厚土层下浅埋煤层开采覆岩倾向结构分区与下沉预计模型

为探究厚土层下浅埋煤层开采的覆岩与地表下沉预计方法,以柠条塔煤矿1-2煤层开采为背景,结合理论分析与物理模拟的方法,揭示了厚土层下浅埋薄基岩煤层采场覆岩倾向结构分区及其特征,建立了分区下沉力学模型,提出了覆岩与地表下沉预计方法.研究表明:厚土层薄基岩浅埋煤层长壁开采后,沿覆岩倾向方向的垮落和移动可以分为边界煤柱顶板F形...     

榆神府矿区双煤层开采覆岩破坏及地面沉降特征研究北大核心

为研究双煤层开采条件下浅埋煤层覆岩破坏特征及地表沉降规律,以榆神府矿区典型浅埋煤层地质条件为基础,采用数值模拟方法,分析了6种不同工况下双煤层开采时覆岩破坏与地表沉降特征,并用物理相似模拟实验加以验证。结果表明:浅埋煤层覆岩破坏方式为全厚切落,留煤柱开采时隔水层中采动破坏呈现“泥盖效应”,不留煤柱开采时采空区两侧形成离层裂隙发育区,裂隙沿采空区两侧上方呈约45°发展;煤层开采时地表呈台阶式下沉,随着工作面推进,地表沉降中心不断前移,隔水层重量对地面沉降的影响逐渐减小,煤层厚度与地表沉降值呈正相关性;煤层开采过程中存在应力集中现象,上覆岩层中垂直应力沿煤层开采方向依次出现应力集中区、应力卸压区和应力集中区。     

大埋深煤层开采地表最大下沉值计算方法

为研究大埋深煤层开采的地表沉陷规律,基于关键层理论和弹性薄板小挠度弯曲理论,建立了大埋深煤层开采地表最大下沉值的力学计算模型,提出了一种计算地表最大下沉值的方法,认为大埋深煤层开采覆岩、地表沉陷特性与浅部开采有所差异,其地表最大下沉值应为弯曲下沉带下部岩层(即覆岩主关键层以下岩层)的最大挠度值与其下部垮落带、裂隙带的压缩沉降值之和。工程实例计算结果表明:该方法的计算结果与实测值相近,对于预计大埋深煤层开采引起的地表最大下沉值有一定的参考价值。     

浅埋煤层上行开采可行性实验研究

 采用相似材料模拟实验方法,对陕北某矿浅理煤层上行开采的可行性进行了研究。研究表明：该矿浅理煤层下部煤层开采后,覆岩破坏呈现“两带”特征,产生多条贯穿上部煤层的穿层裂隙,上部煤层沉降后保持连续,未出现台阶下沉;上部煤层开采时顶板岩层主要表现为已断裂岩块或新断裂岩块的回转失稳,工作面通过穿层裂隙处未出现滑落失稳与台阶下沉现象,且顶板矿压显现不明显,证明上行开采可行。研究为开采类似赋存特征的其它煤矿提供了有益的借鉴。     

煤层顶板破断机理研究

应用东北大学自行研究开发的岩石破裂过程分析系统(SFPA^20)，对开采浅埋煤层引起的覆岩顶板破断动态过程进行了数值模拟研究，得出了分步开挖的覆岩弹模与剪应力分布图、地表下沉位移图和煤层顶板应力分布图。通过对模拟结果的分析，揭示了浅煤层开采过程中覆岩破坏的冒落带、裂隙带、弯曲带及矿压分布、地表变形的基本规律。实例模拟得出的地表下沉值与实际观测结果基本吻合。     

