不同采出率下覆岩移动的数值模拟

为准确而有效的掌握条带开采上覆岩层移动规律,采用FLAC3D数值模拟软件,对辽宁省灯塔市西马煤矿北二采区西上岗子村下压12煤在不同采出率开采条件下,采空区上覆岩层变形传播规律进行研究,对采空区覆岩及对应地表布设位移测点得到竖向和水平位移变化曲线.研究结果表明:随着采出率由40%增加到50%,再到60%,采空区顶板测点最大竖向位移增量分别为51.51 mm和119.56 mm,对应地表最大竖向位移增量为17.38 mm和65.67 mm,而水平位移随采出率变化关系与竖向位移相似,但其受到开采影响范围相对小一些;当采出率一定时,在同一位移观测线上,采空区顶板对应测点移动变形量大于煤柱顶板对应测点的移动变形量,这种高差趋势向地表方向而逐渐减小.最后,通过对竖向位移与采出率变化关系进行拟合分析,得到采空区顶板和对应地表最大竖向位移与采出率呈幂函数增长关系.     

（急）倾斜煤层深部开采覆岩变形力学模型及应用

根据人们对如何描述（急）倾斜煤层采空区上覆岩层变形行为的需要，在弹性理论的基础上，将上覆岩层假设为岩板，研究上覆岩层的变形特征，建立了上覆岩层变形的力学模型，导出了采动覆岩的挠度方程和计算最大挠度点的理论公式，通过计算得到了采空区下方挠度大于其上方的挠度，最大挠度点位于采空区中部偏下的位置，真实地反映了（急）倾斜煤层深部开采时采空区顶板变形特征和岩板在联合作用力条件下的变形本质，为（急）倾斜煤层深部开采覆岩变形计算提供了科学依据．     

老采空区破裂岩体变形性质研究

废弃采空区破裂岩体变形是导致地表沉陷的主要原因。根据长壁采空区及其覆岩中采动次生结构面和结构体特征,将长壁采空区覆岩结构划分为四种类型。通过岩石碎胀与压实试验和相似材料模拟试验,研究了采空区破裂岩体碎胀与压密特征,指出了长壁采空区破裂岩体碎胀系数分布规律。     

采动过程中覆岩破碎区碎胀性走向分布特征

为了探究采动过程中覆岩破碎区碎胀性在走向分布规律,采用UDEC数值模拟及相似模拟手段分析了煤层顶板运移规律及碎胀系数分布特征。结果表明：随着采空区上覆岩层空间结构发展的演化,煤层顶板下沉量由下至上逐层降低,并最终趋于稳定；在工作面推进方向上,碎胀系数不断降低,且呈现出一定的分区特性,随回采呈现动态变化的周期性前移,其在走向上划分为三个区域,即：自然堆积区、载荷影响区、逐渐压实区。最后,确定浆体充填滞后距离为60m,现场试验邻位注浆充填效果良好。     

近水平矿体回采顶板覆岩冒落规律分析

针对近水平矿体回采过程中顶板持续垮冒、覆岩沉降及破坏这一复杂的应力重分布、变形和破坏的过程,借助RFPA数值模拟软件,考虑岩体的碎胀效应,以及围岩的不同本构关系,对顶板覆岩的冒落过程进行数值模拟。研究结果表明,碎胀后的岩体对上覆岩层会有一个支撑反力;所以考虑碎胀效应的两方案结果与参考文献相符,并得到了不同计算方案的冒落高度值。所得结果为矿体安全开采提供理论依据,并对认识和研究采场覆岩冒落规律具有一定的借鉴意义。     

基于MSR300雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡变形及滑坡

降雨是诱发滑坡的主要因素之一,尤其在暴雨条件下,更易激发滑坡.随着南帮边坡开采高陡化,滑坡发生频繁.为研究降雨条件下南山矿凹山采场南帮边坡稳定性特征,采用MSR300型雷达对边坡进行了连续4a的实时稳定性监测,基于采集到的采场降雨数据和边坡滑移数据,分析了降雨量和降雨强度与边坡变形规律,对凹山采场滑坡各阶段进行了划分,建立了凹山采场边坡失稳模型和预警阈值.结果表明:凹山采场变形与降雨量呈正相关,服从幂函数规律;边坡变形速度曲线与降雨强度有良好的一致性,滑坡一般发生在最大降雨强度之后;滑坡阶段主要包括初始变形阶段,稳定变形阶段和加速变形阶段;报警阈值分别为:6h时序内,位移阈值为20 mm,速度阈值1.5mm·h-1;12h时序内,位移阈值为30 mm,速度阈值为2.5mm·h-1.凹山采场滑坡曲线与岩土体非稳定蠕变曲线具有较高的相似性,位移曲线出现了“阶跃”现象,速度曲线出现了“尖凸”现象,这种情况易引起滑坡事故,其中在位移曲线的“拐点”处和相应速度曲线的“凸点”处发生滑坡的可能性最大.研究成果为类似矿山边坡稳定性监测和破坏机制提供了科学依据和参考.     

