多因素耦合诱发孤立煤体冲击地压机理研究

为研究孤立煤体在采空区侧向支承应力、超前支承应力、断层切割形成的地堑结构等因素的耦合作用下诱发冲击地压事故的发生机理,采用现场实测、数值模拟等手段,分析了孤立煤体从形成到发生冲击地压事故期间的应力、塑性区演化过程。研究发现：2305S工作面受相邻采空区侧向支承应力作用,影响范围约210 m,应力峰值55.81 MPa; 2305S工作面推采至105 m时超前工作面45 m处应力峰值约为52.23 MPa;工作面推采至250 m时,在工作面前方41 m处应力值达70.96 MPa,应力集中系数达2.90;工作面推采至250 m时“见方”效应显现强烈,使孤立煤体区域应力集中程度加剧;同时2304S工作面采空区也使得楔形地堑区岩层沿高倾角断层面滑移,挤压孤立煤体区域,造成工作面断层三角区煤体应力进一步集中,从而诱发冲击地压。     

极近距离煤层重复采动矿压显现规律

为深入研究极近距离煤层重复采动矿压显现规律,以六家煤矿SⅡN26-7工作面为研究对象,采用数值模拟、相似材料模拟试验和现场监测的方法,对围岩应力、覆岩运动规律、工作面超前采动影响范围进行分析.研究结果表明:在上部6-6煤层开采的影响下,SⅡN26-7工作面超前支承压力峰值降低了7 MPa;顶板初次垮落步距和周期来压步距与开采6-6煤层相比减小了13.5 m和7.3 m,应力峰值距煤壁距离减小了4 m,应力集中系数降低了0.5;工作面超前采动影响范围为35 m;极近距离煤层重复采动,工作面超前支承压力、顶板来压步距均有降低,矿压显现强度有所减弱.     

极近距离薄煤层同采工作面的时空关系

针对鸡西矿区极近距离薄煤层下层工作面顶板管理问题,研究同采工作面时空关系。根据正阳煤矿地质资料,利用ANSYS软件建立数值模型,分析27-1#和27-2#同采工作面前、后方支承压力的分布规律。运用SPSS软件对现场工业实验数据进行多元统计分析,得到极近距离薄煤层同采工作面时空关系回归方程及错距计算公式。结果表明：27-1#和27-2#同采工作面前方4～8 m内支承压力急剧增长,在工作面控顶区1～2 m内支承压力降至最低;下煤层工作面应力峰值出现在上煤层峰值前方。两煤层按错距计算公式设计,将下煤层工作面处于上煤层工作面开采所形成的减压区内可实现同采。该研究对极近距离薄煤层的安全高效开采具有借鉴意义。     

造成煤层压薄和增厚的正断层及“反牵引”正断层

岩层产状平缓的矿区中,常见有些正断层两侧出现煤层压薄、增厚现象.这种现象的产生与正断层形成后,断层附近的层间挤压应力的变化有关,上盘局部加载压薄,下盘局部卸荷增厚.上、下盘呈现“反牵引”现象的正断层也是这样产生的.由矿井实见情况来看,这类正断层落差是层状岩体在平拉开时,断层附近岩、煤层流变的结果.这一认识,与以往对正断层的传统看法有许多不同之处.它对正确分析矿井地质构造指导采掘工作都有一定意义.     

基于突变理论分析工作面超前支承压力对断层活化的影响

运用突变理论研究工作面前方移动支承压力对断层周围的应力场的影响,工作面向前推进过程中,工作面前方移动支承压力对断层附近的应力场产生剧烈的扰动,储存在断层周围岩体应变能骤然释放,如果岩石的瞬时体积膨胀应力大于岩石的抗拉强度时,发生突变,岩体内产生裂纹,岩石破坏。随工作面的不断推进,在演化剧烈的交替应力场中,裂纹不断向工作面的方向扩展。     

