倾斜特厚煤层综放带压开采底板破坏特征研究

采动底板破坏特征,对于带压开采具有重要意义。以文明矿为试验矿井,采用分段注水装置、钻孔电视系统、地质雷达对大采深特厚倾斜煤层综放开采底板破坏深度进行探测,并对采动前后底板裂隙数量与钻孔深度、裂隙宽度与数量进行数字化分析,并就采动后底板应力变化和塑性区特征进行数值模拟试验,数据结果表明:文明矿大采深倾斜特厚煤层综放开采底板破坏深度为30.1 m;采动前裂隙数量较小,而采动后裂隙数量呈上升—下降—不变的形态分布;采动前底板裂隙宽度以小于5 mm为主,采动后裂隙宽度以16~20 mm为主;工作面下方支承压力集中系数大于上方;底板垂直应力曲线在倾斜方向上呈"勺形"分布且卸压程度随着底板深度增加而逐渐降低并形成了较大的塑性破坏区。     

深厚煤层开采底板变形特征的光纤监测研究

煤层工作面采动会引起采场底板应力场重新分布,发生煤岩体的变形与破坏,准确掌握其时空发育特征对底板突水预测具有十分重要的意义。为了探究大埋深特厚煤层开采底板岩层裂隙场的发育规律,依托准格尔煤田某矿开采工作面,采用井孔光纤应变测试技术开展室内岩石压裂测试并实施底板监测,获得了大采高底板下不同深度岩层随工作面推进的应变变化曲线及特征。结果表明:光纤监测技术可有效捕捉深部煤炭开采底板岩层破坏特征,特别反映出在垂向分布上通过应变与岩层对应关系可得到底板裂隙场发育具有一定的分层性,其分布主要受地层结构影响,并且破坏优先发生于软弱岩层和软、硬岩层交界面附近。且通过1#、2#钻孔应变特征综合分析61101工作面受采动影响底板最大裂隙发育深度为21.5 m。     

深部煤岩层复合结构底板破坏机制及应用研究

为研究平煤矿区深部岩石开采工作面底板岩体破坏机制,在传统的单一岩层底板塑性滑移线场理论基础上,构建三层复合结构底板塑性滑移线场力学模型,推导得出5种工况下底板最大破坏深度理论解;模拟分析不同推进度下底板岩体应力场分布规律及塑性变形特征;最后运用振弦式应变计实时监测十二矿己15–31040岩石开采工作面底板岩体微应变量,得到采面采前–采中–采后底板变形发育形态及破坏域。结果表明：(1)该工作面底板主动破坏区深度位于中层与下层结构岩层之间,属第三种工况,最大破坏深度理论解为17.08 m;(2)模拟实验发现了底板岩体破坏与损伤主要集中在开切眼及两巷下方,以塑性滑移破坏形式为主,破坏深度为17.1～17.9 m,且寒灰承压水导升高度小于石炭系底部铝土泥岩厚度,有效隔水层可抵御寒灰水导升;(3)实测数据显示底板破坏初始位置超前采面7.9m,以压剪破坏形式为主,临近采面底板岩体进入采空区后转化为拉剪破坏,破坏深度可达16.5～18 m,温度监测显示采动破坏带的下部岩体仍具有良好的抗渗性。理论计算与模拟实验及实测结果相一致,可为相似地质条件下煤岩层开采工作面底板水害防治提供理论指导和实践参考。     

物探技术在测定承压水体上采煤底板破坏深度的应用

在奥陶系灰岩承压水体上带压开采时,在穿过煤层底板的钻孔内进行注(放)水、声波、超声成像和无线电波透视等水文和物探探测工作,可获得有关采矿活动造成底板破坏方面的大量信息。1983—1985年我们在井陉矿区进行了三个采面的综合观测工作,结果确定了三个面开采后底板的破坏深度,及底板变形破坏规律等。为确定底板隔水层有效厚度,防止底板突水,释放受承压水威胁的煤层提供了可靠的依据。     

