云驾岭煤矿采动覆岩裂隙场分布特征模拟研究

为了研究云驾岭煤矿采动覆岩裂隙场分布及其演化规律,通过相似模拟试验和UDEC数值模拟方法探究了采动后上覆岩层的下沉曲线与裂隙场分布特征,计算覆岩离层率空间分布情况。结果表明：随着开挖工作的不断推进,采动覆岩裂隙场呈梯形分布特征,逐步向较高层位和推进方向发育,其中下部裂隙被压实,两端裂隙较为发育,整体上裂隙密度逐步减小,经历裂隙产生、扩展和压实三个阶段,而覆岩离层率先后经历“单峰”和“双峰”两个分布形态。采空区中部与煤壁后方和开切眼附近区域采动裂隙演化规律截然不同,采空区中部区域的采动裂隙随着垮落岩层被上覆岩层压实,采动裂隙逐渐减小,煤壁后方和开切眼附近区域,边界煤柱和垮落岩层形成三角形的采动裂隙区域。采动覆岩位移场影响区随着工作面推进向高层位和推进方向发育,开采初期呈现矩形分布,而后随工作面的推进,采动覆岩位移场影响区则呈现梯形分布,中部的位移矢量箭头垂直于底板,开切眼和工作面端位移矢量分别呈逆时针和顺时针偏转。     

浅埋煤层群重复采动覆岩运移及裂隙演化规律研究北大核心

为了准确掌握单一煤层和煤层群开采覆岩裂隙演化规律及分布形态特征,通过物理相似模拟实验、现场钻孔勘探、理论计算等方法分析煤层开采过程中覆岩运移破断特征及采动裂隙的分布形态。结果表明:在重复采动条件下,覆岩出现离层裂隙和纵向裂隙并伴随超前裂隙的产生,形成“采空区-工作面”和“采空区-采空区-工作面”结构时,覆岩裂隙经历产生、扩张、闭合、再产生、贯通、再闭合等6个动态循环变化阶段;煤层群在一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次及多次采动下,覆岩受上覆载荷作用,裂隙区向工作面两侧煤柱扩展,上煤层受本煤层边界煤柱和下煤层开采形成的“悬臂岩梁”支撑影响,使工作面两侧裂隙明显高于工作面中部,覆岩形成“M”形裂隙分布形态;覆岩受采动影响产生周期性破断,以单岩层或多岩层同时产生变形、运移、破断垮落,由此可见,覆岩中存在控制上部岩层的硬岩层和其控制岩层以组合梁的形式同步运移、破断。根据覆岩破断特征建立了基于Winkler弹性地基煤层群重复采动覆岩破断特征的组合岩梁力学模型,由模型计算得到覆岩裂隙演化高度和相似模拟实验及现场所测高度相近,由此表明,该模型可作为浅埋煤层群重复采动覆岩裂隙演化高度计算的依据。     

覆岩裂隙演化的RFPA数值模拟研究

煤体采动导致煤层原始平衡应力发生变化,引起工作面前方支撑压力发生变化,使其上覆岩层发生失稳变形,形成采动应力分布的不同影响区。通过RFPA数值模拟软件,对工作面推进过程中覆岩裂隙动态演化规律进行模拟,得出覆岩随工作面推进的垮落高度及来压步距,同时得到采动影响下煤层底板应力变化与横三区及支撑压力峰值的变化规律。     

赵各庄矿深部大倾角综放工作面裂隙场的相似模拟研究

针对赵各庄矿3237综放工作面,深部大倾角工作面瓦斯与煤层自燃综合防治中的裂隙场演化特征相似模拟,表明:上覆岩层在采动影响下会产生大量的离层和断裂裂隙;上覆煤岩层上的应力是动态变化的。提出了瓦斯的聚集区和瓦斯的运移规律。     

前和矿10号煤层上覆岩层采动裂隙分布规律研究

根据矿上资料,结合10号煤层现场条件,通过理论分析的方法,研究了其上覆岩层采动裂隙场的演化规律、分布形态及范围,为上邻近层的采动卸压瓦斯抽采的提供理论基础,对瓦斯抽采钻孔或巷道的布置及参数选择具有重要的指导作用。     

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。     

关键层结构对保护层卸压开采效应影响分析

由于保护层卸压开采,导致覆岩结构的运动,致使上覆煤层变形,产生卸压效应,改变被卸压煤层的透气特性,为卸压瓦斯抽采创造有利条件.采用RFPA2D-Flow数值模拟软件,分析了上覆煤岩层采动裂隙演化、卸压煤层采动应力及位移分布、瓦斯参数变化等规律,结果表明:1)下保护层开采引起的上覆煤岩层采动裂隙集中分布在采场两端部,并呈竖向偏采空区方向发育,离层裂隙发育至被卸压煤层上方;2)开切眼和停采线附近区域顶板裂隙明显发育,卸压开采导致上覆煤层产生膨胀变形,透气性明显增加;3)由于被卸压煤层和保护层之间关键层结构的力学效应,使被卸压煤层透气系数增加幅度不显著,导致抽采孔瓦斯压力降低速度放缓.无关键层结构时,采动影响区内抽采孔瓦斯压力降低较快.     

