密集建筑物下采煤覆岩关键层判定及应用

应用关键层理论指导密集建筑下急倾斜煤层的开采，分析了沛城密集建筑下覆岩关键层的判别方法，得出了覆岩各硬岩层的破断层，确定了覆岩中关键层的位置，为建筑物下急倾斜煤层的开采设计提供了理论依据。并成功地在密集建筑物下急倾斜煤层中进行了走向条带开采，取得了显著的经济效益和社会效益。     

三维物理模型模拟深部巨厚砾岩下综放开采地表移动

为了研究深部开采巨厚砾岩关键层对矿山地表移动变形的影响机理。以千秋煤矿为背景,采用三维物理模型试验,利用压力传感器、多点位移计、分布式光纤传感等多种手段监测了覆岩及地表移动变形动态演化过程,对采动巨厚砾岩与矿山地表移动变形的内在联系机理进行了研究。结果表明,分布式光纤可准确监测到关键层和地表的移动变形量,巨厚砾岩作为主关键层,控制着地表移动变形,并有效减缓了覆岩变形由下向上传递给地表,且由于煤层埋藏深度大,主关键层未破断,地表下沉量和变形值都较小;预测随着工作面继续推进,巨厚砾岩主关键层将会达到极限跨距而破断失稳,采场将发生强矿压动力显现现象,地表出现台阶性下沉,甚至会产生地表裂缝。     

保护层开采中关键层的确定

为正确评价远距离下保护层开采对被保护层的卸压增透效果，指导被保护层瓦斯抽采，防止煤与瓦斯突出，采用理论分析与数值计算相结合的方法，确定了太原组11#煤层（保护层）的覆岩主关键层和亚关键层，其中，主关键层位于太原组中段，即砂泥岩段，主关键层的存在降低了保护层11#煤层开采后对被保护层21#煤层的卸压增透效果。该研究对保护层开采效果评价具有一定意义。     

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。     

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。     

综放开采顶煤与覆岩力链结构及演化光弹试验研究

综放开采过程中顶煤和覆岩由连续向非连续和散体介质状态转变,描述矿压在断裂覆岩和碎裂顶煤中的形成、传递方式和作用机理是综放开采矿压理论研究的难点.基于光弹试验原理,借助散体介质双轴加载双向流动光弹试验装置,对综放开采过程中散体顶煤与非连续覆岩关键层中力链网络结构及演化特征进行研究.研究发现:地层载荷在煤岩体中构成了错综复杂的弱-强力链网络.综放开采打破了初始力链网络结构的平衡,顶煤与覆岩中形成梁-拱复合力链拱结构,覆岩荷载以强力链形式传递到工作面前方煤体.随着工作面推进和顶煤放出,覆岩梁-拱力链网络不断扩展和演化,形成更大规模的力链拱结构.关键层弯曲、断裂和失稳运动,使工作面前方的强力链拱脚出现回缩现象,力链分布密度和强度增加,导致工作面来压现象.地层内水平力作用使顶煤与覆岩内的梁-拱力链结构效应较更加明显,整体拱结构形态愈加完整,强力链网络结构更加紧致,关键层断裂失稳时力链拱对工作面煤层的作用力更加显著.     

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。     

新集二矿13-1煤层开采覆岩破坏规律的探测

利用地震波波速检层、地震波CT成像和电法CT成像煤层覆岩破坏综合观测技术探测13-1煤层1307工作面开采覆岩破坏情况,获得了较多的实测数据值,确定了13-1煤层采动对顶板产生的变形及破坏状况,取得了煤层开采覆岩破坏关键性技术参数.     

浅埋近距煤层采空区覆岩移动规律相似模拟

浅埋近距煤层采空区坚硬顶板覆岩与煤柱破坏易导致动力灾害,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉降,为确保此类矿井的安全高效开采,结合冯家塔煤矿1402综采工作面实际,对该煤矿进行了煤柱破坏与覆岩移动规律的物理相似材料实验模拟研究,试验是以1-1采区的开采为模拟对象,模拟在工作面长度为270 m的单一走向长壁开采后,上覆岩层的移动和变形规律。研究结果表明:随着浅埋近距煤层采空区的增大与时间的推移,开采时大面积来压是由于保护煤柱逐渐被压垮引起覆岩大面积冒落,致使近距煤层之间采空区导通,垮落从直接顶开始,逐步扩散至地表,上覆岩层的运移以垂直为主,水平运移并不明显,形成梯形状下沉,上部煤层开采后其覆岩关键层破断块体结构的稳定性是影响下部煤层开采时工作面矿压显现强烈程度的重要因素。     

基于关键层理论的岩层变形数值模拟

基于关键层理论,应用Ansys10.0软件分析采动影响下覆岩变形的动态发展过程.数值模拟再现了上覆岩层弯曲、沉降的变化以及采动工作面推进过程中逐步演化的应力场和应变场.模拟结果初步揭示了覆岩变形机理,指出了覆岩的变形特征受分步开挖引起的应力重新分布及损伤积累的影响.     