浅埋煤层群裂隙演化规律及组合承载结构载荷研究

浅埋煤层群高强度开采导致承载岩层破断形成组合承载结构，使覆岩裂隙分布形态复杂化，并对地表造成严重损害。为了研究浅埋煤层群开采覆岩裂隙演化规律与承载岩层承载结构关系及承载岩层保持稳定的支架工作阻力，以陕西北部神府矿区韩家湾煤矿2-2和3-1煤开采为研究背景，通过现场观测及相似模拟试验得到煤层群开采裂隙演化规律、承载岩层组合承载结构及两者相互关系，采用理论计算的方法建立了组合承载结构力学模型，研究组合承载岩层保持稳定的支架工作阻力。研究表明，煤层群开采覆岩裂隙演化过程可划分为4个阶段，分别为上煤层开采快速增长阶段、上煤层开采平稳增长阶段、下煤层开采快速增长阶段、下煤层开采稳定增长阶段；不同承载结构导致地表产生不同的裂隙演化形态及沉降特征，“台阶岩梁”结构地表产生台阶下沉，“铰接岩梁”结构地表产生连续下沉；通过地表沉降形式可间接判断上煤层承载岩层破断结构，由层间岩层充填率和采高得到了下煤层承载岩层破断结构，并揭示了浅埋煤层群开采承载岩层破断组合结构分为“台阶-铰接”结构、“铰接-铰接”结构、“铰接-台阶”结构、“台阶-台阶”结构的组合形态。由承载岩层破断组合结构建立了浅埋煤层群开采承载岩层承...     

浅埋坚硬覆岩下开采地表塌陷机理研究

对浅埋坚硬覆岩下开采地表塌陷机理进行了数值模拟.结果表明，采场上方存在高应力束组成的“复合应力拱”，“外应力拱”承担覆岩及地表土的自重并将其传递至采场两侧实体煤内，“内应力拱”主要承担悬空顶板的重量并传递至煤柱.“复合应力拱”形态随时间推移而不断演化，“内应力拱”不断合并抬升直至与“外应力拱”重合，最终拱肩处岩体受拉压复合应力作用而首先开裂，从而破坏了“复合应力拱”成拱机制而导致采场上方覆岩断裂、地表塌陷.     

基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征

陕北浅埋煤层开采引起地面塌陷严重影响了矿区生态环境,与浅埋单煤层开采相比,浅埋双煤层开采所导致的覆岩破坏、裂缝发育更为复杂。以柠条塔煤矿N1206和N1114典型工作面为研究对象,采用颗粒流方法对浅埋双煤层斜交开采的过程及其所致地表裂缝发育特征进行了模拟研究。研究结果表明：浅埋双煤层斜交开采煤柱所在区域的上行和下行裂隙密集发育;各工作面采毕地表下沉曲线呈现宽缓的“W”型;1~2煤采毕与2~2煤采毕裂缝发育速率比值为1:3～1:2,地表最大下沉量比值为1:7;开切眼及终采线位置附近裂缝密集且会导通至地表;地表最大下沉量位于工作面开切眼位置附近,地表最大水平正向位移位于工作面开切眼位置附近,左侧工作面采毕最大负向位移位于工作面终采线位置,右侧工作面采毕最大负向位移位于1~2煤右侧工作面靠近终采线位置。研究结果可为浅埋双煤层开采的相关研究与工程实践提供理论参考与实际借鉴。     

大采高浅埋煤层开采地表移动变形特征研究

 大采高浅埋煤层开采地表地表移动变形具有一定的特殊性,在对韩家湾煤矿2304工作面开采地表移动观测的基础上,确定了韩家湾煤矿开采岩层移动参数,分析了影响采空区地表裂缝形成的主要因素,给出了厚松散层浅埋煤层开采地表移动变形破坏规律。为今后矿井“三下”开采以及保护煤柱的安全合理留设提供相关参数与科学依据。     

