大倾角特厚煤层综放开采采场顶板破断特征

针对大倾角特厚煤层综放采场冒落矸石下滑充填及顶板破断特征,将大倾角煤层采场上覆岩层视为倾斜弹性板,利用"板"的理论对大倾角综放采场顶板矿压显现规律进行了研究。研究表明,大倾角特厚煤层综放采场顶板的破断特征与冒落矸石的下滑、充填程度有密切关系,且受矸石影响较大。根据采场顶板的不同条件对其破断特征进行了研究,得出大倾角特厚煤层综放采场矿压显现规律及顶板破断特征。     

大倾角仰(俯)采采场顶板破断的薄板模型分析

为了研究大倾角仰采、俯采采场顶板破断机理,建立了大倾角仰、俯采顶板薄板力学模型,利用薄板理论并结合力学分析、数值计算对大倾角俯采及仰采工作面破断时的基本顶岩层应力分布特征与破断机理进行了分析计算,得出了薄板极限破断准则和破断步距理论计算式.结果表明:大倾角仰(俯)采采场顶板破断形式不同于近水平煤层顶板的"O-X"型破断;倾角影响并决定着采场顶板倾向方向的破断特征;走向仰(俯)角对顶板岩层初次破断特征和周期破断特征呈现出不同的影响.     

采场小断层对导水裂隙高度的影响

采用相似模拟实验对采场小断层（落差小于5 m）区域覆岩破断规律和断层构造裂隙的演化过程进行了研究,得出了采场小断层对导水裂隙高度的影响规律.工作面由下盘向上盘推进至正断层面附近时,下盘岩块回转导致煤壁前上方的断层面挤压闭合,煤壁后上方的断层面则处于张开状态;随工作面推进断层面经历张开-闭合-张开-闭合的过程,断层面导水裂隙高度比上、下盘竖向采动导水裂隙高度分别增大40%和61%.工作面由上盘向下盘过逆断层时,主要控制上盘岩层对支架的压力和推力;工作面进入下盘后顶板周期破断距变小,来压频繁;上盘主要表现为沿断层面的滑移;断层面导水裂隙高度与两盘岩层导水裂隙高度基本相等.     

采动影响下黄河北煤田顶板破断过程研究

为分析采动影响下黄河北煤田顶板破断过程，利用离散元数值模拟软件UDEC模拟黄河北煤田薄煤层采场顶板破断过程，得到薄煤层采场上覆岩层运动规律参数，即直接顶、基本顶初次来压步距和周期来压步距，结合相关理论进行对比分析，丰富和完善薄煤层采场上覆岩层运动规律，为采场顶板的控制设计提供依据。     

俯采采场顶板破断运动特征和矿压显现规律研究

为研究俯采采场顶板破断运动特征和矿压显现规律,对袁店某矿7211俯采工作面进行了矿压监测,分析了工作面液压支架支护阻力的循环变化规律及支架的适应性。建立了俯采采场老顶初次破断和周期破断力学模型,得出了破断准则和破断步距理论计算式。采用UDEC软件模拟了7211工作面推进过程中顶板运动破坏和煤壁稳定性规律。研究表明:俯斜开采时沿层向分力与煤壁压缩变形位移方向相反,煤壁稳定性增强;层向分力使直接顶压裂裂隙受到挤合,其整体性得到加强,俯采有利于顶板管理。研究结果为今后类似条件下开采、巷道布置与支架选型提供了科学、可靠的依据。     

厚、硬顶板采场覆岩动态变化规律研究

基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weitul分布的假设,建立厚、硬板条件下采场的有限元计算模型,用岩石破裂分析系统(RFPA),模拟不同开采方式的覆岩冒落与支承压力的动态变化规律,计算结构显示厚、硬顶板冒落模式有三种:(1)拱形破断与冒落;(2)短块状破断与冒落;(3)大块破断与冒落.这对研究厚、硬顶板开采工艺和设备的选型有重要的参考价值.     

基于弹性薄板理论的采场顶板破断特征分析

针对煤层开采过程中采场覆岩形成的特定空间结构和变形破断形态,运用弹性薄板小挠度理论构建四边固支、两边固支两边简支和四边简支3种支承边界条件下的顶板力学模型,通过理论计算得出了基本顶断裂前后的挠度、弯矩和应力解析表达式,并从理论层面分析了顶板破断的内在机理与显现特征,揭示了采场顶板横“O-X”破断的力学本质。采用三维数值模拟软件FLAC3D系统分析了顶板应力场的演化特征和分布规律,模拟结果与理论分析较为吻合。     

采场顶板活动对顶板涌水影响规律研究

采用理论分析和现场实测相结合的方法,分析了工作面顶板涌水与顶板活动规律的相关关系,研究结果表明:采场顶板破断运动已波及上部含水层,工作面涌水水源主要为顶板砂岩裂隙水;顶板砂岩水的涌出量随工作面推进具有周期性的波动变化规律,与顶板的破断失稳规律具有很好的一致性,顶板的破断失稳运动造成覆岩水的流动与突变,顶板水涌出量与顶板富水性的强弱有关。根据顶板的富水性强弱和顶板的破断失稳规律,可进行顶板水涌出的预测和控制。     

