多煤层开采导水裂隙带发育与 覆岩破坏高度规律

为了进一步揭示多煤层开采过程中,采动裂隙带发育规律的影响因素与采空区水的变化特性,以公乌素煤矿为研究对象,分别研究了该矿区煤层的覆岩类型及其对覆岩破裂的影响,从理论和数值模拟的角度研究了多煤层开采对覆岩破坏高度的影响.研究结果表明:(1)煤层覆岩越坚硬,覆岩破裂带发育的高度较大,导水裂隙发育就越高,反之,则容易下沉,但不易产生开裂,最终表现为覆岩破坏高度降低;(2)煤层采动过程中,开采厚度、开采方法、工作面跨度、开采深度与导水裂隙带的高度变化呈正相关关系;(3)公乌素煤矿倾斜煤层回采的导水裂隙带的分布沿工作面的倾斜方向整体呈不对称“马鞍形”破坏特征,多煤层下行开采过程中,下部煤层开采可以有效地减小上覆岩层采动引起的应力集中现象,且采空区的卸压范围及高度也随之增加.相关研究成果可为同类型矿井安全开采提供参考依据.     

常村煤矿2103工作面高位瓦斯抽放巷设计参数模拟研究

常村矿470水平单一煤层工作面巷道采用"两进两回"设计,煤量损失大,瓦斯抽放效率低。运用FLAC3D模拟回采过程中上覆岩层破坏规律,确定了关键层,对3#煤层上覆岩层的裂隙发育与分布具有重要作用;运用UDEC模拟回采过程中上覆岩层裂隙发育及分布规律,得到工作面走向方向裂隙发育区域和竖直方向裂隙发育区域。根据现场对2103工作面的临近工作面裂隙带的测试结果,拟合出了3#煤层上覆岩层冒落带、裂隙发育带与裂隙带竖向高度与工作面走向的关系曲线;根据FLAC3D,UDEC与现场测试结果,确定了2103工作面高位瓦斯抽放巷的设计参数。     

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。     

煤矿井工开采对上覆反向滑坡扰动的模拟研究

煤系地层的产状与上覆滑坡的产状关系,是影响黄土滑坡稳定性的决定性因素之一。研究煤系地层的倾角与黄土滑坡的倾角相同而倾向相反条件下,主采煤层开采对上覆黄土滑坡的影响,对于滑坡的治理具有重要意义。采用相似材料模拟实验方法,通过模拟含煤岩系倾角30°时的煤层井工开采,总结出上覆岩层移动变形及裂隙分布发育规律和反向黄土滑坡稳定性条件。结果表明:上覆岩层冒落带高度为25.0 m;裂隙带发育高度为72.0 m;采空区范围内覆岩最大下沉值偏向岩层倾向;在工作面推进120 m时黄土滑坡处于临界失稳状态。通过离散元数值模拟模型与相似模拟实验进行了对比,验证了该相似材料模拟实验的可靠性。     

急倾斜煤层覆岩破断和裂隙演化的采厚效应

为了确保水体下急倾斜煤层的安全回采,基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的水文工程地质条件,采用相似材料物理模拟实验,分析了急倾斜煤层覆岩破断和裂隙演化的采厚效应.结果表明:急倾斜煤层开采顶板坚硬上覆岩层存在关键层时,顶板岩梁以层状破断为主,初次破断均形成“复合破断”;急倾斜煤层开采顶板岩梁初次破断后,覆岩裂隙向关键层及其上方岩层发育,不同采厚导水裂隙分布均呈“耳型”分布;随着急倾斜煤层采厚的增大,急倾斜煤层初次破断步距呈降低趋势,覆岩裂隙发育高度和初次破断厚度呈增大趋势.     

大采高综采覆岩裂隙演化特征三维实验研究

上覆岩层裂隙区域是瓦斯运移储集通道,为准确得到大采高综采条件下裂隙演化特征,以山西天池煤矿202工作面为原型搭建了三维物理相似模拟模型,采用声发射监测系统、三维模型剖切等方法得到覆岩裂隙发育过程及裂隙分布特征。结果表明,202工作面基本顶初次垮落步距为36 m,周期来压步距为16～27 m,周期来压平均步距18 m;采用物理模型剖切的方式得到采动覆岩裂隙高度及三维分布形态,垮落带高度15 m,是采高2.9倍,裂隙带高度64 m,是采高12.5倍;覆岩垮落裂隙三维形态为"椭抛体"。在煤层倾向及走向上,覆岩整体下沉趋势为"凹"型,距离煤层底板10 m处上覆岩层下沉量最大为3.5 m,越往上下沉量越小,岩层下沉呈梯形分布;在走向及倾向方向裂隙密度均呈现"双驼峰"状,倾向裂隙区位于工作面0～30 m与90～120 m范围内,走向裂隙区位于切眼侧0～30 m与停采线侧160～200 m范围内,裂隙区裂隙密度达5条/m,中部压实区裂隙密度在1～2条/m之间,回风巷侧裂隙区为高位巷布置最佳区域,能够有效提高瓦斯抽采效率,对工作面及采空区瓦斯治理具有重要意义。     

