不同煤层倾角的底板采动破坏特征分析

根据山西龙矿盘道煤业有限公司2#煤层工作面地质及水文地质条件,利用FLAC3D数值仿真软件采用变化煤层倾角的方法,对工作面底板采动破坏进行流固耦合数值模拟,分析与研究不同煤层倾角地质条件下工作面推采过程中底板采动破坏深度的变化特征。研究表明:随着煤层倾角的增大,煤层底板最大采动破坏深度呈现先增大后减小的趋势,且在煤层倾角为30°的地质条件下底板塑性破坏区深度最大。同时将理论计算与数值模拟相结合,对煤层底板进行了突水性预测,为工作面的正常开采提供了理论依据。     

沿煤层倾斜方向底板“三区”破坏特征分析

为了研究具有一定倾角煤层底板的采动破坏特征,基于矿山压力理论,建立了考虑煤层倾角的工作面侧向底板受力力学模型,采用摩尔-库仑破坏准则,推导了工作面侧向煤柱下方底板的最大破坏深度表达式。将底板采动破坏带沿煤层倾斜方向划分为3个不同区域,其呈现为一个比工作面宽度还要宽的、下大上小的"勺形"分布形态。利用数值模拟方法研究了倾角对煤层底板破坏深度、破坏形态以及最大破坏深度位置的影响规律。结果表明:1)底板塑性破坏区深度随工作面宽度的增大呈现增大的趋势;随煤层倾角的增大,先增大后减小,在煤层30°倾角时,塑性破坏区深度最大,底板岩体更容易发生剪切滑移破坏;2)工作面底板最大塑性破坏深度位置随煤层倾角的增大逐渐偏离工作面中部向下,且工作面越宽,偏离越远。     

大倾角煤层开采飞矸运动规律研究

针对大倾角煤层开采飞矸冲击运动问题,以球形飞矸运动模型为基础,并考虑了接触工作面底板有起伏的情况,根据运动学、动力学原理,推导出坡面为平面和有起伏2种情况下飞矸运动轨迹的计算公式。最后通过算例,验证了本文方法的可行性。     

分层综采工作面底板起伏变化机理及控制

红会一矿坚硬煤层分层缩采中的大量实测表明，工作面底板起伏不平是影响其正常生产的重要因素。本文着重分析了分层综采工作面底板起伏变化的机理及规律，并提出了有效控制分层缩采中工作面底板起伏变化程度的方法。     

煤层倾角对综采工作面底板卸压规律的影响

为了研究煤层倾角对综采工作面底板卸压规律影响,通过力学理论分析得出随着煤层工作面倾角的增大,其底板泄压深度呈减少趋势;运用FlAC3D数值模拟软件模拟了0°、15°、30°、45°时的工作面底板应力分布特征,以卸压系数达35%为界,得出了不同底板卸压深度,并根据不同倾角工作面底板煤岩体垂直应力及位移分布曲线,分析了底板应力释放与变形规律。以瓦斯突出煤层矿井为实际工程背景,验证了理论及数值模拟分析的正确性。     

断层倾角对底板突水影响的数值模拟

为了研究赵家寨煤矿综采工作面断层对底板突水的影响,根据工作面水文地质条件和岩石力学性能等参数,运用岩石破裂过程分析软件RFPA2D-Flow,模拟不同倾角的正断层在采动影响下工作面底板的裂隙变化规律。模拟结果在一定程度上揭示了断层倾角对底板突水的影响规律。模拟结果表明,断层倾角越小,断层越容易活化与突水。     

刮板输送机机头机尾垫架不同工况的结构设计

介绍了采煤工作面刮板输送机机头、机尾垫架在薄煤层、中厚煤层配套不同的刮板输送机的结构设计。该设备结构简单、强度高,清煤方便,总体尺寸小,适应性强,能有效解决刮板输送机机头、机尾因工作面起伏与两巷底板存在台阶或倾角悬空而容易损坏的问题,降低刮板输送机故障率,稳定采煤效率。     

柱窝钻头

柱窝钻头包头矿务局白狐沟矿董燕武在煤层倾角２５°～４５°，且底板较坚硬的采掘工作面，支护前首先要在底板上凿柱窝或麻面，增加支柱与底板的摩擦力，从而使支柱达到稳定的效果。我矿０３２５回采工作面即属于这种工作面，底板倾角４５＂左右，且比较坚硬，工作面使用...     