高瓦斯多煤层大采高工作面覆岩裂隙演化规律研究

高瓦斯多煤层矿井运用大采高技术以实现矿井高产高效,开采工艺不同导致工作面瓦斯涌出规律的变化。以沁水煤田15#煤层大采高工作面煤层赋存条件和覆岩分布特征为背景开展采动覆岩裂隙演化规律研究,运用UDEC数值模拟大采高工作面在不同推进距离时覆岩裂隙形态发育及位移量,并提出基于示踪原理的实测覆岩裂隙发育规律的验证方法。研究表明:大采高工作面推进至120m时,煤层上覆岩层裂隙极限发育高度为65m,大采高工作面上邻近层8#煤层处于采动卸压范围,示踪气体法现场测试数据验证了数值模拟的准确性。由于大采高工作面覆岩裂隙发育范围扩展至上邻近层8#煤层,所以工作面回采过程中应增加上邻近层瓦斯抽采工艺。     

隔水层裂隙演变机理与过程研究

以神东矿区浅埋煤层采矿地质条件为例,研究采动覆岩中软弱隔水岩层裂隙演变的力学机理与规律.在分析浅埋煤层薄基岩顶部风化带岩层的隔水性和覆岩裂隙发育规律基础上,建立平板力学模型,采用薄板理论中的差分法,应用应变分析原理,结合下伏垮冒岩层的弹性地基特性,研究了薄基岩浅埋煤层长壁工作面覆岩活动规律和软弱隔水层板的裂隙演化机理及...     

厚煤层分层开采覆岩破坏与变形规律的试验研究

为了研究离石矿区上覆松软结构的厚煤层分层采动下裂隙分布及演化规律,采用工程地质力学模型试验的手段,分析研究了分层开采条件下,覆岩裂隙发育的工程地质力学机理及控制因素;揭示了采动影响下覆岩裂隙是至下而上呈梯形分布的破坏与变形规律。在第一层回采完的导水裂隙发育高度为40m,第二层回采完时裂隙贯通整个覆岩层。为工程实践和采矿安全提供理论依据。     

三软厚煤层综采工作面采动应力分布规律研究

由于采动应力会导致煤层顶板垮断冒顶、巷道底鼓以及冲击矿压和煤与瓦斯突出发生,因此采用现场应力测试和数值模拟相结合的方法,研究了焦家寨煤矿三软厚煤层综采面采动应力分布规律,结果表明：距离工作面0—12 m为超前支承压力降低区、12—40 m为增高区、40 m以外为稳定区,应力集中系数为1.4-1.7;侧向支承压力在0—14 m形成应力降低区,在14—36 m形成应力增高区,36 m以外进入应力稳定区。     

碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式

碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎软低渗煤层的煤层气顶板岩层水平井分段压裂高效抽采模式,揭示了该模式下水力压裂裂缝的扩展延伸规律及控制机理,构建了该模式实施的主要工艺流程。研究结果表明:顶板岩层相对脆性、裂缝扩展压力较高,碎软煤层相对塑性、裂缝扩展压力低。在顶板岩层水平井进行套管射孔和水力压裂,顶板岩层中产生的压裂裂缝,在垂向上向下扩展伸延并穿入碎软煤层;同时在水平方向上也快速扩展延伸,由此产生的牵引作用撕裂下部碎软煤层形成较长的压裂裂缝。数值模拟结果显示,在给定的压裂施工参数条件下,顶板岩层中压裂在碎软煤层中形成的压裂裂缝长度,是直接在碎软煤层中压裂形成的压裂裂缝长度的6.7倍。碎软煤层和顶板岩层中形成的这些压裂裂缝在后续加砂压裂过程中被充填,成为煤层气从下部煤层向顶板岩层水平井运移的导流通道。显然,采用这种抽采模式,碎软低渗煤层可以获得良好的压裂改造效果。研究成果应用于淮北矿区芦岭煤矿煤层气顶板岩层水平井抽采示范工程,取得了很好的产气效果,水平井单井曾连续3,6,12个月平均日产气量分别为10 358,9 039,7 921 m3,截至2017-11-16,已累计产气500万m3,日产气量仍在3 200 m3以上,创造了我国碎软低渗煤层的煤层气水平井气产量的新记录。     

