采空区下近距离下煤层覆岩结构及支架载荷分析

针对采空区下近距离下层煤工作面覆岩结构复杂、支架载荷难以确定的难题，根据下层煤垮落带高度与层间岩层之间的关系，将下层煤覆岩结构分为3种类型，即：“散体+块体”结构、“散体+砌体梁+块体”结构和“块体+散体+块体”结构模型。针对不同类型的覆岩结构，对支架与围岩的力学关系进行分析，确定了支架受力力源，并据此提出了不同覆岩结构下工作面支架工作阻力的计算方法，并给出了相应的计算公式。通过石圪台煤矿12402工作面开采的实践，验证了支架阻力计算公式的可靠性。     

浅埋煤层群大采高采场初次来压顶板结构及支架载荷研究

以陕北榆神矿区浅埋近距离煤层群下行开采为背景,通过物理模拟研究了下煤层工作面初次来压的顶板结构特征。近距离煤层下煤层开采时,间隔岩层顶板一般具有单一关键层,顶板初次破断形成"非对称三铰拱结构",结构上的载荷层为上煤层采空区垮落顶板。上煤层垮落顶板结构在下煤层采动后活化,与下煤层三铰拱结构共同形成"非对称三铰拱梁与拱壳载荷结构"。通过建立浅埋煤层群下煤层关键层固支梁力学模型,修正了基本顶极限垮距计算公式,确定了下煤层顶板结构块的参数。建立了煤层群下煤层开采初次来压的支架载荷计算模型,揭示了工作面顶板动压机理。基于动静载荷作用,提出了初次来压的合理支架工作阻力确定方法,为浅埋近距离煤层群开采的顶板初次来压控制提供了理论依据。     

采空区下近距离煤层综采工作面支架载荷分析

基于采空区下近距离煤层采高和顶板岩层结构,按照支架的力源将采空区下近距离煤层开采时顶板分为"直接顶岩层+垮落带岩层"、"直接顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层"、"直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层"、"直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层"4种类型。针对不同类型顶板结构,运用相应的力学模型分析其支架-围岩关系,计算采空区下近距离煤层工作面载荷,确定支架的工作阻力,给出定量的计算公式。     

近距离煤层下层煤顶板结构力学分析

根据近距离煤层下层煤开采的顶板结构条件,分析具体的上覆岩层层面构成。在"关键层"理论的基础上,拓展了多层覆岩的力学模型。运用相关理论,对上层煤跨落顶板岩层、下层煤老顶关键层结构的稳定性进行了力学分析,揭示了上层煤跨落老顶与下层煤老顶关键层的相互关系决定了支承力的大小。而随着工作面的不断推进,两层顶板力学关系的变化,是造成工作面顶板支承压力不均的主要原因。     

近距离煤层顶板稳定性分类研究

为实现近距离煤层巷道顶板的稳定性分类,首先根据近距离煤层下开采顶板岩层的结构特点构建"散体—块体"力学模型,分析其顶板围岩破坏机理;然后用层次分析法对影响顶板稳定性的不同因素指标进行权重分析,将顶板划分为三类;最后经各钻孔顶板稳定性计算绘制出各煤层顶板稳定性分区图。     

近距离煤层采空区下工作面矿压显现规律研究

针对近距离煤层采空区下开采采场矿压控制问题,根据某煤矿地质条件及工作面布置方式,采用物理相似模拟与现场实测相结合的研究方法,总结了近距离煤层上煤层开采完毕后,采空区下工作面回采过程中矿压显现规律,进一步分析了采空区下采场覆岩运动规律;由于上煤层开采造成上覆岩层垮落,老顶岩层完整性受到破坏,采空区下煤层开采时,工作面采场覆岩构成"块体-散体-块体"的复合老顶结构,从而使工作面开采过程中形成"小-大初次来压及周期来压"的矿压显现规律.     

近距离煤层群开采覆岩结构及围岩稳定性研究

依据东曲煤矿2号煤层和4号煤层近距离赋存特点,结合东曲煤矿4号煤层14214工作面的生产技术条件,采用理论分析和UDEC数值计算的方法,对东曲煤矿近距离煤层群开采覆岩结构及围岩稳定性控制问题进行了分析探讨。结果表明:受上层2号煤层采动影响,4号煤层14214工作面开采时直接顶板节理裂隙发育充分,呈块体结构,其上为2号煤层开采后垮落的散体矸石,而呈规则垮落的2号煤层中砂岩上位顶板呈"拱式"结构;"拱式"结构周期性的再次失稳使工作面产生来压增载现象,但失稳来压步距小、强度低,动载特征不明显,表现为较大的静载荷作用;提高工作面液压支架初撑力能有效抑制直接顶板裂隙的进一步扩展;采用煤层及顶板预注浆可对煤壁片帮及端面冒顶起到良好的控制作用。     

