采动覆岩卸荷膨胀累积效应

地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。     

基于关键层控制的部分充填采煤技术

建筑物(村庄)下压煤开采一直是困扰我国煤矿的重大技术难题。针对充填采煤技术面临的难点与挑战,结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发了基于关键层控制的部分充填采煤技术。研究揭示了覆岩关键层对地表沉陷控制机理;建立了基于关键层控制的地表沉陷控制模型及部分充填采煤的设计方法;研发了采空区条带(墩柱)充填、冒落区嗣后充填和覆岩隔离注浆充填等部分充填采煤技术,已在淮北、淄博、阳泉、皖北等矿区10余对矿井的40余个工作面成功应用。部分充填采煤技术充分利用了覆岩结构的自承载能力,减少了充填工作量、降低了充填成本,是高效低成本的建筑物压煤充填开采技术。     

顶板离层检测的地质雷达物理模拟衰减分析

利用地质雷达(GPR)对顶板离层物理模型进行检测,根据菲涅耳公式在边值关系条件下求出入射波、反射波和折射渡的振幅关系,理论推导得出离层区的衰减大于非离层区的结论.通过物理模拟实验并对输出的地质雷达时间剖面图像进行特征分析,得出在离层界面的反射信号强烈造成了更大的衰减的结论.同时对接收的电磁波信号进行低通滤波,通过对信号的振幅分析得出非离层区反射信号能量大于离层区反射信号能量的结论,验证了理论推导的正确性,同时也证明地质雷达对顶板离层进行检测是可行的.     

对我国煤层与瓦斯共采的几点思考

我国煤系地层赋存的瓦斯极具开采利用价值，但目前的开采效果并不理想。运用岩层控制中的关键层理论，探讨采动影响下瓦斯大量运移和聚集特征，提出了煤层与瓦斯安全高效地共采的新思路，并进行了效益分析。     

上向水平分层充填采矿法的优化研究

针对新桥硫铁矿上向水平分层江砂胶结充填采矿法存在的问题，优化了采矿方法，科学地设计了胶结充填体强度，在试验基础上，优化了充填材料及配合比。得出了满足安全生产条件的充填体强度：矿柱充填体单轴抗压强度为2．1MPa，矿房浇面充填体σ14=1．0MPa，σ28=3．0MPa；达到了最佳充填材料配比：矿柱和矿房浇面的充填体灰沙比分别为1：7和1：5。研究成果已在新桥硫铁矿推广应用，效果良好．     

FJ液压支架的顶梁改造与使用

在鲍店煤矿端面冒顶治理中，对ＦＪ－４×４５７支架的顶梁进行了改造，本文对此进行了介绍，并对改造顶梁的使用效果进行了分析，对类似开采条件下支架选型与顶板管理有借鉴作用。     

基于岩层移动的"煤与煤层气共采"技术研究

研究了岩层移动对煤层气卸压运移的影响，结果证明，覆岩关键层的破断运动对邻近层煤层气涌出的动态过程起控制作用；覆岩主关键层位置将决定下保护层可能的最大卸压高度。     

采动覆岩破断裂隙的贯通度研究

为了判定采场隔水关键层和计算导水裂隙带高度,进行了覆岩采动导水裂隙分布特征的相似模拟实验和力学分析.提出了破断裂隙贯通度的概念和计算公式.试验结果表明,采场覆岩裂隙带上位岩层的回转变形空间较小,且由于岩层刚度和厚度的差异,薄岩层会完全破断;但坚硬厚岩层破断裂隙未贯通,没有形成竖向"导水、导气"裂隙.为了描述岩层的破断程度及破断裂隙导水能力的强弱岩层破断裂隙的贯通度随其下自由空间的增大而增大,且存在自由空间阀值,大于其阀值时则增加缓慢并趋于1;随岩层厚度增大,起裂时岩层破断裂缝的张开角度减小;岩层破断裂隙的贯通度随裂纹尖端临界张开位移的增大而呈线性减小,随岩层周期破断距的增大也呈近似线性减小.