离层注浆控制冲击矿压危险机理探讨

煤层上覆坚硬厚层岩层组成的主关键层对冲击矿压的发生具有强烈的影响,主关键层岩层的剧烈活动是冲击矿压发生的集中区域,而且震级也高;冲击矿压的发生需要煤层及其周围岩层中聚集大量的弹性能外,还需要主关键层破裂等释放的外部能量;该外部能量与岩层厚度的平方、抗拉强度的2．5次方成正比;破断中心距巷道工作面越近、释放的能量越大,传播到巷道工作面处的能量越大,越容易引发冲击矿压。因此,可采用覆岩离层注浆等技术手段保证覆岩主关键层的长期稳定,消除主关键层岩层破断引发的冲击矿压危险。     

耿村煤矿综放开采覆岩移动和矿压显现规律研究

厚煤层综放开采矿山压力和围岩控制一直是综放开采研究的重点问题。基于义马矿区耿村煤矿特厚煤层综放工作面的地质采矿条件,采用数值模拟和现场矿压观测的方法,对综放工作面覆岩移动和矿压显现规律进行研究。结果表明:(1)综放工作面上方老顶形成"三铰拱"形砌体结构,该结构初次失稳和周期性失稳造成工作面初次来压和周期来压。老顶来压后,工作面前方支承压力趋于稳定,主要表现在最大应力集中系数和塑性区范围基本保持不变。(2)综放工作面顶板周期来压步距14.4~17.5 m,平均16.2 m,顶板来压动载系数1.81~2.04,平均1.92,顶板来压明显但较缓和。顶板来压期间支架时间加权平均工作阻力为其额定工作阻力的72.2%,选用ZF8600/18/35D型放顶煤液压支架合理。研究结果可为义马矿区综放开采围岩控制提供技术支撑。     

关键层对急斜下保护层开采保护作用的影响

以某矿多煤层下保护层急倾斜俯伪斜工作面为例,确定了沿工作面伪斜方向顶板硬岩层承受的栽荷和充填体的支撑栽荷的表达式.基于关键层理论和有限元数值模拟方法,确定了下保护煤层开采后上覆岩层中的关键层的位置及其破断距;得出了急倾斜煤层开采后受关键层影响下的上覆岩层移动特点和破坏形态;分析了关键层对保护层开采保护范围的影响.研究表明,距下保护层K6煤层17 m的硅质石灰岩为上覆岩层中的关键层,其破断距为30 m左右;关键层破断之前,关键层上部的被保护层卸压并不明显;关键层破断以后,保护层的保护作用逐渐明显;且被保护层的瓦斯涌出规律与关键层破断距成周期变化,倾斜上部瓦斯得到充分释放,而倾斜下部由于冒落矸石的充填导致岩层变形较小,瓦斯不能充分释放,使保护范围在倾向上部比下部大.     

浅埋煤层群开采顶板双关键层结构及支护阻力研究

采用现场实测、物理相似模拟和理论分析方法,分析了浅埋煤层群间隔岩层双关键层的形成条件、双关键层结构稳定性和支架载荷计算方法.基于对神府矿区4-2与5-2煤层开采的实测发现,浅埋煤层群较单一煤层开采周期来压步距缩短25%,来压强度增加15%～22%.物理相似模拟表明,间隔岩层存在双关键层结构时,直接顶以"短悬臂梁"形式周期破断,间隔岩层下位关键层与上位关键层分别形成铰接结构,上煤层已垮落的顶板形成活化的砌体梁结构.根据顶板结构组合形态,可将浅埋煤层群双关键结构分为"台阶-砌体-砌体"结构、"台阶-台阶-砌体"结构和"砌体-砌体-砌体"结构.双关键层结构同步与非同步破断运动形成大、小周期来压现象.通过建立的"台阶-砌体-砌体"结构力学模型,给出了动、静载荷作用下工作面支护阻力计算方法.     