大倾角伪俯斜采场顶板运移规律实验研究

为研究大倾角伪俯斜采场顶板垮落运移及其与支架相互作用关系。采用大比例三维物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究手段,深入分析了伪俯斜采场初采阶段和正常回采阶段顶板应力演化与变形破坏规律,垮落顶板充填特征以及"支架-顶板"相互作用规律。结果表明,大倾角伪俯斜采场顶板应力分布与位移具有非对称性,顶板具有非对称"O-X"破断特征,且具有明显的时序特征,其中"O"破断顺序为:采空区侧边界—采煤工作面侧边界—上部边界—下部边界;"X"破断顺序为:工作面倾斜上方基本顶先发生破坏,随后基本顶沿顺时针方向依次破断。顶板周期性来压与垮落均具有分区特性与时序性,沿走向工作面各个区域顶板的垮落位置与支架相对位置不同,其中,工作面倾斜中部支架直接受到垮落顶板的作用,具体为"砸—压—推",而倾斜上部与下部垮落顶板仅在下滑过程中对支架产生倾向向下的推力,未出现明显的砸、压现象,上部作用最弱,破断顶板使支架发生不同程度的"倒"、"扭"现象;垮落顶板对采空区的充填可分为4个阶段,各个阶段交替转化的过程对工作面中、下部支架的稳定性产生了影响,矸石堆积区最终沿走向形成充填稳定区域与动态运移区域。为大倾角煤层伪俯斜采场岩层控制提供科学依据,也丰富了大倾角煤层采场岩层控制理论。     

断层切割条件下老顶初次来压初探

采煤工作面向前推进过程中,老顶必然会发生破断、失稳和来压现象,尤其是初次来压时强度往往最大、矿压显现最为剧烈。长期以来,地质构造对老顶来压的影响未得到深入研究,而生产实践却表明,采场在多数情况下或多或少地要受到断层的影响。此时老顶板结构的破断和来压过程相对完整,老顶板结构的来压规律可能存在重大差异,导致现场生产中难以弄清来压规律和采取及时有效的控顶措施。因此,断层切割条件下,老顶初次来压问题是矿山压力领域中亟待解决的研     

矿房与矿柱稳定性的断层影响数值模拟研究

运用连续介质快速拉格朗日差分法，对某金属矿山有尤断层及不同位置、倾角断层等4种方案条件下的采场稳定性进行分析。数值计算中采用平面应变模型和莫尔一库仑屈服准则，分别就各方案的最大主应力、矿房顶板中央下沉量、矿柱中央剪应变增量及整体安全系数模拟结果进行对比分析。结果表明：断层对最大主压应力影响不明显，但对最大主拉应力影响较大；断层对采场位移影响较大，尤其是穿过矿柱的断层对采场位移影响最为明显；有无断层及不同断层倾角、位置对采场剪应力影响不大，但对采场整体稳定性有很大影响。     

地面瓦斯抽采钻井变形破坏主控因素分析

采动影响区地面瓦斯抽采钻井的变形破坏影响因素众多,导致钻井的破坏规律非常复杂。为了对各影响因素进行有效控制,从而使得地面钻井的抽采效能能够得到最大程度的发挥,对地质条件和回采工艺等多种影响因素的影响效应进行了深入分析,获得了采场尺寸、顶板管理方法、煤岩层倾角和断层等各主要因素的变化对地面钻井变形破坏的影响规律:地面钻井应优先布置在远离断层、陷落柱等地质构造的区域,当回采工作面通过地面钻井位置附近时应快速通过,应加强顶板管理减弱采场覆岩的移动,倾斜煤岩层条件下地面钻井井位应向采场中部偏移一定距离等。     

复杂条件下露天转地下开采断层对采空区影响研究

针对铜绿山Ⅰ号矿体露天转地下开采的复杂情况,采用FLAC^3D分析矿体上盘断层破碎带对采空区的影响,以指导现场施工。分别建立有断层模型和无断层模型,对2模型采用同一种开挖方式：布置1#采场及2#采场,2采场之间留下隔离立柱用于支撑顶板。从压应力及位移量2方面比较2个模型的开挖结果,研究表明,断层使采矿作业条件恶化,主要表现在2个方面：①断层降低了矿体上盘岩体的整体性和连续性,使采场两帮压应力增大0.01~0.45 MPa;②顶柱厚度较大时,断层对1#采场几乎不产生影响,对2#采场影响较大,导致其顶板下沉量增大,表现为2#采场顶板绕立柱顶部旋转;当顶柱厚度h≤16 m时,断层对2个采场均产生影响,均导致其顶板下沉量明显增大,表现为2采场顶板绕1#采场左帮顶部旋转。     

