保水开采适用条件划分为七类,初步形成浅埋煤层保水开采的"分类体系";通过对各分类...     

赵家梁煤矿上行开采可行性研究

上行开采在赵家梁矿应用是否可行,通过物理材料相似模拟实验及计算机进行数值模拟,结合理论分析,得到5-2煤层采后覆岩运动规律及"三带"特征,冒落带高度18m,为采高6倍,裂隙带高度49m,为采高16.3倍,4-2上煤层及其顶、底板岩层裂隙最大10cm,8cm,7cm.裂隙在下沉带盆底闭合得出可实现上行开采的结论。     

煤层开采过程中覆岩移动规律的UDEC数值模拟

为研究煤层开采过程中覆岩移动规律.通过UDEC软件建立背景工程的数值计算模型,分析煤层开采过程中覆岩运动规律和裂隙演化的时空特征.通过计算得出以下结论:1煤层开采对顶板岩层位移发展影响明显,上覆岩梁的应力成拱形分布,致使上覆岩梁内产生裂隙扩展,岩梁断裂,并呈梯形分布;2随着工作面推进过程,采空区空间持续增大,上覆岩层裂隙持续贯通,顶板岩梁断裂坍塌充填采空区.随着工作过程中,岩层之间开始发生离层,离层次序是自下而上,离层主要发生在强度不同的层间面上;3采场上覆岩层裂隙带高度随工作面的推进不断发展,针对不同地质条件,但当工作面推进一定距离时,裂隙带高度基本不变.同时,在裂隙带变化过程中可以采用指数曲线进行拟合.但指数拟合曲线仅仅模拟的是裂隙带整体变化趋势,不能完全通过拟合曲线得出不同工作断面裂隙带的高度.     

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.     

屯兰矿28120回采工作面导水裂隙带发育高度研究

为研究8~#煤上覆岩层顶板裂隙发育情况,以屯兰矿28120工作面为研究对象,根据已有规程中计算导水裂隙带发育高度的经验公式,对回采工作面煤层顶板导水裂隙带发育高度进行预计,利用计算机FLAC~(3D)数值模拟软件进行模拟来获得导水裂隙带的发育高度,应用井下仰孔压水试验法实测回采工作面导水裂隙带的发育高度。通过三种方法的综合分析,确定屯兰矿28120工作面导水裂隙带最大发育高度为54.50m,对该矿防治水工作有重要指导意义。     

大采高综采覆岩裂隙演化特征三维实验研究

上覆岩层裂隙区域是瓦斯运移储集通道,为准确得到大采高综采条件下裂隙演化特征,以山西天池煤矿202工作面为原型搭建了三维物理相似模拟模型,采用声发射监测系统、三维模型剖切等方法得到覆岩裂隙发育过程及裂隙分布特征。结果表明,202工作面基本顶初次垮落步距为36 m,周期来压步距为16～27 m,周期来压平均步距18 m;采用物理模型剖切的方式得到采动覆岩裂隙高度及三维分布形态,垮落带高度15 m,是采高2.9倍,裂隙带高度64 m,是采高12.5倍;覆岩垮落裂隙三维形态为"椭抛体"。在煤层倾向及走向上,覆岩整体下沉趋势为"凹"型,距离煤层底板10 m处上覆岩层下沉量最大为3.5 m,越往上下沉量越小,岩层下沉呈梯形分布;在走向及倾向方向裂隙密度均呈现"双驼峰"状,倾向裂隙区位于工作面0～30 m与90～120 m范围内,走向裂隙区位于切眼侧0～30 m与停采线侧160～200 m范围内,裂隙区裂隙密度达5条/m,中部压实区裂隙密度在1～2条/m之间,回风巷侧裂隙区为高位巷布置最佳区域,能够有效提高瓦斯抽采效率,对工作面及采空区瓦斯治理具有重要意义。     

软弱风化薄基岩赋存特征及其采动覆岩破坏规律

从矿区软弱风化薄基岩的赋存特征、赋存规律及矿区上覆水体类型和水文地质条件入手进行分析,结合相似材料模型模拟试验,获得了研究区薄基岩下开采覆岩破坏的基本规律及“三带”的发育特征.对薄基岩下采煤厚度3 m时的垮落带及导水裂隙带发育高度进行计算,计算结果分别为11.5m和42 m.根据地质采矿条件利用离散元数值模拟对薄基岩开采上覆岩层矿压运动规律进行了研究,结果表明,基岩较薄条件下,老顶来压断裂步距小,工作面前方支承压力分布范围为12 m,支承压力峰值点在工作面前方4～12m内,小于厚基岩工作面,但工作面矿压显现明显;对不同煤层采厚情况下垮落带的高度与导水裂缝带的发育程度进行确定;为煤层安全开采提供定量判据,为防治水工作提出相应的措施.     

