大采高采场上覆岩层运动规律的研究

应用"关键层"理论对宫地矿大采高采场上覆岩层结构进行了计算分析,确定了工作面覆岩层的主关键层和亚关键层,应用三维离散单元法软件3DEC建立应变模型对不同采高情况下覆岩层运动规律进行了研究。研究结果表明,随着工作面采高的增加,覆岩层的冒落空间、顶板离层量及碎胀系数增加,顶板断裂线明显前移。上述分析结果为大采高综采面围岩控制提供依据。     

采场上覆岩层离层位移确定方法及其应用

为了快速而准确的确定煤层回采过程中采场上覆岩层的离层位移,指导地面瓦斯抽采钻井防护工程的开展,结合地表沉降规律和组合关键层理论分析了采动影响下采场上覆岩层离层位移的产生原因,构建了一种计算采场上覆岩层离层位移量的经验计算方法,并通过数值模拟对计算方法进行了验证,同时将该方法应用到了晋城煤业集团成庄煤矿地面瓦斯抽采钻井工程试验中。结果表明:采场上覆岩层离层位移的大小由离层界面上下两组合关键层的沉降位移量之差决定,其沿采场倾向方向的分布规律,呈现采场中间最高、由采场中间向两端逐渐减小的变化规律,地面钻井的布井宜选择在采场沉降拐点与采场边界之间的区域。     

采场上覆岩层移动变形值计算

在下部采动煤层的顶板岩层内布置巷道，其位置选择与采场上覆岩层移动状况密切相关。依据煤矿地表移动计算公式和采场上覆岩层活动规律，建立采场上覆岩层移动变形概率积分法预计计算模型。根据最大下沉量、主要影响半径、拐点移动距等移动参数与埋深的关系，利用参数坐标系确定采场上覆岩层移动下沉计算公式。并结合实例进行岩层移动变形预计计算，计算结果与实际观测数据十分接近。     

关键层对条带开采减沉影响及采留宽稳定性分析

本文根据岱庄生建煤矿村庄下条带开采地表岩移实测资料,借助概率积分法和关键层理论,深入分析了采场上覆岩层中关键层对条带开采地表下沉影响的效果,得出该矿采用60m采宽、60m留宽的条带冒落法开采是非常稳妥的.     

采场上覆关键层破断角的力学推导和实验模拟

为研究采场上覆关键层破断角,基于弹性力学和岩体力学,建立采场上覆关键层破断的梁力学模型,推导得出关键层破断角的计算公式,并通过物理模拟实验进行公式合理性和可靠性的验证。结果表明:(1)理论计算关键层破断角的变化范围为57.5°~71.0°,实验模拟破断角为50°~70°,理论计算结果与实验模拟结果吻合较好,说明理论推导关键层破断角的计算公式具有较高合理性和可靠性;(2)关键层破断角公式说明,关键层破断角与关键层的内摩擦角、抗拉强度、容重、弹性模量、关键层厚度和上覆载荷层的弹性模量、容重和厚度有关。对某一采场覆岩,关键层破断角的变化主要受关键层自身厚度和载荷层厚度的影响;(3)关键层厚度与载荷层厚度比值h/h'1.5时,关键层破断角随h/h'的增大而减小,载荷层厚度变化对破断角的影响程度大于岩层厚度变化的影响;(4)当h/h'1.5时,载荷层厚度增大引起关键层破断角减小,关键层厚度增大引起关键层破断角减小,两者对关键层破断角的影响作用相同,关键层厚度变化对关键层破断角的影响程度大于载荷层厚度变化的影响;(5)当h/h'=4时,关键层厚度变化与载荷层厚度变化对破断角的影响程度相同。     

大采高采场关键层破裂对垮落带高度的影响

以某煤矿大采高采场为对象,分析其上覆岩层岩性,运用"关键层"理论推导出上覆岩层"关键层"的层位,并建立力学模型算出该矿关键层的断裂条件,分析关键层断裂对垮落带高度的影响。对类似地质条件的煤矿的开采具有借鉴价值。     

