浅埋煤层过沟开采覆岩破坏特征及裂隙演化规律研究

浅埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征是影响矿井涌水有关系,尤其在地表沟谷区,由于剥蚀作用使煤层埋深减小,为了研究清楚浅埋煤层过沟开采时,上覆岩层的扰动破坏规律与裂隙发育特征,以榆神矿区张家峁煤矿14213工作面的过沟段为研究对象,通过相似材料物理模拟与数值模拟的方法,对覆岩的破坏规律及裂隙发育特征进行了研究。结果表明,煤层开采过程中,顶板覆岩会伴随产生层间离层与切穿岩层的垂向裂隙,回采至60 m时,煤层顶板悬露面积达到极限发生垮落,原有层间离层伴随垮落消失,新出现的层间离层继续向上发展,离层空间与垂向裂隙交替发育,回采至105m时,垂向裂隙导通至地表,离层结构完全破坏,岩层发生整体下沉。裂缝的动态发育规律是:斜坡裂缝的宽度随着开挖的进行由小变大并趋于稳定,坡脚裂缝的宽度则是由小变大、再变小至闭合,沟底裂缝的宽度由小变大再变小的趋势。地表裂缝的这种演化规律主要与地形和地表应力状态有关。坡肩和斜坡上部,采动裂缝形成后受斜坡拉应力的影响而宽度增大;坡脚采动裂缝形成后受坡脚压应力的影响而宽度变小甚至闭合;沟底采动裂缝形成后受压应力和坡段岩块压实调整宽度变小。     

半胶结中低强度围岩导水裂缝带发育特征研究

为获得半胶结中低强度围岩条件下巨厚浅埋煤层开采导水裂缝带高度及发育特征,以榆神矿区金鸡滩煤矿101工作面与转龙湾煤矿23103工作面为例,分别采用地面钻孔探测(岩芯工程地质编录、冲洗液漏失量观测及钻孔电视系统)与井下探测(钻孔双端封堵测漏法)对采空区上覆岩层导水裂缝带高度及形态进行了现场探查,采用相似材料模拟和数值模拟对不同开采煤层厚度的导水裂缝带演化规律及发育高度进行了研究。根据现场实测和模拟结果,结合其他相似条件的矿井实测数据,对导水裂缝带发育高度与煤层采厚的关系进行了拟合分析。研究表明：大跨度工作面导水裂缝带发育高度与煤层采厚为二项式关系,随采厚增加,导水裂缝带高度增大,但增大趋势变缓;导水裂缝带发育形态为平顶拱形,在工作面推进距离与工作面斜长近于相等时,“裂隙拱”在垂向上不再扩展,此时导水裂缝带高度达到最大。     

浅埋深薄基岩矿井综放工作面导水裂缝带发育规律研究

转龙湾煤矿首采工作面煤层埋深160 m左右,基岩厚度60～120 m,属于浅埋薄基岩开采。本文分析了转龙湾煤矿II-3煤层覆岩特征,井下现场探测了首采试验区的采动覆岩破坏导水裂缝带发育高度,采用有限差分数值仿真方法模拟了薄基岩浅埋煤层综放开采条件下的覆岩运移破坏过程。研究表明,采动覆岩塑性破坏区的形态经历了"马鞍形"—"拱(箱)形"的演化发育过程;随着采动空间的增大,采空区两端超前破坏裂隙扩展速度较中部变慢,最大导水裂缝带发育高度位于采空区中部,裂采比为20。     

浅埋煤层保水开采岩层控制研究

我国西部浅埋煤层保水开采的核心理念是保护生态水位,保水开采岩层控制的理论基础是隔水层的稳定性。基于陕北浅埋煤层煤水赋存条件,通过物理模拟和地裂缝实测分析,揭示了浅埋煤层隔水岩组的"上行裂隙"和"下行裂隙"发育规律,发现了"上行裂隙"和"下行裂隙"的导通性决定着隔水岩组的隔水性。通过理论分析,给出了"上行裂隙带"发育高度和"下行裂隙带"发育深度的计算公式,建立了以隔水岩组厚度与采高之比(隔采比)为指标的隔水岩组隔水性判据。据此,提出了保水开采分类方法,基于神府矿区条件给出了分类指标范围。     

