大倾角煤层采场顶板运动结构分析

根据大倾角煤层采场矿压显现特点 ,对采场顶板岩层的运动、破坏形式进行了研究 .提出了大倾角条件下老顶岩层在运动中易于形成倾斜砌体结构板大结构 ,直接顶岩层则因上段冒落矸石充填 ,在采场中下段形成砌体梁小结构 ,并探讨了中下段小结构平衡的极限条件和结构失稳形式 .     

巷道矸石充填控制覆岩变形的力学机理研究

建立了巷道矸石充填的力学模型,并应用Ritz法求解了煤柱位移场的弹性解.根据弹性-黏弹性对应原理,通过引入Maxwell体流变模型,求解了煤柱位移场的黏弹性解.得到了煤柱的压缩变形、侧向变形等随时间及充填体材料特性的变化规律,由此可确定充填巷采煤柱的变形特征,并估计了煤柱最终变形量及变形稳定时间等.将研究结果与某矿区充填开采实测变形规律比较,两者具有较好的吻合.     

矸石充填采煤覆岩移动的弹性地基梁模型分析

基于弹性基础梁解析方法,考虑顶板岩梁触矸前的下沉,建立了长壁工作面采空区矸石充填顶板岩梁力学模型,推导了岩梁下沉基本微分方程,实验得出矸石地基系数为26～127MN/m3.分析了矸石充填条件下矿压显现规律及影响因素、岩梁下沉与地表下沉的关系,结果表明:工作面煤壁后方10～20m后顶板岩梁下沉就接近最大值,矸石地基系数是影响采空区顶板下沉最重要的因素,煤壁附近充填矸石承受的压力随地基系数变化而变化,减少地表下沉最有效的途径是增加kg值和减小W1值,控制煤层之上直接顶板的下沉是控制地表下沉的关键.在煤厚2.1m、埋深437m的条件下工业试验表明,W1可以减少至12～64mm,实测的地表最大下沉平均值为253mm,与解析法预测的261mm很接近.     

采动覆岩隔离注浆充填技术在淮北矿区的应用

针对淮北矿区村庄压煤严重、迁村采煤困难这一难题,结合淮北矿区地质采矿条件,开展了“采动覆岩隔离注浆充填技术”试验与应用。分析了注浆充填的技术原理、设计方法与工程控制原则,将分析结果成功应用于刘店煤矿1044工作面注浆充填工程中。通过实施注浆充填,共注入粉煤灰67340 t,压实注采比达29％。实测地表最大下沉0．149 m,注浆充填减沉率85．1％,建筑物没有任何损坏,表明隔离注浆充填技术在不迁村采煤中有重要的应用前景。目前,该项技术已在淮北矿区全面推广应用。     

采场覆岩中复合关键层的形成条件与判别方法

在采场覆岩运动中起主要控制作用的岩层为关键层，而有时关键层是由2层或2层以上岩层形成的复合岩层所组成，我们称其为复合关键层．本文在深入揭示复合岩层形成机理的基础上，给出了形成复合岩层的力学条件与数学表达式，进而建立了采场覆岩中复合关键层的判别方法，并编写了复合关键层的判别程序．实例分析表明，复合关键层在岩层运动中是客观存在的，比同组岩层分开后的单一岩层的控制作用的线性叠加要大得多．本项研究是岩层控制的关键层理论研究的深入和发展，将有力促进岩层控制理论和技术的发展．     

卧龙湖煤矿8101工作面采动覆岩破坏特征研究

煤矿开采过程中覆岩破坏容易引发工作面溃砂、突水事故,为了保证卧龙湖煤矿8101工作面安全开采,根据矿区覆岩工程地质特征及矿区岩层柱状图,建立了FLAC3D数值模拟模型.通过FLAC3D软件模拟,得到了工作面推进时的覆岩应力场及覆岩塑性区分布图,由此分析得出在开切眼和煤壁处覆岩主要为剪切破坏,采空区上部主要为拉伸破坏,得到煤层开采时覆岩最大主应力1.78MPa,最大导水裂隙带高度31m.     

