远场高位厚硬岩层破断运动机理及响应规律研究

掌握远场高位厚硬岩层破断运动规律对于地表剧烈沉降、强矿震等灾害安全防控具有重要作用。以营盘壕煤矿2201、2202工作面为研究背景，建立远场高位厚硬岩层破断力学模型，采用符拉索夫厚板理论分析白垩系砂岩组破断运动规律及其影响因素，并通过地表沉陷、微震响应规律进行验证分析。得出如下结论：(1)针对白垩系砂岩距煤层远、厚度大、整体性好的赋存特征，建立了远场高位厚硬岩层破断力学模型，采用符拉索夫厚板理论解算出了高位厚硬岩层初次破断临界力学条件。(2)随着抗拉强度增大，厚硬岩层破断悬露长度依次呈现缓慢增长、线性增长和指数型增长特征；随岩层厚度增大，厚硬岩层破断悬露长度近似呈现指数型增长；随着倾向悬露长度（工作面宽度）增大，厚硬岩层破断悬露长度呈现先增大后逐步减小的变化趋势。(3)营盘壕煤矿2201工作面推采过程中，厚硬岩层不会发生破断；当2202工作面推采至960 m左右时发生竖向“O-X”破断；随着工作面继续推进约188 m，厚硬岩层将发生周期性破断。(4)地表沉陷监测结果表明，2201工作面推采期间地表沉降值整体较小且无较大变化，以小能量微震事件为主；2202工作面推采期间地表下沉依次经历了...     

采场厚硬顶板破断失稳与能量聚散演化研究

针对采场厚硬顶板强矿压问题,在采场厚硬顶板采动失稳影响特征分析基础上,运用力学理论构建采场厚硬顶板采动承载力学模型,分析采场厚硬顶板采动承载状态及能量积聚演化发布规律,从能量转化角度分析采场厚硬顶板破断致积聚能量释放与强动压显现关系,推导出工作面液压支架动载响应估算方程,揭示厚硬顶板破断失稳强矿压显现影响特征。研究结果表明,1)厚硬顶板在破断失稳前处于覆岩承载状态和自身弹性势能积聚,在破断瞬间显现略高于重力作用的加速运动失稳,加之悬伸跨度较大,导致厚硬顶板条件工作面动压显现尤为强烈;2)悬伸跨度、上覆岩层荷载是厚硬顶板采动承载和能量聚散演化的关键影响因素,上覆岩层荷载、自身厚度和强度是厚硬顶板极限悬伸跨度的关键影响因素;3)在工作面液压支架动态阻力响应的力源构成中,厚硬顶板破断积聚能量释放所形成的动态阻力占比最高,上覆岩层荷载做功转化所形成的动态阻力占比次之;4)在工作面液压支架动态阻力响应的影响因素中,厚硬顶板的悬伸跨度、上覆岩层荷载起直接加剧影响,岩层厚度增加厚硬顶板极限悬伸跨度,进而间接加剧动态阻力响应,直接顶厚度可对动态阻力响应起缓冲降低作用,支架控顶距的加剧影响程度不明显。     

基于微震监测的特厚煤层综放开采覆岩运移规律研究

为研究斜沟煤矿23103工作面浅埋特厚煤层综放开采的覆岩破断运移特征,采用高精度微震监测系统,监测三维空间范围覆岩破裂发生的位置及释放能量。监测结果表明：覆岩低层位范围内,微震事件发生密集。高位岩层破裂时,同步伴有低位岩层破裂事件的发生,表明了高位岩层破断失稳,易造成下赋低位岩层的同步破断失稳,并进一步对工作面矿压产生影响。基于微震监测的覆岩破断失稳规律研究,为矿井矿压控制及顶板灾害预控提供了科学依据。     

西部矿区首采工作面主控岩层见方破断诱发动压风险研究

针对西部矿区首采工作面见方期间覆岩破断诱发动压问题,利用理论分析方法,通过分析见方区域主控岩层破断概率及见方破断形成的动压力,研究了不同宽度工作面见方区域发生动压的风险。结果表明:西部矿区不同埋深矿井赋存的主控岩层数目不同,各主控岩层破断准距符合随机、均匀分布,且均具有见方破断的可能性,宽度为100、200、300 m的首采工作面主控岩层发生见方破断的概率分别为18.2%、9.1%、6.1%;由损失期望值法发现,随着工作面宽度的增加,见方诱发动压风险增大,并认为需加强西部矿区首采工作面见方动压防护工作,提出了调斜工作面、加强支护及高位定向水力致裂相关措施。     

