薄基岩梯度复合板模型与单一关键层解算

依据典型薄基岩浅埋煤层覆岩结构及其力学特征,建立薄基岩浅埋煤层覆岩力学模型．弹性基础上的梯度复合板模型,梯度复合板由组成薄基岩的所有分层组成,各层力学参数取对应分层参数,其力学性质沿厚度方向变化,满足τjmax＜Crj的相邻界面的相邻几个岩层分层,共同组成薄基岩的关键层。利用傅里叶变换确定单一关键层位置及组成岩层分层．为浅埋煤层开采顶板活动预测及其控制、浅埋煤层开采方法及其工艺参数的提供理论依据,具有重要的理论及其实际意义。     

采场覆岩的流固耦合损伤分析

在分析浅埋煤层中潜水渗流场与工程开挖应力场相互影响的基础上,建立了厚松散层富含潜水浅埋煤层组合关键层的岩体水力学模型;提出了流固耦合损伤因子,分析了采动覆岩中组合关键层在流固耦合损伤作用下的破坏规律。对浅埋煤层采场来压步距的计算公式进行了修正。以修正公式计算的大柳塔1203工作面的初次来压步距与实测非常接近。这证明该公式对于地表厚松散层浅埋煤层中的组合关键层的破断距计算具有一定的适应性。     

浅埋煤层采动覆岩导水通道分布特征试验研究

为解决浅埋煤层的保水开采难题,采用物理模拟方法,研究了浅埋煤层大采高长壁工作面的采动覆岩导水通道的分布特征.结果表明:对于典型浅埋煤层,大采高工作面在初次来压至第一次周期来压期间,覆岩导水通道迅速发育至松散含水层底部,工作面后方约2个周期来压距离后,采空区覆岩垮落带以上的覆岩导水通道被逐渐压实闭合,但开切眼处的导水通道不易闭合;对于次浅埋煤层,主关键层初次来压后,导水通道迅速发育至最大高度,但伴随着主关键层约1～2个周期来压后,基本顶至主关键层之间断裂带内的覆岩导水通道可很快被压实闭合.该成果可对浅埋煤层保水防溃采煤研究和应用提供基础理论指导.     

采高对浅埋煤层老顶岩层破断距的影响

煤层的开采高度对关键层的破坏有重要影响,为了研究采高对组合关键层破坏的影响,运用数值分析方法分析组合关键层有关参数的基础上,研究了采高变化对组合关键破断的影响,即对采场来压步距的影响,进而修正了浅埋煤层开采采场初次来压步距的计算公式.结果表明,以该修正的组合关键层破断距公式计算的大柳塔1203工作面的初次来压步距与实测非常接近.该公式对于地表厚松散层浅埋煤层中的组合关键层的破断距计算具有一定的适应性.     

厚松散层浅埋煤层覆岩破断判据及跨距计算

在分析组合关键层有关参数的基础上,推导出了组合关键层初次来压步距和周期来压步距的计算公式。由于关键层理论和组合关键层理论的载荷和弹性模量不同,而且两者来压步距的计算公式也不相同,因此以关键层理论计算浅埋煤层矿压参数必然会出现很大的误差。大柳塔 1203 工作面按照关键层计算得出的顶板来压步距与实际相差很大,而按照组合关键层计算得出的顶板来压步距与实际基本吻合。以组合关键层理论计算的矿压有关参数与实测一致,这证明对于地表厚松散层浅埋煤层,应采用组合关键层理论。     

大柳塔煤矿12305工作面覆岩活动规律的相似模拟

为了研究薄基岩浅埋煤层开采过程中覆岩活动规律,利用相似材料模型法,对大柳塔煤矿12305工作面进行了相似模拟实验,得出了薄基岩浅埋煤层开采过程中覆岩活动特点.结果表明,薄基岩浅埋煤层开采的覆岩活动规律与常规开采顶板活动规律存在根本区别,应该有其自身的开采理论指导现场生产.     

浅埋煤层开采中的溃沙灾害研究

分析了浅埋煤层开采的水文条件和工程地质条件，得出了浅埋煤层发生渍沙灾害必须具备的4个条件；根据浅埋煤层中组合关键层的一些参数分析了老顶破断岩块的运动规律，判断了浅埋煤层开采中岩块是否发生回转失稳，探讨了岩块回转触矸后发生滑落失稳的可能性，计算了断裂岩块端角接触面高度，得出了满足裂隙滤沙的合理端角接触面高度；大柳塔1203工作面开采只发生了涌水而未溃沙，这和理论计算的结论基本一致．参8．     

浅埋深煤层开采过程中“一通三防”技术的应用

该文介绍了浅埋深煤层“一通三防”技术在系掘过程中的应用,由于煤层埋藏浅的特殊性,通过不断创新、实践,建立了多巷道、大断面、低风压、大风量、高效通风系统；优化矿井通风系统、加强通风设施管理、加强采空区管理,提高煤炭资源回采率,减少采空区遗煤,有效的防治了浅埋深煤层因漏风多而建成的采空区自然发火；形成了一套浅埋煤层开采过程中“一通三防”的创新性技术,为“高产、高效、”矿井的规模亿生产打下了基础.     

