采动裂隙椭抛带动态演化及煤与甲烷共采

为研究采动覆岩裂隙演化及其中瓦斯的运移规律,通过物理相似模拟及数值模拟发现,煤层开采后采动覆岩裂隙形态可用椭抛带来表征。基于岩层控制关键层理论,建立了考虑采高及第一亚关键层与煤层顶板间距的采动裂隙椭抛带动态演化数学模型。运用环境流体力学,传质学,渗流力学,采动岩体力学等理论,得到采动煤体应力与卸压瓦斯渗流,纵向破断裂隙区瓦斯升浮,以及横向离层裂隙区瓦斯扩散等方程,构建出椭抛带中卸压瓦斯渗流-升浮-扩散综合控制模型。分析了椭抛带卸压瓦斯抽采机理,提出相应的煤与甲烷共采技术。通过山西天池煤矿抽采卸压瓦斯的现场实践,说明采动裂隙椭抛带是卸压瓦斯的储运区,将瓦斯抽采系统布置其中,可取得良好效果。     

基于覆岩移动规律的大孔径扇形高位钻孔瓦斯抽采技术

以沙曲矿为研究背景,依据工作面覆岩采后垮落形成的采动椭抛带和"竖三带"理论建立模型,研究了大孔径高位钻孔瓦斯抽采技术。通过分析煤岩层中卸压瓦斯移动分布规律得知,将钻孔终孔布置在裂隙带上半部和椭抛带的重叠区域内可取得最佳抽放效果,并给出了钻孔仰角及方位角取值范围的计算公式。24207工作面的抽采数据表明,钻场平均抽采浓度在42%左右,平均抽采纯量高达11.6 m3/min。     

近距离煤层重复采动覆岩裂隙形态及其演化规律实验研究

采用物理相似模拟实验及理论分析,研究单层开采和重复采动条件下覆岩移动、裂隙分布与演化规律、支承压力分布特征及采动裂隙椭抛带形态。研究结果表明,上覆岩层在重复采动条件下,形成破断裂隙和离层裂隙,两者联通后在空间形成不同于单层煤开采的覆岩裂隙椭抛带展布;下层煤回采期间,随工作面的推进,工作面附近的应力峰值与煤壁距离保持相对稳定的状态;在重复采动双重卸压条件下,覆岩裂隙经历了产生、扩张、压实、再扩张、再压实等5个动态变化阶段。最后在实验分析基础上,建立近距离煤层重复采动裂隙椭抛带的空间分布数学模型。     

我国煤矿覆岩采动裂隙带卸压瓦斯抽采技术研究进展

采动裂隙带卸压瓦斯抽采是工作面瓦斯防治的主要方法,介绍了采动裂隙动态演化规律的研究现状,分析了卸压瓦斯抽采原理。根据瓦斯抽采直接通道的不同,总结提出采动裂隙带瓦斯抽采分类方法;基于工作面瓦斯绝对涌出量的大小,提出采动裂隙带瓦斯抽采技术的分级选择法。对各类采动裂隙带瓦斯抽采方法的优缺点、布置方式进行了分析论述,给出了具体的设计方法以及技术参数,并结合现场实例说明了各种抽采方法的效果。最后通过总结概括采动裂隙带瓦斯抽采技术的研究现状,指出采动裂隙带演化模型三维化、瓦斯高效抽采技术参数精准化以及瓦斯抽采技术装备智能化是覆岩采动裂隙带瓦斯抽采未来的研究重点及发展趋势。     

覆岩采动裂隙分布特征的研究

本文应用模型实验、图像分析、离散元模拟等方法，对上覆岩层采动裂隙分布特征进行了研究。揭示了长壁工作面覆岩采动裂隙分布的两阶段特征与“○”形圈特征，建立了卸压瓦斯的“○”形圈抽放理论，并将其应用于淮北矿区卸压瓦斯的抽放，取得了显著效果。     