坚硬覆岩下采动离层水涌突规律及防治技术

基于厚硬覆岩采动破断会引起离层水涌突这一特征,通过分析某煤矿首采区覆岩空间赋存、岩体结构、力学性质等地质工程条件,采用力学计算、数值模拟等方法,对采区首采面及后续工作面开采厚硬岩浆岩岩床破断引起的离层初次闭合及周期闭合的距离,进行了理论计算和数值模拟分析。结果显示,首采面开采离层初次闭合距约300 m,周期闭合约130 m;后续工作面开采时受邻近采空区影响,初次闭合距约260 m,周期闭合约120 m。针对离层闭合规律提出了相应的离层水害防治措施,确保了工作面的开采安全。     

采场上覆整体移动带坚硬岩层破断规律研究

为了防治采场上覆坚硬岩层突然破断给矿井造成的离层水（瓦斯）突涌等严重次生灾害,对某煤矿工作面连续大面积开采上覆整体移动带内坚硬岩层的破断规律进行了研究。以该煤矿首采区覆岩空间赋存、岩体结构、力学性质及地应力等地质工程条件为基础,采用薄板理论计算、数值模拟等方法,对采区首采面及后续工作面开采上覆整体移动带坚硬火成岩岩床初次破断及周期破断距进行了理论计算和过程模拟分析。结果显示,首采面开采过程中坚硬火成岩初次破断约300 m,周期破断约130 m;后续工作面开采时受邻近采空区影响,火成岩初次破断约260 m,周期破断约120 m;结果与现场实测数据分析相一致。研究成果对坚硬覆岩下煤层开采离层水、离层瓦斯突出等地质灾害预测及防治具有重要意义。     

工作面沿空侧采空区煤自燃危险区域研究北大核心

为研究沿空掘巷工作面在不同开采时期沿空侧采空区煤自燃危险区域,以营盘壕煤矿2202工作面和沿空侧2201采空区为例,采用煤自然发火实验分析2201采空区遗煤自燃极限参数,提出沿空侧采空区煤自燃危险区域判别条件,通过保护煤柱施工钻孔监测沿空侧2201采空区内气体体积分数和温度,利用Fluent数值模拟研究沿空侧2201采空区氧气体积分数分布规律,划分出沿空侧采空区煤自燃危险区域。结果表明:2202工作面回采期间,保护煤柱应力集中导致煤体破碎,沿空侧采空区氧气体积分数在10.1%~13.8%范围;工作面停采前沿空侧采空区氧气体积分数在10.3%~15%之间,回采期间,沿空侧采空区煤自燃危险区域为2202工作面前部45 m至后部119 m宽55 m靠近煤柱侧的狭长区域;停采前,沿空侧采空区煤自燃危险区域为2202工作面前部63 m至后部107 m宽42 m靠近煤柱侧的狭长区域。     

近距离巨厚坚硬岩层破断结构及分区控制

为实现近距离巨厚坚硬岩层下厚煤层的安全高效开采,根据朱仙庄煤矿北翼采区煤岩赋存特征和工作面生产技术条件,建立了厚硬岩层下开采三维模型,分析了厚硬岩层厚度和直接顶充填系数对厚硬岩层稳定性的影响规律,采用理论分析研究不同回采分区条件下的支架-围岩相互作用特征。研究发现厚硬岩层厚度影响破断块体尺寸和力学结构形成,直接顶充填系数影响断裂块体下沉空间、破断位置和破断尺寸;根据矿压显现程度和顶板控制难易程度,把回采区域划分为顶板强烈来压区、顶板较强烈来压区和顶板来压不明显区,并提出厚硬岩层下煤层开采岩层分区控制的原则和方法。     

综采工作面覆岩破断规律试验及高位钻孔参数优化

根据祁东煤矿6135工作面开采工程条件,运用相似材料模拟实验方法,对上覆岩层随工作面推进时的破断规律进行研究,结合经验公式和相似模拟结果综合判定了工作面上覆岩层垮落带高度范围为0~7.1 m,断裂带高度范围为7.1~30.1 m;采用FLAC3D数值模拟软件模拟得出覆岩裂隙发育区角度范围,为优化高位钻孔布置参数提供了可靠的依据。     