大倾角煤层工作面采场围岩矿压分布规律光弹性模量拟模型试验及现场实测研究

以平煤集团香山矿戊9-0-22090大倾角煤层工作面为工程背景,通过室内光弹性模拟模型试验和工作面现场矿压实测,对大倾角煤层工作面开采后采场围岩矿压分布规律进行研究.光弹试验和现场实测结果表明:倾角对煤层工作面开挖后采场围岩应力分布、支承压力的分布有显著影响.大倾角煤层工作面开采后,采场顶板岩层的变形、破坏和运动形式不同于一般缓倾斜煤层工作面,采场支架载荷的分布、来压显现程度、来压步距沿采场倾斜方向均不同.工作面煤层开采后,采场顶板应力分布是高度不均匀、不对称的,在采空区两侧保护煤柱角高度集中,形成支承压力区,采空区上方形成支承卸压区.采场顶底板应力释放,两侧煤柱出现应力集中,采场四个角部位出现较大剪应力.剪切应变主要出现在采场下端部顶板和上端部的底板,而体积应变主要出现在煤层较近顶板和两侧煤柱.研究成果,对香山矿和类似条件下大倾角炮采煤层工作面的开采和顶板的支护的优化和管理具有一定的指导意义.     

复合顶板高瓦斯厚煤层综放工作面覆岩“两带”动态发育特征

以余吾煤业为试验矿井,采用钻孔两端封堵分段注水装置和钻孔电视系统,探测综放开采上覆岩层"两带"高度,对采动前后裂隙倾角、数量与深度关系、数量与宽度关系进行数字化分析,并就采动过程裂隙演变情况进行相似模型与数值模拟试验。结果表明:余吾煤业综放开采冒落带高度为27～32 m,裂隙带高度为58～61 m,采动前裂隙以高角度、低宽度为主;随着采煤工作面的逐步推进裂隙数量呈直线上升,且增加的裂隙以小角度、中宽度为主;采动过程中裂隙的主要聚集区在煤壁前后,覆岩裂隙密度分布曲线呈两端和中间高,如"波浪"型。     

承压水上工作面破坏及裂隙演化相似模拟试验

随着我国煤炭开采深度的逐渐增大,承压水上开采工作面底板破断、突水事故呈上升趋势。以某煤矿承压水上开采工作面底板为研究对象,采用理论分析和开采固-流耦合相似模型对承压水上开采底板破断失稳特征进行了研究,并对回采过程中裂隙演化特征进行了数字化分析。研究结果表明:某煤矿承压水上开采工作面底板存在明显“三带”规律;工作面底板破坏深度为19.2 m,有效保护层厚度为2.3 m;随着工作面向前推移,底板所受应力随着距开切眼距离的增大而增加;采动过程中近煤壁底板为裂隙聚集区;采动过程中煤层底板裂隙数量随着深度的增加而减少;底板裂隙演化能很好反映底板破坏过程,可为矿井突水临突监测监控提供可靠数据。     

薄煤层底板采动影响深度规律研究

煤层底板破坏深度规律是承压水上安全开采决策的重要依据。以往的研究过程主要通过压水试验、数值模拟和相似材料试验等方法探测其深度。近年来，CT探测等物理学手段不断被引入到矿井岩体的破坏程度探测研究中。剪切波速测试作为一种原位测试手段，过去仅在地表条件下适用。在兖州田庄矿平均煤厚1.2m，煤层底板距十四灰20～25m，距离奥陶系灰岩含水层50m的条件下，通过数值模拟、采前采后2个测点的底板破坏声波测试综合分析了11703面底板采动拉应力、塑性区、塑性状态变化的基本规律，得到了薄煤层采后严重扰动区、明显扰动区和影响区的分区规律。声波测试结果表明：明显扰动区与声波测试破坏下限深度基本一致，且研究结果已应用于11703工作面开采决策。     

