黄山铜镍矿采空区顶板冒落规律研究

黄山铜镍矿30#矿体开采过程中存在采空区与32#矿体采空区贯通并塌至地表的安全隐患。为掌握30#矿体开采过程中采空区顶板冒落规律,基于微震监测技术,进行台网布置优化和波速校正,形成符合该矿山实际需求的在线监测系统。分析微震事件时空演化规律,观察微震事件异常变化,圈定微震事件空间分布范围,得出顶板冒落规律。微震事件有向32#塌陷区不断发展的趋势,现场显现与观测结果相一致,为后续隐患治理提供基础。     

房柱式采空区下综采覆岩运动规律研究

从地表向采空区打213 m钻孔,并在指定不同层位安设5个岩层位移传感器,对房柱式采空区下综采的覆岩运动规律进行了实时动态监测。通过4个月的观测结果可以看出:2~#煤层房采采空区的顶板滞后于3~#煤层综采的顶板运动,并由下逐渐向上发展。2~#煤层上方6m的顶板滞后3~#煤层30d开始运动,且呈明显的垮落带特征。滞后40d后2#煤层顶板上方12m的顶板开始运动,呈现明显的弯曲下沉带特征。结合井下钻孔及窥视仪观测结果,得出房柱式采空区下综采工作面的垮落带高度为采高的2.5倍,弯曲影响范围为采高的15倍。     

采空区覆岩大跨倾斜厚板失稳特征分析

采空区覆岩大跨倾斜厚硬顶板失稳破断后可导致地表突然沉降、导水裂隙贯通,对下部采场冲击强烈,严重威胁采矿安全。以海孜煤矿为工程背景,采用理论分析、数值分析以及微震监测相结合的方法,探索了采空区覆岩大跨倾斜厚板结构失稳特征。建立力学模型,得到倾斜厚板发生破断时最大安全跨度的计算方法。根据UDEC数值模型以及微震监测结果,分析得到倾斜厚板破断的基本规律:即先在板中间位置底部发生拉张破裂,而后在两端形成剪切破裂区,且倾斜厚板的应力随着倾向长度的增加而增大,剪应力沿倾向呈对称分布在两侧达到最大值。     

基于微震监测技术的采空区周边巷道稳定性研究

运用微震监测技术对承德铜兴矿业下三中段采空区周边主巷道顶板裂缝区域进行监测,监测过程中有效预警了该区域发生的顶板冒落事件,通过对微震监测数据验证分析,可知监测区域内微震事件聚集程度以及微震事件数量变化、微震事件能量指数、岩体累积视体积与能量指数时间变化均可用于后续对承德铜兴矿业采空区周边巷道岩体稳定性分析与地压灾害危险预警的参考。     

浅埋近距离煤层工作面过上覆房柱采空区微震监测

采用微震监测技术,对浅埋近距离煤层群综采工作面过上覆房柱采空区过程中,房柱采空区煤柱卸压预爆影响范围、微震事件能量区域分布特征、工作面超前支撑压力影响范围进行了监测。     

微震监测系统在综采工作面过复杂地质条件时的应用

综采工作面在通过复杂地质条件时,顶板压力情况和工作面矿压显现较正常回采时有较大区别,给井下安全生产带来了较大隐患。KJ768微震监测系统具有动态、远距离、三维、实时监测的特点,可根据震源情况分析覆岩空间的破裂形态并对工作面不同区域划定冲击危险性等级,并通过前期的数据总结得出相应的微震事件数量和能量指标,以及时指导安全生产。石圪台煤矿在31201工作面回采期间上覆不规则房柱式采空区以及地表为沟谷地形,该类复杂地质条件给矿井安全生产带来了挑战,为此,采用KJ768微震监测系统对该工作面过复杂地质条件时的顶板压力及工作面矿压进行了监测,监测结果对于确保31201工作面的安全生产发挥了积极作用。     

