近距离煤层坚硬岩层破断影响因素分析

近距离煤层覆岩破断受到多次采动影响,与采高、层间距及岩体力学性质密切相关。在分析采高、层间距及岩体强度对覆岩破断影响的基础上,以晋华宫煤矿的近距离煤层赋存条件为背景,采用正交试验设计的方法,运用UDEC数值模拟软件,获得了近距离煤层覆岩破断演化规律及其采高、层间距及岩体强度对覆岩破断高度的影响。结果表明:开采7煤时,覆岩破断高度最大达到48 m,形态呈现拱形;随着8煤的开采,覆层裂隙进一步向上发育扩展,达到80 m,煤柱处裂隙向两侧横向扩展。同时利用极差分析法分析以上3个影响因素对覆岩破断高度的敏感程度,其由强到弱的顺序为:采高>层间岩体强度>层间距。     

近距离煤层群上行开采相似材料模拟试验研究

基于某矿上行开采的要求,为获得下组煤开采后覆岩破坏高度及裂隙带发育高度,进而研究特定地质条件下近距离煤层群上行开采的可行性,采用物理试验的方法对下组煤开采后覆岩的破坏高度及裂隙带发育高度进行了模拟研究,并分析了受采动影响的顶板矿压显现规律、覆岩破坏特征、围岩应力场及位移场的变化规律.结果表明:覆岩破坏高度约为18.4 m,裂隙带发育高度约为49.3m,上组煤处于下组煤裂隙带的中上部.因而,以上覆岩层“三带”判别法为依据,初步判定采取一定安全措施后该矿上行开采方案可行.     

极近距煤层群重复采动覆岩破坏规律相似模拟试验研究

针对近距离煤层群下行开采时重复采动引起的覆岩冲击性破断问题以及再生破碎顶板条件下工作面安全开采问题，以潘二矿11221,11223工作面为研究背景，通过物理相似模拟试验，对极近距煤层群重复采动覆岩破坏及裂隙发育规律进行了研究。结果表明，1煤工作面覆岩垮落带平均高度22 m,裂隙最大发育高度85 m,“两带”发育高度相当于采高的24.2倍；受3煤、1煤工作面联合采动影响，裂隙带相对向上发育增加15 m,覆岩采动充分垮落角基本对称，顶板破坏范围增大；随着工作面推进，煤层群顶板均经历垮落、裂隙发育、采空区冒矸被压实的演变过程，14 m厚的粗砂岩层作为关键层抑制裂隙向上发育，在回采结束后其下方产生较大离层；3煤顶板覆岩垮落形态近似呈非对称“Π”型，相对于3煤，1煤采完后，工作面呈现出“两大一小”的特征；“两带”高度发育大，垮落带和裂隙带的高度分别增加了46%、21%,顶板下沉量大，顶板垮落步距小，初次垮落步距和周期垮落步距明显减小，来压较为缓和。研究结果可为煤层群开采的围岩控制提供参考。     

近距离煤层开采导水裂隙带发育高度数值模拟研究

为解决邵寨煤矿2号、5号煤层重复采动面临的覆岩破断及两带发育高度问题,以及研究此情形下导水裂隙带演化规律,运用数值模拟计算方法,采用3DEC数值模拟软件,通过对近距离煤层条件下工作面的回采进行模拟实验,获得导水裂隙带的演化趋势,以及工作面回采结束后的两带最终发育高度。模拟结果表明,导水裂隙带高度沿工作面倾向是从零开始逐渐增加的,最终当工作面回采360 m时,导水裂隙带高度增加至100 m,而走向导水裂隙带初始为煤2层采动造成的高度为78 m,随着煤5层的回采导水裂隙带高度保持不变,当工作面回采至220～260 m时向上延伸至100 m,随后继续保持稳定,导水裂隙带最终发育高度为100 m,贯穿了延安组岩层达到安定组岩层但并未到达洛河组含水层,可以保障井下的安全生产。     

