急斜特厚煤层开采扰动区(MDZ)煤岩体动力学变形失稳过程分析

为研究急斜特厚煤层开采扰动区(Mining Disturbed Zone,MDZ)内煤岩动力学灾害控制问题,综合利用现场声发射(Acoustic Emission,AE)与光学钻孔影像(Borehole Optical Image,BOI)技术方法,并依托乌鲁木齐矿区急斜特厚煤层煤岩体动力学灾害控制为工程背景,揭示了急斜特厚煤层开采环境条件下深部开采扰动区结构演化特征。结果表明:急斜煤层深部煤岩破裂与变形过程中"波-力"指标演化分为5个阶段(初始压密→破裂萌生→破裂加速→整体破坏→能量急剧释放);开采扰动区内覆层煤岩体局部动态演化特征显著,主要表现为局部应力畸变诱发煤岩体整体结构失稳和致灾;煤岩体变形破坏致灾是开采深度、煤岩体禀赋性、顶底板夹持结构及应力非对称效应共同作用结果,为急斜特厚煤层动力学灾害预报预测提供依据。     

基于AE的深部复变环境下急斜特厚煤层开采动力失稳分析

华亭煤矿5#煤是赋存在深部的急斜特厚煤层,其开采扰动极其频繁,最大主应力与最小主应力相差较大,开采过程中频繁出现动力失稳并诱致衍生灾害.基于声发射的煤岩动力失稳行为实验与现场相关测试的比较,综合分析了复杂变化环境下煤岩在不同的动态拉伸比能、压缩变形阻力和剪切应力作用下的失稳声发射能率和总事件等定量规律.     

急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律

采用相似材料模拟实验研究方法,对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采上位顶煤与采场上覆岩层运动与破坏规律以及地表变形进行了系统的研究,阐明了上位顶煤与采场上覆岩层存在不稳定拱和地表向顶板方向偏移的非对称性下沉.     

急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律

采用相似材料模拟实验研究方法，对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采上位顶煤与采场上覆岩层运动与破坏规律以及地表变形进行了系统的研究，阐明了上位顶煤与采场上覆岩层存在不稳定拱和地表向顶板方向偏移的非对称性下沉。     

基于AE的煤岩破裂与动态失稳特征实验及综合分析

要进行大尺度采空区衍生动力学灾害的准确预测预报，必须进行煤岩破裂与演化为动力学失稳的定量化实验的前期研究。大柳塔煤矿1^-2煤处于厚风积沙、浅埋深、薄基岩工程与地质环境中，要实现6m厚煤层一次全厚开采，采后形成大范围采空区上覆煤岩破裂并演化为动力学失稳，极易诱发衍生灾害。基于对1^-2煤破裂失稳的声发射相关实验，综合分析煤岩破裂声发射总事件、能率与时间的之间的定量关系，包括加载上升阶段、初始破裂阶段、加速破裂阶段、破裂失稳后能量下降阶段与回弹阶段，这有助于确定合理的失稳前兆判据，以期对开采过程中诱发动力灾害的危险源在线辨识及预警提供定量化预报。     

急斜煤层EDZ围岩动态演化规律2D—BLOCK数值追踪模拟

急斜特厚煤层高阶段综放开采中,开采扰动区(Excavation-Disturbed-Zone,EDZ)内顶煤及采空区围岩结构动态演化规律预计是安全开采的关键保障F技术之一。对苇湖梁煤矿 579E2EB1 2急倾斜煤层(64°)高阶段(52m)综放面开采中采空区顶板坍塌现象综合认识,采用2D-BLOCK精细数值模拟程序,建立了相应的离散元数值分析模型,进行动态数值追踪模拟计算,揭示了复杂环境下急斜厚煤层开采形成的采空区坍塌规律,为现场安全开采提供了科学依据。     

缓倾斜煤层底板采动破坏深度与回采参数关系的研究

本文根据四个不同回采参数试采面的钻孔注(放)水试验资料,研究了每个采面底板采动破坏深度和强度,分析了采面斜长、采高与底板采动破坏深度的关系,查明厚煤层分层开采时,底板破坏程度主要取决于第一分层,为改革采煤方法安全带压开采提供了依据。     

