综放开采下厚表土层移动规律研究

为研究厚表土层在综放开采条件下的移动规律,在长治矿区高河矿W1303工作面建立了地表岩移测站。通过对实测数据的分析得出了最大下沉点位于采空区上部Z29,Z30,Z32测点,并得出了一系列上覆岩层的移动角参数。通过理论分析,得出在综放开采条件下上覆岩层的移动变形表现形式分为前期和后期两种。同时得出影响上覆岩层移动的主要因素有上覆岩层岩性、关键层的位置及作用、开采尺寸、工作面推进速度及顶板管理情况等。并结合FLAC3D数值模拟软件分别模拟了表土层厚度为140、190、240 m在回采过程中的地表移动规律,得出了表土层厚度为190 m与实际地表层厚度为189.43 m的移动规律相符。因此针对厚表土层在综放开采条件下的岩层移动规律的研究可为长治矿区矿井建设提供一定的参考价值。     

水体下采空区覆岩移动规律相似模拟实验研究

该文以新安矿区小浪底水库南岸王家沟一带采空区为原型,进行室内相似模拟实验研究,通过在模拟岩层及地表设置位移观测点,获取不同推进距离引起的岩层变形值与移动值,进而绘制采空区上覆岩层移动与变形曲线,实验再现了不同推进距离引起地表变形下沉的全过程,掌握了水体浸入作用下采煤后岩层移动及地表下沉的规律,提出了地表下沉最大值点偏向于开切眼。     

矸石整体置换“三下”煤柱后关键层移动与等价采高的关系及其移动特征

针对矸石整体置换三下煤柱引起的岩层移动问题,根据等价采高概念与关键层下沉特征,采用正交试验和FLAC软件对16个方案进行了方案设计和数值计算,得到了不同方案的岩层下沉及等价采高的计算结果,分析了多因素与等价采高和关键层下沉的关系,并拟合出各自的回归方程。根据数值计算结果,分析了单个因素对等价采高和岩层移动的影响,得到了不同条件下等价采高和顶板下沉的变化曲线。分析了不同关键层的计算参数所引起的岩层移动曲线与特征。结果表明,越靠近煤层、厚度越大、强度越高的关键层对于最大限度地控制岩层移动具有越重要的积极作用,而关键层的层位则为关键性因素;另外,采空区顶板下沉规律与关键层下沉规律并不相同。     

厚松散层开采条件下地表沉陷数值模拟分析

在厚松散层开采条件下,地表移动变形有自身的特点和变形规律。根据巨厚松散层下矿区的地质采矿条件,采用FLAC3D程序数值模拟软件,得到了100~350m不同厚松散层厚度条件下岩层垂直位移云图及地表下沉曲线。探讨了地表最大下沉值W、下沉系数q与松散层厚度之间的关系,分析了厚松散层开采条件下地表移动变形的特殊规律,并从岩层与地表移动变形机理方面进行了解释,进而得到了特定矿区厚松散层开采条件下沉陷规律。     

基于关键层理论的地表沉陷规律研究

为研究关键层的变形与破断对上覆岩层移动及地表沉降的影响,以某矿区煤层回采引起地表沉降为例,通过刚度及强度条件判断了关键层及亚关键层位置。采用FLAC3D数值模拟实验分析回采过程中的关键层变形、破断与地表沉陷之间的时空关系。     

王河矿矸石充填岩层移动特征规律研究

为了研究王河矿回采工作面在矸石充填过程中岩层及地表的移动特征规律,根据工作面上下覆岩力学性能和充填体力学性能等参数,运用岩石破裂过程分析软件RFPA,对不同强度充填体全部充填和部分充填条件下的覆岩运动、关键层弯曲下沉及地表变形特征进行数值模拟,数值模拟的结果可为采空区充填方案的选取提供参考。     

