高强度开采区域孤岛回采的矿压显现特点的研究

徐州矿务集团三河尖煤矿东四采区为高强度开采区域,7415工作面为高强度开采区域孤岛回采工作面.依据长期矿压观测,基于高强度开采和孤岛回采,分析高强度开采区域项板来压规律、三起破坏性的冒顶事故原因、该区域关键层顶板大范围运动发生机理;高强度开采区域孤岛回采工作面顶板来压宏观矿压现象显现特点、巷道矿压宏观现象显现特点及巷道矿压显现规律.     

间续开采技术在建筑物下深部开采中的应用

以极不充分开采理论为基础,结合林南仓矿-650水平东二小采区开采实验,研究了间续开采的第1阶段开采的宽度与留设宽度的计算办法,并用概率积分法对该区域一次性全采预计结果与间续开采的实际地表移动变形情况相比较,结果表明,地表建筑物的破坏情况,后者比前者要轻微.应用计算机模拟的方法结合关键层理论对上覆岩层的移动变形特征进行研究,探索间续开采引起地表建筑物破坏较轻的原因.     

条带开采覆岩关键层的稳定性研究

本文从岩移控制的关键层理论出发，通过相似模型试验研究，确定了沛城矿上覆岩层中关键层的位置，对不同采深时采留比为５０ｍ∶５０ｍ走向条带开采方案关键层的稳定性进行了研究，为沛城矿二四采区城下条带开采设计提供了依据。     

赵楼煤矿千米深井条件下矿压活动规律

为了解决赵楼煤矿千米深井条件下工作面围岩控制和顶板支护的难题,采用FLAC3D数值模拟、关键层理论计算和现场实测相结合的手段对赵楼煤矿首采区矿压显现规律进行了研究,得到了该条件下关键层层位、工作面初次来压和周期来压步距等参数,对工作面安全生产起到了一定的指导作用。     

保德煤矿8#煤层覆岩导水裂隙带高度发育特征研究

煤炭绿色开采是未来煤矿开采的主流方向，在煤炭开采的同时对水资源及地表生态进行保护是研究的主要方向之一。本文结合保德煤矿8^#煤层的赋存特征及开采条件，针对该矿区井下开采引起的开采沉陷对地表建(构)筑物的严重影响，采用理论分析和现场实测的方法对该工作面采空区导水裂隙带高度进行研究，分析对比了考虑覆岩关键层位置和传统导高计算经验公式的理论导高计算结果，并采用导高物探结果进行了验证。研究结果表明：保德煤矿8^#煤层上覆3层关键层，其中主关键层位于距煤层103 m处，采用考虑关键层位置的导水裂隙带计算方法时，得到的理论导高为103 m,而采用传统经验公式得到的导水裂隙带理论高度分别为41.2～61.8 m和57.8～87.7 m;通过分析钻孔水位变化、冲洗液漏失量变化以及钻孔窥视结果，得到的导水裂隙带发育高度为106 m。由此可知，关键层判别法较经验计算法适用性更强，为保德煤矿覆岩下沉及导高预计提供可靠的理论支撑。     

村庄群下采煤地表沉陷控制技术研究

徐州矿区张集煤矿属厚冲积层、高潜水位平原矿区 ,其西三、西六采区上方地面有多个村庄建筑群。应用岩层控制的关键层理论 ,提出了因地制宜布置极不充分开采工作面控制地面沉陷的方法。地表沉陷预测和初步的地表沉陷实测结果证实了该开采方案是可靠的 ,并可保证开采区上方地面建筑物安全     

浅埋煤层矿压显现规律研究

分析某煤矿上下两煤层矿压显现明显差异的现象,为某煤矿及其他浅埋煤层顶板管理、支架选型及顶板灾害防治提供理论基础和实践经验,分别对某煤矿2#煤层1103工作面和4#煤层2105工作面进行矿压监测并采用关键层理论进行分析。结果表明,1103工作面虽位于2105工作面上方,但矿压显现较为明显,其原因是1103工作面上覆关键层是单一厚硬岩层,上覆载荷远超出其承受极限,造成滑落失稳,而2105工作面开采时关键层破断后,"砌体梁"结构较为稳定。因此,在浅埋煤层开采时,应分析关键层上覆载荷及其承受极限,选择合理的支护参数及控制措施。     