富水顶板综放工作面出水规律与高位关键层破断特征分析

针对崔木煤矿富水顶板特厚煤层综放工作面在限厚开采条件下,仍然频繁出现的出水和压架问题,分析了上覆关键层破断与工作面出水的关系,认为21303工作面导水裂隙带的发育高度受高位厚硬岩层亚关键层Ⅰ的控制,最大发育高度为185m。工作面出水具有周期性,且出水周期性与亚关键层Ⅰ周期性破断有关,出水在形式上可以分为直线型导通和折线型导通两种。在初次和周期性出水期间伴随着工作面强矿压显现。     

营盘壕煤矿首采面地表移动特征实测研究

为掌握营盘壕煤矿首采工作面高强度开采条件下的地表移动变形特征,根据该矿2201工作面大采深、巨厚弱胶结覆岩以及地表由风积沙所覆盖的特征,在该工作面地表建立了地表移动观测站。通过历时15个月共11次地表移动观测,获取了工作面地表移动变形的实测资料。根据对实测数据的处理分析,得到了首采面地表移动变形角量参数和概率积分法预计参数,并进一步分析了该地质采矿条件下地表下沉速度的变化特征。研究表明:①在营盘壕煤矿的地质采矿条件下,首采面推进过程中地表点移动变形值始终较小,且地表下沉过程中未出现过活跃期;②当首采工作面推进至1 634 m时,非充分开采的地表下沉率仅为0.171,主要影响角正切为1.13,开采影响传播角为89.5°,拐点偏移系数为0.08;③该工作面的倾向非充分开采及其上方的巨厚弱胶结砂岩层的控制作用是地表移动变形值与下沉率较小的主要原因。研究结果对于巨厚弱胶结覆岩深部开采条件下的地表移动变形控制与建(构)筑物保护具有一定的参考价值。     

采场上覆3层厚硬岩浆岩破断规律

分析杨柳煤矿1061工作面地质条件,采场上覆厚硬岩浆岩容易发生大面积悬空,从而诱发冲击地压和支架动载等动力灾害,严重影响了安全开采。对采场上覆3层岩浆岩的厚度和距离选取3组数据,通过理论计算和UDEC数值模拟判断岩浆岩的破断位置,分析采场上覆3层厚硬岩浆岩的破断规律,实现1061工作面开采的安全顺利进行。     

厚硬岩层下采动应力突变及冲击地压防治研究

为了研究上覆硬厚岩层对工作面采动应力的影响作用,针对田陈煤矿7112工作面地质条件,采用数值模拟方法,研究了厚硬关键层不同赋存条件下采动应力变异特征。研究表明:随工作面的持续推进,工作面前方支承压力不断增长,但增速逐渐放缓,破断后工作面支承压力迅速降低;随厚硬关键层厚度、赋存高度的增加,厚硬关键层初次破断前工作面前方支承压力峰值逐渐减小。采用理论分析方法,计算出工作面上覆关键层破断步距,根据研究结果,精细划分了硬厚岩层影响下的7112工作面冲击危险区段,通过实施密集钻孔卸压,成功控制了冲击风险,实现7112工作面的安全生产,为该采区7112周边工作面提供了可靠技术参数。     

近距离下煤层开采岩层破断微震监测研究

在我国,近距离煤层赋存和开采所占比例很大,而吕梁矿区木瓜煤矿层间距小于10 m的可采储量占总储量的80%,所以研究近距离下煤层开采岩层破断微震监测技术具有重要的现实意义。针对木瓜煤矿近距离下煤层109工作面巷道支护、区段煤柱的合理宽度确定的技术难题,基于微震监测原理理论,采用现场监测的方法,对工作面回风巷的上覆岩层破断的时空位置、能量和微震事件分布形态特征等随工作面推进的变化进行监测,确定109工作面侧向矿山压力分布规律、上覆岩层的破断规律及破坏程度,为确定区段煤柱的合理宽度提供现场科学数据,实现近距离煤炭资源的安全高效回采。     

硬厚岩层破断规律研究

以某矿10202工作面为工程背景,通过理论分析,建立硬厚岩层梁式破断力学结构模型,分析了工作面在推采过程中,硬厚岩层破断的力学机理,并利用UDEC建立二维离散元模型,研究硬厚岩层破断规律,揭示硬厚岩层在不同厚度下初次破断步距的变化情况。     

