采场覆岩离层演化的光纤光栅检测实验研究

为定量化研究采场上覆岩层离层规律,采用相似材料物理模型试验的方法模拟煤矿回采过程,用光纤光栅传感技术构建相似材料物理模型实验的覆岩移动的监测方法和系统。实验制作了一个3 m×1.19 m×0.2 m的相似材料平面模型,几何相似比为1∶200,同时在模型内埋设9个光纤光栅应变传感器和1个光纤光栅温度传感器,用以研究模型开挖过程中覆岩运移状态与光纤光栅传感器测试结果的对应关系。实验结果表明,光纤光栅传感器应变量与岩层运移状态密切相关。传感器所在岩层层位发生离层时,传感器受拉应力作用使其应变量发生跃升,而后由于离层不再扩展而保持平稳,直至离层破断垮落。通过光纤光栅检测方法可以定量化描述传感器所处岩层离层变化量的大小。     

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。     

采场覆岩中三铰拱结构的稳定性

为了解决采场覆岩垮落时岩块间相互咬合形成的三铰拱式结构的稳定性问题,采用ANSYS有限元计算方法,分析了不同跨厚比和不同载荷强度对结构稳定性的影响。结果表明:当顶板三铰拱结构的跨厚比大于4时,覆岩载荷强度的增加只会导致结构的变形失稳;当跨厚比等于4或小于4时,结构只会在拱脚处出现滑落失稳。该成果对井下支护、提高开采的安全性具有一定的参考价值。     

大同采场覆岩面接触块体可动性判定研究

为研究面接触块体结构,运用矢量分析法判别了大同采场上覆岩层常见的3种面接触块体的可动性,缩小了找关键块体的范围,对面接触块体结构的深入研究奠定了基础。     

矸石膏体充填采场覆岩空间结构演变规律

为研究矸石膏体充填采场覆岩运动的问题,采用力学分析、相似材料模拟和现场监测的方法,研究了矸石膏体充填采场覆岩空间结构的演变规律.结果表明:矸石膏体充填采场覆岩存在3种结构,第一种结构为直接顶和基本顶均弯曲下沉型,第二种结构为直接顶断裂、基本顶弯曲下沉型,第三种结构为直接顶和基本顶均断裂型.相似材料模拟和现场实测还表明矸石膏体充填采场以第一种覆岩结构居多,第二种覆岩结构多发生在采空区封闭空间出现连续的漏浆事故之后,基本不存在第三种覆岩结构.     

矸石膏体充填采场覆岩空间结构演变规律

矸石膏体充填技术可用于三下开采和回收条带煤柱,是绿色开采体系中的重要内容之一,为研究矸石膏体充填采场覆岩运动的问题,本文采用力学分析、相似材料模拟和现场监测的方法,研究了矸石膏体充填采场覆岩空间结构的演变规律.结果表明:矸石膏体充填采场覆岩存在三种结构,第一种结构为直接顶和基本顶均弯曲下沉型,第二种结构为直接顶断裂、基本顶弯曲下沉型,第三种结构为直接顶和基本顶均断裂型.相似材料模拟和现场实测还表明矸石膏体充填采场以第一种覆岩结构居多,第二种覆岩结构多发生在采空区封闭空间出现连续的漏浆事故之后,基本不存在第三种覆岩结构.该成果对矸石膏体充填采场覆岩运动具有一定的参考价值和指导意义.     

厚、硬顶板采场覆岩动态变化规律研究

随着我国煤炭资源开发战略的进一步实施,厚、硬顶板采场覆岩运动规律成为亟待解决的重大关键技术问题之一。基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weitul分布的假设,建立厚、硬板条件下采场的有限元计算模型,用岩石破裂分析系统（RFPA）,模拟不同开采方式的覆岩冒落与支承压力的动态变化规律,计算结果显示厚、硬顶板顶板冒落模式有三种：（1）拱形破断与冒落;（2）短块状破断与冒落;（3）大块破断与冒落。这对研究厚、硬顶板开采工艺和设备的选型有重要的参考价值。     

