巷道顶板岩层沉积稳定性分析

为了确定巷道顶板不同区域的稳定性,采用岩芯采取和描述、岩石切片显微观测为主要研究方法,以煤岩沉积学为理论基础,以岩层砂泥比值为主要指标,将矿井顶板稳定性分为Ⅰ～Ⅴ级。结果表明:将砂泥比进行标准化处理后,可以做为顶板岩层稳定性分类的重要依据,并据此得出矿井的顶板稳定性分类图;试验矿井顶板砂岩层强度低、湿式钻眼时岩层强度弱化、锚杆锚索锚固质量达不到设计要求的主要原因是由于原始沉积环境的不同而使砂泥比值过小、泥岩含量大、顶板稳定性大部分区域为Ⅲ～Ⅴ级所致。在进行Ⅳ,Ⅴ级顶板支护参数设计时,要重点监控岩层强度下降造成的支护结构失稳。     

影响煤层瓦斯赋存的岩体结构分析

煤层瓦斯含量是决定煤与瓦斯突出的主要因素之一.利用岩体结构分析的方法研究了围岩岩体结构对煤层瓦斯赋存的控制作用.岩体结构可用岩层效应厚度影响系数来表示,应用该参数研究煤层瓦斯赋存比用煤层顶板岩性及含砂率更科学.岩石的渗透率不等于岩层的渗透率,岩层的渗透率也不等于岩体的渗透率,煤层瓦斯的保存与逸散决定于岩体渗透率;煤层瓦斯在构造运动后主要顺稳定的透气层向大气逸散.     

谢桥矿区主采煤层顶板类型及沉积环境分析

以谢桥矿区主采煤层顶板为研究对象,并结合前人的研究成果,对该区顶板岩性和类型进行了统计与总结。在此基础上,分析了13-1、11-2和8#煤顶板的沉积环境。结果表明:下软上硬型顶板是一种理想的顶板类型,符合岩层发育的一般规律,有利于顶板的控制和管理。不同的沉积环境形成不同的岩层,纵向上各沉积单元也表现出明显的差异性。     

极近距离煤层下层煤采场顶板结构与控制

为进一步发展顶板岩层控制技术,针对极近距离煤层开采时下层煤的顶板岩层结构特点,构建了"散体-块体"顶板结构模型。运用散体和块体理论,对极近距离煤层下层煤工作面下位直接顶岩层结构的稳定性进行了力学分析,揭示了下层煤开采时端面顶板冒落的机理。以下层煤顶板岩层结构和工作面支架载荷为研究对象,通过力学分析研究了工作面的支架载荷,得出了支架载荷的确定方法,在此基础上以大同矿区极近距离煤层为研究对象,通过现场实测进一步论证了该方法的客观性与实用性。     

不同岩性巴西劈裂试验的声发射特征

应用声发射及其定位技术,系统研究了10 种不同岩石的巴西劈裂失稳过程,分析了随应力时间变化其声发射活动规律,并从内部细观结构对其破坏机制进行了分析,得到了顶板岩层不同高度不同岩性的微观破裂机理。结果表明：由于不同岩性岩石内部微观组成存在差异,砂性岩石劈裂抗拉强度和竖直方向的压缩极限应变约为泥性岩石的1.60倍。峰值强度时,砂性岩石的振铃计数和能量远大于泥性岩石,且其振铃计数和能量时间曲线比较均匀,而泥性岩石曲线“阶跃”现象明显;岩性不同,内部初始裂纹的位置也不同,裂纹初始及其扩展方向是诱发岩样裂纹贯通的主要原因。砂性岩石破坏前兆点早于泥性岩石出现,且大部分处于不稳定裂纹扩展阶段(含粗砂细砾岩和砂岩除外);顶板岩石在受拉变形过程中,泥性岩石失稳破坏时更加剧烈和突然,预警时间较短,可能带来安全隐坏,因此必须做好相应的支护措施。     

条带开采顶板岩层破断机理研究

为了揭示条带开采顶板岩层破坏失稳机理,通过建立均布荷载下连续深梁力学结构模型,得出了条带开采下顶板岩层的应力分布规律。同时确立了岩层拉伸破坏、剪切破坏准则,为条带开采覆岩移动破坏分析提供了理论依据。结合虎龙沟煤矿开采实际,对8#煤层采空区顶板岩层的破坏失稳过程进行了具体计算分析,得出虎龙沟煤矿8#煤层采空区冒落高度为3.5 m,为条带开采顶板稳定性预测分析提供了依据。     

东周窑矿山4号煤顶板沉积特征与稳定性分析

通过钻孔岩心精细观察与岩性统计分析,认为东周窑矿山4号煤顶板发育曲流河道、漫溢与泛滥平原沉积微相,河道砂体多呈透镜状,泛滥平原泥岩、粉砂岩呈楔状体。沉积构造层理面、岩性接触面、冲刷面和泥岩裂隙是岩体软弱面,控制着顶板质量。同时,划分出4类顶板岩性组合类型,明确了其平面分布规律,探讨了各类顶板的稳定性特征,为矿井安全高效生产提供可靠地质保障。     

