浅埋深厚松散层综放工作面覆岩破坏监测技术

为得到浅埋深厚松散层工作面覆岩变形和破坏规律,在对阳湾沟煤矿6204综放工作面进行现场实测的基础上,采用孔间地震探测技术、地面钻孔电视窥视技术、覆岩内部位移监测技术和地表沉降监测技术等综合监测覆岩破坏情况,为确定裂隙带高度、判定垮落带和裂隙带的离层情况、掌握地表移动变形规律提供了一个新的技术手段。结果表明:在阳湾沟煤矿6204综放工作面裂隙发育带高度判定中,孔间地震探测和地面钻孔电视窥视监测结果基本一致,其裂隙带埋深分别为110、106m;覆岩内部位移监测和地表沉降监测一体化的监测技术揭示了覆岩自下而上的破坏特征,对于研究浅埋深、厚松散层下综采工作面的覆岩变形和破坏规律实用性较强。     

采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究

为得到薄基岩厚风积沙地区采场裂隙带发育高度及演化特征,基于采场覆岩"三带"的划分,对薄基岩地区厚风积沙煤层采动过程中裂隙发育特征进行相似材料模拟试验研究,得到开采过程中上覆岩层垮落破坏特征及运移规律,岩层内部压力分布规律,分析采动裂隙带发育高度及存在形态与工作面推进速度的关系。结果表明:补连塔煤矿12406工作面周期来压步距为22.5~30.0 m;上覆岩层的破断角在采空区侧为64°,在煤壁侧为61°;裂隙带高度为157.1 m,为工作面采高的26.18倍;工作面上覆岩层下沉趋势呈非线性曲线,移动形态具有非对称性。     

浅埋中硬特厚煤层综放工作面覆岩运动破坏规律研究

以酸刺沟煤矿为试验矿井,采用深基点和数值模拟试验对采动覆岩运动破坏规律进行研究。数据结果表明:酸刺沟煤矿综放开采覆岩两带高度分别为49m和133m;从煤层至地表,随着埋深的减小,岩层起始运动时间滞后,且除部分基点外,基点的绝对位移量整体呈降低趋势;覆岩运动时期,基点多呈现1~4个不等的波峰值,其中,3个钻孔中,ZS1钻孔覆岩运动绝对速度值最大,约1480mm/h,说明工作面覆岩存在短时间急剧下沉形式和长时间阶段非均匀下沉2种形式。     

新疆伊犁矿区采动覆岩活动规律氡气探测三维物理模拟试验研究

以新疆伊犁四矿21103综放工作面采矿地质条件为工程背景,针对伊犁矿区弱胶结地层条件开展了采动覆岩活动规律氡气探测三维物理模拟试验。结果表明:伊犁矿区弱胶结地层中覆岩无明显的关键层结构,覆岩采动裂隙随工作面推进同步向上发育;21103综放工作面初次来压步距约40 m,周期来压步距约20 m;采动覆岩垮落带高度为31.7 m,裂隙带高度为29.8 m,弯曲下沉带高度为53.5 m。试验过程中氡气浓度最大值约5 300 Bq/m3,表明弱胶结地层内部原生裂隙较为发育,可以给氡气运移提供较好的优势通道,采动覆岩"裂隙发育-基本顶破断-裂隙闭合"过程与氡气浓度"增大-峰值-减少"过程二者之间具有明显的对应关系。     

浅埋厚基岩煤层工作面围岩应力演化及覆岩破坏规律研究

为深入研究浅埋厚基岩煤层工作面围岩应力演化及覆岩破坏规律,以贵州某煤矿为工程案例,利用FLAC3D数值软件、相似模拟与理论计算三种研究方法,分析浅埋厚基岩煤层在采动过程中围岩应力演化规律、覆岩裂隙发育规律,并分别计算、对比覆岩"两带"高度。结果表明:在采场前方和采空区范围内,围岩应力演化划分为4个区域;相似模拟得出的顶板破坏特征与数值模拟显示的结果相符;数值模拟得到的覆岩"两带"高度分别为11.67 m和39.95 m,与相似模拟和理论计算的结果大致相符。     