双关键层跨煤组远程卸压增透效应试验研究

以潘二煤矿11223工作面远程卸压4~#煤为研究背景,采用物理模拟、FLAC~(3D)流固耦合模拟及现场工程实测相结合的方法,对远程被保护层4~#煤卸压增透区分布特征及关键层破断影响卸压瓦斯抽采效果机制进行分析.结果表明:1)卸压瓦斯抽采量极值点间距与上位关键层周期断裂步距吻合,而下位关键层破断对卸压瓦斯抽采没有直接影响,上位关键层周期断裂步距对远程卸压瓦斯抽采峰位具有一定预测作用;2)经压实变形后,被保护层膨胀变形和渗透率在煤层倾斜方向呈双峰形态,其量值为在中下部最大,中上部次之,中部最小;3) 4~#煤实测膨胀变形达到1.26%,卸压瓦斯抽采率为69.59%,煤层渗透率扩大2 149倍,证明该工程地质条件下3~#煤远程卸压4~#煤具有可行性.     

多煤层开采层间等效基本顶结构及其活动规律

针对晋华宫矿多煤层下行开采过程中层间赋存有19m厚中粒砂岩的特殊条件,在分析其覆岩结构特征的基础上建立了多煤层开采的围岩整体结构模型,据此提出了"层间等效基本顶"的概念,通过理论分析探讨了层间等效基本顶覆岩载荷和等效厚度.结果表明:从砌体梁结构稳定角度认为咬合处即为等效基本顶分界,即厚基本顶中下部未损伤区域作为砌体梁结构的主承载区域,其厚度为基本顶等效厚度.等效基本顶破断步距为19.1m,与现场矿压监测结果一致,较好地解释了11号煤层开采时19m厚中粒砂岩作为基本顶时周期来压步距变小的原因.     

两硬综放面矿压显现规律研究

根据忻州窑矿８９１６综放面的矿压观测，系统地分析了两硬条件下综放开采的矿压显现规律。文章的结论是：两硬条件下的综放面既具有坚硬顶板带冲击载荷的悬梁式破断规律，又具有综放开采的动载系数小，支架载荷低的显现特征，采场控制仍要有高强度的支撑和必要的顶板预处理措施。     

巨厚砾岩层下综放采场矿压显现规律

巨厚砾岩层下综放采场矿压显现规律研究对于采场围岩控制和安全生产具有重要的现实意义.采用理论分析和义马矿区千秋煤矿矿压观测方法进行研究,得出结论为:综放工作面围岩可控程度属于难控围岩,即采场顶底板围岩控制困难.选出了ZF7000-18/28型放顶煤基本支架及其综放面合理配套设备;现场观测研究了综放面矿压显现规律,得出了采场顶板来压步距、来压强度等参数.采场矿压显现明显,不同区域来压具有不一致性.顶板周期来压时支架循环末工作阻力最大值为4 307.70 kN,为支架额定工作阻力的61.54%.因此,采场支架可靠性能较高,现场应用试验效果显著,矿井实现了"一井一面"生产模式,推动了安全高效矿井建设.     

综放开采煤层倾角对周期来压特征的影响

为深入研究煤层倾角对周期来压特征的影响,以越南河林煤矿为研究对象,通过理论分析和现场实测就煤层倾角对综放开采工作面顶板周期来压特征的影响规律进行研究.理论分析和现场实测的研究.结果表明:当煤层倾角为-15°~15°时,随着煤层倾角的增大周期来压步距逐渐减小,周期来压峰值逐渐增大.进一步分析得出不同煤层倾角对周期来压特征的影响系数.由于仰斜开采时层向分力指向采空区方向,在弯矩和层向分力的作用下使得周期来压步距偏小,来压峰值偏大;由于俯斜开采时层向分力向着工作面推进方向,使得周期来压步距偏大,来压峰值偏小.     