屯兰矿28120回采工作面导水裂隙带发育高度研究

为研究8~#煤上覆岩层顶板裂隙发育情况,以屯兰矿28120工作面为研究对象,根据已有规程中计算导水裂隙带发育高度的经验公式,对回采工作面煤层顶板导水裂隙带发育高度进行预计,利用计算机FLAC~(3D)数值模拟软件进行模拟来获得导水裂隙带的发育高度,应用井下仰孔压水试验法实测回采工作面导水裂隙带的发育高度。通过三种方法的综合分析,确定屯兰矿28120工作面导水裂隙带最大发育高度为54.50m,对该矿防治水工作有重要指导意义。     

林西矿12~#煤顶板“两带”发育高度研究

研究12~#煤上覆岩层顶板裂隙发育情况是林西矿防治水重要基础工作。以1021-2工作面为研究对象,依据已有的规程中计算导水裂隙带的公式对回采工作面煤层顶板导水裂隙带的高度进行预计,利用FLAC3D数值模拟软件进行模拟来获得的导水裂隙带发育高度,结合井下仰孔压水试验法对1021-2回采工作面导水裂隙带发育高度现场实测。通过3种方法的综合应用,确定1021-2工作面的垮落带高度约为11. 8 m,导水裂隙带的发育高度为38. 6 m,对防治水工程实践具有重要指导意义。     

软弱风化薄基岩赋存特征及其采动覆岩破坏规律

从矿区软弱风化薄基岩的赋存特征、赋存规律及矿区上覆水体类型和水文地质条件入手进行分析,结合相似材料模型模拟试验,获得了研究区薄基岩下开采覆岩破坏的基本规律及“三带”的发育特征.对薄基岩下采煤厚度3 m时的垮落带及导水裂隙带发育高度进行计算,计算结果分别为11.5m和42 m.根据地质采矿条件利用离散元数值模拟对薄基岩开采上覆岩层矿压运动规律进行了研究,结果表明,基岩较薄条件下,老顶来压断裂步距小,工作面前方支承压力分布范围为12 m,支承压力峰值点在工作面前方4～12m内,小于厚基岩工作面,但工作面矿压显现明显;对不同煤层采厚情况下垮落带的高度与导水裂缝带的发育程度进行确定;为煤层安全开采提供定量判据,为防治水工作提出相应的措施.     

近距离煤层采空区下工作面防治水技术研究

针对近距离煤层工作面上覆采空区积水问题,结合陕西汇森煤业凉水井矿431盘区实际开采条件,理论计算431盘区工作面开采导水裂隙及421盘区工作面底板裂隙发育高度,数值模拟43101工作面推进期间导水裂隙带发育的时空演化进程,揭示工作面涌水分布特征,建立掘进期间物探与钻探综合探测及回采期间工作面超前探放水的综合防治水技术体...     

煤层倾角变化对采动覆岩变形规律影响的相似模拟试验研究

为研究工作面开采后顶板变形破坏随煤层倾角变化的规律,以南桐矿区不同倾角的同一煤层开采为工程研究背景,分别选取缓倾斜、倾斜、急倾斜三种煤层倾角进行煤层开采顶板变形破坏规律的相似模拟试验。对相似模型开挖前后图像进行数字散斑相关法处理,得到相似模型煤层开采后顶板覆岩位移及平面总应变等值线云图。通过综合分析顶板位移及平面总应变可知：上覆岩层变形的破坏程度总体上是随煤层倾角的增加呈减小趋势,其下沉剧烈区域和膨胀变形破坏剧烈区域呈逐渐向工作面上山方向发展的趋势;根据顶板位移云图和平面总应变云图中的等值线极值区域特征,确定了缓倾斜、倾斜煤层开采垮落带、裂隙带高度和偏心程度等参数,并根据"压力拱"理论确定了急倾斜煤层开采裂隙带范围;随煤层倾角增大"两带"高度总体上呈减小趋势,且"两带"偏心方向呈向上山方向增加的趋势。     

超远距离下组煤层超前开采覆岩应力及裂隙演化规律研究

为探究平煤股份八矿超远距离下组煤层超前开采对上覆煤岩层的影响,采用相似材料模拟实验分析超远距离下组煤层超前开采上覆煤岩层裂隙及应力演化规律,并进行现场验证。研究结果表明：超远距离下组煤层超前开采条件下,随工作面推进,上覆煤岩层裂隙率呈先上升后平稳的趋势,当工作面从187 m推进至272 m,裂隙发育最快;超远距离下组煤层超前开采对上覆煤岩层有卸压效果,但与常规情况下相比卸压滞后距离较大;上覆岩层卸压比戊组煤层大;通过现场验证发现,随工作面推进,矿压呈先上升再下降后稳定的趋势,并将工作面区域分为未干扰区、应力集中区、卸压区和稳定区。研究结论可为平煤矿区远距离下组煤层超前开采、上组煤层工作面瓦斯防治和采区工作面采掘部署提供参考。     