半封闭采空区瓦斯运移的示踪分析

利用示踪分析方法对半封闭采空区内的瓦斯运移方向和运移速度进行了现场试验研究．估测出采空区内某一点瓦斯气体的流线位置和运移速度．同时分析了试验工作面引排风筒对上隅角瓦斯的排放作用。     

面向顶板类型识别的人工神经元网络模型

基于地下岩体赋存环境复杂性的特点，采面顶板类型识别问题是一个比较复杂的问题，它受制于岩石强度Ｒ＿ｃ、裂隙间距Ｉ、分层厚度ｈ、垮落步距Ｌ等众多的影响因素，这是一典型的复杂非线性系统问题，因而用传统数学方法所建模型误差较大。本文运用人工神经元网络建立了采面顶板类型识别的神经网络模型，进行了实例研究，并同用模糊数学方法所建模型进行了对比。图１，表１，参８。     

上限区域浅部煤层保水开采工作面安全推进速度实验研究

基于国内外研究结论,本文以皖北矿区百善煤矿6煤层为研究对象,通过分析浅部煤层保水开采机理和关键,提出以"上覆岩层水体渗流速度确定工作面推进速度"的思路(工作面推进速度能使关键层采后破断的砌体在上部水体渗流到采空区前闭合)。根据渗流理论、经验公式和实测资料等,对保水开采分类中工作面上覆岩层中的潜水渗流时间进行公式推导及计算;根据关键层理论和百善煤矿地质资料,计算出各分类上覆岩层初次和周期破断距。由此,计算和确定出各分类工作面推进速度,同时,以推进速度下限和采煤机切割速度确定安全保水开采的工作面长度范围。进一步完善保水开采技术体系,为浅部煤层保水开采技术的安全应用提供理论指导。     

彬长矿区南部诱发冲击地压覆岩关键层探讨

为分析彬长矿区南部煤矿覆岩关键层的位置,给煤矿冲击地压提治理供技术及理论支撑,采用关键层理论值计算、数值模拟分析以及微震事件验证的综合判定方法探讨了诱发彬长矿区南部煤矿冲击地压的主控层位。经理论值计算,煤层上部200 m覆岩具有三层关键层,从上而下依次是距4#煤层顶板160 m宜君组砾岩坚硬层层、距4#煤层顶板76 m的安定组底界砂岩坚硬层层以及距4#煤层顶板35 m的直罗组底部砂岩坚硬层层。结合数值模拟计算,在起始开挖过程中,煤层顶板约35 m处直落组底界砂岩出现应力集中;随着开挖深度的增加,煤层顶板76 m附近的安定组底界砂岩层逐渐成为水平应力最大部位。综合微震数据的结果,认为煤层顶板35 m处的直落组底界砂岩与煤层顶板76 m处的安定组底界砂岩层均为引起煤矿冲击地压的关键层位,容易产生能量集中,是矿井冲击地压治理的主要目标层位。     

深部近距离厚煤层开采覆岩结构空间的演化规律与应力分布特征

针对深井近距离煤层回采过程中,煤层工作面及其巷道频繁出现的形变过大、矿压突增问题,以海石湾煤矿近距离煤层开采为参考,采用相似模拟实验与理论计算方法,分别对距离相近的煤层因回采造成的覆岩结构演化、运动及围岩应力变化进行了模拟与分析.研究表明:覆岩中主关键层是否失稳破断对矿压分布的影响重大.在主关键层破断前,近场结构是矿压增量的主要来源,并使矿压具有波动性;当主关键层破断后,远场结构对于近距离各煤层矿压增量均起到主要作用,并使其变化特征具有典型的跳跃性.自下而上逐级传播的覆岩结构演化造成了主关键层的阶段性沉降,对于矿压的跳跃式变化起到了主要作用.研究发现了近距离煤层开采过程中的覆岩演化规律和矿压产生机理,对于采场矿压控制和巷道支护优化具有指导意义.     

关键层位置对导水裂隙带高度的控制作用研究

针对不同关键层位置导水裂隙带发育高度不同的问题,为确定关键层位置是否对导水裂隙带发育高度有控制作用,在关键层理论模型框架内,考虑岩层的分层力学性质变化,建立了采场覆岩的力学模型,运用岩石破断过程分析软件RFPA2D进行数值模拟,分析了在不同关键层位置顶板导水裂隙带发育高度,得出当随着关键层位置在0-60m范围内由低到高...     

综采放顶煤工作面顶板涌水机理分析

通过对大佛寺煤矿40108工作面顶板涌水特征与涌水期间工作面顶板压力显现情况的对比分析,找出了顶板压力与涌水之间的相关性。并利用覆岩关键层理论以及采场覆岩在周期性来压作用下的变形破坏规律,分析了造成工作面涌水的机理,为工作面防治水工作提供理论依据。     

大断面巷道锚索补强支护方案

针对大断面煤巷在采用锚杆支护进行围岩控制时，产生的冒顶、片帮及顶板离层下沉等问题，通过理论分析和关键层理论计算，提出合理的锚索补强支护方案。ANSYS数值模拟结果证明，该锚索补强支护方案对巷道围岩控制是有效的。     

神经网络在采面顶板聚类及辨识中应用

本文在神经网络聚类与辨识原理简介的基础上，时采面顶板聚类与辨识问题进行了应用研究，其聚类及辨识的正用率达１００％。实例表明，神经网络是用于复杂非线性系统聚类与辨识的有效方法，并可望在煤矿开采领域其它聚类及辨识问题中得以推广应用。     

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.