浅埋综采面高速推进对周期来压特征的影响

以活鸡兔井为工程背景,通过实测和理论分析就浅埋综采面高速推进对周期来压特征的影响规律进行了深入研究.结果表明:在高速推进情况下(推进速度一般大于10m/d),工作面周期来压持续长度显著增加,而周期来压步距、支架载荷和动载系数的变化相对较小.推进速度差异引起周期来压特征发生变化的实质是围岩变形破坏特征时间效应的体现.工作面高速推进时,直接顶由于推进速度较快垮落不充分,老顶在破断回转过程中需要更大的回转量才能触矸稳定,这是导致来压持续长度明显增加的重要原因.将推进速度对周期来压特征的影响规律运用到了神东矿区双回撤通道综采面末采段的让压开采实践中,指导了活鸡兔井21306综采面的安全回撤.     

基于采空区压实效应的工作面开采全过程模拟

为探究孤岛工作面开采时覆岩破断、运移和矿压显现规律,利用FLAC~(3D) Fish语言开发了数值算法,基于采空区压实理论和双屈服模型,提出一种孤岛工作面推进过程中覆岩破断演化、垮落带岩体的压实效应和采动静载、动载响应数值模拟方法.采用该方法对朝阳煤矿3108孤岛工作面采动全过程及其动静载演化机制进行了数值模拟,所得结果与现场实际具有较好的一致性.结果表明:由于两侧采空区工作面长度较小(70 m),开采后覆岩垮落不充分,垮落带和裂隙带演化高度有限,约为30.98和66.91 m;动载主要来源于顶板破断释放能量,震源和覆岩裂隙带演化的最大高度基本一致,其震源包络线与裂隙带的发育范围吻合度较高.     

基于在线监测的三软煤层综采工作面矿压显现规律研究

针对郑州矿区三软煤层出现的煤巷锚杆被剪断、工作面两巷表面位移大和综采工作面矿压显现规律不清晰等情况,以芦沟煤矿32081综采工作面为工程背景,应用KJ21煤矿顶板灾害监测预警系统对该工作面及两巷矿压进行在线监测,分析研究芦沟煤矿综采工作面周期来压步距、巷道围岩显现规律和超前支承应力分布规律。研究得出如下结论:芦沟煤矿选用ZF3000/17/27型液压支架能满足支护要求,综采工作面平均周期来压步距为11.16 m,沿空掘巷煤柱最佳宽度为3 m,综采工作面两巷超前加固距离不应少于50 m,为矿井综采工作面支架选型和煤巷锚网支护设计提供了科学依据,有效保障了矿井安全生产。     

岩层移动模拟研究中加载问题的探讨

基于岩层控制关键层理论,通过相似材料模拟实验及UDEC与FLAC数值模拟计算,对岩层移动模拟研究中将部分岩层省略,而代之以均布载荷作用在模型上部边界的作法所存在的问题及应遵循的原则进行了研究。结果表明,当简化为均布载荷的岩层中包含关键层时,将引起岩层载荷分布特征的改变,从而导致岩层破断距模拟结果的失真;只有主关键层上部的岩层可以简化为均布载荷,包含关键层时不能简化为均布载荷,其等值载荷与被省略岩体中关键层的位置及其破断特征有关。     

特厚煤层坚硬覆岩柱壳结构特征模型及应用

以大同矿区同忻煤矿石炭系坚硬覆岩特厚煤层开采为工程背景,基于关键层理论分析了同忻矿3-5#煤层特厚煤层综放开采坚硬覆岩的破断特征和采场覆岩结构特征;应用弹性板理论,建立了大空间采场坚硬覆岩柱壳结构力学模型和数学模型.研究表明:坚硬覆岩柱壳结构模型,较好地揭示了同忻矿8105,8106等工作面开采过程中产生大小周期来压、采动影响范围大、易产生冲击载荷等特殊矿压现象的机理.     