软岩岩层厚度、刚度和水平应力对关键层应力的影响

为了进一步研究采场上覆岩层的移动规律,对影响关键层上载荷分布的因素进行分析.采用FLAC如软件模拟了不同的软岩岩层厚度、刚度和水平应力对关键层上载荷峰值的影响.通过模拟,发现关键层上覆软岩岩层的厚度、层刚度和水平应力对关键层的载荷峰值都有影响,且不同的水平应力在关键层破断前后会产生不同的影响.在初次来压前,水平应力加速了采空区的上方关键层的破断,但延缓了煤壁前方关键层的破断.初次来压后对关键层的破断影响很小.通过此次研究可以对关键层的破断以及采场的周期来压进行预测,对于采场覆岩的控制具有一定的指导意义.     

采场围岩控制理论与实践

随着回采工作面机械化的进展,尤其是液压自移支架的使用,近20年来采场围岩控制从理论与实践两方面都取得了长足的进展,当然首先是实践的进展与需要不断地推动着理论研究及对客观事物认识的不断深化,回顾这20年我们在这方面的研究工作大致可以按以下的顺序及主题进行概括。1　由采场上覆岩层“砌体梁”结构力学模型到“关键层理论”研究众所周知,煤层开采后上覆岩层将形成结构,此结构的形态及其稳定性将直接影响到采场支架的受力大小、参数和性能,同时也将影响到开采后岩层运动的形态及地表坍陷形态的描述。因此,采场上覆岩层形成结构的特点…     

采动覆岩活动规律的非连续变形分析动态模拟

在现场观测的基础上，采用非连续变形分析（DDA），分别对初次来压前和周期来压前采场上覆岩层的变形、结构模式、形态与关键层等进行动态模拟。结果表明：DDA模拟显示了随着工作面的推进，上覆岩层变形、破裂、结构、运动的动态过程，模拟是可行的；初次来压前，上覆岩梁移动间步协调一致，且布置在梁中部咬合处下方的监测点1和2的垂直位移几乎相等，说明断裂岩梁在此处互相联锁咬合而取得平衡，从而形成了具有3个咬合点的“三咬拱”结构；周期来压前，各监测点垂直方向的位移、速度、加速度特性曲线形状极为相似，表明断裂岩梁在移动下沉过程中，同步协调一致，仍然处于联锁咬俣状态，且随着岩梁的下沉运动，位移与速度有趋于定值的趋势，说明岩梁形成了咬合岩梁结构；采场上覆岩层中的关键层在上履岩层活动的一某一阶段起主要承载作用。     

浅埋深厚积岩复合关键层作用下工作面围岩活动规律

在多关键层的复合效应作用下,工作面回采过程围岩应力和支架顶板受力具有特殊性。以昌汉沟矿为研究对象,对浅埋深厚积岩复合关键层作用下工作面围岩活动规律进行研究。通过关键层理论,确定工作面上方19 m处的细砂岩为亚关键层,工作面上方47.5 m处的粗砂岩为主关键层。采用RFPA数值模拟,对上覆岩层规律进行模拟,结果表明:亚关键层和主关键层控制工作面的上覆岩层运动,上覆岩层的破坏和移动特征总体表现为"两带"。通过对支架载荷监测得到:采场来压呈现出非均匀性周期变化,亚关键层破断引起小周期来压,主关键层破断引起大周期来压。     

覆岩结构对冲击矿压的影响及其微震监测

为了研究覆岩结构对冲击矿压的影响,以关键层理论为基础对某煤矿上覆岩层结构进行了划分,并利用微震监测技术对巨厚上覆岩层破断规律进行了分析,研究结果认为对上覆岩层可根据岩性、厚度不同划分成不同级别的关键层结构,这些结构初次破断形成的"O-X"型破断结构有主亚之分.大尺度的覆岩结构在破断过程中释放巨大能量形成矿震,是冲击矿压...     

