急倾斜煤层覆岩破断和裂隙演化的采厚效应

为了确保水体下急倾斜煤层的安全回采,基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的水文工程地质条件,采用相似材料物理模拟实验,分析了急倾斜煤层覆岩破断和裂隙演化的采厚效应.结果表明:急倾斜煤层开采顶板坚硬上覆岩层存在关键层时,顶板岩梁以层状破断为主,初次破断均形成“复合破断”;急倾斜煤层开采顶板岩梁初次破断后,覆岩裂隙向关键层及其上方岩层发育,不同采厚导水裂隙分布均呈“耳型”分布;随着急倾斜煤层采厚的增大,急倾斜煤层初次破断步距呈降低趋势,覆岩裂隙发育高度和初次破断厚度呈增大趋势.     

厚土层覆盖浅埋煤层支架适应性分析

分析了陕西榆树湾煤矿浅埋煤层开采支架的适应性,揭示了厚土层覆盖浅埋煤层开采条件下覆岩层的破坏规律;模型实验表明工作面初次来压步距为70～75 m,工作面初次来压步距相对较大;组合关键层的破断形成大周期来压现象,支架动载系数平均为1.21,支架阻力能平衡顶板压力,满足工作面正常开采时对支护阻力的要求.研究成果对指导工作面采前准备工作具有重要意义.     

浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析

利用RFPA岩石破断过程分析系统软件，对神府东胜矿区活鸡兔煤矿厚松散层浅埋煤层首采工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态数值模拟。并根据模拟结果，分析了随着工作面采动和推进，上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。模拟结果表明，卸荷变形是引起浅埋煤层直接顶初始离层的主要因素之一，浅埋煤层老顶岩层破坏的主要顺序仍为“离层－断裂－垮落”，厚松散层浅埋煤层开采时，当关键承载层完全垮落后，覆岩会发生直达地表的整体切落现象。     

坚硬覆岩破断及其对矿压显现的控制

 以同忻矿石炭系3-5 煤层8015 工作面为例,分析了坚硬覆岩破断特征及其对煤层工作面矿压显现的控制作用。应用关键层理论确定工作面坚硬覆岩的关键层及关键层的初次破断距和周期破断距,基于材料力学理论导出关键层破断与工作面支承压力的关系式,分析关键层破断对煤层工作面矿压显现的影响规律。结果表明,煤层工作面坚硬覆岩存在亚关键层I、亚关键层II 和主关键层,3 个关键层的破断导致工作面产生大小周期压力和复合压力,其中主关键层破断造成工作面矿压范围较大;理论分析方法揭示的矿压显现规律与现场矿压监测结果具有较好的一致性。     

关键层理论在保水开采中的应用

在绿色开采思想的指导下,对关键层理论在保水开采中的应用进行了分析。通过算例讨论了三者的关系并分析了岩层变形一渗流耦合系统的复杂性特征,提出应用复杂系统动力学理论解释突水机制的初步设想。研究表明,在承载关键层破断前,承载关键层同时也是保水关键层;在承载关键层破断后,不再具有隔水作用,而保水关键层此时由渗流关键层充当;如果承载关键层破断,并且渗流关键层不存在,则会发生突水现象。岩层变形一渗流耦合动力学系统是具有时变边界、非线性、非均匀性和非连续性等特征的复杂系统。将复杂系统动力学引入突水防治理论研究,可以从本质上描述突水的过程。     

采场覆岩的流固耦合损伤分析

在分析浅埋煤层中潜水渗流场与工程开挖应力场相互影响的基础上,建立了厚松散层富含潜水浅埋煤层组合关键层的岩体水力学模型;提出了流固耦合损伤因子,分析了采动覆岩中组合关键层在流固耦合损伤作用下的破坏规律。对浅埋煤层采场来压步距的计算公式进行了修正。以修正公式计算的大柳塔1203工作面的初次来压步距与实测非常接近。这证明该公式对于地表厚松散层浅埋煤层中的组合关键层的破断距计算具有一定的适应性。     

采高对浅埋煤层老顶岩层破断距的影响

煤层的开采高度对关键层的破坏有重要影响,为了研究采高对组合关键层破坏的影响,运用数值分析方法分析组合关键层有关参数的基础上,研究了采高变化对组合关键破断的影响,即对采场来压步距的影响,进而修正了浅埋煤层开采采场初次来压步距的计算公式.结果表明,以该修正的组合关键层破断距公式计算的大柳塔1203工作面的初次来压步距与实测非常接近.该公式对于地表厚松散层浅埋煤层中的组合关键层的破断距计算具有一定的适应性.     

