薄煤层巨厚硬顶板断裂规律的模拟实验研究

本文针对淮北矿区朱庄煤矿Ⅱ646综采工作面可能面临的顶板大面积断裂和垮落特征,通过相似模拟实验,对顶板的变形和垮落特性做了具体研究,得出初次来压步距84 m和平均周期来压步距31 m的规律,且回采期煤层顶板运动可划分为六个区。从而为某煤矿Ⅱ646综采工作面坚硬顶板的处理提供理论依据。     

综采面多层坚硬顶板破断特征及其安全控制研究

祁东煤矿8_2煤层覆岩存在多层厚度较大坚硬岩层,初次跨落步距大,周期断裂悬顶长,严重危害工作面的安全生产。通过分析坚硬顶板的岩梁结构、力学特性,建立了初次来压双固支梁模型,判断出关键层的位置,获得了顶板初次垮落及周期垮落步距。并建立了有矸石支撑的周期跨落悬臂梁模型,根据平衡关系计算得到给定支架载荷下的合理悬顶长度。采用超前深孔预裂爆破技术弱化坚硬顶板,设计了合理爆破参数。开采实践表明,采用的爆破技术实现了对坚硬顶板的有效控制,减小了基本顶跨落步距,降低了来压程度,保证了工作面的安全正常开采。     

薄煤层巨厚坚硬顶板垮落数值模拟分析

为了揭示薄煤层巨厚坚硬顶板突然垮落与其周期垮落步距之间的关系,笔者利用Ansys数值模拟软件对薄煤层巨厚顶板周期垮落进行数值分析,得出顶板垮落时的最大周期垮落步距。因此,为了防止薄煤层巨厚坚硬顶板突然垮落,应在满足综采机的工作条件下,减小薄煤层巨厚坚硬顶板垮落步距;并提出采用超前预爆破技术的方法对工作面前方的岩石进行松动爆破,以减少冲击地压、保障工作面安全生产。     

基于瓦斯抽放的顶板冒落规律模拟试验研究

为了给采空区瓦斯抽放高位长钻孔的设计提供依据，采用相似模拟试验与关键层理论分析采空区顶板产生裂隙、断裂、冒落和离层情况及其变化规律。随工作面的推进，关键层的弯曲变形经历从缓慢-剧烈-缓慢-破断的过程：亚关键层的弯曲下沉范围明显小于主关键层。关键层破断后，其下采空区两侧垫层的弹性变形得到恢复，下沉位移出现反弹。关键层的承载作用和岩层力学特性的差异使关键层间顶板的垮落角不同。覆岩关键层的破断使工作面顶板垮落角减小、周期垮落步距和来压强度都增大。依据覆岩关键层的破断形态、顶板的垮落角和周期来压（垮落）步距可以确定瓦斯抽放钻孔的终孔位置和钻场间钻孔的压茬距离，并预测钻孔的抽放瓦斯效果。     

工作面上覆采空区大面积悬顶隐患治理技术

针对房柱式采空区下方近距离煤层开采时上覆煤柱易失稳,容易发生顶板大面积突然垮落进而造成强动压灾害的问题,以中煤华昱公司元宝湾煤矿为工程背景,分析了6号煤工作面回采过程中上覆4号煤房柱式采空区顶板突然大面积垮落的可能性,研究了复合采空区条件下煤层开采顶板致灾机理,引入了分段定向水压致裂强制放顶技术手段。通过在元宝湾矿6煤6203回采工作面切眼及顺槽运用定向水压致裂技术对工作面顶板及上覆采空区顶板进行弱化治理,缩短了工作面初次来压和周期来压步距,减小了工作面来压强度,成功地防治了上覆房柱式采空区大面积悬顶导致的垮落致灾隐患,保证了工作面的安全回采。取得了良好的经济和社会效益,并为类似矿井的安全回采提供了实践参考。     