浅埋煤层长壁采场覆岩活动规律的研究

基于某煤矿2305综采工作面工程地质条件和开采技术条件,应用数值模拟（RFPA）和现场实测方法,深入研究了浅埋煤层开采后伪顶、直接顶和基本顶的破坏、运动规律,从而对指导、评价采场围岩控制提供理论依据。     

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。     

采场覆岩裂隙特征研究及在瓦斯抽放中应用

为了在采空区顶板实施瓦斯抽放枝术获得较高的瓦斯抽放效果,采用模拟试验和工业性试验的方法,研究采场上覆岩层中裂隙特征,寻找采场上覆岩层中裂隙位置和顶板瓦斯富集区。现场试验表明,把抽放钻孔布置在采空区顶板裂隙区内进行瓦斯抽放,对流向回采工作面上隅角的瓦斯起到了截流作用,基本上解决了高瓦斯煤层回采工作面上隅区瓦斯斯浓度超限问题。     

采场厚硬覆岩沿空巷旁充填体动静载荷分析

为了解决厚硬覆岩下沿空留巷侧向爆破断顶施工难度大、工艺复杂的问题,研究充填体在动静载荷下适应性,拟采用巷旁充填柔性材料(矸石)实现留巷.通过刚、柔性约束矸石体试验,分析了不同粒径及横向支护应力对其承载力的影响,掌握了袋装矸石单轴压缩应力应变关系;基于建立的沿空巷旁侧向覆岩结构模型,得到了充填体动静载荷计算方法.研究结果表明:巷旁充填矸石能适应侧向悬顶旋转断裂产生的动静载荷,且施工简单,对厚硬及其类似覆岩下沿空留巷支护设计的确定提供了科学依据.     

“三软”煤层采场覆岩运动及应力分布规律

新登矿区属于典型的豫西三软煤层,31061工作面采用综采放顶煤开采工艺,采高大,围岩扰动范围大,矿山压力显现与普通综采区别明显。为了掌握在上述条件下沿空留巷围岩应力及变形规律,通过数值模拟和理论分析相结合的方法,分析了避开动压沿空留巷方案的可行性,对31061工作面采场的覆岩运动及应力分布进行了数值模拟。结果表明:工作面后方的30 m内应力处于原岩应力范围内,后方30 m到70 m之间的巷道应力迅速增加,工作面后方70 m左右是覆岩垮落和应力分布稳定的区域。研究的结果对类似三软煤层采用避开动压沿空留巷的方案提供了宝贵的参考价值。     

覆沙层下大采高工作面覆岩运移规律

大采高开采的方法是提高煤炭资源回收、实现矿井高产高效的重要发展方向,但也造成工作面覆岩破坏严重。为此,文中以宁东煤田赋存的覆沙层下特厚煤层为背景开展大采全高工作面覆岩运移研究,运用相似模拟的方法并综合多种监测仪器从模拟现象、力源两个角度对大采高工作面覆岩运移、下沉乃至垮落的特征进行了全程监测与分析。研究表明:大采高工作面覆岩垮落初次来压步距较大,支架带压移架后极易发生直接顶乃至老顶的突然垮落,工作面来压强烈、伴随有明显的支架动载现象;延伸至地表的裂隙有诱发地表覆沙层弯曲、有溃入工作面的可能;模型开采结束后形成了6条贯穿至地表且与工作面推进方向成60°的垮落裂缝;模型内部各岩层下沉范围随着工作面的推进而不断扩大,呈U字型下沉趋势。     

基于相似模拟实验的采场覆岩 破坏规律及巷道支护技术

为了保证平煤六矿的新建斜井顺利通过丁5-6煤层的采空区,基于采空区围岩压实情况和影响范围的复杂性,利用相似模拟实验方法,研究丁5-6煤层开采过程采场覆岩的破坏变化规律.模拟结果表明,煤层开采后,覆岩的破坏呈现明显"三带"区域,实验结果所测高度与理论计算及现场实际情况吻合,实验结果为巷道穿越采空区的围岩控制及支护对策提供参考.     