急倾斜特厚煤层综放面溃泥成因探测及数值模拟分析

通过对梅河四井溃泥工作面覆岩破坏特征和顶板岩层状态的探测分析,结合离散元数值模拟手段,模拟了不同状态顶板条件下水平分层综放开采的顶底板位移场和破坏场,探索了溃泥、溃砂发生的成因和机理,丰富了水体下采煤的理论和技术体系。     

复合顶板中锚固力扩散模型及其支护参数优化研究

为研究复合顶板中锚杆锚固力的扩散规律,以大阳煤 矿3306轨道顺槽为工程背景,采用应力扩散效应、梁弯曲理 论和现场监测手段,构建复合顶板中单根锚杆锚固力扩散模 型和锚杆间排距设计优化模型,并通过现场工程应用对该模 型进行了验证。结果表明:锚固应力穿过复合顶板岩层界面 时发生应力衰减和应力扩散角突变是导致复合顶板与均质 岩层中锚固应力分布差异的本质原因;基于优化模型得到的 支护方案在保证顶板安全的同时,比原方案锚杆间排距增加 了180mm;锚杆间排距随锚杆预紧力的增加呈线性规律增 大,随下岩层与上岩层厚度比的增大呈对数型规律增大,随 下岩层与上岩层弹性模量比的增加呈指数型规律增大;预紧 力对锚杆间排距的影响最大,厚度比和弹性模量比次之,由 于顶板岩层弹性模量不易改变,优化支护时优先考虑提高锚 杆的预紧力;研究成果对复合顶板的支护理论和支护设计优 化方案提供理论依据。     

顶板锚固区岩层变形破坏特征实验研究

针对实验矿井巷道掘进期间发生局部冒顶的难题,设计了相似模拟实验和数值分析实验,对不同支护形式下顶板锚固区域内煤岩层的变形破坏特征进行对比分析。结果表明:实验条件下采用A3圆钢锚杆支护时,载荷2.4kN岩层开始出现局部垮落,载荷3.6kN巷道顶板完全垮落,达到顶板支护结构的极限承载能力,冒落高度位于顶板上方2.4m,超出了锚杆的锚固范围,难以维护顶板的稳定性;采用螺纹钢锚杆后,支护结构承载力为6.24kN,比A3圆钢锚杆提高了73%,并大于矿井上覆岩层的实际载荷;螺纹钢锚杆可使顶板形成完整的锚固结构,抑制离层,增加顶板结构的承载能力。     

纵向充填采空区群人工充填体假顶稳定与强度匹配关系

为研究纵向充填采空区群假顶的稳定性与强度匹配关系,借助数值模拟与动力响应模型,从静力学与动力响应两个方面分析假顶稳定性。以某钨锡金属矿山多中段纵向充填采空区群为例,考虑顶板为原岩,灰砂比为1∶2,1∶4与1∶6的充填体,对充填体假顶稳定性进行了分析。研究结果表明:在开挖前这一工况时,顶板为原岩,不同强度充填体顶板均处于稳定状态,随着顶板强度变小,其挠度值迅速增加;在开挖这一工况时,原岩、灰砂比1∶2与1∶4的充填体顶板处于稳定状态,灰砂比1∶6的充填体顶板处于临界稳定状态;在开挖后这一工况时,原岩、灰砂比1∶2的充填体顶板处于稳定状态,灰砂比1∶4的充填体顶板处于临界稳定状态,灰砂比1∶6的充填体顶板处于失稳状态。工程实践表明:矿山采用灰砂比1∶4的充填体顶板并适当加固的条件下,回采下中段矿体时,顶板处于稳定状态。研究成果为纵向充填采空区群假顶稳定性分析及强度匹配提供了一个新的参考依据。     

刘桥矿区6煤层顶板稳定性评价

通过对刘桥矿区6煤层顶板岩层的岩性和岩性组合结构的分析,确定了不同区域的稳定性情况。该评价结果有助于在煤矿开采过程中加强不同区域煤层顶板的管理及科学地指导工作。     

巷道复合顶板变形破坏特征与冒顶隐患分级

煤层顶板岩性复合及分层厚度变化大,稳定性差异显著。针对巷道层状复合顶板条件,采用现场探测、数值模拟、理论分析等方法,研究了顶板岩层结构分类、顶板变形破坏特征与平衡结构及冒顶隐患评价。研究表明:巷道复合顶板岩层结构可分为坚硬岩层、软弱岩层、下软上硬、下硬上软、软硬渐进、硬软相间及软硬相间等7个类型。对于较差的顶板岩层结构,在层面和节理影响下,巷道顶板下位分层形成离层、随动稳定状态的铰接岩块结构及亚稳定状态的裂隙弯曲结构,其范围和承载能力与顶板岩层结构类型有关,顶板变形和锚索延伸量呈现不协调性。采用锚索是否破断失效作为分级指标,建立了冒顶隐患的分级方案,划分了典型顶板岩层结构的隐患等级,对3个级别的冒顶隐患进行了安全评估。     