采高对采动卸压瓦斯富集区影响的试验研究

为研究采动覆岩中卸压瓦斯富集区的影响规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,建立采高影响下采动卸压瓦斯富集区的模型,运用物理相似模拟试验方法,以山西某高瓦斯矿井主采工作面为原型,揭示综采工作面采动卸压瓦斯富集区的采高控制机理。研究结果表明:随着采高的增大,三带高度也逐渐增大,采高与采动覆岩裂隙的三带高度呈现线性关系,采高与三带高度的拟合曲线斜率处于2～4范围之间。而随着工作面推进,上覆岩层逐渐形成了压实区和裂隙区,压实区随着采高的增大而变小,裂隙区随着采高的增大而变大。通过对不同采高的各岩层的离层量拟合关系分析,发现不同采高开挖后形成的裂隙形态呈现对称的椭抛面,最后通过拟合关系建立了采高影响下的二维采动卸压瓦斯富集区的模型,为采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。     

覆岩采动裂隙椭抛带动态分布特征研究

在综放开采富含瓦斯厚煤层条件下 ,分析了采动后覆岩关键层活动特征对裂隙带分布形态的影响 ,首次提出上覆岩层中破断裂隙和离层裂隙贯通后在空间形成椭抛带分布 ,为合理确定瓦斯抽放方法及参数提供了理论依据。     

覆岩采动裂隙分布特征的研究

本文应用模型实验，图像分析，离散元模拟等方法，对上覆岩层采动裂隙分布特征进行了研究。揭示了长壁工作面覆岩采动裂隙分布的两阶段特征与“Ｏ”形圈特征，建立了卸压瓦斯的“Ｏ”形圈抽放理论，并将其应用于淮北矿区卸压瓦斯的抽放，取得了显著效果。     

覆岩采动裂隙分布的“O”形圈特征研究

应用模型实验、图像分析、离散元模拟等方法，对上覆岩层采动裂隙分布特征进行了研究，揭示了长壁工作面覆岩采动裂隙的两阶段发展规律与“Ｏ”形圈分布特征，并将其用于指导卸压瓦斯抽放钻孔布置，在淮北矿区卸压瓦斯抽放中得到应用，取得了显效果。     

厚煤层采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对崔家沟煤矿2303综放工作面瓦斯涌出量高易造成瓦斯超限的安全难题,应用采动裂隙椭抛带理论,在分析特厚煤层综放开采覆岩破坏特征的基础上,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟试验研究了采空区覆岩"三带"演化规律,建立了采动裂隙椭抛带数学模型,确定出了覆岩裂隙瓦斯抽采有利区,提出了低-中-高位钻孔相组合的瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:2303综放工作面垮落带高度为33 m,断裂带高度为110 m,距离煤层底板35 m以上55 m以下与外椭抛面交集的范围为瓦斯抽采的有利区域;通过低-中-高位钻孔抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度小于0.6%,回风巷瓦斯浓度小于0.5%,有力保障了工作面的安全高效回采。     

覆岩采动裂隙带动态演化模型的实验分析

为研究采动覆岩裂隙演化规律及其形态,基于采动裂隙"O"形圈理论,结合物理相似材料模拟实验,提出了"采动裂隙圆角矩形梯台带"工程简化模型,分析了动态演化过程.得到采动裂隙带的演化高度、沿走向与倾向的带宽距及断裂角等参数,即切眼侧带宽大约1倍初次来压步距,工作面侧带宽在2～3倍周期来压步距间变化,进风巷、回风巷附近带宽约0...     

工作面宽度对采动裂隙“O”形圈发育形态的影响规律

以阳泉三矿K8206工作面为工程背景,采用离散元数值模拟软件UDEC和实验室相似模拟实验研究了工作面宽度对采动裂隙"O"形圈发育形态的影响规律。模拟结果表明:工作面宽度的变化对采动裂隙"O"形圈宽度有着显著影响,在一定的覆岩关键层结构条件下,采动裂隙"O"形圈的宽度随工作面宽度增加而增大;采动裂隙"O"形圈的高度受工作面宽度的影响很小,工作面宽度在一定范围内变化时采动裂隙"O"形圈高度均止于覆岩主关键层。     

综放采场支承压力对覆岩裂隙发育规律的影响机理研究

煤体采动后采场原有应力平衡被破坏,工作面前方支承压力动态变化,引起采场上覆岩体失稳变形直至破断,形成采动应力降低区以及采动裂隙场。通过RFPA有限元法再现了综放工作面开采过程中上覆岩层裂隙时空动态演化特点,并得出工作面前方支承压力及裂隙发育高度的量化数据。综合考虑相似模拟实验数据,以期为高位瓦斯抽放巷的合理布置提供参考依据。     