大倾角放顶煤采场围岩应力分布模拟及其特征分析

为研究大倾角放顶煤采场围岩应力分布特征,以唐山矿0291工作面为背景,基于弹塑性极限平衡理论分析了大倾角放顶煤采场围岩应力分布特征;根据工作面赋存条件,采用FLAC3D软件模拟了工作面推进至不同位置处的围岩应力变化。研究结果表明：大倾角放顶煤采场围岩应力分布特征理论表现为塑性区支承压力与其距煤壁距离成正相关,峰值为KγH,0291工作面应力峰值点位于工作面煤壁前方10 m左右位置处;工作面顶煤与顶板会发生较大范围的塑性破坏,上覆岩层破坏范围约为60 m,期间顶煤会发生多次压剪破坏,使得顶煤破坏程度升高,粒度减小,具有较好的冒放性。     

开采扰动区断层采动活化诱发岩体动态变形模型实验

开采扰动区断层采动活化是诱发动力学灾害的典型难题之一。断层采动活化诱发岩体动态变形规律研究是揭示煤岩体结构、应力与力学行为对灾害控制作用的基础前提。通过对物理相似模型实验和声发射、应力与变形指标监测,揭示开采扰动区断层下盘、断层附近及断层上盘随工作面推进覆岩运移和矿压显现规律。实验研究表明:断层存在破坏了煤层顶板及上覆岩层的整体连续性,工作面矿压及上覆岩层垮落规律表现异常,断层极易活化,滑移现象明显;断层活化诱发上覆岩层发生整体切落,对工作面前方煤体产生很高的集中应力载荷,易诱发动力灾害。这为采动岩体动态断裂失稳和突水等灾害预报与调控提供理论依据。     

末采期回撤通道围岩破坏机理及稳定性控制

针对万利一矿3-1煤层回撤通道末采期间矿压显现剧烈的问题,通过现场监测、数值模拟、理论分析等方法,研究工作面前方应力分布、非等压巷道塑性区分布、末采期间巷道围岩破坏特征和区域应力场矢量分布规律.研究表明：万利一矿工作面前方20 m为受支承压力剧烈影响导致的高偏应力场范围,在此高偏应力环境下,巷道易发生蝶形失稳;末采期间,工作面前方煤柱内应力由双峰非对称分布向单峰对称分布转化,回撤通道间的煤柱应力始终处于双峰非对称分布,但辅回撤通道的区域应力场极值较小,有利于巷道的稳定;末采期间,回撤通道在不间断变化的复杂移动支承压力的作用下逐渐塑性失稳,但在保护煤柱作用下,辅回撤通道的围岩应力分布模式未变,塑性区蝶形扩展有限.基于此,提出针对性的锚杆索联合支护配合末采期加强支护的围岩稳定性控制技术,现场应用有效地控制了围岩失稳,效果良好.     

预掘回撤通道末采应力叠加效应及围岩破坏规律分析

为得到末期期间回撤通道围岩破坏控制方法,通过数值模拟对回撤通道周围集中应力与工作面采动支承压力叠加效应及围岩破坏规律进行分析,并开展了现场验证。研究结果表明：随着工作面与回撤通道距离减小,叠加应力值逐渐增加且向回撤通道正帮转移,导致回撤通道破坏由正帮侧向工作面方向移动。由于应力叠加效应增强,工作面在距离回撤通道20 m时,随着工作面推进,顶板塑性破坏由原先稀疏破坏变为密集破坏。工作面与回撤通道间的煤柱破坏前,工作面靠近回撤通道过程中回撤通道正副帮均发生破坏,且在煤柱小于5 m时正帮破坏较副帮严重,煤柱全部破坏后,顶板失去支撑,导致回撤通道顶板回转,顶底板破坏范围相应增加。控制回撤通道正帮的稳定性是控制回撤通道大变形的关键。     

下伏煤层开采对上方运输巷支承压力 分布的影响

以山脚树矿22189工作面回采对22155运巷支承压力影响为工程背景,根据工作面的工程地质情况及煤层群上下工作面开采关系,分别采用压力测量仪测量的方法和利用FLAC3D软件对采后运输大巷所处位置应力分布情况模拟的方法,研究了山脚树矿22189工作面回采对22155运巷的支承压力分布的影响.结果表明:受22189回采工作面的采动影响,上部22155运输巷前方支承压力大致呈抛物线分布,在距煤壁大约15 m位置处,支承压力达到峰值,并且22155运输巷支承压力峰值稍微滞后22189回风巷压力峰值.     