“三软”富水煤层条件下综采工作面开采技术研究

"三软"(顶板软、底板软、煤层软)煤层开采技术是煤炭开采过程中遇到的难题之一,文章以神华宁夏煤业集团清水营煤矿为背景,结合该矿特有的"三软"富水煤层条件,介绍了综采工作面回采中的几项关键技术。通过实践研究,采用疏放水、混凝土硬化巷道底板、工作面留顶底煤控制开采层位、施工泄水巷、超前顶板支护方式和顶板挂网等措施,有效控制了巷道底鼓、顶板下沉、顶板淋水、底板泥化和顶板冒落等问题,保证了工作面安全高效回采。     

“三软”煤层综放工作面矿压显现特征分析

通过对工作面围岩活动规律、支架与围岩力学关系的理论分析,以及工作面矿压观测,分析了"三软"煤层综放工作面矿压显现规律与特征,指导解决了"三软"煤层综采放顶煤生产中存在的实际问题。     

龙口矿区易自燃煤层综合治理技术

针对三软地层易自燃煤层在煤巷掘进、工作面回采、工作面撤面过程中及工作面撤出后的采空区中等的漏风裂隙发育、漏风通道繁杂、漏风途径隐蔽、防火难度大、火灾事故频发等状况,进行了研究和探索,并在总结以往火灾事故教训的基础上,采取了具有针对性的综合治理对策,从根本上遏制了往年火灾事故多发、经济损失惨重、负面影响大的势头,取得了连续数年消灭高温火点和一氧化碳超限的显著成效.     

矿井开采对煤层顶底板影响研究

为了研究矿井开采对煤层顶底板的影响,采用理论分析的方法,分析了矿井开采对煤层顶板的影响、矿井开采对煤层底板的影响,首先研究了矿井开采对顶板影响范围、计算了首采层开采对上覆岩层的塌陷范围;然后,研究了矿井开采对底板破坏范围,以新田煤矿4号煤层工作面为例,研究得出:采空区对上覆岩层影响形成的塌陷盆地最大边缘为采空区外9.748 m;1401工作面回采对底板最大破坏深度71 m。研究为类似工程条件的开采对煤层顶底板影响范围提供理论依据。     

郑州矿区“三软”煤层锚网支护技术研究与应用

针对郑州矿区“三软”煤层煤巷支护技术难题,阐释了“三软”煤层的赋存特征和形成原因,分析了三软煤巷支护失稳因素,并基于组合拱梁原理揭示了锚杆支护的作用机理,提出煤层锚固性能、锚杆预紧力、护表强度、快速安装工艺和及时支护是“三软”煤层锚网支护的关键技术。在此基础上,结合超化煤矿22011A运输巷地质条件,进行三软特厚煤层锚网支护技术设计,现场试验结果表明：该巷道从掘进开始到回采结束,巷道顶板离层浅基点和深基点下沉量最大值分别为48mm和52mm,顶底板和两帮相对移近量值最大值分别为372mm和310mm,有效保证了巷道的支护断面,支护效果良好。     

近距离薄煤层综采覆岩移动及其与支架相互作用关系研究

文章以落陵煤矿近距薄煤层18上开采设计为背景,在总结该井地层特征和开采历史条件的基础上,通过相似模拟实验,对18上煤层开采过程中的矿压显现特征、覆岩移动规律进行了分析,研究了综采支架与围岩相互作用关系以及初期来压和周期来压后工作面附近顶板破断情况;通过FLAC3D数值模拟,讨论了薄煤层开采过程中顶、底板支承压力分布规律,并验证了相似材料模拟实验结果。     

极近距离下位煤层回采巷道优化布置研究

基于FLAC3D数值模拟方法,对某矿上位3号煤层开采时对底板(下位4号煤层顶板)的影响进行了数值模拟计算,并进一步对下位4号煤层回采巷道的不同位置进行了模拟分析,最终确定了回采巷道的布置方式及合理错距.研究结果表明:3号煤层的开采严重破坏了两煤层之间岩层的完整性,并对4号煤层回采巷道的布置产生较大影响,综合考虑应力分布特征、顶板下沉位移量、破坏区分布及支护方式,最终确定巷道采用外错式布置,巷道的外错距离为16～20 m较为合适,经现场实践检验,能够满足现场支护要求,取得了较好的支护效果.研究结果对于我国极近距离煤层开采具有重要的参考价值.     

“三软”厚煤层下行开采矿压显现规律相似模拟研究

为了研究"三软"煤层下行开采过程中的矿压显现规律,采用相似模拟的研究方法,以淮南矿业集团谢一矿5111B11b工作面的实际开采情况为研究背景,以实验室测得的煤层及围岩物理力学参数为基础,在实验室模拟下行开采"三软"厚煤层,得出了"三软"厚煤层开采上覆岩层移动特征和矿压规律。