无煤柱自成巷聚能切缝技术及其对围岩应力演化的影响研究

 基于切顶短臂梁理论,分析无煤柱切顶自成巷技术原理,结合柠条塔矿施工经验,总结出“支、切、护、封”四步成巷工艺。通过建立联孔聚能爆破力学模型,分析无煤柱自成巷聚能爆破机制,得出联孔爆破损伤贯通判据条件,并结合试验巷道围岩特性,进行聚能切缝关键参数设计。综合运用理论分析、数值模拟及现场实测,对无煤柱自成巷切缝前后工作面和巷道矿压分布规律和演变机制进行系统研究。结果表明,由于切缝结构面切断巷道顶板与工作面顶板岩体间的应力传递路径,改变顶板岩层结构形态,工作面和巷道矿压分布发生明显变化。切缝对工作面矿压影响有一定范围,切缝影响区内周期来压强度有所减小,周期来压步距有所增大。切缝引起的充填结构的支撑作用是造成工作面顶板压力减小的直接原因,来压控制关键层上的有效荷载减小是导致来压步距增大的根本原因。受切缝影响,碎石帮顶板岩体将经历“垮落→压实→稳定”的演变过程,充分利用采空区碎胀矸石的自承载特性和巷道围岩的协同支撑作用,可有效减小支护强度,增强巷道稳定性。     

极近距离薄煤层群联合开采常规错距理论 与物理模拟

 伴随着中、厚煤层资源的枯竭,潞安集团下属十几个矿井都将进入下组煤开采。下组煤15–1#和15–3#煤层是以薄煤层群赋存在一起,平均间距为4.4 m,因此提出极近距离薄煤层群联合开采常规错距开采模型,并进行理论和物理模拟试验研究。从理论上给出近距离薄煤层群联合开采下的工作面常规错距计算公式,并进行理论求解。为避免15–1#煤层顶板的周期垮落与15–3#煤层工作面回采时的超前效应相互影响,从安全角度考虑,将错距定为1.3～1.5倍的周期垮落步距,结合试验结果将常规错距定为17.5 m。物理模拟试验结果表明,常规错距下联合开采技术上是可行的。另外分析了工作面上方附近几个测点总是被抬高的原因,并总结了在工作面推进过程中,顶板下沉主要经过两次大的变化,即上、下两煤层工作面回采过程中发生垮落时,尤其是下层煤顶板垮落造成影响较大。     

浅埋综放L工作面开采方法及其矿压实测研究

 根据路天煤矿16#煤层的具体条件,提出并成功实践L形巷道布置的开采方法。通过现场实测分析,研究L工作面浅埋综放开采时顶煤和顶板的垮落特征、支架的工作阻力、地表塌陷规律及填埋碾压技术等,分析L工作面顶板破裂扩展及分块垮落顺序,建立浅埋综放开采的拱–台阶岩梁组合力学模型,揭示浅埋综放的覆岩移动规律及破煤机制,并给出维护顶板稳定的支架阻力计算公式。研究结果表明：(1) L工作面开采方法是一种高效、安全、高回收率的采煤方法,采露头煤或者露天转井工开采时可以借鉴;(2) 在合适的煤层条件下,浅埋深放顶煤开采在技术上是可行的;(3) 周期来压步距随覆盖层厚度的增加呈增大的趋势;(4) 工作面中部周期来压显现明显;(5) 地表变形垮落可分为4个阶段,填埋碾压应分2个阶段进行;(6) 为提高端面顶板和煤壁的稳定性,应提高支架初撑力。研究结果对类似条件下的开采方法及矿压规律研究具有积极的指导意义。     

冲击性顶板运动及其应力演化特征的3DEC模拟研究

采用三维离散元程序建立煤层综放开采模型,研究综放工作面推进过程中采场、采空区上覆顶板岩层的冲击性运动形式和分段性垮落形态,记录并且分析采场动态推进过程中,采动围岩中岩层块体垂直应力、水平应力的动态演化特征。研究结果表明,采空区基本顶的运动形式、来压周期、来压强度与直接顶的垮落厚度有关;支架后方的直接顶挤压成拱缓冲了基本顶的来压冲击强度,同时也改变了其来压步距。随着工作面向跟踪块体方向的推进,块体垂向应力、水平应力存在高低应力分区,并且不断地波动,岩层应力峰值位置随着岩层高度的增加稍向煤壁前方移动。     

冲击性顶板运动及其应力演化特征的3DEC 模拟研究

 采用三维离散元程序建立煤层综放开采模型，研究综放工作面推进过程中采场、采空区上覆顶板岩层的冲击性运动形式和分段性垮落形态，记录并且分析采场动态推进过程中，采动围岩中岩层块体垂直应力、水平应力的动态演化特征。研究结果表明，采空区基本顶的运动形式、来压周期、来压强度与直接顶的垮落厚度有关；支架后方的直接顶挤压成拱缓冲了基本顶的来压冲击强度，同时也改变了其来压步距。随着工作面向跟踪块体方向的推进，块体垂向应力、水平应力存在高低应力分区，并且不断地波动，岩层应力峰值位置随着岩层高度的增加稍向煤壁前方移动。     

