采空区顶板裂隙带发育高度判定方法

基于煤层上覆岩层参数,利用关键层理论判别上覆岩层的关键层:即第一亚关键层、第二亚关键层和主关键层,结合裂隙带判别方法,确定了某矿2027工作面覆岩破坏裂隙带的上边界为煤层上方46.24 m处。冒落带高度为6.59 m,裂隙带下边界为煤层上方6.59 m处,最终确定采动裂隙带范围为煤层上方6.59~46.24 m。     

“三软”煤层上覆岩层移动破坏规律相似模拟

针对明业煤矿3#煤层采煤工作面具体地质条件,采用相似材料模型实验,分析研究了"三软"煤层上覆岩层的移动破坏规律,为回采工作面管理提供科学依据,结果表明:"三软"煤层的上覆岩层具有从下往上分层破坏的特性,直接顶的初次垮落步距为12 m,老顶初次来压步距23 m,周期来压步距为10~14 m;上覆岩层的不规则垮落带为24 m,规则垮落带在距煤层顶板24~36 m的范围,在距煤层顶板36 m处形成了稳定的老顶结构;开采完成后,上覆岩层最大下沉量为5.043 m,下沉系数为0.84。     

祁南煤矿714工作面高位钻孔优化研究

为了有效地提高高位钻孔瓦斯抽采效果,利用相似材料模拟试验,分析了祁南煤矿714工作面顶板冒落规律,结合经验公式,综合判定了煤层上覆岩层"竖三带"的分布范围,确定了裂隙带为距71煤层顶板上方18.4～49.0m的岩层区域,最终高位钻孔法距参数取值范围选择为18.0～34.0m。     

煤炭地下气化场覆岩运动规律的数值模拟研究

 根据煤炭地下气化场实际地质结构,考虑高温对燃空区上覆岩层物理力学特性的影响,采用RFPA建立模型分析燃空区覆岩结构运动及“三带”分布规律,结果表明：（1）燃空区上覆岩层出现明显的“三带”特征,冒落带高度约为8m,裂隙带高度发育到煤层顶板上方约25m处,裂隙带之上至地表之间的岩层为弯曲下沉带。燃空区老顶关键层初次来压步距约为42m,周期来压步距约为12m。（2）随着燃空区扩展,燃烧煤壁前方形成剪应力集中区,由下向上发展成拱形分布;煤壁前方形成应力增高区,煤层支承压力增高系数为2.0~2.3;厚覆岩层支承压力集中系数亦逐渐增大,当燃空区扩展到厚顶板的极限破断跨距时,厚顶板上的载荷发生跳跃式变化,超前支承压力快速增大,后因冒落矸石的支撑作用,关键层上的载荷在燃空区范围内有所降低。（3）随着燃空区扩展,上覆岩层的移动范围及下沉量逐步增大;老顶关键层出现初次破断及周期来压后,厚硬岩层下沉量明显增大;同一时刻距离煤层越近的顶板,其垂直位移越大;上覆岩层位移下沉曲线基本呈对称分布。     

高位瓦斯抽采巷位置的确定及参数设计模拟研究

为解决常村煤矿工作面巷道采用“两进两回”设计,煤损失量大,瓦斯抽采效率低问题,利用FLAG3D模拟回采过程中上覆岩层破坏规律,确定了距3号煤层顶板31m处的K8岩层为关键层,采用UDEC模拟回采过程中上覆岩层裂隙发育及分布规律,得到工作面走向方向裂隙发育区域为距开切眼后方5～48 m;竖直方向裂隙发育区域垂高距煤层顶板21～31 m;开切眼上方采空区断裂带宽度约为40 m,工作面上方断裂带宽度约为48 m;巷帮两侧裂隙发育区域宽度略小于40 m.根据现场对2103工作面邻近S-39工作面裂隙带测试结果,表明上覆岩层裂隙发育带位于煤层顶板36 m范围内,与数值模拟结果比较吻合.根据数值模拟与现场测试结果,设计了2103工作面高位瓦斯抽采巷参数:水平层位距回风巷30～45 m,竖直层位距煤层顶板约27 m.     