我国煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害分类、预测与防控

针对我国煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害频发的现状,采用现场调查、理论分析、现场监测等方法,对顶板运动型矿震及诱发灾害发生机制、预测和工程分类技术进行了研究,得到以下主要结论：(1)基于关键层运动模式将顶板运动型矿震分为关键层断裂型、关键层回转型和关键层滑移型3类矿震,建立了基于“关键层运动状态”的顶板运动型矿震的能量预测模型,分别提出了3类顶板运动型矿震能量的计算方法;(2)基于顶板运动型矿震诱发井下和地面灾害机制,建立了顶板运动型矿震诱发井下冲击地压和地面建筑物震动损害的一体化力学模型和评估方法,为煤矿顶板运动型矿震诱发灾害的预测提供了基础;(3)提出了分类防控、源头减震、吸能抗震协同防控顶板运动型矿震的理念,形成了以低矿震能量、低围岩密度和高抗震能力为基础的煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害防控体系,开展了地面直井压裂源头防控顶板运动型矿震的技术试验研究;(4)根据工作面在压裂区开采期间的矿压显现和相似材料模拟试验结果,大范围压裂措施能够降低大能量矿震发生频次,但也可能改变关键层运动模式,甚至增大井下矿压显现强度。     

煤矿顶底板隔水关键层分析与破坏能力评价

为了研究煤矿顶底板隔水关键层及其破坏能力，根据采空区分布平面和主要含水层，分析了煤层顶底板物理力学参数和煤层隔水层结构，采用理论公式计算了煤层顶底板破坏高度和深度，采用数值模拟软件，分析了一采区、二采区和三采区顶底板破坏范围随工作面推进距离的变化规律。研究对实现煤层带压安全开采具有重要的指导意义。     

村庄群下采煤地表深陷控制技术研究

徐州矿区张集煤矿属厚冲积层、高潜水位平原矿区，其西三、西六采区上方地面有多个村庄建筑群。应用岩层控制的关键层理论，提出了因地制宜布置极不充分开采工作面控制地面沉陷的方法。地表沉陷预测和初步的地表沉陷实测结果证实了该开采方案是可靠的，并可保证开采区上方地面建筑物安全。     

基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法

在深入研究覆岩关键层对导水裂隙发育高度影响规律的基础上,提出了通过覆岩关键层位置来预计导水裂隙带高度的新方法.工程实测和理论研究结果表明：覆岩关键层位置会影响导水裂隙发育高度,只有当关键层位置距开采煤层小于某一临界高度时,该关键层破断裂缝才会贯通成为导水裂隙,且受该关键层控制而同步破断的上覆岩层破断裂缝也会贯通成为导水裂隙.关键层破断裂缝贯通的临界高度可以粗略按（7～10）M（M为煤层采厚）估算.当覆岩主关键层位于临界高度（7～10）M以内时,导水裂隙将发育至基岩顶部,导水裂隙带高度等于或大于基岩厚度;当覆岩主关键层位于临界高度（7～10）M以外时,导水裂隙将发育至临界高度（7～10）M上方最近的关键层底部,导水裂隙带高度等于该关键层距开采煤层的高度.上述基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法能适应不同采厚条件下的导水裂隙带高度预计,同时可以对由于覆岩关键层结构变化引起的导水裂隙带高度异常发育情况作出判别,其可靠性得到了工程实测结果的验证。     

特厚煤层开采主亚关键层活动特征及其对覆岩移动的控制规律研究

主亚关键层的活动特征及其对覆岩移动的控制规律是研究特厚煤层开采顶板控制的主要依据。本文依据老三沟井田地质条件和赋存状况,通过物理相似模拟试验的方法,分析研究准格尔中部矿区老三沟井田煤层开采中主亚关键层活动特征及其对覆岩移动的控制作用。研究表明,基本顶(亚关键层)初次来压步距在45m左右,周期来压步距在15～20m之间;当工作面向前推进约130m,主关键层弯曲下沉量增大,且在两端发育纵向裂纹,而采空区中部覆岩压实,裂隙逐步闭合;由于关键层位结构的存在,使得开采过程中覆岩的大范围剧烈活动降低了对工作面的影响。     

孤岛综放工作面沿空掘巷围岩变形因素研究

基于孤岛工作面地质条件、开采工艺及原始矿压显现规律,运用关键层理论研究两侧极不充分采动条件下基本顶关键层效应对巷道围岩稳定性的影响,并通过数值模拟软件UDEC,详细分析了煤层硬度、基本顶断裂位置、护巷煤柱尺寸及孤岛工作面开采等因素对综放沿空掘巷顶板垂直应力分布和围岩变形特征的影响,并指出沿空掘巷支护重点。     