急倾斜特厚煤层顶板非对称平顶型拱结构对比分析

急倾斜特厚煤层(倾角大于45°)水平分段综放开采与缓倾斜煤层综放开采后的悬空顶板在赋存状态和受力环境上均存在明显差异,导致2种情况下顶板失稳垮落后所形成的顶板结构区别较大。以乌鲁木齐矿区急倾斜特厚煤层顶板结构演化规律为研究目标,采用理论分析、数值计算和现场监测等综合方法,揭示急倾斜特厚煤层非对称平顶型拱结构随煤岩层赋存角度变化的演化规律。结果表明:急倾斜特厚煤层顶板垮落后能够形成平顶型拱结构,并且随煤层倾角增大,非对称平顶型拱结构的拱高、高跨比和半拱跨度比均减小,拱顶位置向地表浅部方向移动,顶板垮落范围和垮落岩体的体积减小,支架承受载荷降低。     

急斜煤层群重复采动沿空软岩巷道变形破坏机理

急倾煤层沿空软岩巷道变形破坏机理复杂,多次采动影响下巷道维护难度大.利用现场调研实测、物理相似模拟实验和数值模拟分析,对赵家坝急斜煤层群重复采动沿空软岩巷道变形破坏机理进行了深入分析结果表明:赵矿急斜巷道变形破坏是十分复杂的时间、空间问题,即在初次采动阶段:非对称岩体结构及应力分布导致巷道变形失稳;二次扰动阶段:非对称原岩应力释放机理导致巷道变形失稳;三次、四次扰动阶段:拱脚效应与层间压剪变形失稳机理导致巷道变形失稳,为该类型巷道支护形式与参数的选择提供了科学依据.     

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。     

急倾斜煤层分段开采下部煤岩体应力及位移演化规律

为了掌握急倾斜特厚煤层分段开采时工作面下部煤岩体应力及位移演化规律,采用数值模拟方法研究了工作面下部煤岩体和工作面底板的应力及位移分布,并分析了分段高度和开采深度对下部煤岩体应力及位移的影响。研究表明：上分段开采后,下部不同深度煤岩体卸压范围均呈长轴沿煤层走向的椭圆状,但卸压范围并不对称,底板侧和顶板侧的煤岩体卸压程度不同,靠近底板侧卸压程度更大。下部煤体卸压深度大小为底板侧>工作面中部>顶板侧。煤层底板不同深度出现不对称卸压区,靠近回采分段上端部的煤层底板处垂直应力明显集中。急倾斜煤层分段开采,段高对下部煤体的卸压深度范围影响较小。开采深度不同时,随着埋深增加,工作面下部煤岩体应力集中区域增大,下部同一深度煤体的垂直应力、垂直位移均出现明显增加,开采深度对工作面下部煤岩体的卸压范围影响明显,埋深越大卸压范围也越大。     

长沟峪煤矿大倾角中厚煤层变薄带的顶板压力

大倾角煤层开采后,受采空区冒落矸石下滑充填的影响,特别是工作面中部煤层变薄带的影响,工作面顶板岩层的变形、破坏和运动形式不同于其他煤层。以长沟峪大倾角煤层变薄带顶板压力观测数据为基础,结合计算机模拟方法,分析该煤层顶板压力特点。数值模拟与实测分析均显示工作面煤层变薄带下部顶板压力大。这为相近条件下采煤工作面顶板支护设计提供了技术指导。     

(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．     

急倾斜煤层采空区输气管道变形模拟

为了探究急倾斜煤层开采形成的采空区对其上覆输气管道安全运行的影响,基于快速拉格朗日法对某煤层采空区进行数值模拟,探究了实际煤矿采空区的地质沉降和管道位移特征,研究了不同倾角、不同开采深度的急倾斜煤层对上覆输气管道变形的影响。结果表明:某煤矿区五个急倾斜煤层在开采100 m后,在煤层坡面上方形成最大深度1.54 m的塌陷,塌陷区内的土壤和岩石主要向煤层方向水平移动和垂直向下移动;靠近煤层采空区的管道,垂直方向位移大于水平方向位移,而远离煤层采空区管道,则水平位移较大;随着急倾斜煤层倾角减小和开采深度增大,管道向下的沉降量增大,并且发生最大沉降的位置逐渐向煤层方向靠近。     