近距离煤层群下组煤开采工作面支护参数及顶板控制研究

以东曲煤矿4#煤层14214工作面生产为例,针对2#煤层和4#煤层近距离赋存特点,理论分析了2#煤层开采底板岩层破坏深度,对4#煤层开采顶板岩层赋存状态进行了研究,确定了工作面液压支架的支护参数,提出了近距离煤层群下组煤开采破碎顶板注浆控制技术。     

近距离煤层下层煤首采面矿压显现规律研究

文章以谢桥煤矿近距离煤层下层煤13116首采工作面为例,通过对近距离煤层开采过程中,工作面及上下顺槽的矿压观测,分析了近距离下部煤层的矿压显现特征、顶板运移规律、液压支架的性能和对该煤层顶底板的适应性及控制效果.并利用工作面的现场观测数据,进行数据拟合,对初次来压和周期来压期间支架载荷特征、工作面顺槽超前支承压力分布规律等进行了较为系统的分析,为后期开采上部8#煤层积累了经验.     

近距离煤层开采矿压规律和布置方式研究

为了探究近距离煤层同采时上煤层对下煤层的影响,以芦沟煤矿平均间距5.32 m的10号和11号两近距离煤层为研究对象,基于错距理论和采场岩层断裂运移规律,建立了底板受力模型,对上煤层回采后地板应力分布、破坏范围和合理的布置方式、错距进行了研究。结果表明:上煤层工作面采场的稳压区内顶板稳定,没有冲击动压作用,安全性好,是合理的布置位置。在上煤层开采超前支撑压力和支架支撑作用下,下层煤工作面前方产生集中应力,使得煤层和顶板发生裂隙的扩展和联合,最终发生破坏。10号煤开采时,对底板的扰动破坏长度为40.95 m,破坏最大深度为10.97 m,即工作面布置错距应该大于40.95 m。现场工程应用,两工作面错距为42 m,实测得到液压支架载荷均衡,矿压显现缓和,说明布置合理。     

极近距离煤层下煤层回采巷道内错布置合理错距的研究

通过理论计算和数值计算方法研究了某煤矿极近距离煤层上煤层回采后下煤层回采巷道内错式布置的合理错距,通过理论计算确定该矿下煤层回采巷道内错式布置的合理错距为大于6.31m;运用数值计算分析上煤层回采后下煤层顶板应力分布规律及下煤层回采巷道内错布置在不同位置时巷道的受力情况。确定了该矿下煤层回采巷道内错式布置的合理错距为大于等于6m。     

预应力顶板结构理论在极近距离煤层支护中的应用

分析了大同矿区侏罗纪极近距离煤层开采下的支护现状,通过应用极近距离煤层支护理念及预应力顶板结构理论分析,确定了采用钢岩组合结构对巷道的支护形式及支护参数。实践证明,支护效果良好,能够有效地控制近距离煤层多层采空区巷道的围岩变形,便于掘进机机械的施工,降低了支护成本,减少巷道挖掘量,得到广泛应用。     

多煤层上覆破断顶板群结构演化及其对下煤层开采的影响

采用理论分析、数值模拟和现场监测等方法,首先建立多煤层破断顶板群结构演化模型,推演不同煤层开采时破断顶板群发育扩展高度,获得了“遗留煤柱-破断顶板群结构”共同作用下工作面支护强度计算公式;其次通过数值模拟揭示了破断顶板群结构发育扩展规律;最后进行现场监测验证。结果表明：侏罗系煤层群间距较小,间隔岩层极易破断,易与上层煤已垮落和破断的顶板结构连接,形成破断顶板群结构;虽然石炭系与侏罗系煤层间距较大,但侏罗系煤层破断顶板群岩层重量通过遗留煤柱向下传递,并与石炭系煤层破断顶板共同作用于工作面支架上,致使石炭系煤层工作面支架压力显著增大。本研究有效解释了多煤层开采时下煤层发生强矿压的原因,为大同矿区及类似矿井多煤层开采围岩控制提供了依据。     

近距离煤层刀柱采空区下长壁采场顶板结构稳定性研究

近距离煤层的上部煤层采用刀柱采煤法回采后,下部煤层采用长壁采煤法进行回采。对于近距离煤层,随着煤层间距离的减小,上下煤层间开采的相互影响加大。通过对上部煤层残留煤柱破坏特征的数值分析,并对下部煤层工作面顶板稳定性的研究,得出了下部煤层回采工作面顶板结构的稳定性特征。     