箭竹坪矿区控煤构造特征与煤炭资源赋存关系探讨

本文结合箭竹坪矿区含煤岩系特征,阐述了谈区的控煤构造特征及与煤炭资源赋存的关系,即箭竹坪向斜在其褶曲轴部厚度加大,两翼煤层厚度相对变薄;F0滑覆断层以脱底式影响着煤系地层;F1正断层的上盘附近的煤层,在沿倾向多发生因煤层层间滑动,以磷片流、碎粒流和粘塑性流等发生宏观变形,在沿走向上则变化不大;F2、F4、F5正断层的下盘附近的煤层,而正断层的下盘煤层不仅保存状况有利,而且是厚煤区,是煤炭开发的最佳地段.     

浅埋深薄基岩大采高综采过断层技术

针对鄂尔多斯苏家沟煤矿4103工作面埋深浅,基岩薄,为大采高综采,工作面推进过程中遇到S4-33断层,对工作面造成安全威胁,影响推进度和生产效率,降低煤质的问题.将断层对工作面的影响进行了数值模拟及理论分析,研究结果表明:在断层带及其影响范围内岩体受工作面采动影响大,较易破碎,易与工作面的岩层移动连成一体,增加断层附近岩层移动的范围;工作面距断层越近,支承压力越大,矿压显现越剧烈,顶板管理越困难.相应提出一系列技术措施.     

Winkler地基上复合关键层模型及其力学特性

利用关键层理论及复合材料结构力学理论,建立Winkler地基上复合关键层模型;对复合关键层力学性能进行分析,计算复合关键层破断距;引入复合关键层抗挠刚度D*,分析复合关键层下煤体的支承压力,并计算复合关键层下煤层极限平衡区宽度。利用FLAC模拟软件对复合关键层与非复合关键层结构模型进行数值分析。研究结果表明:D*越大,则支承压力衰减系数越小,相对煤层支承压力越大;复合关键层的初次破断距与周期破断距分别为75 m和34 m,非复合关键层的初次破断距与周期破断距分别为45 m和20 m;关键层的复合效应使其破断距显著变大,其对应工作面前方煤体的支承压力峰值也相应增加,分别为28 MPa与18 MPa,关键层的复合效应使其工作面支承压力峰值明显增大,其分区范围及煤体变形也相应增大,有效揭示了关键层的复合效应。     

基于裂纹扩展的含隐伏断层底板突水评价

 为研究承压水上开采时含隐伏断层底板的安全性,根据断裂力学理论建立导水断层活化扩展的理论模型。将煤层底板看做半平面无限体,把底板中含水层顶部以上的隐伏断层建模为有限宽度板条的倾斜边缘裂纹。根据采场底板的支承压力分布规律,将其简化为若干分段线性载荷加载至底板,纳入断层产状、断层在底板中埋深、工作面推进距离、含水层水压、断层面摩擦角等各种参数,推导得到底板内任意一点的应力公式。将其应用到隐伏断层面上各点,综合考虑各点法向应力、剪应力对裂纹活化的影响,计算得到采动条件下断层面上的有效切应力分布。该有效切应力剔除了裂纹面上摩擦效应对压剪裂纹扩展的影响,将其代入断裂力学相关公式,计算得到隐伏断层前缘的应力强度因子,最后通过定义突水安全指数建立了底板突水判据。以某矿带压开采工作面为例,根据相应水文和地质资料,计算得到在工作面推过隐伏断层的整个过程中断层活化突水危险性的变化规律,所得结论与工作面现场微震监测数据相符,即当工作面推进至采空区位于隐伏断层正上方区域时,断层面承受有效剪切最充分,剪切应力强度因子最大,突水安全指数达到峰值,这与现场微震监测结果中显示的在该推进阶段中,原有隐伏断层附近派生裂隙集中出现、突水危险性最高的结果相符合。     