煤矿上覆采空区爆破治理技术与效果评价

针对煤矿上覆采空区集中煤柱应力集中诱发下部工作面切顶造成支架压死这一科学问题,优化提出了井下钻孔爆破上覆采空区集中煤柱的治理方法,构建了集微震监测、岩层内部位移监测、地表裂缝与沉陷监测、矿压监测技术于一体的综合爆破治理效果评价方法。结果表明:与注浆治理法、缩短工作面法、地面钻孔爆破治理法相比,井下钻孔爆破治理法在技术经济比较中具有明显优势;煤矿上覆采空区爆破治理后微震事件数量(42个)和能量(1.21×106J)有显著增加、覆岩出现较为均匀的下沉、地表裂隙持续向前新增、来压步距正常,解除了过集中煤柱所造成的切顶压架风险,爆破治理保障了煤矿的安全生产。     

上覆采空区下工作面均压通风技术应用研究

四台矿为高瓦斯矿井,煤层均具有自燃倾向性,为容易自燃煤层,自燃等级为Ⅰ类,自然发火期为2~3个月。现开采14~#煤层,上覆12~#层采空区,本面采空区顶板随着后退式采煤推进,顶板逐渐垮落后与上覆采空区形成连通关系,由于四台矿为抽出式负压通风,上覆采空区内的有毒有害气体在抽出式负压通风的作用下,可能会顺着漏风通道由12~#层下泄进入14~#层工作面,造成重大安全隐患,所以在工作面回采时顶板初次垮落前及时启动局部均压系统。分析了均压防灭火技术原理,探讨了均压防灭火技术的优缺点,对类似矿井具有借鉴意义。     

微震监测系统在朱集矿首采工作面安全生产中的应用

为了实现对朱集矿首采面回采期间顶板的安全有效管理,从ESG公司引进一套矿山微震监测系统MMS(Microseismic Monitoring System),采取现场工业性试验的方法,对工作面上覆岩层的微震活动实施连续监测。结果表明:微震事件主要分布在顶板岩层中,煤层和底板事件很少,且事件主要位于工作面前方,工作面及其后方事件较少;微震事件的发生具有明显的周期性;首采面覆岩的裂隙主要分布区间为-840~-880m之间(距地表垂距);次要分布区间为-800~-840m、-880~-900m。以上试验结果为工作面覆岩动力灾害的预测及裂隙带的瓦斯抽采提供了依据。     

深井矸石充填综采工作面覆岩活动规律研究

以山东新巨龙煤矿1302N-1矸石充填综采工作面为工程背景,结合现场监测和数值模拟分析等手段对深井矸石充填综采工作面覆岩活动规律进行深入研究。结果表明:相比全部垮落法,深井矸石充填综采工作面采空区矸石能够有效支撑顶板,矸石支撑强度可达2.1MPa。工作面覆岩压力较小,最大为27.61MPa。矸石充填后,前方煤体和上覆岩层所受的采动影响减小,最大支承压力为3.42MPa,地表下沉系数为0.06。1302N-1综采工作面矸石充填高度为2.8m,上覆岩层断裂与来压特征不明显,仅监测到6次微震事件,能量都小于1 000 J,且多来自高位岩层。数值模拟表明:充填高度越高,覆岩塑性区范围越小,裂隙发育程度越低,覆岩下沉变形量越小。     

不稳定覆岩下沿空掘巷围岩大变形机理

为了掌握不稳定覆岩下沿空掘巷围岩大变形的机理,采用矿用钻孔窥视仪对不稳定覆岩下的沿空掘巷顶板岩层进行了钻孔摄像观测,提出了"基本测量尺度-裂隙条数法"钻孔裂隙统计方法,采用该方法对沿空掘巷顶板岩层中的裂隙进行了统计分析,并研究了裂隙分布及其演化规律。研究表明:纵向裂隙和横向裂隙为不稳定覆岩下沿空掘巷顶板岩层中2种基本的裂隙形式,其中纵向裂隙多分布于巷道上部顶板岩层中,而横向裂隙多出现在靠近采空区煤壁的顶板下部岩层中;随着上区段采空区上覆岩层稳定时间的延长,纵向裂隙逐渐演化成断裂带,横向裂隙逐渐演化成离层和径向错位,2种裂隙相互交叉延展极易形成异常破碎带;不稳定覆岩下沿空掘巷围岩大变形的根本原因是基本顶的断裂、回转和滑移,控制该类巷道围岩大变形的基本思路就是控制基本顶断裂后的关键块的回转和滑移。     

