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。     

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。     

坚硬覆岩煤层开采空间结构演化特征模拟研究

针对工作面坚硬顶板破断及其动态演化易导致强矿压显现等问题,以门克庆煤矿为背景,通过相似模拟试验,深入了解和分析坚硬覆岩煤层开采空间结构演化特征。结果表明:低位坚硬覆岩初次来压步距为60 m,周期来压步距为20～30 m,覆岩结构由短砌体梁结构逐渐演化为采空区两侧形成的F型悬臂梁结构;中高位坚硬覆岩初次来压步距为130 m,周期来压步距为50～80 m,覆岩结构由长砌体梁结构逐渐演化为与低位坚硬覆岩共同在采空区两侧形成F型悬臂梁结构;坚硬覆岩纵向位移变化区域逐渐增大,采空区中部位移增量大于两端,顶板最大下沉量为5.69 m,位于采空区中部;中高位坚硬覆岩"大周期来压"与低位坚硬覆岩"小周期来压"协同作用,导致工作面出现强矿压显现,严重影响工作面安全回采。研究结果对类似条件下的工作面安全开采具有一定的理论指导意义。     

深井坚硬灰岩顶板综采工作面初次来压覆岩破断特征研究

针对某大型矿井首采面埋深大、顶板为多层坚硬灰岩的特征,利用扩展有限元法,再现工作面采动时的顶板变形、破断、垮落的动态过程,研究了采场顶板的破断方式和特征。结果表明:顶板初次垮落位于距开切眼约1/4初次来压步距处;顶板破断呈现阶梯型,从下往上向工作面推进方向靠近;该矿条件下工作面初次来压步距和周期来压步距约分别为35m和14 m。     

工作面坚硬顶板破断特征与覆岩运移规律

针对坚硬顶板综放工作面顶板破断特征与覆岩运移规律不清,在实际生产中严重影响工作面安全生产这一问题;以某矿8201工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟以及现场实测的方法对坚硬顶板综放工作面的顶板破断特征以及覆岩运移规律进行研究分析。研究结果表明:对顶板煌斑岩进行岩石力学实验得知煌斑岩在节理面单轴抗压强度为45 MPa左右,无节理为90.99MPa、单轴抗拉强度7.3～9.4 MPa;通过建立深梁结构破断过程中顶板受力模型,得到基本顶初次来压步距为47.57 m;数值模拟得到8201基本顶的初次来压步距约为45 m,周期来压的距离为20 m左右。在现场实测中基本顶初次来压平均46 m,周期来压步距为18.7～20.8 m,来压影响范围1.7～5.6 m。现场实测与理论分析所得结果和数值模拟所得结果相差不大。     

房式采空区下近距离煤层开采支架工作阻力研究

为研究房式采空区下近距离煤层开采支架合理支护阻力,基于石圪台煤矿实际地质条件,构建了房式采空区下关键层初次破断与周期性破断力学模型,得到了初次来压和周期来压步距表达式,并构建了对应的"支架-围岩"相互作用力学模型,获得了支架工作阻力的计算式。研究结果表明:房式采空区下煤层开采关键层破断步距主要特点有2个:①关键层初次破断及周期性破断步距与上覆留设煤柱应力集中程度密切相关;②破断步距大小受关键层前次破断位置影响较大。理论计算31201综采工作面关键层初次来压步距为40.1 m,前3次周期来压步距分别为20.4、18.9、20.8 m。与均布载荷条件下相比,房式采空区下支架支护阻力的主要影响因素有2个,即关键层受上覆岩层集中力的位置和关键层初次破断结构形态。理论计算获得该工作面初次来压和前3次周期来压合理工作阻力分别为17 372、11 722、15 252、15 206 kN。结合工程实例,验证了理论推导的合理性,研究成果为房式采空区下近距离煤层开采液压支架选型提供了指导。     