基于关键层控制的部分充填采煤技术

建筑物(村庄)下压煤开采一直是困扰我国煤矿的重大技术难题。针对充填采煤技术面临的难点与挑战,结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发了基于关键层控制的部分充填采煤技术。研究揭示了覆岩关键层对地表沉陷控制机理;建立了基于关键层控制的地表沉陷控制模型及部分充填采煤的设计方法;研发了采空区条带(墩柱)充填、冒落区嗣后充填和覆岩隔离注浆充填等部分充填采煤技术,已在淮北、淄博、阳泉、皖北等矿区10余对矿井的40余个工作面成功应用。部分充填采煤技术充分利用了覆岩结构的自承载能力,减少了充填工作量、降低了充填成本,是高效低成本的建筑物压煤充填开采技术。     

基于UDEC的浅埋煤层表土层与主关键层对地表沉陷的耦合效应分析

开采沉陷预计是矿山开采沉陷学科的核心内容之一。开采沉陷的预计,对建筑物和生态环境的保护有重要意义。利用UDEC软件对典型的浅埋煤层工作面进行了模拟研究,通过建立的4个模型对浅埋煤层表土层与主关键层对地表沉陷的耦合作用进行分析得出,在表土层很薄或覆岩中有很厚、很硬的关键层的条件下,地表沉陷的预计必须考虑表土层与主关键层的耦合效应。     

深部开采覆岩关键层对地表沉陷的影响

通过工程实例和数值模拟实验，就深部开采覆岩关键层对地表沉陷的影响进行了研究，结果表明,对于倾斜煤层而言，开采深度的增大意味着基岩厚度的增加，从而引起深部开采覆岩关键层层数一般多于浅部开采，深部开采覆岩主关键层位置距开采煤层的距离一般大于浅部开采.正是由于受深部开采覆岩主关键层位置的改变和覆岩关键层层数增多的影响，导致了深部与浅部开采地表沉陷特征的差异.     

采动覆岩中关键层的复合效应分析

研究关键层的复合效应对深入揭示关键层在采动覆岩中的控制机理具有重要推动作用。本文进一步明确了关键层复合效应的概念，系统分析了关键层复合效应对关键层破断，采场来压，岩层移动，采动裂隙分布以及地表沉陷的影响。     

浅埋近距离采空区下工作面矿压特征与顶板结构分析

以陕蒙神东煤田浅埋近距离煤层群开采为背景,采用实测统计、物理模拟与理论分析相结合的方法,研究了浅埋近距离煤层采空区下开采的矿压特征及影响因素,揭示了不同间隔岩层结构形态及演化条件。研究表明,随着上煤层采高增大,来压期间支架工作阻力及动载系数均呈正相关增长;下煤层采高与间隔岩层厚度之比越大,周期来压步距及支架最大工作阻力越大。层间仅存在单一关键层时,层间关键层周期破断可形成"砌体梁"和"台阶岩梁"两种结构;则当上煤层垮落顶板关键层重新形成"砌体梁"结构时,层间关键层与上煤层垮落顶板关键层可形成"砌体-砌体"和"台阶-砌体"2种组合结构形态。     

基于关键层理论的沉陷变形起动距的确定

根据关键层理论判定关键层及其破断规律,研究地表下沉起动距与关键层初次破断距之间的关系.比较实测起动距与主关键层初次破断距计算值之间在时间和大小上的差异,分析造成这种差异的原因,确定理论计算沉陷变形起动距的科学方法.     

大采高采场关键层“悬臂梁”结构运动型式及对矿压的影响

通过理论分析并结合模拟实验,提出了大采高覆岩关键层“悬臂梁”结构的3种运动型式,即：“悬臂梁”直接垮落式、“悬臂梁”双向回转垮落式、“悬臂梁-砌体梁”交替式。结合关键层“悬臂梁”与“砌体梁”结构对采场矿压影响的对比分析,揭示了关键层“悬臂梁”结构3种运动型式对采场矿压的不同影响规律,并得到了补连塔煤矿7.0 m支架综采工作面矿压实测数据的验证。     