浅埋深薄基岩工作面矿压显现规律研究

为了研究浅埋深薄基岩煤层工作面上覆岩层的运动规律及工作面矿压显现规律,运用UDEC数值模拟软件对神华李家壕煤矿的上覆岩层的运移规律进行了模拟分析,并进行了现场实测。结果表明,模拟所得的初次来压步距为40m,实测值为36.4m;模拟周期来压步距为20m,与现场实测的周期来压平均为20.5m步距基本一致;关键层来压时表现为动载现象明显,整个上覆岩层全厚度切落,地表出现急剧下沉,工作面覆岩将不存在"三带",基本上为垮落带和裂隙带"两带"。     

“三软”煤层大采高工作面采场覆岩运移规律相似模拟研究

为研究皖北煤电卧龙湖煤矿8煤开采顶板覆岩运移规律,采用相似材料模拟实验方法,对8102回采工作面展开研究。结果表明:8煤直接顶初次垮落步距为30 m,基本顶初次断裂步距为50 m,平均周期断裂步距为13.43 m,垮落带高度为11 m,裂隙带高度为101 m,8煤上方亚关键层对覆岩破断下沉影响显著,7煤随8煤开采垮落,6煤裂隙发育。     

8.8 m大采高工作面覆岩三带分布特征及分层沉降研究

煤层开采后受采动影响,顶板覆岩会形成垮落带、裂隙带、弯曲下沉带。采空区覆岩三带的观测研究对煤矿安全生产至关重要,但目前国内外对覆岩三带的观测研究多限于中、小采高工作面,对一次采全高超大采高工作面仍是空白。针对这一问题,以上湾煤矿首个8.8 m超大采高12401工作面为研究对象,通过钻探、孔内电视、地球物理测井等多种手段综合分析了超大采高工作面采空区覆岩三带分布特征,确定了三带发育高度。同时,本次研究还通过在采前孔安装布置分层沉降监测设备持续对12401工作面覆岩沉降情况进行了监测,综合分析了采空区分层沉降的特征及规律。研究表明:12401工作面垮落带高度为33.20～33.25 m,冒采比为3.91;导水裂隙带高度为118.08～132.83m,裂采比为13.91～15.65;弯曲下沉带距离地表39.17～48.92 m。研究发现:工作面覆岩从下沉到稳定经历了2次快速沉降,覆岩分层沉降相对地表最大下沉量为1.618 m,地表最终下沉量为4.706 m,下沉系数为0.5;随着采空区范围的增大,本区覆岩运动主要受到下部和上部2层关键层共同控制。     

固体充填采煤矿压显现规律及机理分析

针对五沟煤矿邻近工作面垮落法和固体充填法2种不同采场顶板管理方式采煤,基于现场矿压显现实测结果,对比研究了同一地质条件下2种采煤方式工作面矿压显现规律。结果表明:1013垮落法开采工作面初次来压步距28 m,支架支护强度0.6 MPa,支架安全阀开启率为5%~9%,采场应力集中系数为3.76,采场覆岩"三带"特征变化,覆岩裂隙发育高度45 m;而CT101充填工作面,初次来压步距58 m,支架支护强度0.5 MPa,支架安全阀不开启,采场覆岩"两带"变化,覆岩裂隙发育高度10 m左右。在分析两者矿压显现特征的基础上,通过力学分析及数值模拟方法,对不同充实率下采场矿压显现特征、机理进行了研究,对现场实测结果进行了验证。     

蛤蟆沟矿30101工作面开采后覆岩裂隙带高度数值模拟分析

蛤蟆沟煤业有限公司30101工作面的设计采厚为2.5 m,为研究工作面开采后的覆岩裂隙带范围,采用UDEC数值模拟的方法确定覆岩的裂隙带高度。采用UDEC软件建立模拟模型,模型尺寸为200 m×140 m,对整个工作面推进过程中的裂隙带范围进行模拟分析,确定工作面推进20 m后期裂隙发育高度稳定,数值模拟确定裂隙带高度为33 m。采用理论计算的方法计算了开采后覆岩的裂隙带高度为41.6 m,理论计算和数值模拟的结果起到了相互验证的效果,最终确定覆岩裂隙带高度为41.6 m。     

