芦沟煤矿水库坝体下采煤安全性研究

为了实现水库坝体下安全采煤.采用理论及计算分析,地表移动和变形预计等方法,从坝体下工作面开采技术方案确定、坝体移动和变形值计算,导水裂缝带发育高度计算,断层对坝体的影响等方面研究了水库坝体下采煤的安全性.通过合理确定工作面尺寸和开采顺序,确定了坝体下工作面开采技术方案;各工作面开采后,坝体受到的最大拉伸水平变形值为1.2 mm/m,小于坝体能承受的允许变形值;导水断裂带发育高度为40.8 m,导水裂缝带发育最大标高与水库底部之间有较厚的基岩,导水裂缝带不会波及到水库水体;同时,断层不会对坝体产生明显的影响.水库坝体下采煤是安全可行的.     

采动地表裂缝形成机理的数值模拟

为研究采动地表裂缝的形成机理和采动地表裂缝影响下地表移动变形分布特征.采用有限差分数值模拟软件进行模拟分析.研究表明:工作面开采后,采空区上覆岩层以梁或板的形式沿层理面法线方向移动、弯曲,当移动变形传至地表,使地表拉伸及曲率变形超过土体抗拉强度时便产生裂缝;采动地表裂缝影响下,裂缝远离采空区一盘地表移动变形值均减小,最大变形位于裂缝位置,裂缝具有集中变形特征和阻断变形传播的屏障作用.研究成果对矿区地表建(构)筑物保护、地表裂缝治理具有一定参考价值.     

西部矿区巨厚黄土层开采裂缝机理

为研究中国西部黄土矿区地表开采裂缝的形成机理,采用理论分析和试验的方法,运用土力学原理,结合开采沉陷理论,探讨土体剪切破坏与黄土层采动裂缝的形成机理.将理论应用到彬长矿区B40301工作面进行验证分析.研究结果表明:采动黄土层下沉弯曲引起的土体水平变形,造成土体单元水平方向应力松弛,达到剪切破坏的极限平衡状态;地表土层中的侧向水平应力近似为零,当存在克服土体凝聚力或抗拉强度的拉伸应变时,地表将会产生裂缝;推算出开采裂缝产生的临界深度预算公式,及地表产生裂缝的临界水平变形值计算公式.     

地表水体下厚煤层综放工作面安全开采技术

为了保证地表水体下综放工作面安全回采.以山西某矿为试验矿井,采用钻孔电视和分段注水试验对矿井导水裂缝带发育高度进行探测,对地表沉降进行了监测分析,并对水体下工作面开采进行了涌水量监测,实现了水体下工作面的安全回采.研究结果表明:厚煤层综放工作面导水裂缝带发育高度为119.7～127.2 m,裂采比为19.9～21.1;工作面回采前裂隙数量为1～2条,宽度以4 mm为主.当工作面回采后,在132～148 m范围内,裂隙数量最多增加到7条,裂隙宽度可达8 mm.在148～160 m范围内,裂隙数量和宽度与工作面回采前持平;工作面回采后,地表最终产生拉裂缝,最大深度为6.5 m,不会造成地表河水的突然下泻;地表水体下工作面回采过程中无留设保护煤柱,最大涌水量与非水体下工作面开采持平,工作面回采过程中地表水未进入到工作面,实现了安全回采,为类似矿井提供了借鉴.     

厚松散层薄基岩特厚煤层综放开采覆岩破坏特征研究

我国西部矿区的煤炭开采,具有煤层厚度大、基岩薄、开采强度大等特点,导致覆岩严重破坏,地表变形剧烈,出现地裂缝、台阶、塌陷等较大非连续变形,引发多种地质灾害并造成地表建筑物严重损坏。本文针对厚松散层薄基岩特厚煤层条件下,综放开采形成的覆岩破坏特征及下沉、地裂缝、台阶等的观测分析研究,得出了厚松散层薄基岩综放开采较常规条件开采,具有下沉系数大,下沉速度快,移动的初始期、活跃期更短,在开采边界内侧形成永久台阶的沉陷特点。揭示了工作面薄基岩伴随周期来压,在水平方向上形成动态压力拱,上覆岩层呈梯型断裂,发育至松散层内部,迅速传递至地表,形成台阶裂缝的覆岩破坏机理。该研究可为煤矿生产安全管理及地表垮塌灾害防控技术制定提供借鉴。     