厚土层薄基岩浅埋煤层"支架-围岩"关系实验研究

依据陕西南梁煤矿首个综采面煤层赋存特征及覆岩力学参数,对厚土层覆盖层下薄基岩浅埋煤层开采进行了大比例相似材料模拟实验研究,分析了额定工作阻力6 000 kN支架的运行特性,揭示了厚土层浅埋煤层开采上覆岩层的破坏规律及"支架-围岩"关系,研究认为厚土基浅埋煤层裂隙带高度比一般赋存条件下的煤层大,在实验支架初撑力频率分布与生产实际相似的情况下,实验得出的支架额定工作阻力比按一般赋存条件计算公式得出的支架阻力大许多,说明一般计算公式不适宜用于厚土层浅埋煤层.实验首次采用了力学特征与原型相似的恒阻模拟支架控制系统,研究为南梁煤矿综采面支架选型及开采提供了重要的科学依据.图5,表3,参8.     

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。     

关键层理论在保水开采中的应用

在绿色开采思想的指导下,对关键层理论在保水开采中的应用进行了分析。通过算例讨论了三者的关系并分析了岩层变形一渗流耦合系统的复杂性特征,提出应用复杂系统动力学理论解释突水机制的初步设想。研究表明,在承载关键层破断前,承载关键层同时也是保水关键层;在承载关键层破断后,不再具有隔水作用,而保水关键层此时由渗流关键层充当;如果承载关键层破断,并且渗流关键层不存在,则会发生突水现象。岩层变形一渗流耦合动力学系统是具有时变边界、非线性、非均匀性和非连续性等特征的复杂系统。将复杂系统动力学引入突水防治理论研究,可以从本质上描述突水的过程。     

保护层开采中关键层的确定

为正确评价远距离下保护层开采对被保护层的卸压增透效果，指导被保护层瓦斯抽采，防止煤与瓦斯突出，采用理论分析与数值计算相结合的方法，确定了太原组11#煤层（保护层）的覆岩主关键层和亚关键层，其中，主关键层位于太原组中段，即砂泥岩段，主关键层的存在降低了保护层11#煤层开采后对被保护层21#煤层的卸压增透效果。该研究对保护层开采效果评价具有一定意义。     

条带开采中巷道的变形规律

为了揭示条带开采下巷道的特殊变形规律，通过某矿一条条带开采巷道的顶底板及两帮闭合变形的实测结果，结合实验室相似模拟实验的结果，采用最新的岩层移动理论——关键层理论及一般矿压分析理论——顶板回转理论等对现场监测及实验室实验的结果进行了系统分析研究。发现了一些前人未曾揭示的规律．条采巷道闭合变形将出现两个极值，其距离大于普通开采巷道。因此，巷道应在前方峰值压力第二次采动影响时加强支护。这些都可对类似条件下的巷道支护提供重要参考。     

陷落柱对W矿3#煤层底板破坏和隔水性能的影响

为了评估陷落柱对煤层底板的危害,运用数值模拟对所选取的W矿3#煤层进行了分析。根据柱状图,建立了一种计算模型,采用RFPA2D模拟了采场推进时煤层底板的破坏情况,估算了底板破坏深度。结果表明：随着回采工作面的推进,矿压和水压造成的顶板的破坏高度逐渐增加;工作面推进到150 m前,覆岩破坏没有发展到关键层1;随着回采工作面的推进,矿压和水压造成的底板的破坏深度也逐渐增大,工作面推进到135 m时,底板的破坏深度不再发生明显的变化,此时底板破坏深度大约16 m。工作面推进到150 m时,泥岩层尚未贯穿,成为隔水关键层,底板不受含水层的影响。另外,研究表明：贯穿煤层和达到煤层的陷落柱对底板破坏的影响比未达到煤层的陷落柱对底板破坏的影响大。     

关键层破断前后覆岩离层裂隙当量面积计算

基于相似材料模拟实验，得出综放开采中覆岩离层裂隙变化形态，给出了关键层初次破断前后离层裂隙当量面积和当量流径的理论解。     

底板突水的突变理论预测

分析了矿层底板失稳破坏发生突水的机制,根据底板突水的尖点突变特征、采用力学平衡和能量平衡方法和应用突变理论建立了矿层底板突水的突变模型。根据这一模型,应用尖点突变原理分析了承压水底板关键层失稳突水的力学机制。当满足关键层失稳的充要力学条件时,承压水底板有可能发生失稳突水。通过工程实例,用数值模拟证明了该理论分析方法是切实可行的,为底板突水预测研究奠定了可靠的理论基础。     

声发射技术在蹬空开采采场关键层中的应用

为了解决蹬空开采中如何有效的对下组煤采空区上覆岩层进行矿压监测。在采矿工程中,运用声发射技术来监测、预报煤矿的冲击地压。声发射技术是一种实时、连续的岩(煤)体声发射监测技术,最初主要应用在地震监测方面,经过几十年的研究和应用,中国声发射监测技术取得了很大发展,在矿压中的应用已达到了实用阶段。通过对声发射技术的理解,结合采矿工程中关键层理论,将其应用到蹬空开采中。首次提出了监测层和蹬空开采声发射模型,并以工程实例进行了分析研究。该成果对采矿工程具有一定的参考价值和指导意义。     

采场老顶初次破断机理与破断形态分析

依据典型浅埋煤层工作面的实测和模拟，发现了采场老顶初次破断的非对称现象。运用相似模拟和理论分析相结合的方法，揭示了采场顶板初次破断机理，确定了有关参数。