高瓦斯综采工作面定向钻孔代替尾巷抽采瓦斯技术

针对高瓦斯综采工作面U型通风条件下上隅角瓦斯超限问题,分析了定向钻孔代替尾巷抽采卸压瓦斯的必要性及可行性,阐述了卸压瓦斯抽采原理;利用物理相似模拟及理论分析,分析了采动覆岩裂隙演化规律,确定了定向钻孔参数,并进行现场工程应用。结果表明:随着工作面推进,试验工作面采动覆岩形成不规则冒落带、规则冒落带、裂隙带、弯曲下沉带,其中规则冒落带高度为17.9 m(采高的4.48倍),裂隙带高度为60.36 m(采高的15.09倍);定向钻孔与回风巷平距为8～20 m,与煤层顶板垂距平均18.5 m;利用定向钻机施工钻孔偏移量较小,定位准确,瓦斯抽采纯量平均6.37 m~3/min,占瓦斯涌出量的8.59%,实现了定向钻孔代替尾巷治理瓦斯效果,保证了工作面安全回采。     

极近距煤层群重复采动覆岩破坏规律相似模拟试验研究

针对近距离煤层群下行开采时重复采动引起的覆岩冲击性破断问题以及再生破碎顶板条件下工作面安全开采问题，以潘二矿11221,11223工作面为研究背景，通过物理相似模拟试验，对极近距煤层群重复采动覆岩破坏及裂隙发育规律进行了研究。结果表明，1煤工作面覆岩垮落带平均高度22 m,裂隙最大发育高度85 m,“两带”发育高度相当于采高的24.2倍；受3煤、1煤工作面联合采动影响，裂隙带相对向上发育增加15 m,覆岩采动充分垮落角基本对称，顶板破坏范围增大；随着工作面推进，煤层群顶板均经历垮落、裂隙发育、采空区冒矸被压实的演变过程，14 m厚的粗砂岩层作为关键层抑制裂隙向上发育，在回采结束后其下方产生较大离层；3煤顶板覆岩垮落形态近似呈非对称“Π”型，相对于3煤，1煤采完后，工作面呈现出“两大一小”的特征；“两带”高度发育大，垮落带和裂隙带的高度分别增加了46%、21%,顶板下沉量大，顶板垮落步距小，初次垮落步距和周期垮落步距明显减小，来压较为缓和。研究结果可为煤层群开采的围岩控制提供参考。     

特厚煤层大采高综放工作面端部覆岩活动规律研究

为了研究特厚煤层大采高综放工作面能否采用小煤柱沿空掘巷技术,以塔山煤矿特厚煤层8204大采高综放工作面为工程背景,采用地表下沉量观测、微震观测和理论分析的方法研究了大采高综放工作面端部覆岩活动范围、裂隙场分布、运动特征及结构特征。结果表明:15 m特厚煤层大采高综放工作面垮落带高度为43 m,断裂带高度为43~200 m,200 m以上岩层处于弯曲下沉带内;大采高综放工作面端部以垮落角、移动角为边界形成滑移破裂区、拉压裂隙区和压裂隙区3个裂隙发育区;采空区稳定前工作面端部形成"下位悬臂梁-上位砌体梁"结构,随着工作面推进,覆岩进一步运动下沉,采空区稳定后下位悬臂梁破断,形成三角形滑移区,上位关键层仍以砌体梁结构方式存在,并控制侧向应力场的分布。     

斜沟煤矿采动覆岩“三带”划分数值模拟研究

为了得到斜沟煤矿综放开采条件下采场裂隙带发育高度及演化特征,根据斜沟矿的地质资料,通过数值计算、RFPA模拟及现场验证,研究了煤层开采后覆岩在采动影响下纵横向裂隙的分布、发育及相互贯通规律,得到工作面开采后覆岩破断与垮落规律,划分"三带"的分布区域,验证了RFPA模拟方法是采动覆岩"两带"高度研究的有效手段。     

薄基岩厚松散层深部采场裂隙带几何特征及矿压分布的工作面效应

针对薄基岩厚松散层深部长工作面矿压显现规律状况,在压力拱假说、应力壳理论和普氏理论基础上建立采场裂隙带几何模型,推导出工作面覆岩裂隙带计算公式,结合数值模拟对几何模型及工作面覆岩裂隙带公式进行验证,并对工作面覆岩裂隙带高度及矿压显现程度的影响因素进行分析。结果表明:采场裂隙带几何模型较为合理,与采场上覆岩层裂隙带空间分布特征相一致;工作面覆岩裂隙带公式具有一定的适用性,可解释工作面方向上"抛物线"状的矿压显现规律;工作面覆岩裂隙带高度和矿压的比例系数最小值及变化率与工作面长度呈负相关,与采高及采深基本不相关;工作面覆岩裂隙带高度及矿压,强线性相关于采高、岩层硬度系数,弱相关于工作面长度和采深。     