煤层瓦斯含量的岩体结构分析及预测

煤层瓦斯含量是决定煤与瓦斯突出的主要因素之一,利用岩体结构分析的方法可以分析预测围岩岩体结构对煤层瓦斯赋存的控制作用。研究表明,煤层围岩岩体结构控制了煤层瓦斯的赋存,岩体结构可用岩层效应厚度影响系数来表示,应用这一参数研究煤层瓦斯赋存比用煤层顶板岩性及含砂率更科学。计算了煤层顶板围岩对煤层瓦斯赋存的最佳有效影响厚度为20m。预测了新安煤田煤层瓦斯含量,预测值比较符合生产实际,可以作为生产中瓦斯涌出量预测及矿井瓦斯灾害防治的依据。     

朱集东矿11_(-2)煤顶板砂岩水赋水特征研究

通过对朱集东矿水文地质条件、11_(-2)煤顶板岩层及岩性特征、构造导水性、钻孔取芯率、冲洗液消耗量,并结合生产实际揭露情况进行综合分析,总结了11_(-2)煤顶板砂岩赋水性四大显著特征,为11_(-2)煤系顶板砂岩水的防治提供了依据和参考。     

延川南区块2号煤储层顶板封盖能力定量评价

引用砂泥比、岩层厚度效应系数、煤层埋深及构造曲率4个地质指标,建立了封盖能力综合指数(SCI),定量分析了延川南区块2号煤层顶板的封盖能力。研究发现,顶板封盖能力综合指数和煤储层含气量之间具有较高的吻合度。延川南区块2号煤储层顶板SCI值为22.50%~65.00%,平均值为38.81%,表明其总体封盖能力较强。研究区封盖能力综合指数区域上具有从东向西逐渐增加的趋势,东部地区最低,表明此处顶板封盖能力最弱,间接反映了东部2号煤层具有较低的煤层含气量;在区块中部延1井附近封盖能力综合指数相对较高,且区块西部整体封盖能力综合指数较高,表明这两部分区域围岩封盖能力较强,间接反映了煤储层具有相对较高的含气量。封盖能力综合指数可以作为定量评价煤储层围岩封盖性的有效指标之一。     

近距离煤层下层煤顶板结构力学分析

根据近距离煤层下层煤开采的顶板结构条件,分析具体的上覆岩层层面构成。在"关键层"理论的基础上,拓展了多层覆岩的力学模型。运用相关理论,对上层煤跨落顶板岩层、下层煤老顶关键层结构的稳定性进行了力学分析,揭示了上层煤跨落老顶与下层煤老顶关键层的相互关系决定了支承力的大小。而随着工作面的不断推进,两层顶板力学关系的变化,是造成工作面顶板支承压力不均的主要原因。     

煤层顶板沉积环境对其稳定性影响研究

为了对煤层顶板稳定性做出合理的评价,以保障矿井安全高效开采,采用岩心描述、地层划分对比、系统采样、测试分析和测井技术以及顶板稳定性评价技术等综合方法,研究了麟游县LYL井田2号煤层顶板沉积环境及其对煤层顶板稳定性的影响。结果表明:煤层顶板经历了成煤前的河床沉积成煤过程中的河漫沼泽沉和成煤后的泛滥平原沉积环境的演化过程,主要发育泛滥平原微相,零星见决口扇、点砂坝。沉积环境影响煤层顶板稳定性,表现为泛滥平原顶板岩石稳定性差、点砂坝、决口扇稳定性中等。因此,在未来矿井生产过程加强对泛滥平原沉积环境顶板的维护和管理,选择合理有效的支护方式将是预防顶板离层水害的关键,同时注意点砂坝、决口扇形成的局部砂岩透镜体顶板的突水问题。     

薄基岩区顶板高水压工作面安全开采技术应用研究

霍州煤电集团店坪煤矿5#煤层工作面的开采受到突水溃砂的严重威胁,为保证即将进入采掘阶段的5-211工作面的安全回采,通过理论分析、计算及数值模拟等方法,得知影响防砂安全煤(岩)柱稳定性的因素主要有采煤工作面上覆岩层破坏情况及顶板高压水的影响,设计采用探放孔对顶板高压水进行超前疏放,在基岩变薄区域采用限高开采技术(采高2.2m)进行开采,现场应用效果表明,该方法成功的防止了工作面顶板突水溃砂事故的发生,实现了工作面的安全高效回采。     

爆破震动对采空区隔层顶板的动力响应分析

从动力学方面对上下交叠采空区隔层顶板在爆破动力荷载作用下的稳定性进行了分析与研究。为降低爆破震动对隔层顶板稳定性的影响,提出有效措施。研究的主要内容有以下几方面:分析了阻尼、动荷载强度、频率对顶板岩层动力响应的影响规律,并对采空区顶板在动静荷载共同作用下的动力响应进行了分析。应用工程实例验证了理论研究,结果表明:该研究可作为判断顶板稳定性的重要判据之一,可以为矿体开采时矿房矿柱尺寸设计以及每次爆破装药量大小提供一些理论依据。