采动覆岩离层及其分布规律

本针对覆岩注浆减缓矿山开采沉陷问题，从理论上探讨了采场上覆岩层内部产生离层的力学条件，离层分布规律及离层空间体积的计算方法。     

覆岩组合运动规律的研究

论文以相似材料模拟实验为基础，比较深入地探讨了覆岩组合运动的条件，研究了相关的机理并提出了相应的准则和判据。论文同时研究了开采后覆岩离层产生的位置和离层扩展的规律，正确指出离层位置和扩展规律对组合结构的形成的重要作用。     

采场覆岩垮落形态与演化的分布式光纤检测试验研究

为了对煤矿上覆岩层变形破坏规律进行研究,将分布式光纤传感技术应用于三维立体模型试验.在3.6m×2.0m×2.0m的三维立体模型中,模拟2个工作面开挖,沿工作面1和2推进方向铺设水平分布式传感光纤,每次工作面完成回采后用NBX-6055应变分析仪采集数据,分析工作面1,2的传感光纤布里渊(Brillouin)频移值与上覆岩层变形破断的关系.结果表明:用布里渊频移平均变化度的概念可以对工作面1,2的上覆岩层来压情况进行判别;传感光纤布里渊频移曲线反映了上覆岩层变形的位置和程度,从而得出开挖过程中覆岩的采动影响范围及岩层垮落角;传感光纤测试数据比测管位移测试更加精确.     

深部矸石充填体黏弹性效应及顶板时效变形特征

深部充填开采矸石充填体的黏弹性特征对顶板长时变形具有重要影响.采用矸石充填体侧限压缩试验系统测试了矸石充填体的黏弹性,建立了矸石充填体分数阶蠕变模型和分数阶蠕变地基梁模型,给出了分数阶黏弹性地基梁的挠度表达式,结合工程案例分析了顶板时效变形特征,认为深部环境下矸石充填体具有显著黏弹性效应,而顶板会随充填体的蠕变不断产生变形,且其时效变形可采用矸石充填体分数阶黏弹性地基梁模型预测.结果表明:矸石充填体在分级加载下,总蠕变应变随蠕变时间和最大应力的增加而不断增长,应力达到20 MPa时,应变增幅为2.86%;识别了矸石充填体分数阶蠕变模型参数,参数识别精度R²均大于0.99;根据分数阶黏弹性地基梁挠度表达式计算得出顶板10 a蠕变量较1 a蠕变量在采场充填区中心位置增加2.73%;分数阶黏弹性地基梁顶板变形理论值与新巨龙1302N工作面直接顶下沉实测值相对误差为4.29%.     

矸石基胶结充填材料重金属浸出及其固化机制

为探究胶结充填开采技术对矸石与粉煤灰中重金属的浸出和固化机制,通过测试不同粒径矸石基胶结充填材料(G-CPB)抗压强度、重金属含量和浸出毒性,并结合红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等手段,揭示了矸石粒径对材料抗压强度的影响规律,分析出块状矸石基胶结充填材料内部重金属浸出机理,总结了矸石基胶结充填材料对原材料内部重金属的固化机制.结果表明:矸石基胶结充填材料抗压强度随着粒径的增大呈先升高后降低的趋势;粉煤灰的生态风险程度为很强,矸石的生态风险程度为轻微;在浸泡条件下矸石基胶结充填材料中的Cd在前期的释放机理为延迟扩散或溶解作用,释放中期为溶解和扩散作用,释放后期为耗竭作用;固化机制主要有4种,分别为水化产物的物理包裹、碱性环境、吸附作用以及化学固定.     

超高水材料开放式充填开采覆岩控制研究

以陶一矿超高水材料开放式充填开采为背景,介绍了超高水材料开放式充填开采效果的评价方法,并对其覆岩控制效果进行了分析和评价.结果表明：超高水材料的渗透效果与存在裂隙的多少及其导通性有关.采用该方法进行充填开采后,充填率可接近90%,覆岩控制效果良好,地表未发生明显变化,采空区及其顶底板岩层中几乎所有导通的缝隙和部分离层空间都被超高水材料充填密实,工作面瓦斯含量也有明显降低.     