大倾角大采高工作面底板破坏滑移特征分析

基于目前大倾角煤层大采高开采的研究成果和工程实践,运用理论分析和数值模拟分析对大倾角大采高工作面底板破坏滑移特征进行了分析。研究结果表明,造成大倾角煤层底板破坏滑移的因素有内因和外因,其中主要原因是应力的"二次分布"。大采高工作面底板中下部应力释放的范围大于底板中上部应力释放范围;采高对底板破坏滑移具有一定的影响,即采高越大底板位移和应力变化越大;底板的破坏区分为拉应力破坏区、压应力破坏区和塑性破坏区3个区;描述了大倾角工作面底板破坏滑移的演变规律。     

浅析综采工作面刮板输送机下滑原因及控制方法

分析了综采工作面输送机下滑原因,探讨了影响工作面输送机与工作面底板的摩擦因数,针对工作面不同倾角,提出了控制输送机下滑的方法。     

Sensitivity Analysis of the Main Factors Controlling Floor Failure Depth and a Risk Evaluation of Floor Water Inrush for an Inclined Coal Seam

The main factors controlling floor failure depth are highly consistent with those of floor water inrush. In this paper, a mechanical model was developed to calculate the maximum failure depth of the upper and lower sides of a mining working face floor along the coal seam’s inclination. The results indicated that the main factors controlling floor failure depth are mining thickness, working face slanting length, coal seam dip angle, mining depth, water pressure, cohesion, and internal friction angle. The floor failure depth of the 3303 working face in the Yangcheng coal mine was calculated using FLAC^3D numerical simulation software. Based on matrix and variance analyses, the sensitivity of each of these factors with respect to floor failure depth followed the order: working face slanting length (extremely significant) > mining depth (highly significant) > cohesion (significant) > mining thickness (not significant) > coal seam dip angle (not significant) > water pressure (not significant) > internal friction angle (not significant). Also, the optimal plan for orthogonal simulation is A₁ B₁ C₁ D₁ E₂ F₁ G₁, in which the floor failure depth is minimized. Finally, the average accuracy of logistic regression analysis of the principal component was up to 90.4% accurate, about 10% better than conventional logistic regression analysis.

     

覆岩导水裂缝与岩层拉伸变形量的关系研究

为了研究覆岩导水裂缝带内裂隙岩层导水性与覆岩岩层层向拉伸变形的关系,定义了岩层中间层的概念;在假定可以用两段圆弧拟合岩层下沉盆地内外边缘曲线的条件下,导出了岩层层向拉伸率ε的计算公式;统计了近年来的井下导高观测成果。研究得出:当岩层中间层层向拉伸率超过岩石拉伸变形极限时,岩层会产生法向拉伸裂隙;当岩层层向拉伸率大于其临界拉伸率时,该岩层就会成为导水裂缝岩层。岩层层向拉伸率ε主要受岩层层位高度h,煤层采厚m,岩层下沉系数q,边界角δ0和充分采动角ψ等因素的影响。回归分析得出:覆岩岩层越坚硬,则裂采比就越大,导水裂缝带顶部岩层层向临界拉伸率ε0值就越小。     

综合矿井物探方法在探查煤层构造的应用

采用2种矿井物探方法探明了工作面煤层中构造的发育情况以及构造在煤层底板的含/导水性。介绍了矿井槽波地震和音频电透视的基本原理和资料处理方法。根据工作面实际水文地质条件,研究采用槽波地震和音频电透视综合矿井物探方法进行探测。结果表明,槽波地震成果在煤层中发现陷落柱,音频电透视在陷落柱底板发育相对富水异常区。经过钻孔和回采揭露验证,槽波成果发现的陷落柱范围较准,横向精度较高;音频电透视成果在平面和垂向范围均较准。综合2种物探成果预测预报了回采工作面中构造及其含/导水性。研究为工作面防治水工作提供了参考。     

倾斜煤层底板破坏深度计算方法及主控因素敏感性分析

为研究倾斜煤层底板破坏主控因素对底板破坏深度的敏感性,根据弹性力学中的半无限体理论建立了沿煤层倾斜方向底板破坏深度求解力学模型,计算了倾斜煤层底板采动最大破坏深度。以阳城煤矿的采场条件为工程背景,基于FLAC3D数值仿真软件,按照正交试验设计方案对3306工作面底板破坏特征进行数值模拟。运用矩阵分析法以及方差分析法对模拟结果进行分析计算,确定各主控因素对底板破坏深度的敏感性。研究表明:(1)随着工作面推进距离的增大,底板最小主应力值与承压水压值越来越接近,且最小水平主应力与底板承压水压相等的区域不断扩大,底板突水危险性增加。(2)各主控因素对底板破坏深度影响的主次顺序为:工作面斜长采深黏聚力采厚煤层倾角水压内摩擦角,方差分析结果显示,各主控因素中工作面斜长对底板破坏深度的敏感度为高度显著;采深较为显著;黏聚力显著;采厚、煤层倾角、水压以及内摩擦角不显著。(3)运用矩阵分析法确定了正交模拟试验的最优方案,即按照此方案实施后底板破坏深度最小,可有效降低矿井底板突水的危险性。     

Permeability of the Coal Seam Floor Rock Mass in a Deep Mine Based on In-situ Water Injection Tests