“两硬”条件下冲击地压微震信号特征及前兆识别

结合微震监测数据,对大同忻州窑矿8935“两硬”条件工作面回采过程中发生的冲击现象进行分析;从微震事件震源定位、能级与频次关系以及冲击前微震信号频谱演化规律等方面讨论了该工作面冲击地压机理及前兆信息特征。研究表明：8935工作面冲击地压为坚硬顶板破断诱发煤柱区域积聚能量的突然释放所致;冲击震源多在工作面超前50 m范围内沿采空区煤柱侧,且主要集中在坚硬顶板断裂后发生压缩、反弹的空间区域;冲击地压前微震事件频次、能量、微震信号 b 值及主频均呈下降趋势。冲击地压前微震频谱主要集中在5~60 Hz,微震主频急剧降低和幅值明显升高可视为冲击前兆特征之一。     

导水裂隙带发育高度的微震监测研究

基于井-地联合微震监测工作面导水裂隙带发育高度的监测成果,分析了微震事件的空间分布特征和在垂直方向的数量特征,并对微震事件的数量和空间分布特征与导水裂隙带发育高度的关系进行了研究;采用FLAC3D数值模拟技术,对比研究了导水裂隙带发育高度。研究结果表明:井-地联合微震监测具有较高的定位精度;微震事件的平面位置主要集中在采空区和回采巷道附近,垂直方向上主要集中在煤层顶板以上110m范围内,微震事件数量在顶板以上110m后急剧减少;数值模拟结果与微震监测结果基本吻合;研究成果为导水裂隙带发育高度的监测提供了新的方法。     

大采高工作面覆岩空间结构变化矿压显现规律研究

为研究工作面回采过程中，在经历不同的采空边界条件下，工作面不同覆岩空间结构变化及对矿压显现的影响，基于理论计算、微震监测、应力在线监测等方法，对母杜柴登煤矿30202工作面回采期间所形成的不同覆岩结构类型进行分析，得到不同覆岩空间结构下强矿压显现特征及危险区分布规律。研究结果表明：30202工作面回采过程中，先后经历“一面为自身采空区，三面为实体煤”到“两面为采空区，两面为实体煤”的边界条件，其覆岩空间结构相应的会经历“O”型、“O-S”型到“S”型覆岩结构转换和稳定的过程。工作面在“一面采空”条件下，回采过程中发生强矿压的危险性较小|工作面在经历“一面采空”到“两面采空”边界条件转变过程中，其临近已采工作面采空区侧及其端头煤发生强矿压的危险性较上一阶段明显增加|在“两面采空”条件下，本工作面高位岩层与相邻采空区上覆未回转下沉的高位岩梁容易产生连动，形成高位、跨度大的岩梁失稳，使得30202工作面回风巷侧在叠加应力影响下容易发生强矿压。研究结果可为工作面在不同开采条件下采场矿压特征分析、顶板控制和巷道支护设计提供一定借鉴。     

综放工作面上覆岩层变形破坏时空演化特征试验研究

采用相似模拟实验方法进行采空区工作面顶板垮落过程中上覆岩层变形破坏试验研究。以CCD相机构建实验图像数据采集系统,采用数字散斑相关方法对上覆岩层位移场和垮落角进行了分析,研究了上覆岩层垮落区域裂隙演化、位移演化及偏态特征。研究结果表明:工作面顶板垮落过程中上覆岩层垮落角角度随垮落区域形状不断变化,垮落高度逐渐减小直至平稳,垮落面积逐渐增大直至平稳;在竖直方向上,上覆岩层垮落带呈宽缓的W型沉降、裂隙带和弯曲下沉带呈V型沉降;在水平方向上,下部上覆岩层向两侧移动、上部岩层向中间移动,造成各岩层间发生摩擦滑动,并对两侧未开挖区域及煤柱产生弯矩作用;工作面顶板跨落后形成偏态,开切眼侧垮落角大于开采侧垮落角,并在开采侧形成岩移角,开切眼侧的下沉曲线较陡、工作面侧下沉曲线较缓。根据实际工程背景,计算了地表塌陷影响范围,为煤矿开采对上覆岩层影响范围和程度以及后续采空区治理等问题评估提供了必要依据。     

