浅谈倾斜分层恒底垮落采煤法

该文在理论研究和生产实践的基础上，论证了厚煤层倾斜分层恒底垮落采煤法的可行性和实用性。文章认为，由于煤层破坏后具有较好的粘合作用，在围岩三向压力的作用下，经过一段时间的压合能形成较好的再生煤层；又由于煤层冒落充填采空区，     

急倾斜煤层开采垮落带破坏特征与法向高度研究

为研究急倾斜煤层开采覆岩垮落带破坏特征,以大台煤矿急倾斜煤层为研究对象,基于2台相似材料模型试验,分别研究了急倾斜煤层深部局部开采和浅部-深部全部开采垮落带的破坏特征和法向高度,并利用高分辨率地球物理勘探技术实测了大台煤矿深部开采垮落带的破坏形态和法向高度.结果表明,该矿急倾斜煤层深部局部开采垮落带易形成梯形拱形结构,法向高度约为煤厚的2.5倍,急倾斜煤层浅部-深部全部开采,垮落带呈带状分布,法向高度增大并趋于稳定,约为煤厚的5.0～6.0倍,物探成果表明煤层顶板垮落区与煤层近似平行,呈带状分布,顶板垮落带法向高度约为煤厚的5.6倍,与相似材料模型试验结果基本吻合.     

不同开采方法覆岩破坏范围的实验分析

掌握覆岩破坏范围的发育规律和发育高度对矿井水害防治和瓦斯等有毒气体防治具有重要意义。文章以兴业矿1156工作面的地质采矿条件为研究对象,采用数值模拟的方法,分析垮落法开采和充填开采后的覆岩垮落带和断裂带发育规律及高度。从实验结果可以看出,垮落法开采和充填法开采虽然采高(等效采高)连续变化,但垮落带和断裂带的高度会随着开采方法的不同出现突变。产生突变的原因是充填开采充填体对覆岩具有明显的支撑和承载作用,当等效采高和采高相同时,充填开采中断裂带和垮落带高度一定会明显小于垮落法开采。     

房柱采空区下特厚煤层开采煤岩垮落特征相似模拟试验研究

针对房柱采空区下特厚煤层开采覆岩垮落运移引起冒顶压架的灾害问题,以斜沟煤矿13号煤层大采高放顶煤工作面为工程背景,运用相似模拟试验,对房柱式采空区下特厚煤层开采覆岩垮落特征进行分析。研究结果表明:底煤开采过程中有着明显的顶煤初次垮落,直接顶初次垮落,基本稳定在0.23 m(23 m)左右;进出煤柱时,压力较大,围岩破碎严重,且可能与老采区裂隙带贯通造成突水、瓦斯突出等事故。研究结果可为了类似条件下覆岩垮落规律提供依据和参考。     

应力传递对垮落岩体空隙率空间分布的影响

垮落岩体空隙率空间分布特征将直接影响采空区瓦斯涌入工作面。本文基于离散单元法,通过自主编程模拟了垮落岩体的压实过程,研究了岩块间应力的传递和演化对垮落岩体空隙率分布的影响。结果表明:垮落岩体内应力主要通过强力链向下传递,压缩量较小时,强力链主要集中在垮落岩体上部,使上部岩块受力大于下部,随压缩量增大,强力链向垮落岩体下部延伸,使上部的高应力区不断向下扩展。由于垮落岩体下部岩块受外力扰动较小,导致垮落岩体下部空隙率高于其他层位,其中下部空隙率为上部的1.1～1.4倍。垮落岩体空隙与力链空隙均呈现双峰分布,随压缩量增大,力链出现断裂,力链空隙进行重组,使岩块出现滑移,导致垮落岩体内部分大空隙分裂为小空隙。     