千米深井采动工作面矿压显现规律及覆岩位移特征研究

深部煤炭开采过程中,岩体受到高地应力和强开采扰动的作用,是典型的动静组合加载问题,特别是千米级深井开采中少有成熟工程可借鉴,井下衍生的一系列工程地质灾害直接影响回采安全。为探索千米深井采动工作面矿压显现规律及覆岩位移特征,以平煤十矿24130工作面为依托,构建矿压立体监测–覆岩离层位移监测体系,对采动条件下,保护层开采过程中工作面前方钻孔应力、锚杆应力与巷道顶板离层位移进行长效监测与数据分析。结果表明,深部煤岩体受开采扰动影响呈现出显著非线性力学特性,而非单一线性增减,且开采扰动不是在整个回采过程中均对矿压显现产生明显影响,而是在开采至距采面45～65 m与25 m以内2个范围内存在显著影响;在上述2个范围内推进速度增加,扰动效果显著,因而在围岩较破碎的区域适当降低推进速度至0.5m/d左右,可保证煤岩体结构完整,始终具有一定承载力;此外,釆动对巷道顶板矿压影响相较于巷道巷帮更显著,在支护设计时应该对巷道顶板加强支护;采面前方15～5 m范围为采动对覆岩位移的主要影响区域,该范围内顶板离层发育较快,且顶板离层发育速度受到工作面推进速度的影响更显著,表明该区域内适当控制开采速度在0.8～1.1 m/d时,可保证生产要求的同时更利于工作面前方顶板管理,为千米级深井的采面安全生产提供科学指导。     

超化煤矿“三软”煤层采动底板变形破坏的实测研究

通过现场应变实测系统研究了郑州矿区超化煤矿"三软"煤层底板采动变形破坏的深度及其受采动煤壁前方影响的范围。得出了在正常采动情况下厚的软煤和软底对应力和变形的传播具有一定的缓冲作用,受超前应力集中的影响,竖直应力的变化比水平应力大。揭示了中段灰岩组对应力分布和变形破坏的重要控制作用,为豫西煤炭资源向深部开采所引起的底板水防治提供了部分参考的依据。     

厚硬顶板硬顶煤压缩性分析与综放开采方案选择

顶煤的运移与垮落，尤其是内部微观裂隙的扩展，与其直接项和老项岩层的活动规律密切相关。张双楼煤矿主采煤层为7煤和9煤，两层煤之间赋存唯一一层厚硬岩层，即9煤层的直接项也是7煤层的直接底。9煤较硬，其项煤的可放性和开采方案的选择是其成功应用综放开采技术的关键。采用实验室物理模拟，分析厚硬岩层的破断特征，并根据开采不同布置方式与厚硬岩层的不同断距提出9种上层煤与下层煤不同开采方案，系统分析下层煤项煤压缩量的变化及其可放性。计算机数值模拟与现场实践表明，7煤与9煤的工作面成交错布置方式，先采7煤后采9煤，一次采全高，最有利于9煤工作面的顶煤冒放，保证9煤综放开采的成功。研究结果可为类似条件下的厚硬煤层推广综放开采工艺提供设计指导。     

非坚硬顶板条件下高强度开采采动诱发冲击地压机理初探

即使是非坚硬顶板条件，当开采强度加大时，也将发生冲击地压灾害。针对厚及特厚煤层综采放顶煤、大采高综采等高强度开采条件，立足于由顶板岩层-煤层-底板岩层所组成的力学系统，通过数值模拟研究，研究采动应力场的时空演化过程对采掘空间受力、变形及破坏的影响及远场应力与近场应力的相互影响及诱发冲击地压的条件，弄清煤岩层垮断、采动应力场的时空演化规律，揭示非坚硬顶板条件下高强度开采采动诱发冲击地压及瓦斯灾害的机制。     

特厚煤层智能化综放开采技术与装备瓶颈综述

由于特厚煤层综放开采过程中工作面容易变形问题,需要加强开采岩层的结构研究,以提高出采率,降低开采中的安全事故发生率,采用智能化开采可以解决这些问题。本文主要概述了特厚煤层的智能化综放开采工艺与技术装备实践,分析了放煤的智能化、巷道智能化快速掘进、工作面直线度智能控制3个方面的技术与装备瓶颈,展望了可能的发展方向。本文提出通过解决采掘失调技术难题和实现新技术融合,有望突破特厚煤层智能化综放开采工艺与技术装备瓶颈,最终全面实现特厚煤层智能化综放开采的目标。希望通过此文为我国特厚煤层的安全、高效开采事业提供一定的技术支撑及参考。     