薄基岩浅埋煤层保水开采技术研究

薄基岩浅埋煤层开采过程中顶板基岩易全厚切落,破断直接波及地表,存在顶板突水的安全隐患.在分析顶板导水通道特征基础上,针对浅埋煤层采用传统技术实现保水开采的难点,从开采方法本身采取措施,提出了一套较为系统的薄基岩浅埋煤层保水开采新技术.此项技术的关键有三:一是长壁工作面快速推进;二是支架合理支护阻力的计算确定;三是局部降低采高或局部充填.补连塔煤矿32201工作面的三维固-液耦合数值模拟计算和现场实践结果证明,该套技术的应用是成功而有效的,可在薄基岩浅埋煤层保水防溃开采中推广应用.图4,表1,参12.     

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。     

厚黄土层条件下综放开采覆岩破坏数值模拟研究

厚黄土层条件下综放开采上覆岩层的破坏有其特殊性.利用离散元方法模拟某工作面开采的岩层移动过程,分析了在厚黄土层作用下岩层的破坏形态和移动轨迹,揭示了覆岩应力、位移随工作面推进的变化趋势.提出了关键层破断前后覆岩破坏的2种结构形态:有拱结构和无拱结构.在2种结构下,厚黄土层对采空区上覆岩层应力和位移变化的影响有着显著差异.研究结果对矿区的安全生产有重要意义.     

浅埋煤层采动覆岩导水通道分布特征试验研究

为解决浅埋煤层的保水开采难题,采用物理模拟方法,研究了浅埋煤层大采高长壁工作面的采动覆岩导水通道的分布特征.结果表明:对于典型浅埋煤层,大采高工作面在初次来压至第一次周期来压期间,覆岩导水通道迅速发育至松散含水层底部,工作面后方约2个周期来压距离后,采空区覆岩垮落带以上的覆岩导水通道被逐渐压实闭合,但开切眼处的导水通道不易闭合;对于次浅埋煤层,主关键层初次来压后,导水通道迅速发育至最大高度,但伴随着主关键层约1～2个周期来压后,基本顶至主关键层之间断裂带内的覆岩导水通道可很快被压实闭合.该成果可对浅埋煤层保水防溃采煤研究和应用提供基础理论指导.     

FLAC3D模拟采动岩体渗流规律

为从根本上研究煤层开采工程中因顶板冒落、放顶垮落造成的顶板突水通道的变化规律,首次运用FLAC3D数值软件的应力-渗流耦合系统,结合工程实践,系统分析了采动岩体的渗流矢量、渗流速度、孔隙压力及导水边界线动态发展的普遍规律和分布特征,进行了顶板突水危险区域的识别,得出了一些对防治采场顶板突水有益的结论,可为煤矿顶板突水防治提供理论依据.数值模拟结果表明采动岩体渗流通道的发展明显受煤层开采的影响,且当主关键层破断时,采场最易发生顶板突水事故.在此基础上,将采场的渗流动态变化特征与采动岩体的破断、运动规律结合分析,给出了采场顶板破断及破断岩块再组合压实过程中渗流裂隙的扩展、闭合普遍演化过程.如果水源有限且现有设备能及时排除水患,当煤层采完后,采动岩体能重新压实闭合失去导水性能,地下水位能逐步恢复,即保护第四系及地表水的采煤技术可以实现.同时证明FLAC3D的应力-渗流耦合系统能预测并预算采动岩体裂隙产生、发展、闭合及相关危害性的可靠的数值定量分析软件,可作为一个新方法在顶板突水防治和保水采煤技术中应用.图5,表1,参11.     

近距离煤层群上行开采可行性研究与工程应用

在分析近距离煤层群上行开采机理与主要影响因素的基础上,针对传统煤层群上行开采判别方法的局限性,对上位煤层的覆岩状况与上行开采的关系进行了阐述.给出了平顶山四矿近距离薄煤层群和内蒙古酸刺沟煤矿厚煤层群上行开采的工程实例,并确定了上行开采的关键技术措施.理论分析、数值模拟和工程实践证明,上位煤层覆岩岩性及结构对上行开采有影响.研究成果扩大了近距离煤层群上行开采的应用范围,对衰老矿区遗留煤炭资源的回收和特大型现代化新型矿区的开发规划及西部矿区的生态环境保护都具有重要的意义.图1,表3,参9.     