白家庄矿垮落法残采区上行开采相似模拟实验研究

针对白家庄煤矿垮落法残采区上覆煤层开采问题,通过室内相似模拟实验研究发现,受两次采动影响,上行开采层间岩层出现了裂隙产生、扩展甚至贯通的过程,导致其层间岩层发生了结构性变化。掌握了垮落法残采区上行开采层间岩层的应力传递规律,再现了垮落法残采区上行开采层间岩层受两层煤开采共同影响作用下的移动变形全过程和岩层结构演化过程,揭示了垮落法残采区上行开采层间岩层存在块体梁-半拱结构控制层的结构机理与其力学特性。     

西山石膏矿采空区处理方法的试验研究

试验表明,西山石膏矿的采空区,可采用有控制的自然放顶法进行处理。试验还制定了控制顶板垮落时间和垮落范围的技术措施.     

综采工作面上覆岩层垮落高度T-S模糊预测模型研究

通过分析影响综采工作面上覆岩层垮落高度的主要因素,借助层次分析法确定垮落高度"低、中、高"3种典型情况的因素权重,结合各种因素论域的模糊划分得到T-S模糊系统,建立了一种新的综采工作面上覆岩层垮落高度T-S模糊预测模型。利用该模型分别对镇城底矿、王庄矿、杜儿坪矿综采工作面上覆岩层垮落高度进行了计算,结果为16.463 3、18.688 7、16.463 7 m,相对误差分别为0.88%、3.42%、8.31%,表明该预测模型具有较高的精度。     

东曲矿18406工作面初次放顶技术研究

为了促进8#煤工作面坚硬顶板的垮落,缩短初次垮落步距,对该工作面采取了初次顶板预裂放炮法进行强制放顶,结果表明,该措施对18406工作面顶板的初次垮落起到了预想的效果,确保了工作面的正常回采。     

综采工作面垮落带注浆充填开采覆岩采动裂隙定量表征试验研究

为定量表征冒落区注浆充填对覆岩采动损伤程度的影响,以任家庄煤矿110903工作面为研究背景,开展垮落法开采和垮落带充填法开采物理相似模拟实验,运用分形理论研究两者覆岩裂隙演化特征,并对其覆岩运移规律进行对比分析。研究结果表明,垮落法开采后采动裂隙分形维数变化规律为迅速上升-缓慢下降-缓慢上升-急剧上升,注浆充填开采后变化规律呈迅速上升-迅速下降-缓慢下降-缓慢上升;将采动裂隙发育网络划分为离层裂隙区、离层压实区、垮落裂隙区、竖向破断裂隙区四个区域,对比垮落法开采和垮落带充填法开采,充填后采场覆岩裂隙不发育,离层压实区范围较小,发育高度仅为21.96 m;注浆充填开采后各关键层下沉量显著减小,关键层2最大下沉量出现在顶板初次破断处,垮落法开采后关键层2最大下沉量出现在采空区中部。垮落带注浆充填开采能有效改善覆岩裂隙损伤、控制覆岩裂隙发育、减缓覆岩下沉,该成果可以为任家庄煤矿充填开采控制地表沉降提供一定的理论依据。     

坚硬顶板厚煤层综放面两次初放的实践与认识

通过对505和507综放面初放期间的老顶分段垮落和整体垮落过程及影响程度的比较,验证了老顶大面积垮落时顺槽风速与冒落岩层厚度成正变关系,指出老顶初次大面积垮落前征兆并非都十分明显,要充分认识和合理选择控制老顶大面积垮落的方法和措施,避免老顶大面积垮落造成危害.     

垮落区注浆充填压实特性的PFC^2D模拟试验

首次采用了颗粒流程序PFC^2D模拟垮落区充填中煤层采出、顶板垮落、充填的整个动态过程;为研究垮落区注浆充填压实特性,建立了122个PFC^2D模型进行了数值模拟试验,分别研究了垮落区的充填量,作用在充填体上的载荷Q,充填体的弹性模量和胶结特性等4个因素与垮落区充填压实特性的关系.结果表明,垮落区的充填量是影响垮落区充填体压实特性的首要因素,充填体的弹性模量和充填体上所加载荷大小对垮落区充填的压实特性影响显著,充填体的胶结特性对垮落区的压实特性影响有限.PFC^2D是研究垮落区注浆充填的有效手段.     

