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.     

大倾角综采面覆岩移动规律的相似材料模拟

为了全面研究大倾角煤层开采上覆岩层垮落特征和围岩应力分布规律,运用相似材料模拟新庄孜矿大倾角综采工作面的开采,研究开采后大倾角工作面上覆岩层移动规律及应力变化特征.随着工作面的推进,岩层裂隙自下而上发展,顶板不断冒落,形成初次来压和周期来压;冒落的岩层有垂直位移且沿层理下滑,使得采空区上部垮落高度比下部大,工作面下部的初次和周期垮落步距比上部小.覆岩的冒落拱呈不对称性,边界向采空区上部偏移,呈上虚下实的状态.模拟实验为大倾角煤层综采技术的应用和推广提供了理论依据.     

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。     

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。     

大倾角综采工作面覆岩运移规律

为研究大倾角综采工作面覆岩运移规律,运用FLAC3D数值模拟软件建立模型,分别模拟了煤层开采过程中不同推进距离的围岩垂直应力分布,以及顶底板垂直位移,并通过现场对液压支架工作阻力沿推进方向和倾斜方向的统计分析,进一步分析了大倾角工作面覆岩运移特征.结果表明:大倾角煤层开采过程中,沿工作面倾斜方向垂直应力和位移具有非对称性,中部和上部覆岩位移量和垂直应力释放范围均较下部大,覆岩活动较为剧烈.研究结论为工作面支架安全管理提供了依据.     

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.     

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.     

倾斜薄煤层开采工作面覆岩活动的规律

为解决倾斜薄煤层顶板控制技术难题,以东风煤矿倾斜薄煤层开采为背景,运用RFPA2D软件,建立数值模型,分析不同倾角下薄煤层工作面覆岩活动规律及顶板失稳特征。结果表明:倾斜薄煤层开采后,直接顶从采空区中部偏上向采空区弯曲,最后发生断裂破坏形成冒落带,顶板冒落沿层面向下滑动,冒落呈不对称形状;倾斜薄煤层工作面煤体上段顶板压力最大,下段次之,中段最小;随着煤层倾角的增大,顶板沿煤层倾斜方向的分力增大,垂直作用在支架上的分力减小,导致工作面推进方向的工作面矿压显现逐渐变缓,顶板下沉量也将变小。该研究为类似地质条件的倾斜薄煤层工作面顶板控制提供了理论依据。     

长沟峪煤矿大倾角中厚煤层变薄带的顶板压力

大倾角煤层开采后,受采空区冒落矸石下滑充填的影响,特别是工作面中部煤层变薄带的影响,工作面顶板岩层的变形、破坏和运动形式不同于其他煤层。以长沟峪大倾角煤层变薄带顶板压力观测数据为基础,结合计算机模拟方法,分析该煤层顶板压力特点。数值模拟与实测分析均显示工作面煤层变薄带下部顶板压力大。这为相近条件下采煤工作面顶板支护设计提供了技术指导。     

亚急斜煤层采空场覆岩变形破坏数值与相似模拟

依据煤层倾角及开采后顶板破坏特征及其影响不同,将倾角在45～60°的煤层称为亚急斜煤层,其开采过程中顶板影响相对显著。文中针对乌鲁木齐矿区,通过相似材料与数值模拟试验,对亚急斜水平分段放顶煤开采过程中采空场覆岩变形破坏特征进行了试验研究。研究结果表明:亚急斜煤层开采过程中采空场覆岩变形破坏主要沿煤层法向方向发展;基本顶(老顶)岩层破坏后并没有直接垮落,而是有可能形成一定的结构体——铰接岩块结构;关键层位结构体的回转失稳是造成大范围覆岩剧烈活动的根本原因;岩层结构的存在,特别是关键层位结构体的存在,使得覆岩大范围垮落对工作面的影响程度大大降低了,支架可以保持良好的运转,有助于工作面的安全高效生产。     

倾斜煤层长壁开采岩层运动特征及顶板控制

采用了现场测试法,用相似材料模拟实验研究了倾斜方向岩层运动与围岩应力分布及用离散元法模拟围岩运动特征等方法,得到了以下结论（1）煤层倾角导致岩层运动与破坏以及围岩应力分布差异很大;（2）采空区充填程度不同,沿工作面倾斜方向,下部充填较密实,而上部则处于空置状态,由于顶板支撑条件不同,从而导致顶板挠曲差异很大,经常出现上部断裂而下部完好的状态;（3）倾斜煤层开采导致的岩层运动比缓倾斜煤层强烈.要求工作面支护既有足够的强度,更要确保其稳定性.图5,参5.     

黄陵一号煤矿2号煤层顶板涌(突)水危险性分区预测

在分析黄陵一号煤矿水文地质条件与充水因素的基础上,认为直罗组下段含水层是2号煤层顶板涌(突)水的主要水源。通过经验公式计算与实测冒落带和裂隙带(简称"两带")高度的对比分析,认为经验公式不适合该区开采实际,适合该区的冒采比和裂采比分别为5.7和25.2.以裂采比32为阈值,对矿井中北部2号煤层待采区进行了顶板涌(突)水危险性分区预测,为矿井防治顶板水害提供了依据。     