爆破作用对层状顶板接触层面累积破坏效应分析

露天井下联合开采矿山地面的爆破开采作业产生的爆炸应力波对浅埋采空区顶板及其围岩形成动力加载环境,从而造成采空区层状顶板接触面层的离层错位破坏,当这种破坏累积到一定时刻将可能诱发采空区失稳。利用FLAC3D构建采空区三维数值计算模型,采用其内置Interface命令模拟层状顶板的接触面层。在采空区顶板顶部输入安太堡露天矿实测的爆破波速度时程模拟爆破震动对采空区层状顶板的动力加载。通过分析设置监测点的位移曲线、接触面层的剪切应力场、法向应力场及贯入量值场的变化规律,揭示了随着爆破次数的增加及顶板厚度减小工况下,爆破作用对层状顶板接触面层的离层错位累计破坏效应,为类似采空区层状顶板的稳定性评价、失稳可能性的风险评估及露天爆破开采作业提供一定的技术参考。     

大采高综采采场顶板控制力学模型研究

采用现场实测及相似模拟技术研究大采高综采采场项板结构特征,建立大采高综采采场的顶板控制力学模型.根据直接顶岩层结构不同,将大采高直接顶划分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型3种类型,Ⅰ型直接顶顶板载荷按给定载荷法或采高倍数法计算;Ⅱ型直接顶暂不宜采用大采高开采技术;Ⅲ型直接顶顶板控制应主要考虑直接顶关键层厚度、层位及工程力学特征,当直接顶关键层距离支架较近时,必须考虑冲击载荷影响.     

综放开采端面顶板稳定性的数值模拟研究

由于直接顶（含顶煤）厚度的成倍增加,综放采场顶板下沉量与支架工作阻力并不存在类双曲线关系,因而用顶板最大下沉量判断直接顶稳定性已失去意义,应用ＵＤＥＣ程序分析了工采端面顶板稳定性与支架工作阻力及端面距的关系,得到当端面距在一定范围之内时,端面顶板冒落情况下与支架工作阻力及支护角度这上关,支架工作阻力Ｐ和端面板下沉量△ｌｄ呈类双曲线关系,在此基础上提出支轲工作阻力新的确定方法。     

基于采动顶、底板岩层损伤的冲击地压预测

为探索微震法预测冲击地压的原理和应用技术,在装备高精度微地震监测设备的煤矿,开展采掘过程连续的岩体破裂现场监测,使用自主研发的采动岩体破裂规律分析和冲击地压预测软件MapRAS进行预测研究和工程应用。发现采动过程岩体微破裂在顶板和底板的深度扩散是产生冲击地压的大概率事件;提出采动顶、底板深度损伤是冲击地压成核重要因素的观点。建立应用微震数据辨识顶、底板采动破裂损伤深度的函数关系式和算法。分析显示顶板和底板深度损伤存在联动,与顶板关键层的周期破断及其后效相对应,反映出顶板、底板的加–卸载过程,在华亭煤田多显现为巷道底板破断型冲击地压。经工程应用检验,预测效能较高,应用效果良好。     

贵州槽箐地区煤矿床充水因素浅析

矿床充水因素是矿床水文地质特征分析的一项重要内容,它通过对矿床充水水源、充水通道及充水强度的影响因素进行分析和总结,对矿床开采技术条件提供理论依据。文章以兴仁县槽箐地区煤矿床为例,对矿床充水因素进行分析,认为该区煤矿床的主要充水水源为大气降水和长兴组岩溶水,主要充水通道为岩溶裂隙和顶板冒落裂隙带。由于龙潭组相对隔水层的阻隔,茅口组灰岩强含水层对矿床开采不构成底板突水威胁。     