垮落区注浆充填压实特性的PFC~(2D)模拟试验

首次采用了颗粒流程序PFC2D模拟垮落区充填中煤层采出、顶板垮落、充填的整个动态过程;为研究垮落区注浆充填压实特性,建立了122个PFC2D模型进行了数值模拟试验,分别研究了垮落区的充填量,作用在充填体上的载荷Q,充填体的弹性模量和胶结特性等4个因素与垮落区充填压实特性的关系.结果表明,垮落区的充填量是影响垮落区充填体压实特性的首要因素,充填体的弹性模量和充填体上所加载荷大小对垮落区充填的压实特性影响显著,充填体的胶结特性对垮落区的压实特性影响有限.PFC2D是研究垮落区注浆充填的有效手段.     

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。     

单体液压支柱放顶煤带采煤柱技术

华丰煤矿4层煤采用走向长壁垮落法开采,在下阶段工作面推采期间,利用单体液压支柱放顶煤技术对上阶段煤柱进行了带采,首先在2408底分层工作面取得了成功,获得了明显的经济效益与社会效益。     

综放工作面垮落带高度测定方法研究

为解决高瓦斯矿井综放工作面垮落带高度难以精确测定,造成工作面两端头难维护、预抽钻孔终孔位置难以确定等问题,依据工作面采动后顶板岩层破断垮落、弯曲下沉对采空区煤层底板施加压力的情况,结合采空区上覆各岩层的厚度和密度,提出了垮落带发育高度的测定方法。以大平矿N1S2综放工作面为例,现场测试结果表明:利用该测定方法测得的垮落带高度为88.65 m,钻孔冲洗液法测得的垮落带高度为88.20 m,二者绝对误差仅为0.45 m。     

放顶煤工作面顶煤运移规律研究

主要采用顶煤深基点观测法对综采放顶煤工作面顶煤活动规律进行了研究。通过现场实测的方法掌握了在放顶煤开采过程中顶煤的移动、断裂垮落规律;定量描述顶煤冒落位置、垮落范围等顶煤垮落特性,为研究放顶煤工作面顶煤的运移规律提供了可靠的实测依据。     

基于岩层质量指数对采场直接顶运动参数的分析

以潘一矿1241(3)综采工作面为对象,首先用岩层质量指数法求出顶板的岩层质量,顶板第1层属于质量"坏"的岩层:顶板第2层为质量"一般"的岩层。应用专家系统法算出工作面直接顶厚度,直接顶由第1层顶板和第2层顶板的一部分组成。然后再求出直接顶初次垮落步距和悬顶距,直接顶第1层初次垮落步距和直接顶第2层初次垮落步距相差不大,由于复合直接顶岩层质量为"坏",因此悬顶距较小。最后推断出直接顶的垮落方式,直接顶的2层同时垮落。研究直接顶的运动参数为工作面顶板控制提供了依据。     

煤矿采空区处理方法初步探究

某煤矿采用综合机械化采煤方法,采空区处理为自然垮落法,为了判断自然垮落法处理采空区是否合理,利用岩层力学的关键层理论确定所采的3#煤层顶板的关键层为细粒砂岩层,采用原位试验法测量该"关键层"的应力状态,得出采空区上覆岩层处于稳定状态,采用全部垮落法不会导致地表产生大的沉降。     

地表下沉盆地偏态形成的机理分析

通过建立煤层开采后顶板初次垮落前后的力学模型,分析了偏态垮落的机理,并推导出开切眼侧与开采侧垮落角的比较式,说明在开切眼侧的垮落角大于开采侧的垮落角,从而在理论上证明了偏态垮落的存在,并揭示了偏态垮落是导致地表下沉盆地偏态的根本原因．