分层开采底板岩层移动的现场观测研究

煤层开采会诱发底板岩层的变形和破坏 ,由此导致许多煤矿灾害的发生 ,最引人注目的是底板承压水的突出。对于厚煤层分层开采 ,由于第二分层及以下各分层开采时工作面围岩应力场与第一分层时具有明显不同的特征 ,将导致煤层底板岩层移动呈现不同的规律。介绍了分层开采煤层底板岩层移动的观测方法 ,提供了试验观测数据 ,并给出了分层开采煤层底板岩层的移动变形规律。试验成果对防治底板承压水的突出具有较大的意义。     

综放面动压回采巷道帮部大变形控制机理及应用

基于综放面动压回采巷道的变形特征和两类滑移面的分布规律,研究了锚杆、锚索与第Ⅰ类及锚索与第Ⅱ类滑移面的微结构的力学模型,得到了一级和二级锚固体的重构机理,提出了"携顶底,控两帮"的支护思想,并推演了该思想的演化图解;运用FLAC3D数值模拟研究了综放面回采巷道在3种不同支护方案下的变形破坏规律,研究结果表明,与方案一相比,采用方案二和方案三支护的巷道破坏深度和塑性区发育单元体数量分别减小了44.4%,66.7%,巷道掘进与回采期间帮部变形分别减少了51.4%和68.6%、50%和68.9%;将新的支护思想在综放工作面回采巷道沿底和沿顶掘进两种情况下进行了工业性试验,结果表明,新思路下巷道围岩变形得到了有效控制;研究结果对类似工程地质条件下综放回采巷道的围岩控制具有重要的指导意义。     

离层注浆条件下覆岩变形破坏特征的连续探测

覆岩破坏的发育高度及其分布形态是合理确定开采边界及留设防水煤岩柱的基础。为了探讨覆岩离层注浆条件对导水裂隙带形态的影响,采用前端泄露式多回路注(放)水系统,应用井下仰孔分段注水法对东滩煤矿14308工作面覆岩离层带实施注浆充填条件下综采放顶煤导水裂隙带的破坏特征进行了连续探测。探测结果表明:厚煤层综采放顶煤条件下覆岩离层带注浆时的覆岩采动导水裂隙带高度略高于正常条件下的覆岩采动导水裂隙带高度,走向方向的采动导水裂隙带高度低于倾向方向的采动导水裂隙带高度;离层带注浆时的覆岩破坏形态和范围向工作面外侧突出较大。     

The characteristics of deformation and failure of coal seam floor due to mining in Xinmi coal field in China

Deformation and failure of a “three-weak” (weak roof, thick weak coal, and weak floor) coal seam floor subject to mining are studied in this paper. Firstly, by using a group of strain sensors buried at different floor depths, we measured the relationships of the axial strain to the distance from the advancing face field. The floor depths and stratum positions, and as well as the peak width, which is the distance of the first maximum strain increment to the working face, were drawn. The axial stress and its zone of influence, which is the distance from the face to the borehole along the roadway, and at which there is obvious strain increment difference, were also drawn. Secondly, we established an analytical mechanical model and found the analytical solution of the floor’s supporting pressure distribution ahead of the face. And thirdly, we set up a numerical simulation engineering geological model and simulated stress distribution and deformation characteristics of the floor with complex multi-stratum (11 strata) structure. The results from the three approaches showed that: (1) the failure depth (<10.0 m) and zone of influence (up to 36.0 m) induced by mining ahead of the three-weak seam face were much smaller than those common seam faces; (2) the axial strain fluctuated greater than the radial one, with its max peak keeping at about 8.0 m ahead of the advancing face, and its zone of influence spreading to 36.0 m; (3) the peak width of axial strain and its zone of influence in the haulage roadway were stronger than those in the ventilation roadway; and (4) the three weak coal seam played a strong buffering action against deformation and failure due to mining. This research may be of interest to assist with improving strata control and health and safety in operating coal mines.     

折线型综放面开采顶煤运移破坏规律及支架受力特征的数值模拟研究

应用UDEC2D计算程序,模拟了某矿水平与倾斜联合布置的折线型综采面,揭示了综放开采过程中的采场覆岩与顶煤的运移规律及相应的应力场、破坏场的变化特征,并采用FLAC3D对沿折线型综采面布置的支架的受力及其运移特征进行了分析,研究结果对现场工程实践有一定的指导意义。