强冲击大采高工作面关键层周期破断规律研究

为探究强冲击大采高工作面关键层周期破断规律,以内蒙古鄂尔多斯母杜柴登矿井30202工作面为例,采用即时加载带理论对上覆岩层进行了划分,在进行了钻孔揭露覆岩层位分析后,理论计算了坚硬砂岩组覆岩周期破断步距,结合微震监测数据分析了影响工作面冲击危险的关键层位。研究结果表明30202工作面上覆岩层中,中高位顶板周期破断对工作面冲击危险存在重要影响,中高位顶板周期性破断期间大能量事件频发,须做好工作面周期来压期间冲击地压防治安全技术措施。     

双煤柱工作面开采覆岩运动及地表沉降规律研究

针对葫芦素煤矿回采期间因缩面而产生的双煤柱结构问题,以葫芦素煤矿21102和21201工作面为工程背景,对双煤柱工作面煤层开采覆岩运动及地表沉降规律进行研究.结果表明:2-1煤层上覆第2岩层为主关键层并形成砌体梁结构,对采场矿压显现及覆岩运动起到最主要的控制作用;地表监测数据表明21102工作面已完全进入开采沉陷稳定期,回采21201工作面时,地表下沉速度及时、稳定,覆岩随采随动,危险性较小.相似模拟试验结果表明,随着模型开挖,横向裂隙逐渐向上覆岩层扩展,离层间距亦逐步扩大,并产生失稳垮落,21102工作面左侧方覆岩破断角为58°,右侧方覆岩破断角为62°,21201工作面左侧方覆岩破断角为56°,右侧方覆岩破断角为59°.工作面开挖后,覆岩依次垮落或下沉移动,与地表监测结果基本一致.研究成果可为深埋双煤柱工作面的安全回采提供借鉴.     

煤矿地面直井水压致裂技术防治巨厚岩层动力灾害研究

以东滩煤矿63上06工作面上方高位巨厚红层砂岩为 研究对象,利用 FLAC3D数值模拟软件对水压致裂切割高位 坚硬岩层前后的岩层破断情况及破断时能量演化特征进行 研究。模拟结果表明:进行水力压裂后,巨厚岩层初次破断 时的来压步距由压裂前的260m 降低为180m,压裂后的巨 厚岩层较压裂前垮落更为充分,并未出现较长时间的悬顶现 象;压裂后,工作面前方支承应力峰值在水力压裂剧烈影响 区出现持续降低的现象,且较压裂前应力峰值减小,工作面 前方的应力集中现象减弱;压裂后的高位岩层初次破断前并 未发生大规模的弹性变形能积聚现象,弹性能分布较为均 匀。综合分析模拟结果,可认为地面垂直井水力压裂技术能 够有效地降低开挖过程中的应力和能量集中,避免高位岩层 破断时产生的高能量瞬间释放,降低矿震发生的等级。     

相邻采空区关键层失稳诱发矿震机理研究

基于岩层控制的关键层理论,对工作面开采过程中相邻采空区震动机理进行了研究,将相邻采空区震动机理归结为3种基本形式：① 低位亚关键层回转滑移失稳;② 高位亚关键层剪切滑移失稳;③ 主关键层极限破断失稳。利用现场矿井微震监测系统,分析了不同机理震动规律,结果表明,相邻采空区岩层失稳滞后于本工作面岩层运动,震动频次上低位亚关键层最高,高位亚关键层次之,主关键层极限破断失稳震动最少,震动能量上则相反;本工作面破坏烈度则是高位亚关键层剪切滑移失稳最强,低位亚关键层失稳震动次之,而主关键层最小。最后,根据震动诱发动力冲击的能量机理,提出了相邻采空区震动灾害的治理措施,并在现场实施应用。     

高位硬厚岩层破断规律力学分析与数值模拟研究

以杨柳矿10416工作面为工程背景,通过理论分析,建立硬厚岩层梁式破断力学结构模型,分析了工作面在推采过程中,硬厚岩层破断的力学机理,并利用UDEC建立二维离散元模型,研究硬厚岩层破断规律。研究结果表明:硬厚岩层初次破断步距与其最大拉应力、硬厚岩层厚度、煤层与硬厚岩层之间的岩层厚度正相关,与其上覆载荷、岩层移动角负相关。