浅埋近距离煤层群重复采动覆岩破坏规律分析研究

以陕北韩家湾煤矿浅埋近距离煤层群开采为研究背景,通过物理相似模拟试验和现场实测,对浅埋近距离煤层群重复采动条件下覆岩破坏规律进行研究。结果表明：2^-2煤层周期来压步距平均为14.53 m, 3^-1煤层周期来压步距平均为15.61 m, 4^-2煤层周期来压步距平均为16.50 m;采用下行方式开采煤层,下煤层回采周期来压步距大于上煤层回采周期来压步距。2^-2煤层模拟跨落带高度为18 m,裂隙带最大高度为44 m(发育至载荷层下部),3^-1煤层模拟跨落带高度为11.5 m,裂隙带最大高度为80.5 m, 4^-2煤层模拟跨落带高度为8 m,裂隙带最大高度为115.93 m, 3^-1煤和4^-2煤的覆岩裂隙均与上煤层采空区贯通。实测表明,物理相似模拟试验所得数据与现场实测数据相符,验证了相似模拟试验用于类似问题研究的可行性。     

坚硬顶板综放面覆岩垮落及导水裂隙研究

以北辛窑煤矿2#煤首采面开采为背景,采用物理相似模拟的方法,运用全站仪与钻孔电视研究了坚硬顶板综放面覆岩垮落特征及导水裂隙带发育高度。结果表明:8103首采面来压步距大,煤层回采后覆岩表面导水裂隙带高度为115～135 m;关键层发生破断时覆岩表面位移变化明显,煤层回采后距开切眼240 m处地表沉降达到5 m以上;通过对煤层回采后1#钻孔内部裂隙分析,认为中下部和下部垮落覆岩是储水和导水的主要空间,对1#和2#钻孔不同回采距离下内部裂隙发育高度分析可得,导水裂隙带高度最终稳定在125.2～128.2 m,这对工作面两带高度确定和防治水措施的制定,具有重要的指导意义。     

多次采动条件下浅埋覆岩裂隙带发育规律

以浅埋煤层的高家梁煤矿为背景,采用FLAC3D数值模拟方法研究近距离煤层层间距、下层煤的采高以及间隔层岩层强度对覆岩导水裂隙带发育高度的影响。结果表明:当层间距大于10 m时,覆岩裂隙带发育最大高度主要受上层煤开采影响;当层间距小于10 m时,覆岩导水裂隙带高度开始受下层煤开采影响明显增大;当下层煤采高在5 m以内时,导水裂隙带发育高度较小,采高超过5 m时,导水裂隙带高度迅速增大;导水裂隙带高度随间隔层岩层强度的增加而增大。灰色关联分析表明,影响导水裂隙带发育高度因素按重要程度依次为采高、间隔层强度、层间距。     

采空区下煤层开采覆岩破坏规律数值模拟

基于古书院矿煤层的实际地质资料,利用RFPA2D分析软件对采空区下15#煤层开采覆岩破坏进行了模拟,观察开采后15#煤层坚硬顶板的裂隙发育状况,研究采动覆岩中三带的发育高度,并对结果从采场上覆岩层移动破坏规律、15#煤层顶板位移及应力变化特征方面进行了分析。通过对15#煤层三带分布研究,编制矿井冒落带和导水裂隙带高度的等值线图,确定15#煤层的导水裂隙带最大发育高度,预测在15#煤层回采过程中,9#煤层采空区积水下渗的可能性。根据裂隙发育情况,结合顶板岩性,为15#煤建立抽放系统、治理瓦斯的论证提供依据。     

高瓦斯多煤层大采高工作面覆岩裂隙演化规律研究

高瓦斯多煤层矿井运用大采高技术以实现矿井高产高效,开采工艺不同导致工作面瓦斯涌出规律的变化。以沁水煤田15#煤层大采高工作面煤层赋存条件和覆岩分布特征为背景开展采动覆岩裂隙演化规律研究,运用UDEC数值模拟大采高工作面在不同推进距离时覆岩裂隙形态发育及位移量,并提出基于示踪原理的实测覆岩裂隙发育规律的验证方法。研究表明:大采高工作面推进至120m时,煤层上覆岩层裂隙极限发育高度为65m,大采高工作面上邻近层8#煤层处于采动卸压范围,示踪气体法现场测试数据验证了数值模拟的准确性。由于大采高工作面覆岩裂隙发育范围扩展至上邻近层8#煤层,所以工作面回采过程中应增加上邻近层瓦斯抽采工艺。     