张集矿不同采高和倾角的采场围岩应力研究

张集矿九层煤厚度与倾角变化大，为能用单位柱一次采出３．２ｍ厚的煤层，确保采面、顺槽及底板巷道支护的完好，作者运用非线性有限元方法研究了不同采高及倾角条件下的采场围岩应力的分布特征，从而提出了相应的控制策略，并得到了成功应用。     

大倾角大采高综采工作面高产高效实践

淮南矿业集团潘北矿1121（3）工作面,其煤层赋存状况是典型的大倾角、多断层、＂三软＂、高瓦斯、复杂地质条件。本文就综采技术在大倾角煤层的应用过程中所涉及到的问题进行分析并加以解决,实现了大倾角综采工作面的高产高效。     

.煤层群覆岩裂隙带煤与瓦斯共采协同机制研究

煤层群采动覆岩裂隙演化与煤炭开采、卸压瓦斯渗流具有内在的联系,为建立煤炭开采与卸压瓦斯抽采(共采)的协同作用机制,阐明了共采协同的内涵,应用协同学理论建立了以单宽工作面煤炭日产量Q_m、覆岩裂隙带日扩展体积V和卸压瓦斯涌出量Q_g为协同变量的共采系统序参量方程,试验研究了覆岩裂隙垂向与水平扩展特征,建立了裂隙带发育体积演化模型,通过对序参量方程进行线性稳定性分析,建立了协同变量的相互影响机制.以沙曲矿为背景进行了共采协同机制应用研究,构建了24208工作面共采协同变量的相互影响机制.结果表明:裂隙钻孔抽采层位选择裂隙带日扩展体积V曲线拐点位置(距顶板19.5～22.6 m)较为合理.     

覆岩不同采动损伤煤样应力敏感性研究

为了研究覆岩不同采动损伤程度煤样渗透率的应力敏感性,基于覆岩各分带内煤岩损伤裂隙发育情况,将煤体分为弹性煤样(弯曲下沉带)、贯穿裂隙煤样(裂隙带)以及破碎煤样(垮落带).结合不同损伤程度煤样循环加卸载实验拟合参数,提出绝对应力敏感性系数及相对应力敏感性系数评价各类煤样重复加卸载过程中的应力敏感性大小及变化趋势.研究结果表明:第1次加载阶段的绝对应力敏感性远大于之后的加载阶段.在应力加载初期,贯穿裂隙煤样的绝对应力敏感性系数大于破碎煤样且远大于弹性煤样,而弹性煤样的相对应力敏感性系数大于破碎煤样与贯穿裂隙煤样;在应力加载后期,破碎煤样的绝对与相对应力敏感性系数均大于贯穿裂隙煤样及弹性煤样.     

挤压性破碎软岩隧道大变形特征及机制研究

为了实现对埋深的模拟,考虑振动台的载重量,设计并制作了一套质量较轻的柔性伺服气压加载系统.分别开展了考虑和不考虑松动圈的振动台模型试验,同时建立了相应工况的隧道动力计算数值模型,将试验结果与数值计算结果进行了对比.模型试验数据与数值模拟结果规律较为一致,且反映了松动圈的动力响应影响,表明采用柔性加载来模拟埋深产生的地应力的方法是可行的.结果表明：在一定埋深条件下,隧道结构的自身振动特性表现不明显;松动圈的存在增大了隧道结构和周围岩体的加速度响应,从而使结构破坏程度更为严重;无论有无松动圈,结构整体的动力响应规律相似.松动圈对隧道结构地震动响应的不利影响可以归结为松动圈与围岩交界面发生地震波的折射和反射以及松动圈相比于围岩较软弱,地震时更容易发生局部变形这2个因素.

     

岩体结构影响下覆岩冒落及地表岩移特征研究

采用数值方法对岩体结构影响下覆岩冒落及地表岩移特征进行了研究.采矿过程中,覆岩冒落呈现缓慢-快速周期性发展;地表岩移发展主要由急倾斜节理控制,总体上以横向扩展为主;开采区域内岩移发展受断层的影响大于节理的影响,断层倾角的减小将增加其上盘岩体的弱化效应,可能导致岩体发生倾倒破坏,增加地表岩移范围.