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...     

覆沙层下大采高工作面覆岩运移规律

大采高开采的方法是提高煤炭资源回收、实现矿井高产高效的重要发展方向,但也造成工作面覆岩破坏严重。为此,文中以宁东煤田赋存的覆沙层下特厚煤层为背景开展大采全高工作面覆岩运移研究,运用相似模拟的方法并综合多种监测仪器从模拟现象、力源两个角度对大采高工作面覆岩运移、下沉乃至垮落的特征进行了全程监测与分析。研究表明:大采高工作面覆岩垮落初次来压步距较大,支架带压移架后极易发生直接顶乃至老顶的突然垮落,工作面来压强烈、伴随有明显的支架动载现象;延伸至地表的裂隙有诱发地表覆沙层弯曲、有溃入工作面的可能;模型开采结束后形成了6条贯穿至地表且与工作面推进方向成60°的垮落裂缝;模型内部各岩层下沉范围随着工作面的推进而不断扩大,呈U字型下沉趋势。     

浅部隔离煤柱对覆岩运移的控制及其合理留设

为了揭示西部浅埋工作面沿倾向方向开采时隔离煤柱对覆岩运移的控制作用,以大柳塔煤矿为工程背景,采用相似材料模拟试验方法,分析工作面开采中隔离煤柱对覆岩垮落、移动变形的控制作用及其应力变化特征,并确定煤柱的合理留设。研究结果表明,采区倾向方向上,由于工作面间存在隔离煤柱,各工作面开采会形成彼此独立的垮落带,隔离煤柱有效地分隔了相邻工作面垮落空间的横向贯通和纵向扩展,隔开了相邻工作面上覆岩层沉降曲线;覆岩垮落高度与工作面倾向开采长度密切关系,非充分采动较充分采动时覆岩垮落高度明显降低。在煤层开采过程中,留设30 m宽的1^#~4^#煤柱处于稳定状态,但3^#、4^#煤柱安全性较低。理论计算出了2^-2煤和5^-2煤合理煤柱宽度分别为18.6 m、24.5 m,得出了避开煤柱集中应力与控制地表均匀沉降的上下煤层煤柱最佳错距为95.5 m。     

神东矿区短壁单翼旺采矿压规律的研究

针对神东矿区各煤矿不同地质条件、上覆岩层组成情况及煤层赋存情况,运用RFPA2D数值模拟软件,分析了不同上覆岩层结构(松散层厚度、基岩厚度、直接顶厚度)对短壁单翼旺采工作面岩层运动和矿山压力的影响规律,为神东单翼旺采工作面安全高效开采提供了理论依据。     

基于Matlab曲线拟合的两带高度计算公式优化

 为了能够更准确地计算出煤矿开采中上覆岩层两带高度,针对《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中给出的垮落带和裂隙带高度计算公式计算范围较宽的问题,采用Matlab进行曲线拟合,建立了以上覆岩层强度和采厚为变量的量化计算公式,确定了其函数关系,使得计算范围的准确度提高,计算结果更可靠。本研究为单一长壁式全部垮落法开采两带高度的计算提供了更为准确的理论公式,有一定的理论意义和实用价值。     

东海煤矿深部回采工作面矿压规律

为了得到深部回采工作面的矿压显现规律,采用相似模拟、理论分析、数值模拟与现场观测相结合的方法,对东海煤矿32#煤层左九工作面顶板活动规律,上覆岩层移动、破坏规律以及支承压力的分布规律进行了理论分析与实践研究,得出了该工作面顶板活动的各项参数和上覆岩层移动、破坏的范围以及支承压力的分布变化规律。研究表明,深部开采工作面随着采深增加,支承压力有所增加,支柱载荷也增大,但顶板活动规律、上覆岩层移动规律与浅部开采相比变化不明显。该结论为龙煤集团同类矿井进入深部开采阶段采场围岩控制设计提供了参考依据,对其他同类矿井具有很好的借鉴作用。