急斜煤层浅部矿震机理及防治

为了防治急斜煤层浅部综放开采出现的矿震灾害及深刻理解其机理,采用物理相似模拟实验进行了研究。研究结果表明,急斜煤层浅部矿震机理为单个煤柱失效后,进而引起采场煤柱连锁失稳,最终导致巨厚覆岩大面积垮落,产生矿震,其本质是空间结构失稳造成,由此提出"空间结构破坏型矿震"观点;结合生产实际,提出控制此类矿震的关键在于控制综放段上覆浮矸厚度,留设足够厚度的隔离煤柱和提前预爆破顶板的防治措施。     

大倾角煤层群长壁采场低位梯阶关键层

大倾角煤层群长壁采场所形成的顶板结构较单一大倾角煤层更为复杂,采用理论分析和相似材料模拟实验研究手段,揭示了该类煤层顶板结构形成及演化特征。研究表明,大倾角煤层群下层煤采场顶板易形成非对称低位梯阶关键层,一般为二级梯阶,且层位低、厚度小、稳定性差,该结构的周期性失稳直接影响到下层煤采场覆岩、区段煤柱及支护系统的稳定性。低位梯阶关键层受覆岩及上方采空区矸石的法向与切向力作用,易发生拉、剪或复合型失稳,其破坏后可形成倾向堆砌型倾斜砌体结构。低位梯阶关键层破坏易引发层上方区段煤柱压剪失稳,并导致上方梯阶结构群发生大范围破坏。     

急倾斜水平分段综放面强矿压致灾机理及其防治

急倾斜特厚煤层水平分段综放开采条件下的强矿压致灾日益突出,严重制约矿井的安全生产。以乌东煤矿北采区45#特厚煤层为研究背景,构建物理相似模型,揭示了采场覆岩垮冒结构特征,理论分析综放面覆岩应力传递特征;通过FLAC3D软件建立三维数值计算模型,分析了急倾斜特厚煤层水平分段综放开采后覆岩的应力场及塑性区的变化特征。结果表明:急斜煤层赋存环境复杂,顶板不易垮落,易在采空区形成悬空顶板;+600水平分段煤层开采后,覆岩应力重新分布,在+575水平工作面沿煤层倾向距顶板巷6～45 m的采场煤岩体内,形成轮廓为"三角形"的应力集中区;随开采水平不断向深部延伸,应力集中程度不断增加,矿压显现也随之增剧。针对覆岩垮冒结构及应力特征,进行超前预裂爆破弱化技术,综放工作面支架压力和电磁辐射监测表明:支架压力下降了5～10 MPa,煤岩体平均电磁辐射强度由35.5 mV下降为14.4 mV,明显减缓了工作面强矿压显现,实现了安全生产。这对类似矿井安全开采提供了值得借鉴依据。     

三面采空综放采场采动阶段动力灾害机理

三面采空综放采场采动阶段受到高应力作用容易引发冲击地压、顶板大面积来压等动力灾害,通过研究岩层运动与矿压关系,孤岛工作面掘进、回采过程中覆岩空间结构形式及其运动规律,揭示工作面开采初期和开采期间岩层运动诱发动力灾害机理.结合工程实践,基于微震定位监测结果验证三面采空综放采场采动阶段诱发动力灾害规律,揭示应力分布、变化,为治理矿压动力灾害提供理论基础和技术手段.     

采场上覆岩层结构理论及其新进展

回顾了采场上覆岩层结构理论的发展过程，介绍了平面结构模型各个发展阶段的主要学术观点及其新进展，重点阐述了采场上覆岩层结构的稳定性及综放采场顶板结构理论的研究现状，提出了大范围顶板控制问题如采动覆岩空间结构与应力场的动态关系、顶板的异常压力控制等问题，这些问题是今后采场矿压研究的重点，并介绍了这些方面的最新研究成果。     

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。     

综放采场围岩复合结构力学模型及其控制研究

根据综放采场顶煤冒放形式和顶板移动结构,提出5种煤岩复合结构,研究了其形成条件,并建立了相应的力学模型:拱—拱组合模型、拱—砌体梁组合模型、拱—传递岩梁组合模型、台阶悬臂—砌体梁组合力学模型、台阶悬臂—悬臂梁组合力学模型,并由此推导其控制方程,计算支架载荷;针对不同顶板、煤层条件,运用相应力学模型分析支架—围岩关系,计算综放工作面支架载荷,确定综放采场支架合理工作阻力,从而有效控制综放采场围岩;通过对10个不同条件综放工作面支架载荷的计算与实测比较,计算值的安全系数为1.06,表明根据综放采场围岩组合结构力学模型计算支架载荷比简化的岩重计算更为合理,从而为综放采场围岩控制提供了理论基础。通过一个工程实例详细阐述了根据综放采场煤岩结构为学模型计算支架载荷的方法。图5,表2,参10。     