浅埋煤层条带充填隔水岩组力学模型分析

我国西部浅埋煤层开采引起严重的地表塌陷和潜水流失,进行条带充填控制隔水岩组稳定性是保水开采的有效途径。基于“上行裂隙”和“下行裂隙”对隔水岩组稳定性的影响,建立了2个充填条带的非水平五跨连续梁力学模型,并给出了其放松结构,求出了岩梁的应力和弯矩表达式。考虑充填条带及其支撑岩柱的压缩变形,给出了条带充填隔水岩组的下沉曲线,提出了“上行裂隙”发育高度与“下行裂隙”发育深度和位置的计算方法。研究表明,上行裂隙发育高度随间隔宽度的增大而增大,下行裂隙发育深度随隔充比的增大而明显增大。充填位置、充填条带宽度、充填间隔宽度和隔充比是隔水岩组稳定性的主要影响因素。     

大柳塔煤矿多煤层开采覆岩变形破坏模拟研究

针对大柳塔煤矿远距离多煤层开采冒裂带发育及采动影响问题,通过相似模拟和数值模拟计算,系统研究了2个主采煤层开采过程中覆岩垮落、裂隙发育及地表沉陷规律。研究结果表明：浅部2-2煤覆岩主关键层破断后,顶板基岩会发生直达地表的整体切落现象,5-2煤一次采全高长壁开采冒裂带连通上部采空区,形成工作面涌水的导水通道;重复采动岩层与地表移动和变形值增大,非连续性破坏增加;采空区上覆岩体依据主应力分布可划分为双向拉应力区、拉压应力区和压应力区3个区,主应力状态对采动裂隙的形成、发育起着控制作用;采动影响与工作面几何参数密切相关,地表沉陷随着工作面斜长或采厚的降低而减小。研究成果对大柳塔及类似条件下的煤矿安全开采与设计有指导意义。     

浅埋薄基岩煤层快速推进工作面矿压显现规律研究

基于神东矿区1-2#煤层的赋存条件和开采技术条件,采用FLAC3D数值模拟方法,研究浅埋薄基岩回采工作面快速推进过程中的矿压显现规律,为工作面支架阻力确定和岩层控制提供依据。结果表明,随着推进速度的增加,顶板压力呈现减小趋势;推进速度越快,工作面前方应力集中程度越高,峰值应力距工作面距离越小,应力集中影响范围呈减小趋势;推进速度不同时煤层上部的薄基岩和厚松散层破断都直接波及地表,地表下沉量明显高于相同条件下的正常采深煤层工作面;浅埋采场上覆松散层变形移动过程中难以形成承载结构,荷载估算时不能采用传统的普氏压力拱理论。     

浅埋煤层工作面的UDEC数值模拟研究

利用UDEC数值模拟软件对山西焦煤集团东曲矿浅埋煤层工作面开采导致的覆岩移动及裂隙发育过程进行数值模拟研究,真实反映了在工作面推进过程中覆岩移动及裂隙发育规律,得出浅埋煤层开采后直接顶和老顶的垮落步距以及上覆岩层移动规律.     

特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层及地表移动机理

以窑街矿区三矿地质条件为原型,采用相似材料模型试验方法,研究了特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层移动机理和地表移动规律。结果表明,特厚急倾斜煤层水平分层开采时,浅部开采阶段岩层以应力拱结构控制岩层移动,深部开采阶段岩层以铰接岩梁结构控制岩层移动;根据覆岩破坏形式,将采动岩层移动分为松散岩块区和层状岩层区。揭示了特厚急倾斜煤层水平分层开采具有显著的重复开采和变方向传播的特征;随着工作面自上向下逐层布置回采,地表移动盆地具有向顶板侧扩展和下沉值不断累计的特点,最终形成一个整体的移动盆地。研究结果可为地表及岩层移动预测模型的建立提供依据,从而指导类似条件下煤炭资源的合理开发。     

固体废物膏体充填岩层控制的数值模拟研究

为确定充填体强度和承压水上充填开采的安全性，预测充填开采控制岩层活动的效果，结合现场地质条件，基于充填体的充填作用机理，采用数值模拟软件FLAC，研究了在上层煤未采和已采两种情况下，利用不同的充填体强度开采下层煤后的地表沉陷和顶底板弹塑性区分布，分析了充填开采时工作面矿压及顶板稳定性．研究结果表明：膏体充填开采可有效控制岩层移动，减少地表沉陷效果显著；充填体强度越高减沉效果越好，但大于1MPa后，地表沉陷变化趋缓．综合安全、经济等因素考虑，充填体强度1MPa即可保证安全开采．     