榆神矿区中深埋厚煤层开采覆岩破坏规律研究

中深埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征与煤矿安全开采密切相关。为揭示陕北侏罗纪煤田中深埋工作面高强度开采下的覆岩破坏规律以及导水裂隙带发育规律,以榆神矿区小保当一号煤矿112201工作面为研究区域,采用数值模拟和现场实测相结合的方法开展了风沙滩地区中深埋煤层高强度开采下的煤层覆岩破坏规律研究。研究表明:112201工作面的初次来压步距约为100m,2-2煤充分采动后,导水裂隙带最终发育高度为169.2m,裂采比为29.27。根据高密度三维地震探查,导水裂隙带发育高度为178.42m,裂采比为30.87。研究成果可为中深埋煤层开采矿井水害防治和水资源保护提供指导。     

神南矿区浅埋近距离煤层开采覆岩导水断裂带发育高度研究北大核心

针对神南矿区浅埋近距离煤层重复采动覆岩导水裂隙可能导通含水层,诱发突水灾害问题,采用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场钻孔实测方法研究了柠条塔矿近距离1^(-2)煤和2^(-2)煤开采覆岩导水断裂带发育规律;1^(-2)煤充分采动时,覆岩断裂带高度约为50 m,尚未与第四系松散孔隙潜水和侏罗系风化基岩承压水连通;当1^(-2)煤和2^(-2)煤重复采动时,理论预测导水断裂带高度约为136 m,物理和数值模拟得知覆岩断裂带发育高度约为140 m,现场钻孔实测导水断裂带的高度约为135 m,三者非常吻合,断裂带与侏罗系风化基岩承压水连通。提出了超前工作面300 m从回采巷道向侏罗系风化基岩打钻孔疏放承压水的措施,现场实践表明:2^(-2)煤开采过程中未发生突水溃沙事故。     

近距离煤层群重复采动覆岩破坏规律分析研究

以阳煤一矿近距离煤层群为研究对象,通过二维物理相似材料模拟试验的方法,对近距离煤层群重复采动情况下覆岩破坏及裂隙发展规律进行分析。结果表明:12~#煤层周期来压步距平均为18cm,15~#煤层周期来压步距平均为14.5cm,下行开采条件下,下煤层回采周期来压步距小于上煤层回采周期来压步距。12~#煤层模拟回采垮落带高度为8cm,裂隙带最大高度为40cm,15~#煤层模拟回采垮落带高度为17cm,裂隙带最大高度为116cm。相关研究结论可为相似条件煤层覆岩破坏研究提供参考。     

近距离煤层同采覆岩破坏规律研究

刘东煤层西三采区的37102与37202工作面为近距离煤层同采工作面,针对此地质赋存条件,采用岩层钻孔探测仪,实测了近距离煤层同采过程中,不同开采阶段时,覆岩的破坏分布规律,得出首先第一阶段开采上层71煤层时,上覆岩层形成的跨落带高度为5.5m,裂隙带高度为23.8 m;第二阶段71、72煤层全部开采时,上覆岩层形成的...     

近距离煤层重复采动覆岩破坏规律及“两带”发育高度分析

为研究近距离煤层重复采动下覆岩破坏规律与“两带”发育高度,预防工作面开采过程中由导水漏风通道引起的工作面顶板漏水、采空区自燃等各种安全事故,以鄂尔多斯市某煤矿为工程背景,采用井下窥视法和数值模拟对近距离煤层开采后覆岩破坏规律以及“两带”发育高度进行分析,揭示了规律形成的原因。研究结果表明：在近距离煤层重复采动影响下,“两带”发育高度远超过上煤层开采,下煤层推进80 m时裂隙带最大发育高度为88 m,与地表贯通形成导水漏风通道;初次采动与重复采动时的裂采比分别为19.33、29.33;裂隙带的发育呈台阶式上升,阶段间的变化表现为激跳形式;覆岩的破坏表现为“拱形→帽形→马鞍形→外O内蝶形”;数值模拟及拟合公式所预测的“两带”发育高度与实测值之间误差率为1%左右,验证了预测的准确性,可为相似工作面的开采以及相似工程提供借鉴。     

煤层群分组上行开采相似材料模拟覆岩破坏规律研究

通过计算分析,得出丁家城煤矿1煤层、3煤层理论覆岩破坏形式和高度,再利用实验室的相似材料模拟研究,得到模拟导水裂隙带最终发育高度,结合现场的实测数据,总结出了丁家城煤矿工作面回采期间的直接顶来压步距、老顶初次来压步距、老顶周期来压步距。综合分析分组上行开采覆岩破坏与运动规律,确定了1煤、3煤上行开采的可行性。     

