厚土层覆盖浅埋煤层支架适应性分析

分析了陕西榆树湾煤矿浅埋煤层开采支架的适应性,揭示了厚土层覆盖浅埋煤层开采条件下覆岩层的破坏规律;模型实验表明工作面初次来压步距为70～75 m,工作面初次来压步距相对较大;组合关键层的破断形成大周期来压现象,支架动载系数平均为1.21,支架阻力能平衡顶板压力,满足工作面正常开采时对支护阻力的要求.研究成果对指导工作面采前准备工作具有重要意义.     

浅埋薄基岩综采面涌水机理及水灾防治技术研究

锦界煤矿3-1煤层覆岩为富潜水层浅埋薄基岩,采动导水裂隙发育至地表,易导致突水灾害。针对该矿二盘区首采工作面地质条件,分析顶板导水通道及其涌水机理,在难以实现保水开采的基础上,建立了包含提前钻孔疏放水、两顺槽施工环形水仓、设置抽排水系统、加快工作面推进速度、辅助切眼施工施工尾排水仓、将工作面调整为倾斜长壁仰采工作面等多项技术措施的综合防治水技术体系,成功解决了综采工作面突水及涌水过大的难题,实现了浅埋薄基岩综采面安全开采。     

曹家滩煤矿导水裂隙带发育规律影响因素数值模拟

煤层采后覆岩导水裂隙带发育高度是影响矿井涌(突)水的主要因素之一。以曹家滩煤矿综采条件为背景,运用FLAC 3D软件,模拟分析了固定采高情况下采宽、采深、推进速度对导水裂隙带发育高度的影响,揭示了曹家滩煤矿导水裂隙带发育规律。研究表明,曹家滩煤矿2-2煤层在采高6 m的条件下,煤层顶板导水裂隙带发育高度与工作面采宽、采深成较好的正相关关系,与工作面推进速度呈负相关关系,最终确定曹家滩煤矿2-2煤层的裂采比为27. 8倍。研究成果对矿井防治水工程设计及采煤保水有重要指导意义。     

浅埋煤层覆岩中断层对保水采煤的影响及防治

覆岩中断层的存在提高了导水裂隙带的发育高度,因此采用间歇式采煤实现保水采煤时,覆岩中存在断层时工作面的推进距离要小于无断层时的情况.在以前研究的覆岩中无断层时不同覆岩厚度保水采煤工作面合理推进距离的基础上,应用相似模拟实验和数值模拟方法,研究浅埋煤层覆岩中存在断层时,应用间歇式保水采煤不同覆岩厚度的工作面合理推进距离,回归出了导水裂隙带高度随工作面推进距离而变化的经验公式,而且得出从断层上盘向下盘推进时工作面的合理推进距离小于反向推进时的结论,为陕北浅埋煤层保水采煤的实现提供技术支持.图8,表4,参9.     

南梁厚土层浅埋单体长壁工作面矿压规律实测分析

在南梁煤矿首采工作面20105采前实验研究的基础上进行了现场观测,实测了活柱的下缩量、工作面顶板的移近量、顶板的来压强度以及巷道变形破坏参数,总结了厚土层覆盖层浅埋煤层单体长壁工作面的矿压显现规律.实验和观测表明,厚土层覆盖浅埋煤层工作面初次来压步距大,矿山压力显现剧烈,周期来压台阶下沉量大.针对目前顶板的支护状况和顶板灾变危险,提出了提高支柱初撑力等改善措施,为实现厚土层覆盖浅埋煤层单体长壁工作面安全开采提供了可靠依据.图7,参8.     

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。     

浅埋煤层中的关键层运动与导水裂隙发展

对2种不同赋存条件下的浅埋煤层工作面进行了流固耦合相似模拟实验,实验研究表明,主关键层下岩层的运动破坏规律是下位逐层垮落而上位整体运动.影响浅埋煤层导水裂隙发展的主要因素是主关键层层位和采高,主关键层位与采高之比越大,越容易进入弯曲下沉带,当其层位距离煤层顶板的高度与采高满足kc≥11时,主关键层进入弯曲下沉带,也就是裂隙带与采高之比k≥12时,裂隙才可能停止发展.并且随着工作面的推进,围岩的渗流状况由原生裂隙逐渐向变形裂隙和导水裂隙过渡.     

浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律

为了研究大采高浅埋煤层综采工作面矿压显现规律,对张家峁煤矿15201综采工作面(首采)矿压进行了现场观测,分析了初次来压和周期来压。通过来压时液压支架工作阻力及动载系数分析可知,支架工作阻力分布以正态分布为主,初撑力富余量较大;液压支架初撑力利用率偏低,说明初撑力的管理有待加强。研究结果为实现大采高浅埋煤层工作面支架选型及正常开采提供了可靠的理论依据。     

沙基型浅埋煤层保水开采工程实践研究

以神东矿区2-2煤层为研究对象,通过分析浅埋煤层保水开采机理和关键,以"综合分类指标分析法"、以导水裂隙带高度作为分类的综合指标、以采高、顶板厚度、岩体完整性及强度等作为综合分类指标的相关因素,对比基岩厚度与导水裂隙带高度,将沙基型浅埋煤层保水开采适用条件划分为七类,初步形成浅埋煤层保水开采的"分类体系";通过对各分类...     

浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析

利用RFPA岩石破断过程分析系统软件，对神府东胜矿区活鸡兔煤矿厚松散层浅埋煤层首采工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态数值模拟。并根据模拟结果，分析了随着工作面采动和推进，上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。模拟结果表明，卸荷变形是引起浅埋煤层直接顶初始离层的主要因素之一，浅埋煤层老顶岩层破坏的主要顺序仍为“离层－断裂－垮落”，厚松散层浅埋煤层开采时，当关键承载层完全垮落后，覆岩会发生直达地表的整体切落现象。     

交错式充填对采空区上覆岩层的影响

针对充填开采成本较高、条带开采煤炭采出率较低等问题,根据某矿的地质资料,运用FLAC3D软件模拟交错式充填法和垮落法开采过程中上覆岩层的应力分布、垂直位移变化情况.结果表明：当采高为1 m、煤层距地表178.8 m时,垮落法开采的采空区中部出现0～4.1 MPa的拉应力;交错式充填的采空区上部压应力为2.0 ～3.0 MPa,采空区充填区域压应力为3.0 ～4.0 MPa,应力均小于原岩应力.垮落法采空区中部上覆岩层位移最大,向两侧逐渐减小;交错式充填采空区上覆岩层的位移较小,最大下沉量为0.006 m.在降低充填成本的情况下,交错式充填法能够有效控制采空区上覆岩层应力分布和下沉量,为“三下”采煤提供理论依据.     

放顶煤开采覆岩破坏高度的统计分析

由于采场覆岩破坏高度及破坏程度是上行开采研究的最重要内容,因此,在对我国放顶煤开采典型覆岩工程地质条件分析的基础上,本文对放顶煤开采覆岩破坏高度进行现场实测统计分析,找出放顶煤开采覆岩破坏高度受地质因素的影响规律,从而为放顶煤条件下上行开采研究提供科学依据.     

综放工作面岩层控制

在大量现场实测、相似模拟、数据模拟及理论分析的基础上,提出了“砌体梁”与“半拱”式结构相结合而构成综放采场覆岩结构的基本形式。考虑到直接顶、顶煤的变形破坏特性以及小结构的影响,建立了综放采场围岩结构模型,可对综放开采的矿山压力现象合理的解释,并为支架的选型设计和矿山压力控制提供了依据。     

错层位综放开采采场覆岩结构及大“O”形圈特性分析

通过分析错层位开采采场覆岩结构特点得出,错层位开采采场覆岩结构按接续工作面开采前后可划分为开采前、开采时及开采后3个时期。开采前采场覆岩结构为＂O＂形,开采时为＂L＂形,开采后为大＂O＂形。在此基础上,进一步阐述了错层位开采大＂O＂形圈的形成原理及特性。通过相似模拟试验,验证了错层位开采相邻工作面之间的顶板垮落是一个连续的整体。研究表明,错层位开采能减少瓦斯抽采钻孔的布置数目并降低由于地表沉陷带来的危害。     