近浅埋煤层大采高工作面双关键层结构分析

根据实测统计分析,近浅埋煤层大采高工作面支架载荷普遍较大,且随采高增大有增加的趋势,工作面来压存在大小周期,厚度较大的等效直接顶静载是工作面支架的基本载荷。通过物理模拟实验,揭示了大采高工作面直接顶变厚和顶板结构铰接点上移的机理,提出了"等效直接顶"的定义,建立了近浅埋煤层大采高工作面顶板"双关键层"理论。近浅埋煤层大采高工作面顶板主要表现为"双关键层"结构,根据等效直接顶对采空区的充填程度,双关键层顶板结构分为"双砌体梁"和"斜台阶岩梁-砌体梁"两类,常见的是"斜台阶岩梁-砌体梁"双关键层结构。建立了双关键层顶板结构模型,揭示了工作面出现大小周期来压的机理,给出了支架初撑力和工作阻力的计算公式,可为近浅埋煤层大采高工作面顶板控制提供理论依据。     

断裂带老顶的判别准则及在浅埋煤层中的应用

从20世纪50年代的铰接岩块假说到砌体梁理论的建立,都把断裂带老顶结构作为主要研究对象,在讨论有关断裂带老顶结构假说和理论的基础上,根据老顶初次断裂拱式平衡和周期断裂砌体梁平衡条件,考虑到岩块间铰点挤压接触面的实际高度,推导出了断裂带老顶判别的理论公式,即老顶分层厚度大于其下自由空间高度1．5倍时该分层进入断裂带,通过与实际观测值及所建立的经验公式比较,证明理论公式的计算值与实际一致,从而使长期悬而未解的断裂带老顶层位问题在理论上得以解决,同时也进一步说明了浅埋煤层组合关键层覆岩全厚切落的必然性。     

大采高综采采场关键层运动型式及对工作面矿压的影响

掌握大采高综采采场关键层结构形态及运动型式是分析工作面矿压显现规律的基础。采用理论分析方法,得出了大采高综采采场关键层存在2种结构形态和6种运动型式,并给出了各结构形态和运动型式的形成条件,2种结构形态为垮落带关键层"悬臂梁"结构形态和断裂带关键层稳定"铰接"结构形态,6种运动型式为"悬臂梁"直接垮落式、"悬臂梁"双向回转垮落式、"悬臂梁"二次回转垮落式、"悬臂梁-铰接"结构交替式、"砌体梁"结构运动型式和"短砌体梁"结构运动型式。采用UDEC数值模拟方法验证了各形成条件下的关键层的运动型式,揭示了6种关键层运动型式对采场矿压的影响规律,最后得到了现场实测数据的验证。     

急倾斜走向分段充填倾向覆岩破坏特性及移动规律

为了研究急倾斜煤层综采走向分段胶结充填覆层变形破断特性及移动规律,建立了倾向岩梁的力学模型,推导了倾向方向上覆岩梁的挠曲方程,利用方程求出了充填区域和未充填区域的最大挠度位置。并以湘永煤矿2463工作面为原型,进行了相似模拟实验研究。结果显示:(1)充填区域的倾斜岩梁在胶结充填体柱的支撑作用下,顶板下沉较小。而未充填区域的顶板则变形较大,直接顶出现垮落现象,垮落后充填下部采空区,对下部的顶底板起到了支撑约束作用。(2)未充填区域结果显示,倾向岩梁上部为直接拉伸断裂,而中部层间岩层为倾斜砌体梁断裂形式,且断裂线位于工作面的中部偏上部位置,下部为岩层间张开形式,岩层断裂整体呈现了"F"型断裂,形成了下部裂隙发育支撑区、中部顶板自承弯曲下沉区和上端部支撑区组成的二次平衡结构。相似模拟实验结果与理论推理结论基本一致。     

STUDY ON FRACTURE AND MOVEMENT OF OVERLYING BEDROCK IN SHALLOW SEAM UNDER THICK SAND

Based on the field observation results of ground pressure in shallow seam, the movement characteristics of overlying strata in front and behind and the subsidence of the earth‘s surface are studied. Also, the paper analyzes the stability of overlying bedrock according to the theory of voussoir beam‘s “S-R“ stability and the hypothesis of step subsidence. It points out that slide instability is the fundamental form of overlying bedrock movement.     

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。     

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。