急倾斜煤层采空区结构特征GPR探测

急倾斜煤岩体结构和地质缺陷具有隐蔽性。历史性无序开采形成的采空区分布的不规则性严重影响安全开采。以神新小红沟煤矿急倾斜煤层开采区域空区分布规律预测与参数确定为目标。通过理论分析、GPR地面与地下立体联合探测,分析了+522水平B3和B6开采扰动范围内采空区结构特征。+522水平距五一煤矿巷道垂直距离约为35.0～35.5 m.B3巷1 214～1 232m范围内空区覆岩破坏严重,多处出现破碎区。空区下部近似椭圆,上部似半椭球体结构,且空区已联通。1 232～1 250 m范围空区及覆岩破坏严重,局部区域积水量大,为现场开采设计与灾害防治提供科学依据。     

急倾斜煤层煤岩变形局部化特征现场监测

急倾斜煤层开挖扰动区煤体动态变形具有明显局部化特征,易诱致动力学破坏。以大洪沟矿巷道动压防治为目标,通过煤岩局部化变形指标分析,室内测试、现场光学观测和表面变形监测等方法,定量分析了动压巷道两帮和顶板不同深度的侧向与垂直变形及演化特征。结果表明:巷道局部化变形差异性显著,在两巷交汇区域,B3巷道最大侧向变形达0.5 m,顶板最大垂直变形达0.6 m.确定动压破坏严重区域范围为15.0～20.0 m.这为现场灾害预测和调控提供判据。     

薄煤层冲击矿压发生机理及防治研究

分析了崔庙矿薄煤层诱发冲击矿压的原因,验证了薄煤层深部开采时具有冲击矿压现象,实验研究了薄煤层的冲击矿压危险性与煤岩体的结构特征的关系,即组合煤岩试样的冲击能指数随着顶板与煤样高度比值的增加而增加,随着煤岩高度比减小,组合煤岩单轴抗压强度增大,煤层厚度的变化对煤体中的应力分布有着很大的影响,探讨了薄煤层应力分布及转移规律和冲击矿压机理,即煤层越薄,煤体承载能力越强,越不容易产生应力转移,由于开采煤体,引起峰值应力区垂直应力升高,水平应力对煤体约束减小,导致冲击矿压。文中以崔庙矿为工程研究背景,通过设置切顶巷和顶板深孔爆破降低了冲击危险性,取得了显著效果,验证了薄煤层开采切顶巷防冲技术和顶板预裂爆破技术的可行性。     

近距离薄煤层群开采技术方案综合评价

为合理有效的开采出煤炭资源,采用UDEC数值模拟软件对枣庄泉上煤矿三采区近距离16,17煤层开采方案进行了比较,从岩石的抗拉破坏强度,裂隙发育程度和导水裂缝带高度及底板破坏深度方面综合评价了泉上煤矿在采用单一煤层开采和联合开采16,17煤层时的采动破坏情况,为矿井选择合理的开采方案提供了理论依据。     

复合厚煤层孤岛工作面冲击地压的数值模拟

复合厚煤层发生冲击地压动力灾害事故,严重地影响矿山的安全生产。以南屯煤矿两边采空的9303复合厚煤层孤岛工作面为工程背景,利用Flac数值模拟软件,研究同一开采条件下,单一硬煤、软煤及复合厚煤层孤岛工作面回采过程中的采场压力分布规律,并进行对照模拟。结果表明:复合煤层支撑应力峰值小于单一硬煤和单一软媒。复合厚煤层工作面回采见方阶段时,产生明显的集中应力,易出现动力灾害事故。该研究成果在南屯煤矿实际开采中得到应用。