孤岛煤柱膏体充填开采覆岩运动规律研究

为研究孤岛煤柱膏体充填开采覆岩运动规律,对岱庄煤矿2351膏体充填工作面支架压力进行了实际观测和分析。由于周围工作面回采结束时间较长,采空区内覆岩跨落后已经基本稳定。该工作面充填开采顶板初次来压步距为33.6 m,监测到的前4次周期来压步距分别为18.3、8.8、13.79、m。膏体充填条带煤柱开采采场与覆岩结构的特殊性决定了第一个周期来压步距相对较大。由于三面采空,虽然采用膏体充填采空区支撑上覆岩层,工作面顶板及其上覆岩层的断裂和下沉仍然十分显著。充填膏体的支撑作用使采场宏观矿压显现不明显,但三面的采空导致支架上的工作阻力较大,在推采停顿时间较长时矿压显现尤为明显。     

多场耦合下急斜煤层开采三维物理模拟(2)

复杂环境与多场耦合作用下,采空区煤岩体非对称变形诱致局部化失稳极易演化为动力灾害.以乌鲁木齐矿区急倾斜煤层综放开采为背景,构建了大型立体地球物理模拟装置与"声-光-电"物理力学指标信息测试系统,完成了动态加载条件下顶煤与覆岩损伤与演化的AE规律、内部损伤变形、表面位移变化特征、支架工作特性等分析,为急倾斜厚煤层综放开采与灾害控制奠定科学基础.     

综放工作面直接顶稳定性研究及控制实践

通过大量现场实测与系统的理论分析指出，“砌体梁”与“半拱”式结构相结合共同构成综放采场覆岩结构的基本形式．在此基础上，对上位直接顶中“半拱”结构的３种形式进行了分析，建立了相应的力学模型，对其平衡条件、失稳机理以及与砌体梁结构的相互作用关系进行了分析，从而形成了综放开采直接顶稳定性控制的基本理论和方法．最后介绍了综放开采的矿压控制实践．图４，表２，参４．     

综放面沿空掘巷窄煤柱宽度及巷道支护参数研究

针对淮南新区13#煤层,应用FLAC软件模拟综放面沿空掘巷留设不同宽度煤柱时围岩位移量的大小,并结合"软"、"中硬偏软"两个具有代表性的煤巷进行的工业性试验,进一步总结出这类煤层综放面沿空掘巷时需留设的最佳煤柱宽度及特殊的支护手段,对这类巷道的锚杆支护技术有参考价值.     

厚煤层放顶煤长壁工作面矿压研究

本文在分别采用长顶梁及短顶梁两种掩护支架的两个工作面开采试验的基础上对厚约6m的长壁放顶煤回采时上覆岩层及顶煤活动规律,支架受载及合理架型作出分析,认为放顶煤工作面支架截荷并不高于类似条件下小采高的分层工作面。长顶梁支架适用于顶煤较硬的条件,若采用超前工作面平行煤壁深孔注水可降低煤体强度,增加顶煤放出率。试验中观测到上覆竖硬岩层超前工作面断裂迫使顶煤于工作面前8m处就开始产生斜向断裂裂缝,并逐渐扩展,加密而降低其刚度。因此,放顶煤工作面支架实际处于工作面前方煤体及后方岩石支承的上覆台阶错动的平衡岩石块梁结构的掩护下,其截荷主要为顶煤及下覆破碎直接顶的重量。图7,表5,参3.     

预报煤炭自燃的CO指标气体临界值研究

CO气体作为预报煤炭自燃的指标气体在煤矿中已被广泛使用,但有些矿井回采面上隅角始终存在CO气体,甚至超出矿业安全规定的临界指标,特别是在综采或综放工作面这一现象更明显,尽管采取多种防灭火措施,只能使CO气体涌出量减少而不能消除CO的产生,为了解其原因,在实验室做了不同煤种低温氧化实验,通过实验发现有些煤种在常温氧化条件...     

采空区“三带”宽度的研究与测定

介绍了丁集煤矿1262(1)综采面在上下风巷预埋束管,抽取采空区气样,测定使用采空区气体变化情况,通过监测监控,分析采空区氧气浓度沿工作面走向的分布规律,确定采空区遗煤氧化的"三带"宽度,找出工作面推进速度与采空区遗煤处在氧化带时间的关系,为工作面安全回采提供指导。     

无煤柱综放面沿空巷道煤层自燃过程数值模拟

根据综放面巷道的自燃特点,简化了巷道煤层自然发火物理模型,建立了巷道自燃过程二维数学模型,提出了巷道断面煤（岩）不同区域的非均质处理方法以及模型主要参数的定量测算方法。然后,应用有限差分法对自然发火模型进行数值计算,并开发了计算程序,最后,以东滩矿４３０８综放面沿空轨顺自然发火为例,证明该模型基本能满足现场自燃预测的需要。     

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。     

长壁工作面顶板周期下沉量的理论分析与实测研究

为了研究长壁工作面顶板周期下沉量对支架支撑高度的影响,本文以某长壁工作面为背景,利用数值模拟和理论分析方法,通过分析长壁工作面上覆岩层运动规律,对浅埋深长壁工作面顶板破坏特征进行研究,并对顶板所成结构形式进行了探讨,分析了顶板周期下沉量对支架支撑高度的影响,最后通过现场实测数据对所得结论进行了验证。研究结果表明,顶板最大周期下沉量对于确定工作面采高及支架最小可缩量具有重要意义。本文的研究结论对浅埋深长壁工作面顶板结构形式也提出了新的探讨。