长青煤矿6#煤层顶煤冒放性数值模拟

为研究煤矿顶煤冒放性,基于长青煤矿6#煤层煤岩物理力学参数,利用通用离散元程序（UDEC）建立工作面走向数值计算模型,分析工作面推进距离对顶煤冒放高度的影响。结果表明：随着工作面的推进,顶煤屈服破碎高度增加,破碎、垮落范围增大。当工作面推进20 m时顶煤破坏范围和破坏形状趋于稳定,屈服破坏高度达到峰值9 m。由此,煤层冒放性较好,可以采用一次采全高综采放顶煤开采方法。该研究为长青煤矿6#煤层放顶煤开采生产提供了理论依据。     

含夹矸厚煤层综放开采顶煤运移规律数值模拟

根据鹤岗富力矿含中位厚夹矸煤层地质条件及煤的赋存状况,应用RFPA2D数值模拟软件分别对-450南18-2工作面含0.5、1.0、1.5 m厚夹矸开采煤体的运移情况进行数值模拟。结果表明,采动过程中,上部顶煤垂直方向的位移量均大于下部,而下部顶煤始动点距工作面的距离均大于上部。夹矸层强度与煤层强度既定情况下,工作面顶煤的运移规律及破碎程度均与含夹矸层的厚度相关。含1.0 m厚夹矸顶煤总位移量大于含0.5、1.5 m厚夹矸顶煤总位移量;含1.0 m厚夹矸顶煤比含0.5、1.5 m厚夹矸顶煤破碎充分。该研究为含夹矸条件下厚煤层综放开采冒放工艺的确定提供了依据。     

倾斜煤层沿空留巷力学模型分析

倾斜煤层走向长壁开采沿空留巷,可以采用区段上行式留风巷方案或区段下行式留机巷方案.为了研究二者顶板活动的差异,利用叠加连续层板模型和顶板载荷条带分割法,考虑煤层倾角的影响,得出了相应条件下的巷旁支护阻力计算公式.对比分析表明,巷旁支护所需支护阻力留机巷时比留风巷时大;采用风巷留巷,巷旁支护阻力随煤层倾角α增大而减小;采用机巷沿空留巷,巷旁支护阻力随煤层倾角α增大而增大,但当α大于采空区冒落矸石自然安息角时,考虑矸石堆积支撑作用,有利于降低巷旁支护阻力.研究结果为倾斜煤层沿空留巷时区段开采顺序的选择提供一定参考依据.     

断层对煤层水力压裂裂缝扩展的影响

针对煤层中的次生断层或小型滑移断层会影响水力裂缝扩展方向的问题,通过建立压裂裂缝遇断层的二维模型,采用理论分析和数值模拟方法分析逼近角度、水平主应力差、煤岩体弹性模量差异等因素对水力裂缝扩展方向的影响规律,建立裂缝穿过断层形成有效压裂的判断准则,在给定煤岩体参数条件下,拟合出水力裂缝穿过断层形成上下盘煤层贯通裂缝的逼近角度-水平主应力差的临界曲线。结果表明:逼近角度、水平主应力差、煤岩体弹性模量是影响压裂裂缝走向的主要因素,在低主应力差、较小逼近角度、较高顶板弹性模量的情况下,断层面易产生张开型破坏;当逼近角度-应力差坐标点位于曲线上方时裂缝将穿过断层面进入顶板,当角度-应力差坐标点位于曲线下侧时断层面张开裂缝将扩展至下部煤层形成上下盘煤层贯通裂缝。     

注水法软化煤层在梅河一井综放中的应用

为了降低综放工作面粉尘体积分数,采用煤层注水的方法对梅河一井综采放顶工作面煤层进行降尘,结果表明:通过合理的选择煤层注水钻孔施工工艺,优化煤层注水参数,减少影响煤层注水效果的因素,加强煤层注水的日常管理,使水从煤体的裂隙和孔隙中挤走大量的游离沼气,延迟了瓦斯解吸释放的时间,降低了煤层开采时的瓦斯涌出量及上隅角瓦斯体积分数,杜绝了瓦斯超限现象。另外,在高瓦斯矿井煤层注水能使煤质变软,增加塑性,从而减少冲击,降低煤与沼气突出次数。实践证明:是煤层注水是一种行之有效的方法,为其他采区的综放工作提供了先进的方式和经验。     

急倾斜煤层复采抽冒规律与安全开采高度确定

为了最大限度的开采煤炭资源,通常进行复采,尤其是特厚煤层。针对复采过程中,特殊的地质条件下,易发生抽冒事故的此问题,以开滦马家沟矿急倾斜煤层开采地表塌陷规律及井下同一煤层开采时发生的抽冒事故为现实依据,经过分析总结,得出了急倾斜煤层开采时复采抽冒规律及上部复采与下部正常开采的安全距离等重要结论。     

厚夹矸煤层综放开采岩层移动的相似模拟

针对综放开采技术在结构复杂煤层中应用效果不理想的情况,通过相似模拟实验研究结构复杂厚煤层综放开采时厚夹矸层、顶煤及顶板岩层的移动特征。结果表明：含厚夹矸层厚煤层顶煤冒放性较差,其位移显著增加的位置更接近于煤壁;顶煤破碎受夹矸层厚度的影响较大,夹矸层达到一定厚度,顶煤放出效果不理想,直至不能放出。开采模拟观测和实测数据分析结论基本一致。该研究为扩大放顶煤安全高效开采范围提供了参考。     

应用PB—700计算机设计地面建筑物保护煤柱

应用ＰＢ－７００计算机设计在煤层产状变化条件下地面建筑物保护煤柱．着重叙述：沿煤层下山方向岩层移动角β的确定方法；煤层底板等高线的描绘原理；及用计算机自行计算和直接绘制保护煤柱边界图的源程序，并举例说明其应用．