采动覆岩运移BOTDA-FBG监测试验

为研究采场覆岩变形破坏特征,采用相似材料物理模型试验的方法模拟煤矿工作面回采过程,用BOTDA分布式光纤和布拉格光纤光栅(FBG)监测采场覆岩运移规律。实验搭建了1.5 m×0.6 m×1.3 m的三维立体模型,几何相似比为1∶150,同时在模型水平方向埋设2根光纤,垂直方向铺设4根光纤,亚关键层埋设2个光纤光栅应变传感器,用以研究模型开挖过程中覆岩运移状态与BOTDA及FBG测试结果的对应关系。试验表明,FBG传感器应变量与岩层运移状态密切相关,可实现对采动覆岩变形破断和离层发育过程的监测。水平光纤测试结果与岩层垮落移动呈明显的对应关系,测试频移峰值间距与岩层垮落顶部离层宽度几乎一致,平均误差不超过3%;垂直光纤频移变化可以反映覆岩垮落及离层发育的动态变化过程。     

采动覆岩离层及其分布规律

本文针对覆岩注浆减缓矿山开采沉陷问题，从理论上探讨了采场上覆岩层内部产生离层的力学条件，离层分布规律及离层空间体积的计算方法     

覆岩破坏地震波场特征数值计算

通过建立覆岩破坏地震波场响应的数学模型,利用合成地震记录和二维有限差分法波场数值模拟,计算覆岩破坏地震波场特征,计算结果表明：由开采引起的覆岩变形破坏的波场响应特征比较直观地反映出覆岩破坏的空间范围,从而为利用地震技术监测覆岩变形破坏奠定了理论基础     

重复采动覆岩裂隙网络演化分形特征

为研究重复采动下覆岩裂隙演化规律,以同煤集团煤峪口煤矿410盘区为地质原型,利用物理相似材料模拟实验模拟近距离煤层重复采动覆岩裂隙发育发展演化过程,运用分形几何理论研究重复采动条件下,覆岩裂隙网络分形特征.实验结果表明:随着开采宽度的增大,上层开采裂隙分形维数随之变大,其增幅随着宽度增加逐渐变小;而下层开采裂隙分形维数与开采宽度呈抛物线变化关系;开采采场覆岩裂隙上层煤分形维数与工作面前方支承压力峰值满足Freundlich方程,而与切眼附近支承压力峰值满足Langmuir方程,下层煤关系不明显;覆岩三带裂隙网络具有很好的自相似性,上层回采完裂隙带、冒落带分形维数比为1.0575:1;而下层煤为1.024:1.     

厚煤层重复采动覆岩破裂发育规律研究

以鲁西矿3煤重复采动为研究背景,采用现场实测和数值模拟的方法对厚煤层重复采动条件下的覆岩破裂规律进行了研究。结果表明,覆岩裂隙带发育高度随着采空区形成时间的增加而降低;上分层开采后裂隙带发育高度为34.73 m,裂高采厚比为15.1,与上分层相比,下分层开采导致的裂隙带发育高度增加为41.51 m,但趋势变弱,裂高采厚比仅为13.84;数值模拟最终裂隙带发育高度为39.4 m,与实测结果吻合较好。研究结果对于类似厚煤层重复采动条件下的覆岩破裂规律预测和合理提高安全开采上限具有重要指导意义。     

云锡氧化矿试验采场矿岩分级及采场结构优化研究

为确定云南锡业公司计划开采的10-6缓倾斜似层状矿体采场结构尺寸,研究开采期间既定采矿方式条件下采场的稳定性和安全、合理的采场支护参数,在现场地质调查基础上,采用分形理论和Q法对云锡松矿10-6缓倾斜似层状矿矿岩体进行了合理分级,建立了矿岩的初步分级体系,在此基础上提出了松矿10-6缓倾斜似层状矿试验采场合理的结构尺寸和支护方案,确保了试验采场回采期的安全性。