综放开采条件下白垩系覆岩破坏规律研究

为确保多伦协鑫煤矿综放回采工作面不受上覆第三系含水层影响,确定留设安全煤（岩）柱的合理厚度,须掌握综放开采条件下白垩系覆岩破坏规律。基于覆岩破坏高度现场实测结果,结合实验室相似材料模拟试验,得出了综放开采条件下白垩系覆岩破坏＂两带＂高度与采高之间的比例关系,取垮采比5.61,裂采比12.21,作为7号煤上分层综放开采条件下合理留设安全煤（岩）柱的数值依据。经过与开采条件相似矿井的覆岩破坏相关数据对比分析,认为白垩系岩层覆岩破坏具有裂采比较小、垮采比较大的特点,符合软弱类型覆岩的破坏规律。     

急倾斜特厚煤层水平分层综放开采覆岩破坏特征

为确定急倾斜特厚煤层水平分层综放开采覆岩破坏高度,以梅河煤矿为试验对象,基于钻孔冲洗液漏失量观测法实测的覆岩破坏高度,与UDEC软件得出的多分层开采后的覆岩裂隙演化特征和发育高度模拟结果,回归得出了水平分层综放开采导水断裂带高度预计公式。结果表明:急倾斜特厚煤层水平分层综放开采覆岩破坏高度随着分层数的增加,最大高度受到明显抑制,裂高与累计采厚比明显减小;覆岩破坏最终发育形态呈明显的拱形,且偏于顶板一侧;覆岩垮落角将随着开采分层的增加而增大。基于以上分析,得出了梅河矿区急倾斜厚煤层水平分层综放开采覆岩破坏高度的预计方法。     

软弱覆岩分层综放开采工作面“两带”发育高度研究

水体下采煤突水溃砂事故是制约煤矿安全高效生产的主要因素之一,尤其对软岩矿区特厚煤 层高强度开采的威胁更为严重。 垮落带和导水裂隙带(合称“两带”)高度是水害预测预报的基本参 数,采用钻孔冲洗液漏失量观测、彩色钻孔电视观测及钻孔取芯的综合手段,通过地面钻孔对软弱覆岩 特厚煤层分层综放开采覆岩破坏“两带”发育高度进行现场观测,并利用离散元数值分析方法研究了 覆岩破坏裂隙场的变化特征。 研究结果表明,软弱覆岩特厚煤层分层综放开采时,上分层综放开采岩 层移动角约为75°,垮采比为5.60~5.62,裂采比为11.67~12.20;下分层综放开采垮采比为4.59~4.71,裂 采比为8.04~8.58;下分层采厚为上分层采厚的78.28% ~84.71%时,垮落带高度增大49.41% ~50.85%, 而垮采比减小16.19% ~18.33%,导水裂缝带高度增大21.72% ~25.38%,而裂采比减小29.67% ~ 34.10%。 本研究可对松散含水层下分层综放开采工作面水害预测预报及安全煤岩柱留设提供参考。     

浅埋深特厚煤层综放开采覆岩破坏规律研究

浅埋深特厚煤层综放开采有可能使采动裂隙导通地表,对地面及井下作业构成威胁。通过综放开采覆岩破坏高度的理论计算和计算机数值模拟,以国投哈密一矿7#煤层为典型案例,对浅埋深特厚煤层综放开采覆岩的移动破坏规律进行研究,为相似条件下特厚煤层综放开采的安全实施提供借鉴。     

特厚煤层综放开采覆岩破坏高度

为了对特厚煤层综放开采覆岩破坏高度进行深入研究,以同忻煤矿15 m特厚煤层为实例,采用多种方法进行论证。采用关键层理论和材料力学相关理论,对8100工作面回采过程的覆岩破坏情况进行研究,结果表明:覆岩破坏高度最大为174.6 m,各亚关键层控制着覆岩破坏的发育,主关键层抑制着覆岩破坏的发育。应用EH-4大地电磁法和数值模拟方法,综合确定了覆岩破坏高度为150~172 m,验证了理论计算结果的正确性,理论计算可对覆岩破坏高度有效预计。研究表明:同忻煤矿综放开采覆岩破坏高度为采高的10.0~11.5倍,关键层的破断控制着覆岩破坏的发育。     

近距离厚煤层组工作面覆岩破坏规律实测研究

为深入研究近距离厚煤层组综放开采覆岩破坏规律,并为合理留设露头区安全煤(岩)柱提供数据依据,指导浅部工作面防治溃水、溃砂等水害事故,以大屯矿区7,8煤近距离厚煤层组工作面为例,在前期上层煤(7煤)覆岩破坏规律观测研究的基础上,近期采用井下“两带”观测仪观测了下层煤(8煤)的“两带”高度发育特征,从而在我国率先全面实测了近距离厚煤层组工作面覆岩破坏规律。结果表明：上层煤的底板破坏范围与下层煤垮落带发育范围有重合区域时,下层煤垮落带高度增大;下层煤综放开采按综合采厚计算的裂采比与以往单一煤层的裂采比较为接近,但按下层煤采厚计算的裂采比高于综放开采单一煤层的裂采比52%。“三下采煤规程”中的“两带”高度预计公式在近距离厚煤层组综放开采条件下应当进一步完善。     