综采工作面矿压显现规律探析

112201工作面老顶初次来压步距平均为47m,周期来压步距约为20m～30m,平均25m。来压期间矿山压力显现剧烈,工作面压力呈现明显的两头小、中间大的规律,工作面前方6m～15m范围为应力峰值区。浅埋煤层开采期间,顶板来压步距相对较大,相比深埋煤层,来压期间矿山压力增大幅度较大,矿压显现较剧烈。     

大倾角断层下煤层开采诱发顶底板及附近含水层应力变化规律的试验研究

以某煤矿田岗及二龙岗断层地质条件为背景,并以相似材料模拟试验为研究方法,研究了断层附近煤层顶、底板以及含水层在煤层开采过程中的一般变化规律。研究结果表明:由于断层的"屏障"作用,集中应力很难穿过断层而被限制在工作面一侧,导致断层附近越靠近断层应力集中程度越高;煤层的开采导致顶、底板出现应力集中,随着工作面推进,集中应力向前方转移,离断层越近集中应力越大,顶、底板发生破坏的可能性就越大;由于断层明显的"屏障"作用,工作面开采对断层另一盘三灰含水层的影响较小。     

浅埋煤层群同采工作面合理错距的实验研究

为了分析煤层群同采工作面合理错距,通过理论分析认为同采工作面采用稳压式布置比较合理;采用物理相似模拟实验,研究其煤层超前工作面支承压力对工作面合理错距的影响;然后,综合矿压理论和实验结果,综合修正了下煤层初采和正常同采时的合理错距,即下伏3-1煤和4-2煤初采合理错距应为84.8 m和79.3 m;3-1煤和4-2煤正常同采时的合理错距应不小于40 m和46 m。     

不等长工作面覆岩破坏规律的数值模拟分析

针对不等长工作面煤层开采日渐增多的现状,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,对采场覆岩的破坏特征及支承压力的分布状态进行系统研究,并相应模拟出工作面前方应力场与位移场的演化规律。结果表明:工作面自开切眼开始向前推移,推进到工作面"见方"期或斜长的整数倍位置时,顶板活动剧烈,覆岩空间结构发生新旧更替,形成了"O"型破断区;不等长工作面推进过程中岩层运移极不规则,推进距离在衔接面前后20~30 m的范围内,应力波动较大,数值变化明显;回采期间支承压力对覆岩活动产生了重要影响,其大小约为水平应力的1.5~2倍;就采动过程中竖向位移的变化而言,巷帮移近量远大于顶底板变形量,故工程实践中应特别注意对巷帮及顶板的加固和维护。     

箭竹坪矿区控煤构造特征与煤炭资源赋存关系探讨

本文结合箭竹坪矿区含煤岩系特征。阐述了该区的控煤构造特征及与煤炭资源赋存的关系,即箭竹坪向斜在其褶由轴部厚度加大,两翼煤层厚度相对变薄;F_0滑覆断层以脱底式影响着煤系地层;F_1正断层的上盘附近的煤层,在沿倾向多发生因煤层层间滑动,以磷片流、碎粒流和粘塑性流等发生宏观变形,在沿走向上则变化不大;F_2、F_4、F_5正断层的下盘附近的煤层,而正断层的下盘煤层不仅保存状况有利,而且是厚煤区,是煤炭开发的最佳地段。     

箭竹坪矿区控煤构造特征与煤炭资源赋存关系探讨

本文结合箭竹坪矿区含煤岩系特征。阐述了该区的控煤构造特征及与煤炭资源赋存的关系,即箭竹坪向斜在其褶由轴部厚度加大,两翼煤层厚度相对变薄;F_0滑覆断层以脱底式影响着煤系地层;F_1正断层的上盘附近的煤层,在沿倾向多发生因煤层层间滑动,以磷片流、碎粒流和粘塑性流等发生宏观变形,在沿走向上则变化不大;F_2、F_4、F_5正断层的下盘附近的煤层,而正断层的下盘煤层不仅保存状况有利,而且是厚煤区,是煤炭开发的最佳地段。