采动裂隙椭抛带内瓦斯运移理论基础

研究采动裂隙椭抛带的基本性质及其采空区瓦斯运移的规律,可以采取有效措施进行瓦斯治理。根据五阳煤矿7601综采工作面上覆岩层的特性与工作面在推进过程中的矿压显现特征,确定了采动裂隙带的高度、切眼上方椭抛带的高度、采动裂隙椭抛带内煤与岩碎胀系数,并计算出其渗透率。该研究为建立数值模拟的分析模型提供依据。     

低透气性煤层群无煤柱煤气共采理论与实践

在淮南矿区复杂地质条件低透气性煤层群卸压开采抽采瓦斯多年创新和实践的基础上,提出了首采卸压层无煤柱沿空留巷Y型通风煤气共采新思路;通过对采空区边缘岩体结构变形破坏和裂隙演化规律的分析,揭示了采动影响区内顶底板岩层裂隙的动态演化规律、Y型通风方式下采空区的空气压力场分布及卸压瓦斯的流动规律,通过分析沿空留巷围岩大小结构的变化规律,提出了基于锚杆支护的“三位一体”留巷围岩控制技术;研发成功新型CHCT充填材料、强支撑自移模板液压充填支架、干混料集装箱以及充填泵上料系统,建立机械化快速构筑充填墙体工艺系统,发展和创新了低透气性煤层群无煤柱煤气共采的理论及关键技术。     

综采充填黄土侧限压缩特性试验

为了揭示综合机械化充填开采黄土压缩特性,对22种黄土试样采用液塑限联合测定法测得了界限含水率,得出充填黄土与石灰的比例关系及最佳含水率;通过侧限压缩试验测得充填黄土压缩过程中应力应变关系曲线和密度应力关系曲线,确定了充填压实机构的夯实力以及煤矿充填开采过程中煤炭开采量和黄土充填量的采充比.研究结果表明,在黄土充填开采过程中,需掺入7%的石灰以改良黄土的特性,且最优含水率不宜超过17%,充填入采空区后的黄土需进行不小于2MPa的初步压实,采充比达到1.41才能保证充填效果.     

基于UDEC的大采高覆岩破裂的模拟与分析

为了准确划分李雅庄煤矿冒落带和裂隙带的高度,采用UDEC4.0数值模拟软件对2-226工作面上覆煤岩层进行模拟,研究得到其两带高度为11~13 m和40~44 m,在采空区两侧20~30 m范围内存在较为明显的竖向破断裂隙;现场通过比较高位钻场抽采瓦斯纯量得到：高位钻场钻孔终孔层位距煤层垂高为11~23 m时抽采瓦斯效果最好,并将钻场终孔位置优化为14.7 m,现场考察结果与数值模拟结论较为吻合;研究成果为其他类似条件矿井采场及采空区瓦斯治理提供一定的依据.     

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.     

沿空留巷矿压显现周期性机制研究

沿空留巷保留巷道中的矿压显现存在强烈区和缓和区周期性交替的现象,通过建立沿空留巷结构力学模型,分析了此现象与工作面端头弧三角形悬板的关系。研究表明:周期来压时,工作面顶板断裂会在沿空巷道上方产生弧三角形悬板,悬板最大悬顶距对应位置的巷道矿压显现相对强烈,并且随工作面推进矿压显现强烈区以周期来压步距为步距跳跃前移。在上述研究基础上,提出弧三角形悬板位置预测与实测方法,并以东滩煤矿3203工作面沿空留巷为工程背景,通过矿压观测对矿压显现程度周期性现象和弧三角形悬板位置进行了验证,提出了分阶段不等强支护方式,为留巷滞后支护设计提供了依据。     

厚煤层综放工作面沿空留巷锚索加强支护机理研究

针对国内某大型矿井工作面回采沿空留巷的现场条件,以板壳力学理论为指导,采用了理论分析与现场试验相结合的方法,建立了沿空巷道力学模型,设计了巷旁支护并分析效果,研究了沿空留巷围岩结构模型与支护力之间的关系.     

沿空留巷围岩结构灾变系统及控制力学模型研究

运用实用矿山压力控制理论建立了沿空留巷开采灾害系统模型,提出了无煤柱沿空留巷大、小结构理论,修正了内应力场范围计算方法,建立了给定变形、限定变形2种留巷结构力学模型.研究表明:沿空留巷巷道围岩大结构是指应力拱内岩梁,小结构是指巷旁充填体、顶煤、煤帮、直接顶、底板等锚固结构,二者力源来源于应力拱内岩层,其中巷旁充填体力源为裂断拱内裂断岩梁,煤帮力源来源于应力拱内岩梁作用;内应力场范围是传统范围求解的1.4倍;沿空留巷限定变形状态承载体承担起大结构内覆岩运动产生的作用载荷,对巷道进行支承保护作用;给定变形状态承载体(护巷煤柱或充填体)不承担大结构内覆岩运动产生的作用载荷,仅承担支承范围内直接顶载荷,并对巷道进行密封保护、隔绝采空区作用.     