深部临空巨厚坚硬顶板断裂矿震规律及成因研究

为研究特厚煤层临空巨厚坚硬顶板断裂的矿震规律,以250105工作面实际工程地质及开采特征为研究背景,采用微震监测技术对矿震事件进行了定位和统计分析,得到了矿震事件多集中在工作面采空区侧及工作面前方0~100 m。同时,采用数值模拟,分析了不同开挖阶段工作面围岩的应力分布状态,得到了工作面前方20~90 m及靠近回风巷侧顶板岩层0~40 m均为应力高度集中区域。研究结果表明,250105工作面回采期间矿震事件主要集中分布在工作面前方及工作面临空侧,厚硬顶板的破断对矿震事件的诱发起主要控制作用。     

基于PCA法的岩体震源破坏面产状分析及工程应用

采用主成分分析法（Principal Component Analysis,PCA）快速获得因岩体破裂微震活动产生的破坏面产状信息,该方法分为空间主成分分析和时间主成分分析两部分。前者根据微震事件的定位,通过PCA法获取一个椭球体来描述定位事件簇的形状与聚集方向,根据椭球体的几何特征来获得破坏面的产状;后者将一个覆盖有固定数量事件的时间窗口在事件群上滑动,求得每个窗口代表的椭球体,将方向不同的椭球体进行分离,获得不同时刻的破坏面产状,从而得到破坏面的演化趋势。以柿竹园多金属矿一次特大爆破诱发的采空区上覆岩体滑移事故为例,根据监测的微震定位数据,利用上述方法分析得到破坏面倾向为NW319.26°,倾角为81.62°,且倾角逐渐减小,与实际测量结果相近。研究表明：PCA方法可以较好地应用于工程微震源的破裂面产状分析,可促进微震监测技术在工程监测中的应用。     

缓倾煤层采空区滑坡形成机制数值模拟研究

以贵州都匀马达岭滑坡为例,采用离散元方法,研究了缓倾煤层采空区滑坡的变形发展过程,提出了该类矿区滑坡防治建议。研究结果表明:采空区顶板塌陷导致上覆岩层弯曲-沉陷,地表产生沉降变形,同时采空区边界部位产生倾倒式拉裂,在地表形成深大拉裂;采空区上部岩体沉陷变形导致坡脚部位岩层往坡外剪切滑移;中部滑面沿变形后倾向坡外的层面和陡倾节理组合形成阶梯状滑面。滑坡形成机制可概括为由采空区顶板变形引发的阶梯状蠕滑—拉裂—剪切滑移式滑坡。缓倾煤层采空区滑坡的防治应从防止采空区顶板塌陷入手,通过回填矸石或加强顶板的永久支护来防治采空区上覆坡体的变形。     

神东矿区房采采空区下综采工作面动载矿压防治技术

神东矿区早期由于设备、回采工艺及历史原因等采用了房柱式开采。该工艺回采率低,遗留了大量煤柱,造成下层煤开采时矿压显现剧烈并存在有毒有害气体,严重影响采掘安全。鉴于此,阐述了房柱式采空区下综采工作面动载矿压的形成机理,可概括为3个阶段:1上覆房采煤柱受二次采动影响发生崩解破坏,顶板出现裂隙和弯曲下沉;2下分层综采工作面的破坏裂隙扩展至整个岩层;3上覆残留煤柱的回旋断裂与下分层综采工作面周期来压叠加,形成动载矿压。总结了安全掘进和回采的技术方案,主要包括3方面:1设计初期,合理布置采掘工作面位置;2回采时采用微震监测、矿压监测、地表裂隙与沉降观测的技术措施;3采用的工程措施主要有残留煤柱爆破、地表预裂技术及采空区充填。