复杂条件下上提蹬空工作面矿压显现特征研究

为了解决蹬空对巷道围岩变形影响严重等问题,针对张集矿1410（1）工作面复杂的地质条件,采用计算机数值模拟（UEDC）系统和现场工程实践相结合的方法,对工作面推进不同距离时上覆岩层垮落形态、初次来压步距、周期来压步距、液压支架受力以及巷道围岩的变形特征进行研究。研究表明：工作面老顶初次来压步距约为32 m左右,周期来压步距约为16 m左右。工作面液压支架所需支撑的最大岩层高度约为25m。在工作面每天正常推进8m的情况下,工作面压架的危险性较小。     

顶板隔水层关键层耦合作用规律研究

在煤矿开采过程中，如果覆岩裂隙扩展至贯穿隔水层，则会诱发地下水或地表水大量涌向采场，导致煤矿淹井事故．利用RFPA^2D-Flow软件建立了隔水层关键层耦合的采场推进模型，计算并分析了裂隙场的发育和分布，绘制了顶板水渗流量曲线．讨论了与裂隙发育密切相关的覆岩支承压力与中间岩层厚度、关键层厚度及破断闻的关系．结果表明：关键层未破断时，中问岩层厚度对隔水层裂隙发育作用不明显；厚关键层对隔水层能起较好的保护作用．     

倾斜长壁工作面老顶岩层破断规律的研究

本文利用弹性基础梁理论,研究了倾斜长壁工作面老顶岩梁的运动和破断规律,分别对仰斜开采和俯斜开采条件下老顶岩层断裂的位置和条件、老顶来压步距等进行了分析.研究表明,倾斜长壁开采时老顶岩梁的初次断裂过程有三种类型,并给出了相应的计算公式。同时分析了煤层倾角和顶板条件对老顶断裂和矿压显现的影响。     

高位硬厚岩层弹性基础边界下破断规律的演化特征

以某矿首采工作面上覆高位岩浆岩条件为背景,根据高位硬厚岩层的空间结构及边界基础特征,建立了高位硬厚岩层弹性基础支承下的Winkler基础正交梁力学模型,推导出高位硬厚岩层走向和倾向的弯矩及挠度表达式,得到了特征弯矩及其位置的计算式,分析了特征弯矩在工作面推进过程中的演化规律.研究表明:高位硬厚岩层在边界基础支承下,走向及倾向的最大弯矩和起始破断位置在采空区中部,具有边界基础变形效应.初次破断步距随工作面长度的增加呈现似"W"型变化趋势,并分为稳定、步距变化和步距稳定3个阶段;随弹性基础特征参数β的增大呈现单调递增的变化趋势.采用弹性基础正交梁理论可预测高位硬厚岩层的破断步距,并通过工程实例验证了考虑边界弹性基础变形效应是合理的.     

急倾斜放顶煤矿压显现规律的观测与研究

通过对宜洛煤矿李沟井伪俯料放顶煤回采工作面的矿压观测,从4个方面研究了急倾斜伪俯斜放顶煤工作面矿压显现规律;（1）工作面的初次来压、周期来压步距和来压强度;（2）沿工作面走向控制区内的顶板压力状况,以及生产工序对控制区内支柱载荷的影响;（3）研究了沿倾斜方向矿压显现特点,分析了与近水平煤层矿压显现不同的原因;（4）观测了上下巷矿压显现规律,并分析了上下巷压力不同的原因．用统计法对伪俯斜放顶煤采煤法和分层开采上下巷矿压显现作了对比。     

大采深条带开采坚硬顶板工作面冲击矿压治理研究

为了解决大采深条带开采坚硬顶板工作面的冲击矿压问题,以古城煤矿2106工作面为例,采用现场分析、实验室试验、数值模拟的方法对其发生机理进行了研究.结果表明在此条件下开采时发生的冲击矿压与煤岩性质、采深、坚硬顶板厚度及顶板的周期来压有密切关系.当冲击矿压发生的煤层具有强冲击倾向性,煤层硬度系数大于3、采深900 m以上、顶板岩层坚硬且厚度大于20 m时,冲击矿压发生具有突然性和猛烈性;主要发生在顶板周期来压期间、超前支护50m范围内,此时工作面的CH4和CO气体含量同时升高.对此提出了钻屑法等预测预报的方法和煤体爆破卸压与柔性支护等治理措施.