浅埋煤层综放开采覆岩破坏高度与特征

以东胜煤田某矿井地质条件为依据,采用统计分析、实验室物理力学和水理性质测试、数值模拟和现场实测综合研究方法,研究了浅埋深综放开采覆岩特性及采动破坏高度。研究结果表明:软弱岩层抗采动破坏的能力相对较好,尤其是上软下硬的覆岩结构更有利于抑制采动裂隙的进一步发展;裂隙发育形态以高角度纵向延展裂隙为主,偶见纵横交错裂隙;对于类似浅埋深软弱地层和综放开采条件下覆岩破坏高度可以按照垮采比为4.8、裂采比为14进行预计。     

厚黄土下综放高强度开采地表沉陷与覆岩破坏实测

为研究厚黄土下厚煤层综放开采地表沉陷和覆岩破坏规律,通过在工作面地表建立岩移观测站和地面钻孔水文勘探,进行了地表沉陷变形实测和覆岩破坏高度钻探测定。总结研究地表岩移观测站实测资料和覆岩破坏探测钻孔水文观测资料,得出厚黄土综放高强度条件下地表沉陷剧烈,曲线较陡,在下沉盆地边缘沉陷变形曲线收敛较慢,最大下沉速度偏大,采动影响范围偏远;覆岩破坏探测结果显示综放覆岩破坏异常发育,导水裂缝带高度与综放采厚近似成正比,裂高采厚比例系数平均为19.75。研究成果为黄土区综放地表开采损害防治和水体下采煤及顶板水害防治提供技术支撑。     

松散含水层下提高开采上限的研究与实践

为了解放松散含水层下煤炭资源,缩小防水煤柱,提高开采上限,兖州矿区分别在薄煤层炮采、厚煤层分层综采、整层综放开采、网下综放开采等不同开采方式中进行了提高开采上限的试采,观测研究了第四系下组水位、覆岩破裂高度及其发育规律.结果表明:第四系下组水位逐步降低,富水性逐渐减弱;煤层开采后其覆岩可形成具有一定隔水能力的再生顶板;通过深部开采与浅部开采、厚煤层整层综放开采与重复多层开采比较分析,得到覆岩导水裂缝带高度后者比前者低;厚煤层整层综放开采与网下综放开采其防隔水煤岩柱的保护层厚度可为采高的1.5倍,并给出了厚煤层分层开采、整层综放开采和网下综放开采条件下导水裂缝带发育高度的统计公式.     

巨厚煤层开采覆岩含水层破坏模拟——以准东大井矿区为例

本文针对准东矿区巨厚煤层典型赋存特征,以大井矿区为研究对象,通过识别覆岩关键层及含水层,采用UDEC数值模拟方法,建立大井矿区巨厚煤层开采覆岩力学模型,对不同开采方法覆岩含水层破坏进行了模拟研究。结果表明:研究区覆岩关键层分为4层、覆岩含水层共2层;开采厚度相同时,大采高开采覆岩下沉量、裂隙带发育高度及开采对含水层的扰动影响均大于放顶煤开采;采高24m,推进长度为300m时,导水裂隙已发育至含水层Ⅱ;主关键层对覆岩位移、裂隙分布及开采对含水层的扰动影响起关键作用。     

下沟煤矿泾河及砂砾岩含水层下综放开采分析

为解决下沟煤矿泾河区域地表泾河和巨厚白垩系砂砾岩含水层双重水体威胁下安全采煤的问题,通过采用统计分析、经验类比的方法,研究了泾河区域覆岩结构特征、覆岩破坏高度及防水安全煤岩柱留设宽度。研究结果表明:下沟煤矿覆岩类型为中硬偏软弱类型,泾河区域选择16倍的裂高采高比预计导水裂缝带的高度,保护层厚度按3倍综放开采高度选取是适宜的。得出防水安全煤岩柱厚度按照19倍采高进行留设,大部分区域能够满足留设防水安全煤岩柱的条件,通过设计合理的开采高度,可以满足泾河区域水体下综放开采。     

采空区积水下急倾斜厚煤层水平分层综放开采安全性分析

第四系沙砾含水层及采空区积水是梅河矿区急倾斜特厚煤层残采区综放安全复采的主要威胁,也是亟待解决的重要问题。以三井5109区为研究区域,在对采空区积水瞬变电磁探测和对急倾斜特厚煤层水平分层覆岩破坏高度预计的基础上,对F4断层留设了足够的隔水煤柱,并针对岩层移动规律,求算出工作面采动影响波及到的采空区积水区的范围,评价结果认为：在回采前要确保采空区积水降至+172 m标高以下方能保证安全开采。     