重复采动条件下房屋裂缝规律的分析

基于现场实测获得的房屋裂缝和地表水平变形资料,分别分析了初次采动和重复采动条件下房屋裂缝的发育规律,分析了重复采动条件下房屋裂缝发育规律的特殊问题。获得了采运过程中房屋裂缝宽度与地表水平变形之间的关系曲线。在村下采煤过程中,井下工作面若保持匀速推进,就可以保证房屋承受匀速、渐变的拉伸、压缩变形过程,使房屋的残余变形很小,反之,房屋破坏程度就比较严重。由于房屋极易从已有裂缝处开裂,形成更大的裂缝,因此,重复采动前,应对已有损坏的房屋进行适当的维修。     

沟谷区浅埋煤层覆岩破坏特征及地面裂缝发育规律

沟谷区浅埋煤层开采覆岩损害特征不仅受覆岩结构影响,同时受地形地貌特征影响。为进一步研究浅埋煤层过沟开采时覆岩运动及损害机理,以陕北浅埋煤层区某矿14210工作面为研究对象,通过建立物理相似材料模型,利用人工测量、变形监测、数据分析等方法,研究沟谷区浅埋煤层开采覆岩破坏规律及地表裂缝形成机理。结果表明:煤层覆岩沉降值曲线在垂向上具有向下继承性,顶板周期性垮落后沉降曲线呈"U"型,沉降值变化速率大的"U"型两侧区域纵向裂隙发育,周期性垮落体边界与自然平衡拱结构基本吻合,并周期性向前发展;地表裂缝可根据坡向与煤层采动方向的关系分为顺向坡推挤裂缝、逆向坡拉张裂缝和沟底隆起3种类型,不同类型裂缝具有不同的动态发育规律。研究成果为沟谷区浅埋煤层开采覆岩及地表损害预测提供了理论基础,对浅埋煤层过沟开采可能因覆岩及地表损害引起的矿井水害防治具有重要意义。     

急倾斜矿体开采岩体移动规律与变形机理

为了研究急倾斜矿体开采的岩移规律与变形机理,采用数值模拟的方法,对急倾斜矿体在高构造应力和自重应力2种条件下的岩移特征进行对比分析.研究结果表明:当开采区在竖直方向上的高度远小于矿体在水平方向上的长度时,在这2种应力条件下都具有类似水平矿体开采的地表岩移特征;反之,在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采地表出现双沉降中心的现象,而在自重应力条件下只存在单沉降中心;在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采在地表移动变形量、移动变形影响区规模及地表宏观变形破坏特征上与自重应力条件下相比都有较大差异,原岩应力场中作为特征量的最大主压应力的取向对岩移行为的影响是产生这差异的根本原因.     

开采引起的地表裂缝深度和宽度预计

以实验室模拟试验为基础,获得了地表裂缝发育的一系列规律,建立了地表裂缝发育极限深度的预计模型,建立了裂缝发育宽度和深度关系的典型曲线.实例证     

人工湖下连采连充煤炭开采地表移动变形预测研究

为研究人工湖下煤炭连采连充开采后的地表移动变形规律，对连采连充工作面进行了室内力学试验和现场取芯力学试验，验证充填体的可行性；基于等价采高概率积分法，对连采连充工作面进行地表沉陷预测；通过数值模拟计算，分析导水裂缝带发育高度，并与概率积分法结果进行对比。结果表明：充填体的强度5.063 MPa超过设计强度2.0 MPa,能够确保矿井的安全开采；连采连充工作面开采后，地表倾斜值极值0.3 mm/m,地表水平变形极值-0.2 mm/m,小于砖混结构建筑I级损坏范围，周围地表沉陷平缓，无安全隐患；导水裂缝带发育高度约49.7 m,距离隔水层约160.3 m,水下采煤安全，FLAC^3D数值模拟和概率积分法结果比较接近，验证连采连充技术可有效减缓地表移动变形。