浅埋薄基岩工作面覆岩活动规律3维物理相似模拟研究

针对浅埋采场在开采活动中常出现矿压显现剧烈、顶板和地表台阶下沉等问题,以神东矿区为背景,采用3维物理模拟试验研究浅埋深薄基岩工作面覆岩活动规律。模型试验尺寸长×宽×高为1 050 mm×2 000 mm×1 130mm,几何相似比为1∶100,容重相似比为1∶1.67,时间相似比为1∶10,应力比为1∶1.67,监测模型地表位移变化和顶板位移变化规律。结果表明:浅埋薄基岩煤层开采过程中,上覆岩层只出现冒落带和裂隙带,煤层直接顶随采随冒,基本顶初次来压步距为40 m,周期来压步距为20 m;上覆岩层及松散层出现台阶下沉现象,裂缝贯通地表,切眼和停采线附近出现溃沙现象,地表形成塌陷坑;上覆岩层运动以垂直运动为主,随工作面向前推进,顶板位移增加;靠近煤柱的上覆岩层出现搭桥结构,靠近煤柱的上覆岩层位移变化量较小,而远离煤柱的测点上覆岩层位移变化量较大;地表位移变化和上覆岩层位移变化整体上具有正相关性,但地表位移变化幅度较小,具有滞后性,且受到溃沙现象的影响,切眼和停采线附近地表形成塌陷坑且地表位移变化量增大。     

PTS采动沉陷模型研究

在厚冲积层条件下，采动沉陷盆地中基岩上表面形成的下沉空间可以认为是采空区向上传播的结果，也是地表得以下沉的必要条件。由于冲积层结构松散，抗弯能力低。抗剪强度也小，与基岩相比，属于软弱层，而基岩对整个上覆岩层的移动变形及破坏过程起着控制作用，因此，基岩可认为是地表沉陷的控制层。本文采用不同的思路和方法来建立厚冲积层条件下的采动沉陷模型，并推导出了计算公式最后用实例进行了验证。     

PTS采动沉陷模型研究

在厚积冲层条件下，采动沉陷盆地基岩上表面形成的下沉空间可以认为是采空区向上传播的结果，也是地表得以下沉的必要条件，由于冲积层结构松散，抗弯能力低，与基岩相比，属于软弱层，而基岩对整个上覆岩层的移动变形及破坏过程起着控制作用，因此，基岩可 地表沉陷的控制层，本文采用不同的思路和方法来建立厚冲积层条件下的采动沉陷的控制层。本文采用不同的思路和方法来建立厚冲积层条件下的采动沉陷模型，并推导出了计算公式最     

浅埋煤层重复采动覆岩裂隙及漏风通道演化模拟研究

为了研究浅埋藏近距离煤层群重复采动下地表漏风对采空区煤自燃的影响,利用FLAC~(3D)数值模拟软件,对神东矿区补连塔矿回采不同阶段覆岩孔隙率的发育规律、塑性区分布以及覆岩垮落高度进行模拟分析。结果表明:(1)上煤层回采完毕后,覆岩裂隙发育呈"U"形分布,最大裂隙高度达130 m,尚未通达地表;下煤层回采完毕后,覆岩最大裂隙高度达162 m,贯通地表。(2)上煤层回采完毕后,覆岩在上煤层上方62 m处发生明显离层,离层区下方覆岩下沉高度1.75~4 m,离层区至上覆岩层下沉高度0.25~1 m;下煤层回采完毕后,离层区进一步发育,离层区下煤层采空区顶板垮落,上煤层采空区岩体进一步沉陷,最大下沉高度达7 m,离层区至上覆岩层下沉高度1~2 m。(3)在回采同一阶段,同一高度覆岩孔隙率变化率两侧大于中部;下煤层的回采使上煤层覆岩孔隙进一步发育,孔隙率变化率明显增大。     