曹家滩煤矿导水裂隙带高度确定及水害防治

导水裂隙带发育高度是确定煤体回采后是否与上覆含水层及采空积水沟通的关键参数。特厚煤层回采导致上覆岩体破坏高度较大,导水裂隙带发育沟通采空积水区,将导致采空水经由新生裂缝涌入工作面,影响地下水赋存条件,进而影响矿山安全生产。为确定曹家滩煤矿122108工作面导水裂隙带发育高度,采用理论计算、数值模拟相结合的方法对覆岩层导水裂隙带的发育特征进行分析,并提出相应的水灾预防及应急措施。分析结果表明,随着煤层走向开采距离的增大,导水裂隙带高度逐渐增大,煤层充分采动后导水裂隙带高度趋于稳定,约为207～233 m,裂采比为20.7～23.3,为矿井的水害防治及矿区生态保护提供了科学的决策依据和技术支持。     

浅埋采场地表裂缝-采动裂隙连通性评价及浅表水响应特征

西部矿区浅埋煤层开采引起地表裂缝和采动裂隙的大规模发育,二者的相互连通为浅表水体稳定及井下安全生产带来极大影响。研究以杨家村煤矿浅埋22上煤层水文地质条件为背景,通过综合实测、理论分析和反演建模等方法评估长壁工作面采动影响下的地表裂缝-采动裂隙连通性及浅表水文响应。结果表明,采高5 m、面长240 m情况下地表裂缝-采动裂隙未发生结构与水力连通,浅表含水层产生约0.77 m的水位下降;工作面长度增至300 m可使浅表含水层失稳,水位降深增大至1.33 m;水位降深与工作面长度呈正相关关系。     

带压煤层开采底板裂隙发育深度综合研究

为了分析带压煤层开采底板岩体破坏规律,选择成庄矿为工程现场,通过对其不同深度主采煤层底板采动破坏情况经行数值模拟,以及对工程现场底板裂隙实际发育深度的注水试验探测,综合研究带压煤层开采底板裂隙演化规律。结果表明:煤层埋深与煤层采厚对底板裂隙的发育影响不大,工作面宽度与底板岩性为主控因素,另外,工程试验对数值模拟结果的验证,证明数值模拟可作为一种研究带压煤层底板裂隙发育深度的可靠手段。     

黄土沟壑区特厚煤层开采地裂缝发育规律研究

黄土沟壑区特厚煤层开采易产生地裂缝,加剧生态环境破坏,危及矿区安全。本文以山西省某矿区104工作面为研究背景,结合现场调查、数值模拟和理论分析等方法,研究了采动地裂缝静态分布特征、动态演化规律及其形成机理。研究表明:地裂缝分为拉伸型、台阶型2种类型与分叉、平行2种组合方式。宽度0～5 cm的裂缝数量占52%,宽度5～10 cm的裂缝数量占28%,宽度10～15 cm的裂缝数量占14%,宽度大于15 cm的裂缝数量占6%,黄土沟壑区采动地裂缝发育程度更强;根据地裂缝分布位置,可以分为动态面内裂缝(工作面内且与开切眼基本平行)及永久边界裂缝(开切眼、停采线及平巷附近)2种类型。动态面内裂缝具有“山峰”活动规律,裂缝宽度呈现“先开后合再稳定”的变化特征,永久边界裂缝宽度呈现“只开不和”的变化特征,裂缝初始宽度与最大宽度满足线性正相关关系;地裂缝的形成是由下至上的动态发育过程,即“采煤—覆岩移动—地表变形—产生地裂缝”。通过构建“井下开采—覆岩移动—地裂缝产生”三维一体模型和地裂缝动态发育模型,定性分析了地裂缝的活动机理。研究成果对黄土沟壑区生态环境修复及采动损害防护具有重要参考价值。     

浅埋煤层裂隙发育规律研究

对浅埋煤层进行相似模拟研究并且对采动所产生的开采损害进行实测,利用模型测定上行裂隙与下行裂隙带的发育深度。上行裂隙与下行裂隙是否导通决定着隔水层的隔水性。通过对浅埋煤层覆岩裂隙发育规律进行研究,为浅埋煤层保水开采提供依据。     

煤层开采对第四系松散含水层影响的研究

为了分析煤层开采对第四系松散含水层的影响,选择潞安矿区漳村矿为试验现场,通过浅部至深部煤层开采项板导水裂隙发育高度的理论分析、数值模拟和实际观测资料对比,研究采高6m,采动导水裂隙发育规律及对松散含水层的影响.结果表明:煤层埋深小于110 m区段,导水裂隙可突破第四系底部黏土隔水层而发育至第四系松散含水层,并对该含水层造成破坏;煤层埋深介于110～190 m区段,导水裂隙仅发育至基岩风氧化带,风化裂隙水可进入采场,对第四系底部松散含水层水影响较小;煤层埋深大于190 m区段,采动导水裂隙发育限制在完整基岩内,仅将顶板砂岩裂隙水引入采场.据此分析,漳村矿对采高6m、埋深大于190 m的中深部煤层的开采对第四系松散含水层几乎无影响.     