大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理

特厚煤层开采形成的采场空间大,覆岩扰动范围广,采场顶板来压具有明显的大小周期来压及强矿压显现特点。大空间采场覆岩扰动层位多、岩层间作用机制复杂,顶板破断块体间的作用力及方向多变,导致大空间采场覆岩结构理论分析存在较大难度。为从理论上揭示特厚煤层大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理,在实测分析得到大空间采场覆岩结构特征基础上,基于能量变分原理建立了大空间采场覆岩结构力学模型,揭示了大空间采场覆岩结构的矿压作用机制;建立了大空间采场覆岩结构条件下的“煤体-支架”协同承载模型,得到了采场支架围岩的相互作用关系。研究表明,特厚煤层开采形成的大空间采场覆岩具有显著的“低-中-高”层位结构特征,是采场复杂矿压显现的直接诱因,“中-低”位顶板结构失稳形成采场大小周期来压,高位顶板结构的失稳联动是诱发大空间采场强矿压显现的主要因素;覆岩结构的失稳运动还受到采空区矸石支撑、顶板有效位能作用及高位顶板悬长等的制约,是采场来压强弱的重要影响因素;大空间采场条件下“煤体-支架”协同承载,所得理论研究成果与基于实测反演分析得到的支架围岩关系研究结论具有较好的一致性,验证了大空间采场覆岩结构理论的正确性。     

基于Mathew稳定图的采场顶板持续冒落临界阀值研究

采场顶板的稳定性关系到矿山安全生产及经济效益,同时也是选择采矿方法和地压控制方法的主要依据之一。通过采场顶板冒落规律的研究,针对香炉山钨矿目前采空区特点及范围,运用Mathews稳定图法确定采空区顶板持续冒落水力半径,并由此反算得出不同采场跨度下的顶板临界暴露面积阀值,为矿山安全开采提供了重要的基础资料和依据。     

上向分层回采采场稳定性数值模拟研究

根据凡口铅锌矿不同采场顶板围岩条件, 分别建立了典型采场模型Ⅰ(采场顶板为矿体)和模型Ⅱ(采场顶板为充填体), 采用有限元分别对两模型上向水平分层充填回采的整个过程进行了分步模拟, 获得了开挖过程中采场顶底板、侧壁的应力分布及位移变化情况, 对比分析了不同采场顶板围岩条件下分层开采对采场稳定性的影响。研究表明, 采场顶板为充填体的采场回采过程中应力、位移变化量均大于采场顶板为矿体的采场。因此, 为确保安全回采, 回采后期必须做好顶板支护工作。研究结果为优化采场结构参数和指导地压控制提供了可靠的理论依据。     

某铀矿井采场顶板地压监测与对比分析

某铀矿井开采深度的增加和采矿方法的改变,给采场顶板稳定性带来了新的不确定因素。为了及时掌握深部采矿中,采用不同采矿方法时采场顶板围岩的稳定性,在-150m中段12-4采场布置钻孔应力计、压力计和位移计,分别对巷道围岩和采场顶板的表面位移、顶板压力和应力进行监测。通过对比分析监测数据,掌握了上向矸石充填法和无轨采矿法采场顶板稳定性的变化情况,为矿山的安全生产提供了科学指导。     

三山岛金矿上覆断层赋存状态对巷道稳定性的影响

大量工程实践表明,断层对地下巷道围岩稳定性有决定性的影响。以三山岛金矿深部主要断层F1,F2及F3为工程背景,采用数值模拟的方法研究断层倾角0°、50°、90°,水平断层分别距巷道顶板5、10、15 m,断层厚度分别为10、15、20 m等多种工况下的巷道掘进过程,对照无断层情况下的巷道稳定性,分析断层倾角、断层距巷道顶板的距离、断层的厚度对巷道围岩稳定性的影响。得出主要结论:倾角增大的过程中巷道的两帮收敛随之增大,断层厚度对巷道稳定性的影响主要体现为巷道顶板沉降的增大,断层距巷道顶板10 m的范围内,对巷道的安全掘进产生影响需要支护加固。     

铜坑矿92~#矿体裂隙矿岩巷道支护研究

铜坑矿92#矿体矿岩节理裂隙发育,导致采场巷道易发生顶板掉块、离层冒落。锚网支护易出现锚网破裂、锚杆失效等现象。对矿岩地质结构特征及物理力学性质进行了调研与测定,总结了导致采场巷道顶板发生各种破坏类型的影响因素。结合矿山巷道支护实践经验,设计推荐锚网喷联合支护方式对采场巷道顶板进行支护,并通过具有代表性的巷道顶板支护的工业试验证明了锚网喷联合支护效果理想,最后得出锚网喷联合支护方式适用于裂隙矿岩巷道的支护。     

综采面过断层施工技术及安全技术措施研究

20103综采工作面条件复杂,断层严重影响工作面的推进,在特殊情况下需要提前沿断层构造段掘进空巷。研究了断层段掘进的关键技术,介绍了断层的基本情况、过断层技术施工方案以及过断层安全技术措施,提高了工作面推进速度,确保了顶板稳定性,为以后类似条件下工作面的回采推进提供了实践经验。