浅埋煤层群开采顶板双关键层结构及支护阻力研究

采用现场实测、物理相似模拟和理论分析方法,分析了浅埋煤层群间隔岩层双关键层的形成条件、双关键层结构稳定性和支架载荷计算方法.基于对神府矿区4-2与5-2煤层开采的实测发现,浅埋煤层群较单一煤层开采周期来压步距缩短25%,来压强度增加15%～22%.物理相似模拟表明,间隔岩层存在双关键层结构时,直接顶以"短悬臂梁"形式周期破断,间隔岩层下位关键层与上位关键层分别形成铰接结构,上煤层已垮落的顶板形成活化的砌体梁结构.根据顶板结构组合形态,可将浅埋煤层群双关键结构分为"台阶-砌体-砌体"结构、"台阶-台阶-砌体"结构和"砌体-砌体-砌体"结构.双关键层结构同步与非同步破断运动形成大、小周期来压现象.通过建立的"台阶-砌体-砌体"结构力学模型,给出了动、静载荷作用下工作面支护阻力计算方法.     

矿山压力与岩层控制研究热点最新进展评述

矿山压力与岩层控制(或岩层控制)是井工开采煤矿的4大系统之一.广义上讲,岩层控制问题不仅涉及顶板控制,还包括巷帮和底板控制、煤柱设计、液压支架设计、上覆岩层垮落失稳规律、地表沉陷等.过去30a,岩层控制研究取得了极大进展,相应成果指导的工程实例更进一步表明了岩层控制在当今高产高效矿井举足轻重的地位.然而,岩层控制研究仍有很多不如尽人意的地方.为了拓展岩层控制理论,本文探讨了研究方法、岩石力学特性、地质、数值模拟、原岩应力、顶板锚杆支护、煤柱、矿压观测、煤岩失稳、地表沉陷、液压支架、冲击地压等12个相关研究热点在西方国家的最新进展和不足.     

长壁工作面覆岩采动“横三区”光纤光栅检测与表征

在传统矿山压力理论的基础上,用光纤Bragg光栅(FBG)传感器研究长壁工作面上覆岩层变形的"横三区"结构特征.在3 000mm×1 150mm×200mm的平面应力模型上模拟上覆岩层变形和运动,在模型中埋入9个光纤Bragg光栅传感器,几何相似比为1∶200.结果表明:FBG检测曲线反映出了采动覆岩变形和运动过程,曲线出现"三台阶"变化,其分别对应了覆岩破断前的离层发展、岩层破断与回转运动过程;建立了工作面裂隙带岩层"横三区"的光纤传感表征,其存在稳定区、扰动区、峰值区和恢复区.试验实现了上覆岩层运动及采动"横三区"的光纤光栅传感实时检测.     

长壁工作面矿山压力的模拟研究

本文以不同条件下两个工作面矿压显现观测资料为基础,进行了相似材料模型试验和有限单元法模拟电算。研究了上覆岩层的变形、移动和应力分布的规律,分析了支架工作阻力与顶板岩层的应力分布以及顶板下沉量之间的关系。研究结果表明,一个工作面的支架设计工作阻力是合理的,而另一个则偏大。     

综合机械化固体充填采煤矿压控制原理与支架受力分析

综合机械化固体(废弃物)充填采煤技术能用于低成本、安全、高效回收"三下"压煤和煤柱资源,具有提高煤炭资源回收率,循环利用矿区固体废弃物,保护矿区土地、水资源和环境等优点.在简述固体充填采煤方法及其岩层控制效果的基础上,重点比较了该方法与一般长壁综采在采场矿压控制原理和支架设计理念等方面的显著差异;进一步完善了用于分析岩层移动和地表沉陷等规律的固体充填采煤的等价采高矿压模型;基于提出的固体充填采煤液压支架设计理念,给出了用于分析支架主动加载对顶板变形移动控制的采场矿山压力力学模型,根据半无限平面上作用集中力的经典弹性力学Flamant解,推导得到了计算支架主动力作用引起的采场顶板变形位移曲线的解析解,对完善固体充填采煤基础理论起到了一定的推进作用.     

岩层和地表重复采动规律的模拟研究

本文借助于相似材料模拟试验对岩层地表重复采动规律进行探讨。文中提出了初采和重采时采空区支承压力区内应力变化特征,分析了重采时地表移动加剧的原因,提出了重采时地表下沉分布产生变异的概念并对此进行了论述。最后,给出了预计下沉加剧系数的经验公式。