高位定向钻孔合理层位确定及抽采效果分析

为了有效解决临近层卸压瓦斯通过采动裂隙扩散至本煤层工作面，导致采空区上隅角及工作面回风巷瓦斯浓度超限的问题。以某矿9103工作面为工程背景，采用理论分析与数值模拟相结合的手段，对工作面上覆岩层裂隙演化规律进行分析研究。研究表明：采用UDEC数值模拟软件分析工作面上覆岩层破坏时垮落带和裂隙带演化规律及裂隙带高度分布范围与理论计算结果基本一致，覆岩垮落带最大高度4.9 m，裂隙带最高13.44 m。基于此，确定了工作面覆岩高位钻孔设计方案：在9#煤层上方10 m位置的粉砂岩中，采用高位钻孔技术抽采瓦斯，整体抽采浓度较高，进一步验证了高位钻孔布置参数设计的合理性。     

寺家庄煤矿15106采煤工作面覆岩裂隙“三带”规律研究

为研究寺家庄煤矿15106工作面回采过程中上覆岩层裂隙的动态发育规律,基于工作面覆岩地质条件,采用理论分析、数值模拟和相似模型实验的方法研究覆岩裂隙的发育,并划分"三带"。依据矿业控制理论,得到垮落带高度为14.37～17.25m,裂隙带高度为54.8～72.6m。基于UDEC软件,模拟得到k_2石灰岩底板距离煤层顶板18m为跨落带高度,k4石灰岩底板距离煤层顶板66m为裂隙带高度。根据相似模型实验得到垮落带高度为18m,裂隙带高度为64m。理论分析、数值模拟和模型实验得到覆岩"三带"高度基本一致,以坚硬的石灰岩高度为准,确定垮落带高度18m,裂隙带高度66m,为高抽巷层位选取提供了一定的理论指导。     

基于FLAC~(3D)的余吾矿高抽巷合理层位研究及应用

高抽巷是治理工作面及上隅角瓦斯的有效方法。结合余吾矿S2107工作面条件,采用FLAC~(3D)数值模拟研究了工作面倾向和走向2个维度的工作面上覆顶板岩层在回转、下沉过程中的剪切和拉伸变形破坏情况,分析顶板裂隙带的高度用于高抽巷合理层位确定。研究结果表明:①采空区上方距离煤层顶板0～25 m高度范围为冒落带,25～48 m高度范围为裂隙带;②高抽巷最佳层位为煤层上方35 m;③高抽巷抽采瓦斯使上隅角瓦斯浓度由1.16%降低到0.4%,取得了良好的效果。     

3109综采面覆岩垮落、裂隙带模拟与结果分析

工作面开挖后,上覆岩层将发生破断及垮落.为获得3109综采工作面覆岩垮落、裂隙带高度,本文采用相似模拟方法试验了工作面开采过程中覆岩破断演化过程.结果表明:直接顶的初次破断是垮落带发育的主要原因,而老顶的第一次周期来压则造成垮落带再次发育,裂隙带高度在老顶初次破断前发育较为缓慢,而在老顶发生破断后快速增加,并最终逐渐趋于稳定,3109工作面垮落带发育高度约12.2 m,裂隙带高度约33.0 m.     

坚硬老顶综采面覆岩活动规律数值模拟研究

以某矿二号煤层开采为背景,运用RFPA2D数值模拟软件,对10 m厚中细砂岩老顶条件下综采工作面开采过程进行了数值模拟和分析。研究表明,工作面直接顶的初次垮落步距为24 m,老顶的初次来压步距为56 m,应力集中系数3.24,老顶的周期来压步距为28 m,应力集中系数2.34,在超前支承压力的影响下,工作面煤壁塑性区分布范围分别为4.0 m和3.5 m。随上覆岩层与煤层的间距的增大,煤层上方岩层的竖直位移呈显著台阶状减小,竖直位移曲线图趋于平滑。