FLAC3D模拟采动岩体渗流规律

为从根本上研究煤层开采工程中因顶板冒落、放顶垮落造成的顶板突水通道的变化规律,首次运用FLAC3D数值软件的应力-渗流耦合系统,结合工程实践,系统分析了采动岩体的渗流矢量、渗流速度、孔隙压力及导水边界线动态发展的普遍规律和分布特征,进行了顶板突水危险区域的识别,得出了一些对防治采场顶板突水有益的结论,可为煤矿顶板突水防治提供理论依据.数值模拟结果表明采动岩体渗流通道的发展明显受煤层开采的影响,且当主关键层破断时,采场最易发生顶板突水事故.在此基础上,将采场的渗流动态变化特征与采动岩体的破断、运动规律结合分析,给出了采场顶板破断及破断岩块再组合压实过程中渗流裂隙的扩展、闭合普遍演化过程.如果水源有限且现有设备能及时排除水患,当煤层采完后,采动岩体能重新压实闭合失去导水性能,地下水位能逐步恢复,即保护第四系及地表水的采煤技术可以实现.同时证明FLAC3D的应力-渗流耦合系统能预测并预算采动岩体裂隙产生、发展、闭合及相关危害性的可靠的数值定量分析软件,可作为一个新方法在顶板突水防治和保水采煤技术中应用.图5,表1,参11.     

重复采动影响下采场坚硬覆岩离层水涌水致灾机制研究进展

 采场覆岩离层水水害是一种新型水害类型,迄今为止对其认识不是十分清楚。为了更好地对其进行研究,对该领域已有的研究成果进行梳理分析。首先,对9个典型的离层水水害事例进行整理、总结,得出5个方面的共同特征,分别是坚硬覆岩、多煤层或单煤层分层开采所引起的重复采动、离层区具有充沛的补给来源、积水离层带与采场之间存在隔水层形成封闭水体、具有冲击地压等诱发因素。其次,根据前人对离层水突水机制的阐述过程,总结出5种揭示离层水突水的观点,并基于物理场的角度把这5种观点归纳成3类:渗流场的单独作用、应力场的单独作用、渗流场和应力场的耦合作用。最后,指明了离层水害领域中5个研究重点,并展望了其发展方向。     

工作面推进过程中上覆岩层冒落的数值模拟

为了研究在工作面推进过程中上覆岩层冒落情况，基于“支架梁”模型理论、连续介质力学和损伤介质力学原理，采用RFPA^2D分析系统，模拟了岩石从裂纹萌生、扩展直至断裂的全过程，再现了煤层采动中其上覆岩层来压及工作面推进过程中剪应力、岩层下沉的变化规律。结果表明：厚顶对上覆岩层的运动起控制作用，它是该岩层系统中的关键层，另外，随着工作面向前推进，在工作面前方煤壁形成支承压应力升高区，上覆各岩层的下沉量不断增加。     

贵州发耳煤矿尖山营滑坡特征及成因机制

高陡边坡地形条件进行煤层开采,极易引发地质灾害问题,给地质环境造成很大的破坏。以贵州发耳煤矿三采区的尖山营边坡为研究对象,查明了采空区分布情况及斜坡裂缝体系发育规律,结合该矿区地形地貌特征,分析该滑坡特征及影响因素,总结开采沉陷诱发山体滑坡的成因机制。结果表明:煤层开采后,上覆岩层发生应力重分布,采空区边界形成拉应力集中区;上覆岩层产生以沉降为主的弯曲变形,而在坡肩和坡脚部位产生较明显水平向外位移;变形过程中先在采空区后边界部位产生裂缝,回采煤柱后,裂缝贯通,形成潜在滑面,该滑坡变形机制为塌落沉陷-拉裂-蠕滑。     

大倾角煤层综放开采中上覆岩层的运移特征

根据新疆焦煤集团艾维尔沟矿区25112工作面所采的5#煤层大倾角、硬顶、软底、软煤的实际情况,采用相似材料模拟实验,对综放开采时上覆岩层沿倾斜方向上的运移(破坏)特征进行研究。研究表明,在大倾角煤层综放开采过程中,工作面顶煤或顶板的运移是不对称的,且在破坏方式上也有区别。上覆岩层的运移是一个空间问题,包括了上覆岩层的垂直于岩层的弯曲下沉—破断—回转,还包括沿工作面倾斜方向和垂直于工作面倾斜方向的运移。顶煤和上覆岩层垮落后,会沿工作面倾斜方向向下滚(滑)动,堆积于工作面下部和中部,形成非对称的充填带。所得结果对现场开采具有一定的指导作用。     

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。