下覆工作面回采对斜井的影响分析

通过理论计算得出工作面开采覆岩破坏高度,利用关键层理论分析覆岩破坏、移动、控制规律,并对井筒下覆工作面回采对斜井的影响进行了论证,为工作面安全、高效回采提供了理论支持。现场矿压观测数据结果表明,斜井没有受到下覆工作面开采的影响。     

急斜煤层覆岩关键层对防水煤柱尺寸的影响

为了对水体下急斜煤层的安全回采提供依据,基于龙湖煤矿南二采区急斜煤层的水文工程地质和煤岩层赋存条件,采用离散元UDEC2D数值计算,分析了覆岩关键层对急斜煤层开采导水裂隙分布和防水煤柱稳定性的影响,结果表明:当上覆岩层无关键层时,急斜煤层开采导水裂隙呈“耳型”分布,而当上覆岩层存在关键层时,导水裂隙以平行于岩层层面的离层裂隙为主,且随着煤层采厚的增加呈抛物线型增大趋势,硕板初次破断后导水裂隙向关键层及其上方岩层发育;急斜煤层覆岩关键层的存在,将明显增大防水煤柱的抽冒范围,水体更易沿防水煤柱塑性破坏区渗流进入工作面采空区.据此,现场设计了分带仰斜充填开采方法,并采取了加固防水煤柱的措施,有效确保了水体下急斜煤层的安全回采.     

尖点突变理论在顶板突水规律研究中的应用

以大佛寺煤矿工程为背景,运用关键层理论与尖点突变理论分析了采场顶板透水的发生机理,认为基岩关键层突发性破断失稳是顶板突水的诱因。通过建立基岩关键层破断力学模型,得到了表征断裂过程的势函数,定性解释了顶板突水机理,定量得到了基岩关键层极限跨距及顶板突水的充分必要条件。最后与固体相似模拟实验结果对比分析,说明应用突变理论分析顶板突水机理是可行的。     

浅埋煤层长壁开采顶板岩层的后屈曲性态

根据浅埋煤层顶板岩层的赋存特点和长壁开采时关键层的变形破断特征，应用初始后屈曲理论探讨了开采过程中顶板关键层的后屈曲性态，得出了老顶初次来压时顶板的临界载荷和破断步距，确定了顶板破断后的极限下沉量和回转角，并以神东矿区大柳塔1203工作面为例给出了工程实例.研究发现，顶板上覆厚松散沙层对关键层的后屈曲性态有影响；顶板从破断至极限下沉其平衡路径不稳定.应用初始后屈曲理论可揭示浅埋煤层长壁开采顶板岩层的分叉点平衡构形及后屈曲平衡路径的稳定性，是确定非完善结构位移场的一种有效方法.     

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。     

7.0m支架综采面矿压显现规律研究

基于神东矿区补连塔煤矿22303工作面矿压实测结果,对世界首个7.0 m支架综采面不同开采阶段的矿压显现规律进行了总结,并结合神东矿区各类大采高综采面的矿压显现,对比分析了不同采高综采面矿压显现规律的差异。结果表明:上覆遗留煤柱区下开采时7.0 m支架工作面矿压显现正常,但在临近推出煤柱区时,工作面内煤壁片帮现象严重,直接导致刮板板输送机被压死。而长壁采空区下开采时,7.0 m支架工作面在煤层间单一关键层结构和2层关键层结构区域呈现出不同的矿压显现。煤层间单一关键层结构区域,关键层距离煤层越近,矿压显现各项参数(除来压步距外)越大;而在煤层间2层关键层结构区域,工作面来压步距及动载系数呈现出大小交替的周期性变化规律,且大来压步距对应小动载系数。通过对比7.0 m支架综采面与神东矿区其它几个大采高综采面的矿压显现规律发现,随着采高的增加,支架支护强度缓慢增加,而动载系数随之减小,且采高越大、亚关键层1距离煤层越近,越易形成亚关键层1的"悬臂梁"结构,从而来压持续长度越长。     

超长综放工作面采场矿山压力控制

以王庄煤矿4326超长综放工作面为例,分析了超长综放工作面矿山压力显现规律,提出了采场顶板的控制措施。超长综放工作面顶板来压在工作面方向出现不同步特征,老顶断裂步距较一般工作面小。提出主关键层来压的新概念,指出回采工作面矿压显现程度主要受主关键层破断的影响。采用双泵双回路供液系统可以显提高工作面支架初撑力,改善工作面端面顶顶维护状况。