浅埋煤层关键层研究

根据浅埋煤怪的特点，提出了覆岩全厚整体台阶切落的判断公式，补充了关键层理论在浅埋煤层应用中的判定准同。分析了不同覆岩岩层关键层的层位，指出地表厚松散层浅埋煤层覆岩中两层坚硬岩层均为关键层，为其长壁工作面来压剧烈的原因提出了供理论依据。     

薄基岩采场覆岩破断机理及风氧化带整体注浆加固技术

采用物理模拟、理论分析、现场实测等方法对厚松散含水层载荷传递作用下不同覆岩结构的采场覆岩运动规律、支架围岩关系及风氧化带整体注浆加固技术进行了研究。研究表明:采场覆岩仅有一层关键层时,随着工作面的回采,在松散含水层的载荷传递作用下覆岩大范围的垮落下沉作用于下方支架,支架受力较大,易发生压架事故;采场覆岩中有两层关键层时,垮落至高位关键层时形成"砌体梁"结构,该结构能将松散含水层传递的上覆冲积层载荷转移远离工作面支架,改善了液压支架受力状态;基于此,以顾北矿1512(3)工作面为例,针对松散含水单一关键层地质条件,从地面采用J型水平羽翼分支孔注浆方法对风氧化带进行整体注浆加固,人为的在采场上方构筑一层高位承载层,减缓了工作面来压时矿压显现程度,工作面安全开采,验证了研究结果的合理性。     

大采高采场覆岩结构特征及运动规律研究

运用关键层理论研究了采场覆岩结构特征及运动规律．结果表明：垮落带及断裂带高度与覆岩关键层的分布特征密切相关，大采高的垮落带及断裂带高度大于相同煤厚分层开采相应的高度，且随采高增大呈台阶状上升，此研究是大采高条件下采场矿压控制、地表塌陷评价的基础。     

厚煤层采场覆岩裂隙发育规律及高位钻孔参数优化研究

为了改善某矿现有高位钻孔瓦斯流量大、浓度小的情况,采用关键层理论和数值模拟相结合的方法,对该矿3207工作面覆岩"竖三带"进行了研究。研究表明:上覆岩层冒落带最高达15 m,裂隙带通过主关键层在整个基岩层发育,高位钻孔合理位置应在第二亚关键层之上。     

崩落法回采时顶板岩层崩落过程监测与分析

用崩落法回采倾斜矿体时顶板围岩的崩落过程是目前没有很好解决的问题。通过地质钻孔，采用电路连通判断法，对程潮铁矿采场顶板的崩落过程进行了监测。监测结果表明，顶板的崩落过程是非常复杂的，受到岩体质量、岩体中的弱面、初始地应力场、空区形状及松散充填体等的影响，而且具有明显的跳跃特征。在组成矿体顶板的各种岩层中，质量高的岩层是控制崩落过程的关键层。关键层较难崩落，但在崩落时具有突发性，会产生较大厚度岩层的突然垮塌。受主关键层的影响，在地表塌陷之前，有相当长一段时间不出现崩落或者崩落速度很慢。而当主关键层崩落后，表地会在较短的时间之内突然塌陷。研究结果表明，复杂岩层顶板的崩落过程及崩落时间的预测必须考虑岩层性质及其空间分布特点，其中，关键层的识别是非常重要的。     

周源山煤矿24采区上覆岩层关键层研究

结合周源山煤矿24采区上覆岩层实际情况,根据关键层强度和刚度理论判断了该煤矿关键层的位置及初次破断距,并且利用RFPA软件进行数值模拟分析,验证了理论计算的正确性,为煤矿开采提供开采参考依据。计算结果与该矿24采区已开采的工作面矿压显现及顶板下沉的实测结果大致相符。     

关键层对煤层群开采瓦斯卸压运移“三带” 范围的影响

采用相似模拟、数值模拟和理论分析的方法,就覆岩关键层对煤层群开采瓦斯卸压运移“三带”范围的影响进行深入研究。研究结果表明：覆岩导气裂隙带内是否存在关键层将对覆岩瓦斯卸压抽采范围起到十分明显的影响作用。在相同开采条件下,覆岩裂隙带内存在关键层时,该关键层的破断将引起导气裂隙带高度突增,其高度明显高于经验公式计算高度并止于该关键层上方另一层关键层之下;卸压解吸带高度止于覆岩中尚未发生破断且下方存在离层空间的关键层之下,其最大高度止于主关键层之下。