新安煤矿井下沿空留巷巷旁充填实验

为实现对回采巷道顶板的有效支撑及巷道围岩的有效控制,根据沿空留巷围岩控制机理,研究粉煤灰-高水材料沿空留巷巷旁充填工艺,并在双鸭山新安煤矿综三工作面进行现场实验。结果表明:沿空留巷期间,巷道顶底板、两帮移近量随着与工作面距离的增加而增加;充填体可以实现主动接顶,有效防止老顶的变形,其强度随着时间的增加迅速提高;充填条带密实性较好,可阻止有害气体逸出。该研究为类似条件矿井沿空留巷巷旁充填提供了借鉴。     

厚煤层错层位开采的实际应用

沿空留巷充填体及沿空掘巷煤柱直接支撑顶板是导致区段巷道底臌的原因之一,且维护困难,成本高昂。加之留巷充填时工艺复杂,影响了煤矿科学开采。以西山镇城底矿错层位开采为例,对其巷道布置及回采工艺进行分析。工作支架阻力及两巷超前压力等实测结果表明,工作面矿压显现由完全沿空进风巷至沿顶板回风巷呈单调递减,错层位开采进风巷超前支承压力小于回风巷,完全沿空进风巷的变形量略大于沿顶板回风巷。其回采率显著高于传统的留保护煤柱开采方式。     

新发煤矿沿空留巷综合支护技术

沿空留巷的顶板岩层变形量大,单一支护技术难以有效控制。针对这一情况,结合新发煤矿西一采区42#煤层右二工作面的具体条件,设计沿空留巷综合支护技术。该技术通过在原有锚杆之间增加两根锚索和一根锚杆以加强巷内支护、在工作面后方下巷上帮设置巷旁支护、在石墙上方打钻挑顶手段,实现综合支护目的。该技术现场实践效果良好,可节约成本,具有推广价值。     

急倾斜煤层沿空留巷的巷旁充填技术

针对急倾斜煤层沿空留巷巷旁充填技术难题,分析了新强煤矿巷旁充填材料合理配比及充填体承载特性,利用FLAC3D数值模拟软件分析了巷旁充填体及巷道围岩变形规律。结果表明:试件在一定的充填料配比条件下,随着水灰比的增加其抗压强度明显降低,新强煤矿充填材料水、水泥、沙子、矸石理想配比为1∶2∶4∶4;留设巷道顶底板的活动剧烈程度与距工作面距离相关,导致巷道顶板移近量不同;巷旁充填材料配比强度高于10 MPa,可以满足新强煤矿巷道围岩变形及充填体强度要求。     

综放巷内充填原位沿空留巷工业性试验

针对常村煤矿S2-6综放工作面采用传统技术沿空留巷的难点，提出综放巷内充填原位沿空留巷新技术。根据上覆煤岩层活动的空间特征及分期规律，引入关键层理论，建立综放沿空留巷的囤岩结构力学模型。在对原巷道进行有效加固和扩帮支护基础上，结合高水速凝充填材料的性能，确定了充填体支护及其加固设计参数。采用合理的实施方案和充填工艺，井下工业性试验达到了预期效果，证明了综放巷内充填原位沿空留巷的可行性，具有推广价值。     

易冒顶板锚索毛石墙联合沿空留巷技术及应用

 为了避免损失优质煤炭资源,缓解接续紧张的状况,鸡西矿业集团公司对稳固顶板推行沿空留巷,对不稳固顶板沿走向布置条带煤柱护巷。实际工作中为了避免资源损失,曾经提出砌毛石墙沿空留巷技术,但当开采深度达到600—800m时几乎一半巷道的断面净空缩小到初期掘进断面的一半以下;为了进一步解决深部开采时沿空留巷的地压难题,又曾提出控制爆破切槽放顶沿空留巷技术。在易冒顶板,顶板随液压支架的移动而冒落,根本无法实施控制爆破切槽放顶。本文在分析上述沿空留巷技术变革的基础上,提出锚索毛石墙联合沿空留巷技术,即先锚索支护软帮顶板,然后毛石墙支护该锚索支护过的软帮顶板,引起部分顶板应力向底板转移,从而避免顶板过度应力集中。邱家矿井的开采实践表明,锚索毛石墙联合沿空留巷技术能经济有效地控制易冒顶板下沿空留巷的地压,但由于向底板转移的应力较大,需要多次挖底而消除底鼓危害。