陕北浅埋煤层砂土基型矿区保水开采方法研究

在浅埋煤层砂土基型矿区实现保水开采,关键在于煤层开采后含水层和导水裂隙带之间有达到厚度要求的隔水保护层.采用开采损害学中的地表移动变形和采动岩体内部移动变形预计的方法,考虑覆岩中隔水黏土层的膨胀性计算浅埋煤层砂土基型矿区开采后隔水土层中裂隙的破坏深度,同时借鉴相似模拟实验确定导水裂隙带的发育高度,最后计算采高不同时2种裂隙之间的隔水保护层厚度,如果隔水保护层厚度满足规定要求就可以实现保水开采,从而确定砂土基型矿区保水开采的合理开采方法.以榆树湾煤矿20102上工作面开采为例,计算结果表明:5m分层开采可以实现保水开采,放顶煤一次采全高不能实现保水开采.现场开采实践和相似模拟实验验证了该方法的正确性.     

厚松散层近浅埋煤层开采导水裂缝动态演化规律研究

以陕北矿区韩家湾煤矿2304工作面为研究对象,通过理论分析、理论计算、相似模拟实验等方法,对厚松散层近浅埋煤层开采导水裂缝动态发育规律开展相关研究。通过建立采动岩土层动态移动变形预计模型,给出全盆地下沉、水平变形预计公式;建立了以关键层下沉为关键参数的上行导水裂缝发育高度和以隔水层移动变形为关键参数的下行导水裂缝发育深度计算方法;分析预计2304工作面推进过程中上行裂缝和下行裂缝的动态发育变化过程,相似模拟实验现象与预计结果基本吻合。研究可为相似地质条件下采动裂缝发育预计提供参考。     

浅埋煤层沟道采动裂缝发育特征及治理方法

黄土沟壑区浅埋煤层开采诱发的地表裂缝灾害相对严重,特别是在沟道底部等煤层埋深极浅区域易与覆岩内部裂隙贯通形成导水通道,致使地表水溃入井下威胁生产安全。为研究黄土沟壑区浅埋煤层回采造成的沟道地表裂缝发育特征及其引发的地表溃水水害防治方法,以陕西省安山煤矿125203工作面菜沟段为研究对象,采用无人机遥感技术和现场实测相结合的方法对沟底裂缝进行填图和动态监测,揭示了采动地表裂缝的平面展布规律、动态发育规律及其与工作面生产进度之间的关系。在此基础上通过实地调查沟道地质条件,提出了沟道地表裂缝不同区域的分区治理方式,并进行了现场实践应用。研究表明:(1)沟底平行开切眼裂缝多以"台阶状"发育,宽度在5 cm以内的地表裂缝占64%,宽度在5～10 cm的地表裂缝占20%,宽度在10～20 cm的地表裂缝占10%,宽度超过20 cm的地表裂缝占6%;(2)沟底平行开切眼裂缝初始发育位置与回采位置基本一致,超前或滞后回采位置不足6 m,裂缝角近似垂直;(3)随着工作面推进,正向坡裂缝呈现出"开裂—稳定"的动态变化特征,反向坡裂缝呈现出"开裂—闭合—稳定"的动态变化特征,平均动态变化时间为3.70 d;...     

浅埋煤层开采地裂缝发育特征研究——以陕西榆家梁煤矿为例

为了研究西部矿区浅埋煤层开采造成的地裂缝发育特征,以陕西榆家梁煤矿为研究基地,对榆家梁煤矿43303-2工作面采动引起的地裂缝进行持续动态监测,对其采动地裂缝进行监测,分析了地裂缝的形态、区域分布情况以及地裂缝形成的影响因素,初步探析了采动地裂缝形成机理及发育规律。结果表明,地裂缝的发育是一个动态过程,随着工作面推进一段距离后,逐渐在地表产生地裂缝;采动过程中的地裂缝的形成主要受深厚比、表土层性质、开采速度以及地形地貌等因素影响。研究结果对于地表建筑物保护和土地整治具有指导意义。     

浅埋煤层采动导水裂隙动态演化规律模拟分析

针对单一关键层浅埋煤层,采用实验室物理模拟揭示了采动导水裂隙动态发育规律.模拟结果表明,采动导水裂隙的演化分为发展期、贯通期和压实闭合期3个阶段;导水裂隙的动态发育受基本顶关键层控制;通过分析得出了防止工作面涌水溃沙的基本原理,能解决西部矿区保水防溃采煤的安全问题.     