大红山铜矿二期采矿工艺及点柱的应用

介绍了大红山铜矿二期工程的分段空场嗣后尾砂充填采矿工艺。针对该矿在上下两层矿体开采过程中的下层开采矿体时,两层矿体盘区间的夹层失稳垮塌的危险大大增加的问题,使用三维有限单元法进行了数值分析与结果表明,下层矿体开采时,在盘区中部留设点柱,可使上下两盘区隔层中的拉应力数值显著降低,隔层稳定性显著提高。实际生产中,采取留设点柱的措施后,采场顶板垮塌问题得到有效控制,贫化率和损失率均显著降低。取得了以较低的代价,获得较高经济效益的成果。对矿体厚度和面积均较大的盘区,矿柱强度随其高度-厚度比的升高而下降,因此,采取了在盘区内部留设面积相对较大、供矿末期才爆破的临时矿柱,保障了主要供矿期间隔层的稳定性。     

煤层底板岩体采动渗流场–应变场耦合分析

根据五沟煤矿1018工作面地质及水文地质条件,应用三维快速拉格朗日(FLAC3D)流固耦合分析模块,采用变渗透系数方法,对该工作面底板岩体采动渗流应变机制进行数值模拟研究。分析结果表明:采动影响下,围岩渗透系数发生较大的变化,处在采空区正上方的泥岩段最大达到原始渗透系数的1 293倍;根据渗流场分析,工作面采动并没有破坏底板隔水层的阻水性能,采动裂隙没有导通灰岩含水层,灰岩水涌入回采工作面形成水害可能性较小;工作面正下方岩体单元安全度小于1的区域最大深度为30 m。综合渗流场以及隔水底板单元安全度分析结果,10煤底板下灰岩水溃入工作面形成水害可能性较小。     

深井综采(放)工作面异常来压控制研究

 通过事故调研、理论分析和现场实测,研究深井综采(放)工作面异常来压的发生机制、控制技术及其危险性的分区分级评价方法。得到的主要结论为：(1) 工作面异常来压诱发因素主要有顶板来压、顶板水、控顶距增大、初撑力低、采高变化、断层、推进速度以及这些因素的叠加;(2) 异常来压的发生机制是上述影响因素引起顶板结构与支架作用关系失衡后,导致顶板异常活动和支架异常受力;(3) 异常来压的控制方法为开采前进行评价,预处理危险区,开采过程中实施矿压监测,采用工作面调斜、适当降低采高、提高初撑力、提前疏放水或加固顶板、预裂顶板、加快推进速度、优化支架阻力等措施,降低危险性。研究结果在赵楼煤矿1306工作面进行应用,取得良好效果,可有效避免压架事故。     

Effect of concrete edge distance on the hysteretic response of roof joint

Roof joint connects the upper roof structure to the lower RC columns in large-span structures. However, during several earthquakes, concrete edge failure of roof joint observed in several previous earthquakes shows potential collapse damage of the large-span structures. This paper presents an experimental and numerical study on the performance of roof joints under quasi-static cyclic loading. The effects of concrete edge distance of anchor rods and using horizontally slotted holes in the base plate were investigated and discussed by means of ultimate shear resistances, failure modes, hysteretic responses, anchor strains, and stirrup strains. It was found that concrete edge failure was prone to occur if the edge distance was taken as per current design practice. However, with the use of slotted holes in the base plate, the concrete edge failure could be suppressed due to the sliding between the base plate and the mortar layer. A refined theoretical model was proposed to evaluate the ultimate shear resistance and predict the failure mode. Finite Element Models (FEMs) were also developed to verify the proposed theoretical model in terms of the ultimate shear resistance and the failure mode under both monotonic and cyclic loading.     

山西煤下铝土矿勘查开发主要地质问题及开采条件分析

山西石炭-二叠系煤下铝土矿在全省含煤地层广泛分布,矿体平均厚度1～3 m,铝硅比5左右,随埋深增加矿体硫含量增高。矿体沉积基底主要为奥陶系峰峰组灰岩,少数为马家沟组和寒武系凤山组地层。沉积盖层北部为厚层灰岩,中部为灰岩泥岩互层,南部为薄层灰岩和泥岩。山西煤下铝土矿矿体形态复杂、跨采空区、顶板维护困难、水文条件复杂。勘查阶级首先要查明矿体基底构造形态、矿体赋存范围、上部采空区的空间赋存特征、富水性圈定有利成矿区;煤矿建设和生产阶段主要查明工程地质条件,闭坑煤矿首先要查明采空区范围和积水范围以及瓦斯地质条件;开发阶段需充分考虑水文地质条件,同时做好顶板支护。