In-situ water injection tests were carried out to study the hydraulic conductivity of the roadway floor strata in the Chengjiao coal mine. Reliable water pressure test data were obtained to assess the permeability of the floor’s rock mass. The initial water pressure of the intact rock mass was greater in the first water injection test, which indicated that its permeability was low. The water pressures increased when the test was repeated, which showed that cracks had propagated in the rock mass. The maximum hydraulic conductivity of the intact rock mass was obtained from different water injection tests and the results were compared with those of the Dongtan Mine in the Yanzhou coalfield, where the floor strata is geologically similar to the Chengjiao Mine’s. The test data verifies that the mine floor’s intact rock mass is very water-resistant. The risk of a water inrush can be judged by the numerical relationship between this resistance and the water pressure of the limestone aquifer. These results can be useful in preventing water inrush through the floor strata in other deep mines.     

底板采动导水破坏带深度求取方法研究

准确预测底板采动导水破坏带深度是合理设计底板防水安全煤岩柱,解决煤矿底板突水问题的关键。综合分析了开采深度、煤层倾角、煤层开采厚度、工作面斜长等地质采矿条件对底板采动导水破坏带深度的影响。以27个典型工作面实测数据作为训练和测试样本,通过合理选择SVM中核函数、不敏感损失系数、惩罚因子等参数,建立了底板导水破坏深度与各影响因素之间的SVM回归模型。最后进行了测试分析,测试结果表明,采用SVM所建立的关系模型可以较好地根据各影响因素求取底板采动导水破坏带深度,获得的底板导水破坏带深度精度可靠、能够满足设计需要。研究成果表明:采用SVM的方法计算底板采动导水破坏带深度是可行的,该方法可以综合考虑对底板采动导水破坏带深度影响的多种因素,为今后快速准确地计算底板采动导水破坏带深度提供了一种新的方法。     

透射槽波探测技术在同煤塔山矿的应用研究

同煤塔山矿煤层为特厚煤层，地质条件复杂，断层是制约安全高效开采的主要地质因素之一，如何查清回采工作面断层的分布情况是亟需解决的难题。基于槽波地震探测原理，采用槽波透射法，通过特厚煤层槽波探测断层的数值模拟，研究了在特厚煤层中槽波波场响应特征及探测断层断距的精度，并在工作面进行了实际应用。研究结果表明：基于实际模型的顶底板岩性与煤层物性差异明显，槽波发育较好；18 m厚煤层槽波主频为80 Hz，埃里相速度为1 000～1 100 m/s，对模型数据进行60～100 Hz的带限滤波，通过成像，槽波可以探测断距为5 m以上的断层；结合回采情况，同煤塔山矿宜采用透射槽波地震探测技术对构造进行探查，槽波解释成果可为矿井安全高效智能化开采提供可靠的地质保障。     

煤层底板导升突水机理研究

为了进一步认识底板突水破坏机理,将底板隔水层简化为弹性梁,在考虑承压水作用的情况下,运用材料力学理论计算得出采场隔水层底界面由压缩区向卸压膨胀区过渡的岩体最易发生损伤破坏。在此基础上,运用损伤力学理论分析给出了临界损伤变量Dc。运用断裂力学理论建立断裂力学模型,并给出采场隔水层承压水导升裂纹端部应力集中系数的计算公式。最后,从损伤断裂能量角度对裂纹扩展进行了分析,通过简化参数,建立了形成初始宏观裂纹损伤断裂能量释放率计算公式,并分析了初始裂纹损伤断裂能量释放率与其各影响参数的关系,可为底板突水预测预报研究提供理论依据。     

煤矿巷道底鼓数值模拟及割槽技术

以新疆四棵树煤矿的三矿A504综采工作面的沿空巷道底鼓为例,运用数值模拟方法,分析巷道底板岩层位移和应力分布的特点,确定其底鼓类型兼有剪切错动型与挤压变形,主要原因为巷道两侧高集中应力、高水平构造应力和完整的巷道底板岩层。在此基础上,通过正交实验进行巷道底板割槽方案设计,选择合理、有效的割槽宽度和深度,解决巷道底鼓问题。     

基于FOA-SVR的矿井底板突水量预测模型应用研究

矿井突水是常见的突发性强烈的矿井灾害。为了更好地预防矿井水灾,降低灾害造成的物质损失以及减少人员伤亡,建立了一种基于FOA-SVR的矿井底板突水量预测模型,利用果蝇算法优化支持向量回归机算法(FOA-SVR)选出最优的模型参数。针对底板突水这种非线性、小样本问题,从突水因素中选取水压、含水层厚度、隔水层厚度、底板采动裂隙带深度以及断层落差这5个作为特征因素。然后利用FOA对SVR参数进行优化之后建立FOA-SVR底板突水量预测模型,输出即为需要预测的突水量。结合实例并将该模型的预测结果与SVR模型的预测结果进行对比,结果表明：该模型在预测突水量的精度上比SVR模型更高,具有一定的应用价值。