薄基岩浅埋旺采工作面覆岩运移特征研究

 为了掌握薄基岩浅埋旺格维利法回采工作面覆岩运移特征,以神东公司榆家梁煤矿42216旺采工作面为研究对象,通过理论计算和现场监测等技术手段,得到适合神东矿区自身特点的线性支架压力监测、顶板下沉和片帮观测和地表移动监测方案,提出薄基岩浅埋旺采工作面的极限悬顶面积的计算方法,结果表明,旺采工作面在开始回采时,顶板压力显现不明显,随着悬顶面积的增大,顶板压力极不稳定,压力时大时小,当直接顶经强制放顶或自然垮落后,顶板压力逐渐趋于稳定,随着短壁工作面向前推进,顶板压力呈现周期性特点;旺采工作面地表塌陷具有突然性、台阶状的特点。     

巨厚煤层开采覆岩含水层破坏模拟——以准东大井矿区为例

本文针对准东矿区巨厚煤层典型赋存特征,以大井矿区为研究对象,通过识别覆岩关键层及含水层,采用UDEC数值模拟方法,建立大井矿区巨厚煤层开采覆岩力学模型,对不同开采方法覆岩含水层破坏进行了模拟研究。结果表明:研究区覆岩关键层分为4层、覆岩含水层共2层;开采厚度相同时,大采高开采覆岩下沉量、裂隙带发育高度及开采对含水层的扰动影响均大于放顶煤开采;采高24m,推进长度为300m时,导水裂隙已发育至含水层Ⅱ;主关键层对覆岩位移、裂隙分布及开采对含水层的扰动影响起关键作用。     

大倾角煤层变角度综放工作面开采覆岩运移规律

大倾角煤层变角度综放工作面受倾角变化的影响,覆岩运移、矿压显现规律更为复杂。针对枣泉煤矿大倾角煤层120210变角度工作面综放开采条件,采用物理相似模拟实验和现场监测方法,对比研究了大倾角煤层变角度工作面和单一角度工作面综放开采覆岩运移规律。研究表明:120210工作面受不同倾角的影响,覆岩运移规律较单一角度工作面差异大,上部区域倾角26°,覆岩运移特征表现出倾斜煤层开采的特征,基本顶以"悬臂梁"结构形式发生破断运动,顶板平均压力23.7 MPa,分布均匀;下部区域倾角44°,覆岩运移特征表现为大倾角煤层开采特征,顶板垮落的矸石沿倾斜滑移充填采空区,顶板平均压力29.5 MPa,分布不均、变化范围大;中部区域过渡段覆岩运移既有倾斜煤层又有大倾角煤层开采特征,顶板平均压力27.15 MPa,分布较均匀,是两者转换的关键区域。根据工作面不同倾角区域覆岩运移、矿压显现特征提出大倾角煤层变角度综放工作面开采围岩控制原则,并依据此原则提出工作面分区域顶煤放出量控制方法。     

浅埋深长壁工作面覆岩结构及支架支护阻力研究

为了研究浅埋深长壁工作面上覆岩层所成结构形式,以典型浅埋深长壁工作面为背景,利用数值模拟和理论分析方法对浅埋深长壁工作面上覆岩层破坏特征进行研究,并对顶板所成结构形式进行了探讨,提出了浅埋深条件下支架工作阻力计算的新思路。研究结果表明在较快的推进速度下,浅埋深长壁工作面上覆岩层中仍然可以形成承载结构,此结构对工作面支架起到了保护作用,最后通过现场实测数据对所得结论进行了验证。对浅埋深长壁工作面顶板结构及支架支护强度确定提出了新的探索。