三软煤层综放工作面覆岩垮落及裂隙导水特征分析

通过大南湖一矿三软煤层工程地质条件及煤岩物理力学参数的综合分析与测定,开展了对应条件下的物理相似模拟,分析了综放工作面围岩运移及覆岩破坏高度,探索了现场支架实测阻力与覆岩裂隙导水位置、导水量间的关系。综合分析表明:1303综放工作面顶板垮落带高度为20 m,模型表面裂隙延伸高度观测结果与3D钻孔电视合成的钻孔内壁破裂剖面揭示出的裂隙延伸高度均为98 m,与经验公式计算基本一致。工作面超前影响范围随开采范围而增大,最终趋于稳定。1303综放面工作面划分为两个较为明显的压力集中区,工作面裂隙导水量、导水位置与压力集中区中支架压力变化相关,覆岩裂隙导水显现的位置处在工作面中下部顶板压力集中显现区(2区)的位置几率较大。建议1303工作面提前疏放上覆含水层以及老窑积水的同时,加强对两个压力集中区(1区和2区)的监测,尤其是2区,密切关注架后顶板垮落情况与工作面淋水量变化,及时的给出来压预警与导水位置及导水量预测。     

煤层群分组上行开采相似材料模拟和数值模拟研究

通过理论分析计算,得出上下两组煤开采后的导水裂隙带发育高度以及理论破坏形态预计。通过计算机数值模拟、实验室相似材料模拟研究分析上下两组煤开采后覆岩破坏规律及顶底板应力分布规律、覆岩沉降规律,得出导水裂隙带最大值。数值模拟下煤层开采后的覆岩破坏高度,得到模拟的导水裂隙带高度,并与理论值,模拟得出的结果对比,综合分析分组上行开采覆岩破坏与运动规律。     

西部缺水矿区地下水库保水的库容研究

利用井下采空区进行水源蓄存和循环利用的地下水库技术是实现西部矿区保水采煤的有效措施,研究确定采空区的合理储水容量对于地下水库技术的安全高效实施至关重要。综合采用理论分析、模拟实验与现场实测等手段,就地下水库储水容量计算、以及极限库容与合理库容的确定等问题进行了研究,结果表明：地下水库的储水容量即为储水范围内覆岩垮落带破碎岩块间自由空隙量与裂隙带断裂岩层离层裂隙量的总和;基于覆岩垮落带类抛物空间形态模型的构建,得到了考虑煤层倾角条件下垮落带岩体空隙量的计算公式;利用覆岩采动裂隙分布的“O”形圈理论模型,获得了覆岩各层关键层底界面及相邻关键层间断裂岩层的离层空隙量确定方法;由此根据储水水位在覆岩垮裂带内的不同位置,建立了地下水库储水容量的数学表达式,形成了地下水库极限库容与合理库容的确定方法,指导了李家壕煤矿地下水库工程实践。     

煤层开采覆岩变形与破坏试验研究

顶底板赋存含水层的煤系地层在采煤影响下可能因导水裂隙的发育而导致突水危险。采用平面模拟的方法，通过实验室相似模拟试验，对某井田采煤过程中覆岩变形与破坏规律进行了模拟试验研究，获得了上覆岩层应力的分布以及随开采面推进的发展规律，结果表明，在本模拟条件下煤层开采导致上部覆岩破裂带触及上部含水层，因此需采取必要措施，以确保安全生产。     

综采工作面覆岩压实区演化采高效应分析及应用

采用相似材料物理模拟试验及理论分析,研究在不同采高条件下覆岩压实区的动态演化规律及形态特征。研究结果表明:在煤层开采之后,采动覆岩离层量分布呈“马鞍”状,采空区底板在一定区域内存在应力集中,结合两者可作为压实区底部边界判定依据;采空区覆岩压实区的形态及时空演化规律受采高与工作面推进距离的共同影响,得到了压实区宽度、高度及垮落角度的演化规律与采高的关系;同时,结合冒落带岩体的碎胀特征与底板应力集中的特点,分析了压实区压实程度的采高效应,即在一定范围内,采高越高,压实程度越大。基于采动裂隙椭抛带理论,在试验结果分析的基础上,建立了采动裂隙椭抛带压实区的数学表达方程,为卸压瓦斯抽采系统的布置及参数优化提供借鉴。     

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。