煤矿井工开采对上覆反向滑坡扰动的模拟研究

煤系地层的产状与上覆滑坡的产状关系,是影响黄土滑坡稳定性的决定性因素之一。研究煤系地层的倾角与黄土滑坡的倾角相同而倾向相反条件下,主采煤层开采对上覆黄土滑坡的影响,对于滑坡的治理具有重要意义。采用相似材料模拟实验方法,通过模拟含煤岩系倾角30°时的煤层井工开采,总结出上覆岩层移动变形及裂隙分布发育规律和反向黄土滑坡稳定性条件。结果表明:上覆岩层冒落带高度为25.0 m;裂隙带发育高度为72.0 m;采空区范围内覆岩最大下沉值偏向岩层倾向;在工作面推进120 m时黄土滑坡处于临界失稳状态。通过离散元数值模拟模型与相似模拟实验进行了对比,验证了该相似材料模拟实验的可靠性。     

常村煤矿2103工作面高位瓦斯抽放巷设计参数模拟研究

常村矿470水平单一煤层工作面巷道采用"两进两回"设计,煤量损失大,瓦斯抽放效率低。运用FLAC3D模拟回采过程中上覆岩层破坏规律,确定了关键层,对3#煤层上覆岩层的裂隙发育与分布具有重要作用;运用UDEC模拟回采过程中上覆岩层裂隙发育及分布规律,得到工作面走向方向裂隙发育区域和竖直方向裂隙发育区域。根据现场对2103工作面的临近工作面裂隙带的测试结果,拟合出了3#煤层上覆岩层冒落带、裂隙发育带与裂隙带竖向高度与工作面走向的关系曲线;根据FLAC3D,UDEC与现场测试结果,确定了2103工作面高位瓦斯抽放巷的设计参数。     

煤层群重复采动卸压瓦斯储运区演化规律实验研究

为进一步研究煤层群重复采动卸压瓦斯储运区动态演化规律,以贵州某矿16~#、18~#煤层开采工作面为背景,通过物理相似模拟实验,研究了煤层群重复采动后上覆岩层裂隙分布特征,明确了卸压瓦斯储运区演化规律,提出了相应的判别方法,并进行了工程应用。结果表明,实验矿井上层煤开采后,覆岩垮落带高度11 m、裂隙带高度53 m。工作面附近覆岩关键层形成的砌体梁结构与其下方岩层之间的离层裂隙成为卸压瓦斯储集的空间。当下层煤开采后,受重复采动的影响,垮落带和裂隙带高度分别为13和83 m。上下煤层之间存在关键层,在其下部仍会形成瓦斯储集空间,采动裂隙贯通后下煤层卸压瓦斯易沿着裂隙区通道向上运移至煤层间隔层关键层下的储集空间,再顺着上煤层冒落带内裂隙通道继续向上。此时,上煤层采动形成的瓦斯储集空间也将充满瓦斯成为抽采的重点区域。基于此,提出采动卸压瓦斯储集空间判别方法,并在贵州某矿进行了抽采验证,抽采效果良好,保证了工作面的安全生产。     

覆岩顶板导水裂隙带发育高度模拟与实测

文中主要研究榆阳煤矿延安组3#煤层覆岩导水裂隙带发育高度等问题,为矿井防治水和保水采煤提供设计依据。以2304综采面为工程背景,应用UDEC数值软件模拟计算了覆岩冒落带及导水裂隙带高度,并在采空区钻探和试验。研究表明:依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称《规程》)计算所得导水裂隙带最大高度为32.4~43.6 m.数值模拟冒落带和裂隙带高度分别为16和86 m.现场钻探、试验实测冒落带高度介于14.2~17.2 m,导水裂隙带发育高度介于84.8~96.3 m.导水裂隙带高度明显大于按《规程》计算得到的数值,经验计算在解决榆阳煤矿导水裂隙带高度时存在一定的局限性和区域性,而数值模拟的冒落带高度和导水裂隙带发育高度得到了现场实测结果的验证,两者结果基本吻合。综合结果所得:2304综采面覆岩冒落带最大高度为17.2 m,导水裂隙带最大发育高度为96.3 m.     