高位瓦斯抽采巷位置的确定及参数设计模拟研究

为解决常村煤矿工作面巷道采用“两进两回”设计,煤损失量大,瓦斯抽采效率低问题,利用FLAG3D模拟回采过程中上覆岩层破坏规律,确定了距3号煤层顶板31m处的K8岩层为关键层,采用UDEC模拟回采过程中上覆岩层裂隙发育及分布规律,得到工作面走向方向裂隙发育区域为距开切眼后方5～48 m;竖直方向裂隙发育区域垂高距煤层顶板21～31 m;开切眼上方采空区断裂带宽度约为40 m,工作面上方断裂带宽度约为48 m;巷帮两侧裂隙发育区域宽度略小于40 m.根据现场对2103工作面邻近S-39工作面裂隙带测试结果,表明上覆岩层裂隙发育带位于煤层顶板36 m范围内,与数值模拟结果比较吻合.根据数值模拟与现场测试结果,设计了2103工作面高位瓦斯抽采巷参数:水平层位距回风巷30～45 m,竖直层位距煤层顶板约27 m.     

沟谷地形下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律模拟研究

为探索沟谷地形下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律,利用FLAC软件建立了沟谷地下煤层开采数值模拟模型,研究了煤层至沟谷之间不同垂直距离的覆岩导水裂隙发育规律。研究结果表明:随着煤层至沟谷垂直距离的增加,沟谷底塑性区高度变化不大,约8 m,而煤层上覆塑性区高度随之增加,当煤层至沟谷垂直距离为25、35、45、55、65 m时,其煤层上覆塑性区高度分别为14.5、14.9、15.6、16.1、16.5 m;覆岩有效隔水厚度随着煤层至沟谷垂直距离的增加而增加,煤层至沟谷垂直距离愈大,则覆岩与沟谷地段越不容易形成贯通导水裂隙。     

寺家庄煤矿15106采煤工作面覆岩裂隙“三带”规律研究

为研究寺家庄煤矿15106工作面回采过程中上覆岩层裂隙的动态发育规律,基于工作面覆岩地质条件,采用理论分析、数值模拟和相似模型实验的方法研究覆岩裂隙的发育,并划分"三带"。依据矿业控制理论,得到垮落带高度为14.37～17.25m,裂隙带高度为54.8～72.6m。基于UDEC软件,模拟得到k_2石灰岩底板距离煤层顶板18m为跨落带高度,k4石灰岩底板距离煤层顶板66m为裂隙带高度。根据相似模型实验得到垮落带高度为18m,裂隙带高度为64m。理论分析、数值模拟和模型实验得到覆岩"三带"高度基本一致,以坚硬的石灰岩高度为准,确定垮落带高度18m,裂隙带高度66m,为高抽巷层位选取提供了一定的理论指导。     

寺家庄矿15106采煤工作面覆岩裂隙“三带”规律研究

为研究寺家庄15106工作面回采过程中上覆岩层裂隙的动态发育规律，基于工作面覆岩地质条件，采用理论分析、数值模拟和相似模型实验的方法研究覆岩裂隙的发育，并划分“三带”。依据矿业控制理论，得到垮落带高度为14.37~17.25 m，裂隙带高度为54.8~72.6 m。基于UDEC程序，模拟得到k2石灰岩底板距离煤层顶板18 m为跨落带高度，k4石灰岩底板距离煤层顶板66 m为裂隙带高度。根据相似模型实验得到垮落带高度为18 m，裂隙带高度为64 m。理论推导、数值模拟和模型实验得到覆岩“三带”高度基本一致，以坚硬的石灰岩高度为准，确定垮落带高度18 m，裂隙带高度66 m，为高抽巷层位选取提供了一定的理论指导。     

近浅埋煤层重复采动覆岩裂隙发育相似模拟

为了得到近距离浅埋煤层重复采动对覆岩裂隙发育的影响,以神东集团石圪台矿为工程背景,利用相似理论进行相似模拟实验,通过对比单层煤开采与重复采动在矿压显现和移动破坏等方面的变化对覆岩裂隙发育进行分析,得出了近距离煤层重复采动对覆岩位移、矿压及裂隙演化的特征影响。结果表明:相比于单一煤层开采,重复采动覆岩裂隙明显增多,来压步距有所减短;覆岩达到最大下沉量位置更靠近开切眼一侧,为工程实践提供了一定理论基础。