关于重采影响下层岩内部垂直移动变形规律

本文结合江西钟家山煤矿观测石门内大量岩移内部观测资料,对重复采动条件下采场上覆岩层垂直移动变形规律进行了分析研究,从而再次证明了重采时上覆岩层呈整体下沉,最大下沉速度滞后距较小的这一特点;提出了随工作面位置的推进采场上覆岩层不但产生垂直拉伸变形而且部分岩层产生压缩变形的特点,揭示了不同位置的覆岩导水裂隙带的发育规律,得出在充分采动区当工作面推过15～20米,在采区边界工作面推过35米导水裂隙带发育最高以及采区边界导水裂隙带高于充分采动区且压实速度较慢的结论,为及时施工冒落孔探测导水裂隙带高度提供了科学依据;最后对采场上覆岩层垂直移动变形     

采动影响下厚黄土层沉陷规律研究

采动影响下厚黄土层沉陷规律研究对指导矿区进行“三下”压煤开采设计和完善开采沉陷预计理论等工作具有重要意义。为得到采动影响下厚黄土层沉陷规律,以阳湾沟煤矿6204工作面采动影响下上覆厚黄土层为研究对象,采用钻孔电视探测和多点位移传感器实时监测等方法,探测黄土层内裂隙分布情况以及黄土层内部采动沉陷规律。结果表明：厚黄土层完整性好,内部无明显裂隙;厚黄土层近于整体下沉,且其下沉值近似等于地表下沉值,黄土层与地表同步运动。     

采动覆岩“三带”高度相似模拟及实证研究

基于采动覆岩破坏、断裂机理及其裂隙分布、发育特性,采用相似材料模拟实验方法,对杜儿坪矿68303工作面采动覆岩"三带"进行了研究;通过分析采空区顶板断裂、离层、下沉、裂隙分布及延伸特性,得出冒落带高度12.5 m,裂隙带高度37.5 m,弯曲下沉带高度大于80 m;采用仰斜钻孔分段注水及钻孔参数分析法现场实测了冒落带、裂隙带高度,与相似模拟实验结果进行了对比,分别相差0.8,2.5 m。表明基于采动覆岩裂隙分布特性的相似模拟实验研究结果合理、可靠,可以作为工作面顶板"三带"高度研究的有效手段。     

伊犁矿区覆岩“两带”发育特征及对工作面涌水的影响研究

伊犁矿区煤层埋深浅、距含水层近,基岩薄且软弱,工作面涌水成为制约矿井安全生产的重要难题。为此,通过理论分析和现场实测的方法对伊犁矿区覆岩运移特征以及对工作面涌水量的影响规律进行了研究。研究结果表明:工作面采空区上部仅存在"两带",无形成弯曲下沉带的覆岩条件,工作面推进速度慢会给覆岩采动裂隙充分的发育时间,"两带"发育高度大,与含水层沟通导致工作面涌水量大;加快工作面推进速度,全部软弱覆岩会随采随冒,地表出现整体性、规律性沉陷,为充分发育的"两带"被快速压实,弥合裂隙导水通道,减少工作面涌水。研究结果为矿井安全开采提供重要依据。     

平山煤矿覆岩“三带”划分及瓦斯抽放位置的确定

覆岩破坏规律是确定煤矿开采边界的基础,所以对覆岩破坏规律的研究成了煤矿开采安全生产的关键。选取平山煤矿11采区11011回采工作面3#煤层为研究对象,利用FLAC3D软件对首采工作面进行开挖数值模拟,通过对模拟结果进行分析,从而确定上覆岩层"三带"高度。模拟得到冒落带高度为19m,裂隙带高度为49m。通过对比经验公式计算结果,发现模拟结果符合经验公式计算结果,所以可以把模拟结果作为煤层开采的参考数据,建议瓦斯抽放的位置布置在距离煤层顶板30m的裂隙带中部位置。