浅埋煤层覆岩中断层对保水采煤的影响及防治

覆岩中断层的存在提高了导水裂隙带的发育高度,因此采用间歇式采煤实现保水采煤时,覆岩中存在断层时工作面的推进距离要小于无断层时的情况.在以前研究的覆岩中无断层时不同覆岩厚度保水采煤工作面合理推进距离的基础上,应用相似模拟实验和数值模拟方法,研究浅埋煤层覆岩中存在断层时,应用间歇式保水采煤不同覆岩厚度的工作面合理推进距离,回归出了导水裂隙带高度随工作面推进距离而变化的经验公式,而且得出从断层上盘向下盘推进时工作面的合理推进距离小于反向推进时的结论,为陕北浅埋煤层保水采煤的实现提供技术支持.图8,表4,参9.     

采空区上覆岩层"三带"的界定准则和仿真确定

为了准确划分采空区上覆岩层的"三带"范围,提出了"三带"的界定准则:将应力超过屈服强度或抗剪强度的岩层高度定为裂隙带的上限,而将双向拉应力都超过抗拉强度的岩层高度定为裂隙带的下限.采用FLAC软件对矿山进行了界限确定,通过生产实践中的瓦斯抽放效果进行了验证,结果表明该界定方法合理有效.此方法可普遍用于采空区上覆岩层的"三带"划分.     

许疃矿3234工作面“两带”高度数值模拟研究

为了准确划分许疃矿顶板"两带"的高度,基于现场监测和数值模拟的方法,采用FLAC3D软件,研究了3234工作面上覆煤岩层裂隙发育规律,并通过现场实测和规程计算对数值模拟分析结果进行了验证。研究结果表明:规程计算、现场实测和数值模拟得出的冒落带高度分别为8.3m,8-8.5m,8.1m,裂隙带高度分别为39.3m,32.5m,29-32.1m;上覆岩层呈现典型的"凸"型破坏特征;现场监测、规程计算与数值模拟的顶板"两带"发育高度基本吻合。     

煤矿上行开采覆岩运动规律研究

为了有效开采煤炭资源,具有3层可采煤层的煤矿拟采用上行开采方法,通过相似模拟实验及数值模拟计算,得出5-2煤开采后覆岩运动规律,结合"三带"判别法、比值法、围岩平衡法等理论分析得到冒落带高度是6倍采高18 m,裂隙带高度是18倍采高54 m,4-2煤顶底板岩层最大裂隙10 cm,裂隙在下沉带盆底闭合,得出该矿4-2煤上行开采是可行的.     

浅埋煤层中的关键层运动与导水裂隙发展

对2种不同赋存条件下的浅埋煤层工作面进行了流固耦合相似模拟实验,实验研究表明,主关键层下岩层的运动破坏规律是下位逐层垮落而上位整体运动.影响浅埋煤层导水裂隙发展的主要因素是主关键层层位和采高,主关键层位与采高之比越大,越容易进入弯曲下沉带,当其层位距离煤层顶板的高度与采高满足kc≥11时,主关键层进入弯曲下沉带,也就是裂隙带与采高之比k≥12时,裂隙才可能停止发展.并且随着工作面的推进,围岩的渗流状况由原生裂隙逐渐向变形裂隙和导水裂隙过渡.     

林西矿12~#煤顶板“两带”发育高度研究

研究12~#煤上覆岩层顶板裂隙发育情况是林西矿防治水重要基础工作。以1021-2工作面为研究对象,依据已有的规程中计算导水裂隙带的公式对回采工作面煤层顶板导水裂隙带的高度进行预计,利用FLAC3D数值模拟软件进行模拟来获得的导水裂隙带发育高度,结合井下仰孔压水试验法对1021-2回采工作面导水裂隙带发育高度现场实测。通过3种方法的综合应用,确定1021-2工作面的垮落带高度约为11. 8 m,导水裂隙带的发育高度为38. 6 m,对防治水工程实践具有重要指导意义。     

倾斜煤层浅部开采裂隙带发育高度数值模拟研究

为保证倾斜煤层安全开采的需求,以许厂煤矿330采区3336工作面为研究地质单元,在以往的工作面实际情况和研究成果的基础上,以倾斜煤层围岩力学为研究角度,利用FLAC3D建立三维开采模型,通过数值模拟研究了开挖距离、采高对导水裂隙带发育高度的影响,结果表明:随开挖距离和采高的增加,覆岩导水裂隙带高度也增加,但开挖距离对覆岩导水裂隙带高度起主导作用。当开挖距离为200 m时,顶板破坏深度达到最大值43 m。