陕北某矿3号煤层开采导水裂缝带高度测定

导水裂缝带的发育规律及其高度测定对矿井绿色安全开采具有重要意义.为掌握工作面开采过程中的覆岩垮落规律与裂隙发育规律,以陕北某矿3号煤层1309工作面为研究对象,采用物理模拟和工程类比方法进行实验测定.结果表明,工作面充分采动后的导水裂缝带高度为101.7 m,裂采比33.9;覆岩中第二关键层可以有效地抑制竖向裂隙的发育...     

羊场湾煤矿采动地裂缝发育特征及规律研究?

采煤诱发的地裂缝是煤矿区最为常见的一种土地破坏形式,也是矿区土地复垦、生态环境修复所直面的一种灾害类型。准确掌握其发育规律、特征并对其进行预测是采煤沉陷治理的基础。以羊场湾煤矿为研究区,采用无人机航拍、野外调查和理论分析的方法对地表裂缝发育规律、特征及其与采矿地质条件的关系进行了归纳分析。结果表明：裂缝发育程度会随着开采深度的增加逐渐减弱,当开采深度大于350 m时平行开切眼裂缝几乎不再发育。平行巷道裂缝则以“环带”的形式发育,当开采深度大于550 m时,裂缝发育特征不再明显。地表裂缝发育范围可以简化为2个半椭圆和1个矩形的组合形状,并能通过地表移动变形参数和煤层埋深计算出地表裂缝发育范围。地表裂缝最大发育宽度随着采深采厚比的增加呈负指数形态减小。经拟合处理,得到了地表裂缝最大发育宽度预测公式。     

大采宽综采工作面导水裂隙带高度探究

为了探究永煤公司新桥煤矿深埋煤层大采宽工作面导水裂隙带高度发育特征，以典型的开采宽度330 m的某工作面为研究对象，建立了深埋煤层大采宽工作面三维工程地质概化预开采模型，采用FLAC^3D数值模拟软件对采动覆岩导水裂隙带高度进行研究，发现这种大采宽工作面开采后应力集中程度明显增大。和经验公式类比获得了该工作面导水裂隙带高度取值范围，提出了现行规范中的相关计算公式预计结果明显偏小，已不适合这种地质及开采条件。最后，在其他条件不变仅改变采宽条件下，模拟了7种不同采宽开采后沿倾向和走向导水裂隙带高度发育特征，对比分析发现导水裂隙带高度随采宽增加呈非线性变化，两者之间具有很好的自然对数拟合关系，确定了增加幅度的采宽阈值及其变化特征。     

羊场湾煤矿采动地裂缝发育特征及规律研究

采煤诱发的地裂缝是煤矿区最为常见的一种土地破坏形式,也是矿区土地复垦、生态环境修复所直面的一种灾害类型。准确掌握其发育规律、特征并对其进行预测是采煤沉陷治理的基础。以羊场湾煤矿为研究区,采用无人机航拍、野外调查和理论分析的方法对地表裂缝发育规律、特征及其与采矿地质条件的关系进行了归纳分析。结果表明:裂缝发育程度会随着开采深度的增加逐渐减弱,当开采深度大于350 m时平行开切眼裂缝几乎不再发育。平行巷道裂缝则以“环带”的形式发育,当开采深度大于550 m时,裂缝发育特征不再明显。地表裂缝发育范围可以简化为2个半椭圆和1个矩形的组合形状,并能通过地表移动变形参数和煤层埋深计算出地表裂缝发育范围。地表裂缝最大发育宽度随着采深采厚比的增加呈负指数形态减小。经拟合处理,得到了地表裂缝最大发育宽度预测公式。     

重复采动对顺层岩质斜坡变形破坏的数值模拟研究

煤层开采过程中顺层岩质斜坡易发生滑坡,且这类滑坡往往规模大,危害性大;以UDEC离散元法为基础,研究地下煤层重复开采对顺层岩质斜坡的影响。研究结果表明:采动影响的下沉量随埋深减少依次递减,岩层在受采动影响后的变形为非连续性变形,与单层开采相比,重复采动会导致斜坡在水平方向的移动变形显著增大;重复采动导致斜坡发育新的裂缝和裂缝群,更容易导致软弱结构层发生破坏,坡体稳定性进一步降低;单层采动时的"变形积累-裂缝产生-扩展-闭合"动态发育过程在重复采动时会演变成"变形积累-裂缝发育扩展-发育稳定"动态发育过程。