不同煤层掘进工作面瞬变电磁法探测应用研究

煤矿井下瞬变电磁法成为煤矿井下超前探测工作的重要手段，在矿井水害预测预报上发挥着很大的作用。随着矿井上组煤层资源的逐渐枯竭，煤矿开采资源逐渐延伸向下组煤层。同一井田范围内同煤层及其顶底板的岩性特征一般相差不大，瞬变电磁法在同煤层施工过程中接收到的物理背景场较为接近；而不同煤层及其顶底板岩性特征通常会有较大的差别，瞬变电磁法在不同煤层施工过程中会接收到差别较大的物理背景场。当矿井存在多煤层开采时，通过大量数据研究瞬变电磁法在不同煤层巷道探测中的响应特征规律，分析并掌握不同煤层条件对瞬变电磁法探测结果的影响，能够提高瞬变电磁法在多煤层探测成果的准确性。     

复杂地质条件下极近距离煤层一次采全高可行性研究

本文以淮北矿业集团袁店一矿82采区极近距离煤层为研究对象,通过理论计算分析煤层及夹矸临界厚度,结果表明该采区极近距离煤层满足放顶煤开采条件。通过岩石力学试验及钻孔勘探分析下煤层顶板力学性质及完整性,表明下煤层顶板为软弱破碎岩层。借助离散元数值模拟软件3DEC模拟沿下煤层回采,分析上覆顶板及顶煤的冒放性,结果表明顶煤冒放性良好。此外通过分析煤层自燃危险性、煤与瓦斯突出危险性等因素,均表明该采区极近距离煤层具备放顶煤开采的条件。     

极近距离煤层下位煤层回采巷道合理位置的探讨研究

基于极近距离煤层开采条件,应用弹塑性理论及弹性力学理论分别对上位煤层开采后对底板的屈服破坏深度及残留煤柱在底板的应力分布情况进行力学分析计算。通过对煤层塑性煤柱临界宽度的计算,确定上位残留煤柱的稳定性,其在底板的非均布应力对下位回采巷道的合理布置至关重要。经过综合分析确定出下位回采巷道合理的内错距,此方法可为极近距离煤层开采回采巷道的合理位置的确定提供一定的参考。     

范各庄矿近距离煤层上行开采矿压显现规律与可行性研究

以开滦集团范各庄煤矿近距离煤层的上行开采为背景,综合运用数值模拟、经验类比、概率积分等方法,研究5号煤层和7号煤层上行开采过程中矿压显现和岩层移动规律,分析了近距离煤层间相互影响作用,并对上行开采的可行性进行了评估。研究表明:7号煤层开采过程中,采空区上方出现应力卸压区,顶板下沉量不断增大形成顶板下沉区,5号煤层受7号煤层采动影响下沉3.1m;与7号煤层开采相比,5号煤层开采过程中顶板应力卸压区范围和顶板下沉量都有所增加,且7号煤层采空区边界应力集中出现向5号煤层采空区边界转移的现象;上层煤层处于下层煤层垮落带上方15m以外,处于导水裂隙带的上位岩层平衡区域,具备上行开采的条件。在研究结果的基础上给出5号煤层2551N工作面合理的布置方案,具有一定的理论意义和工程价值。     

极近距煤层矿压显现强度的间距影响规律研究

为分析浅埋近距煤层下工作面在通过上层采空区和遗留煤柱时矿压显现机理,合理确定支架支护阻力,对浅埋深、近距条件下煤层开采矿压显现强度变化规律与工作面支架阻力确定问题进行了探讨。结果表明:随着层间距的增大,支架阻力逐渐减小;当层间距小于15 m时,层间距变化对该工作面矿压显现变化影响较大;当层间距大于15 m时,层间距变化对该工作面的矿压显现变化影响较小。在采空区、煤柱与实体煤层下矿压显现呈现不同规律:采空区下来压步距9.8 m,最大工作阻力10 920 k N,动载系数1.3;煤柱下来压步距10.8 m,最大工作阻力11 065 k N,动载系数1.35;实体煤下来压步距12.2 m,最大工作阻力10 742 k N,动载系数1.39。     

岩溶条件下浅埋近距离煤层开采的数值模拟研究

为研究岩溶条件下煤层开采的采动影响,基于贵州毕节青龙煤矿的地质条件,建立包含岩溶结构的开采模型,模拟研究开采扰动、开采速度、开采方向等因素的影响。研究表明:岩溶结构造成顶板应力突变,突变位置在岩溶与非岩溶边界区域较为明显;岩溶结构正下方煤层内垂直应力相对较小,但外围可能较大,应在到达岩溶结构正下方以前做好防灾准备;浅埋近距离上保护层开采对下部被保护层有较好的卸压效果,但增透效果较为有限;适当提高开采速度有助于缓解顶板的高应力状态,但也会造成下部被保护层增透效果减弱;下部煤层采用与上部煤层相同的开采方向时,安全性相对更高。