煤层开采过程中覆岩移动规律的UDEC数值模拟

为研究煤层开采过程中覆岩移动规律.通过UDEC软件建立背景工程的数值计算模型,分析煤层开采过程中覆岩运动规律和裂隙演化的时空特征.通过计算得出以下结论:1煤层开采对顶板岩层位移发展影响明显,上覆岩梁的应力成拱形分布,致使上覆岩梁内产生裂隙扩展,岩梁断裂,并呈梯形分布;2随着工作面推进过程,采空区空间持续增大,上覆岩层裂隙持续贯通,顶板岩梁断裂坍塌充填采空区.随着工作过程中,岩层之间开始发生离层,离层次序是自下而上,离层主要发生在强度不同的层间面上;3采场上覆岩层裂隙带高度随工作面的推进不断发展,针对不同地质条件,但当工作面推进一定距离时,裂隙带高度基本不变.同时,在裂隙带变化过程中可以采用指数曲线进行拟合.但指数拟合曲线仅仅模拟的是裂隙带整体变化趋势,不能完全通过拟合曲线得出不同工作断面裂隙带的高度.     

倾斜煤层浅部开采裂隙带发育高度数值模拟研究

为保证倾斜煤层安全开采的需求,以许厂煤矿330采区3336工作面为研究地质单元,在以往的工作面实际情况和研究成果的基础上,以倾斜煤层围岩力学为研究角度,利用FLAC3D建立三维开采模型,通过数值模拟研究了开挖距离、采高对导水裂隙带发育高度的影响,结果表明:随开挖距离和采高的增加,覆岩导水裂隙带高度也增加,但开挖距离对覆岩导水裂隙带高度起主导作用。当开挖距离为200 m时,顶板破坏深度达到最大值43 m。     

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.     

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。     

薄基岩厚冲积层倾斜采场覆岩破断及裂隙带发育高度研究

针对新河煤矿3302工作面薄基岩厚冲积层条件下煤层开采易发生透水事故的隐患,建立"砌体梁"结构模型并分析其稳定性,利用数值模拟的方法模拟倾斜工作面覆岩导水裂隙带发育高度,最后通过现场测试进行验证。结果表明:薄基岩厚冲积层条件下的倾斜工作面基本顶在发生破断后形成的"砌体梁"结构易发生回转变形失稳和滑落失稳,采空区导水裂隙带发育高度为55.3m,裂采比为11。     

复合关键层顶板导高分析及防水煤岩柱尺寸的确定

为分析松散含水层下复合关键层顶板导水裂隙带发育高度,以期合理确定采区开采上限标高,本文通过物理模拟实验,研究了该岩性赋存特征顶板覆岩破坏规律及导水裂隙带发育高度,结果表明:近距离赋存的两关键硬岩层呈现非同步破断,距离煤层较近的关键层对采场矿压起主要控制作用;随工作面向前推进,下部关键层形成周期性破断,采场充分开采时上部关键层出现断裂,进而达到采场顶板导水裂隙带发育最大高度49.7m,为平均采高的12.7倍。该实验结果与工程实践中采用并行电法进行导高测试结果相互印证,为该采区留设防水煤岩柱尺寸提供指导依据。     

榆神矿区工作面煤层顶板导水裂隙带特征

为探测导水裂隙带发育特征及高度,以榆神矿区西南部30201工作面为研究对象,采用钻孔水文观测、岩芯地质、物理测井、直流电法、密集分布式光纤感测相结合的导水裂隙带探测技术以及数值模拟,对导水裂隙带发育高度及特征进行研究。结果表明：工作面裂隙带发育高度为135.00 m,裂采比为21.43,冒落带发育高度为66.38 m,冒采比为10.5,弯曲下沉带高度为94.87 m;呈现出沿工作面倾向导水裂隙带在巷道发育最小,在工作面中心位置发育最大的“拱形”形态,冒落带在工作面中心位置发育最大,在巷道位置发育最小的特征;数值模拟精度与建立模型的地质条件参数密切相关,数值模拟与现场实测结果基本吻合。     

综放工作面初采期煤与瓦斯共采试验研究

回采工作面初采期间瓦斯涌出异常,通常被称为困难时期。文中以余吾煤业N2105工作面为例,理论分析了工作面煤与瓦斯共采机理,采用数值模拟的手段,用走向模型分析初采期覆岩中裂隙演化规律,倾向模型判断覆岩卸压稳定后采动裂隙发育区分布。研究得出,初采期间,伴随顶板来压现象,覆岩采动裂隙逐步向高层位发育,采空区内冒落岩层被压实时,裂隙发育达到最高层位;距采空区上端头0~50m范围和煤层顶板上方30~50m范围空间交汇处,形成高浓度瓦斯富集区。工程试验表明,N2105工作面初采期间,覆岩采动裂隙逐渐发育,推进距达100~120m之间时,50#高位钻场瓦斯抽采量稳定在最高水平10m3/min,采动裂隙发育达到最高层位,并提出了高瓦斯工作面初采期定义,认为采空区内压实区形成时初采困难期结束。