厚煤层分层开采覆岩破坏与变形规律的试验研究

为了研究离石矿区上覆松软结构的厚煤层分层采动下裂隙分布及演化规律,采用工程地质力学模型试验的手段,分析研究了分层开采条件下,覆岩裂隙发育的工程地质力学机理及控制因素;揭示了采动影响下覆岩裂隙是至下而上呈梯形分布的破坏与变形规律。在第一层回采完的导水裂隙发育高度为40m,第二层回采完时裂隙贯通整个覆岩层。为工程实践和采矿安全提供理论依据。     

覆岩破坏充分采动程度定义及判别

随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了导水裂缝带高度影响因素的敏感性及其与工作面尺寸的关系,提出了覆岩破坏充分采动程度的定义及判别方法。结果表明:工作面尺寸对导水裂缝带高度的影响仅次于开采厚度。当工作面尺寸较小时,覆岩破坏不发育;当工作面尺寸增加到一定值时,覆岩破坏仅形成垮落带;当工作面尺寸继续增加时,覆岩破坏形成裂缝带且导水裂缝带高度随着工作面尺寸的增加而增加;当导水裂缝带高度发育至最大值后,导水裂缝带高度不再随工作面尺寸的增加而增加。覆岩破坏过程中仅形成垮落带的阶段定义为覆岩破坏的极不充分采动(即覆岩极不充分破坏);覆岩破坏过程中形成裂缝带且导水裂缝带高度随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的非充分采动(即覆岩非充分破坏);导水裂缝带高度达到最大值且不再随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的充分采动(即覆岩充分破坏)。导水裂缝带高度刚达到最大值时的工作面尺寸为工作面临界尺寸。当工作面尺寸小于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为非充分采动;当工作面尺寸大于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为充分采动。覆岩破坏充分采动程度的主要影响因素有工作面尺寸、开采厚度、开采深度、覆岩力学性质、覆岩结构特征和覆岩破断角。     

河流下浅埋深薄基岩煤层部分开采可行性分析

控制覆岩破坏高度是实现水体下安全开采的关键。针对“浅埋深、薄基岩、坚硬顶板”河流下压覆煤炭资源的问题，采用数值模拟的方法，计算了巷柱式和房柱式等部分开采的覆岩破坏高度，并从防水煤岩柱留设、岩梁极限跨度以及煤柱稳定性3个方面论述河流下部分开采的可行性。研究结果表明，部分开采能够很好地控制覆岩破坏高度，煤岩柱厚度基本满足留设防水安全煤岩柱要求；由于上覆基岩柱中存在厚度大于10 m的粗砂岩，在跨度小于8.53 m的情况下可以支撑上覆岩层；设计煤柱安全系数为1.28～1.81，均满足要求。采用采6 m、留6 m的巷柱（窄条带）式开采是最佳方案，面积采出率为50%，按总采出率45%计算，可解放河流压覆区域约52万t煤炭。     

煤层开采覆岩破坏与地表变形规律的数值模拟

基于研究矿区煤层覆岩的地质条件,结合数值模拟方法,研究了厚松散层薄基岩条件下不同采宽采厚开采的覆岩破坏与地表移动变形规律,得到了覆岩导水裂隙带高度随放采比及采厚增大而增大的结论,提出了该采区防水防砂技术,控制采高,加强顶板管理,为煤层的安全开采提供依据,为提高煤炭资源的开采率做出科学的分析和建议。     

"两软一硬"不稳定煤层工作面覆岩"两带"发育高度研究

为探索禹州煤田西南部云盖山煤矿二矿软煤、软底和硬顶(简称“两软一硬”)及开采煤层厚度变化较大的不稳定煤层顶板垮落带和导水断裂带发育高度,采用现场钻孔成像技术、经验公式类比分析和数值模拟综合研究方法,对该矿23301采煤工作面顶板覆岩垮落带、导水断裂带高度进行了分析,获得了工作面在非充分采动垮落和充分采动垮落条件下“两带”高度量化取值,垮落带最大高度为14.4 m,导水断裂带最大高度为50.0 m,认为现场钻孔成像技术可用于采动覆岩“两带”发育高度的计算。研究结果对研究区预采掘顶板水害防治及顶板支护具有较重要的参考价值。     

漳河水库下厚煤层综放开采技术研究

为保障五阳煤矿7802工作面漳河水库下厚煤层综采放顶煤安全开采,研究综放开采导水裂缝带高度发育规律,探讨了综放采场覆岩结构破坏及采动渗透性间关系,计算了水库下综放开采安全所需防水煤柱高度,制定相应的防治水技术措施。结果表明:中至坚硬覆岩综放开采导水裂缝带发育高度基本与煤层一次采高成正比,比例系数为20.22;煤层顶板基岩厚度大于水库下安全开采所需煤柱高度;监测知井下工作面涌水与地表水体没有水力联系,实现水库下压煤安全开采。