复合顶板条件下综采工作面覆岩破断及应力变化规律研究

针对山西晋能集团常顺煤矿9108工作面复合顶板稳定性控制的技术难题,通过采用理论分析、物理模拟及现场实测等研究方法,建立了工作面复合顶板覆岩破断分析的力学模型,理论分析了复合顶板条件下综采工作面顶板的破断规律以及矿压显现规律。理论分析结果表明:9108工作面复合顶板极限垮落步距为35.21m,复合顶板周期来压步距为14.37m。相似模拟结果表明:9108工作面复合顶板平均周期来压步距为18.4m,复合顶板初次垮落步距为31.5m;复合顶板的破断主要以拉伸破坏为主。数值模拟结果表明:9108工作面复合顶板主要变形破坏步距处于30m～40m。现场实测结果表明:9108工作面复合顶板的初次垮落步距为32m,周期来压步距为17m。现场实测的结果与理论分析、相似模拟、数值模拟的结果相吻合,验证了理论分析、相似模拟与数值模拟结果的合理性。研究结果揭示了9108工作面复合顶板条件下综采工作面覆岩破断规律,可为常顺煤矿9108工作面安全高效开采提供技术参考。     

火成岩下开采矿压显现规律的数值模拟

针对淮北芦岭煤矿Ⅱ884-1面直接顶为火成岩,运用UDEC数值模拟软件,模拟了不同厚度火成岩的破断和应力演变规律。研究结果表明,火成岩厚度每增加1 m,老顶初次来压步距约增3 m;周期来压步距也随着火成岩厚度的增大而加大。同时火成岩厚度越大,其破断时工作面前方煤壁的应力集中程度也相对较大。     

坚硬顶板围岩垮落变形规律相似模拟试验研究

为了进一步揭示坚硬顶板采区大巷的变形规律和保安煤柱的应力分布特征,利用相似模拟实验,研究了坚硬顶板开采条件下覆岩的运移、垮落规律和大巷变形破坏特征。得到了以下结论:采空区坚硬顶板悬顶长度较长,工作面初次来压步距为37 m,周期来压步距为23 m;采动影响下巷道围岩变形呈现顶板挤压移进、两帮鼓起的大变形的特征,相似试验为工作面顶板来压步距及采区大巷应力及变形提供依据。     

富水覆岩长壁综放开采矿压显现规律研究

为了进一步研究富水覆岩长壁综放工作面推进过程中的矿压显现机理,以大佛寺煤矿40301工作面为工程背景,采用相似模拟的方法,研究工作面推进过程中的矿压显现规律,并掌握上覆岩层在工作面推进过程中变形破断和裂隙发展规律。研究表明,综放工作面上覆岩层矿压显现明显,基本顶初次来压和周期来压步距分别为63~72 m和27~33 m,在工作面的推进过程中,上覆岩层的裂隙发展会波及洛河组砂岩,可能会对采空区和工作面产生一定程度的危害。研究结果可为大佛寺煤矿综放开采提供理论依据,对同类地质条件下的综放开采有一定的借鉴意义。     

3109综采面覆岩垮落、裂隙带模拟与结果分析

工作面开挖后,上覆岩层将发生破断及垮落.为获得3109综采工作面覆岩垮落、裂隙带高度,本文采用相似模拟方法试验了工作面开采过程中覆岩破断演化过程.结果表明:直接顶的初次破断是垮落带发育的主要原因,而老顶的第一次周期来压则造成垮落带再次发育,裂隙带高度在老顶初次破断前发育较为缓慢,而在老顶发生破断后快速增加,并最终逐渐趋于稳定,3109工作面垮落带发育高度约12.2 m,裂隙带高度约33.0 m.     

特厚煤层坚硬顶板综放开采矿压特征及覆岩破断规律研究

同忻煤矿主采石炭系3-5号煤层,平均煤厚约为15 m,其顶板主要由砂岩和砾岩组成的坚硬顶板。上部侏罗系内赋存有四层煤层,大部分已被开采,在坚硬顶板和煤层群遗留煤柱条件下,工作面回采期间矿压显现强烈。通过对同忻煤矿8309工作面现场矿压监测,分析工作面支架循环末阻力,得到工作面初次来压步距为70～75 m,周期来压步距为10.69～44.36 m,来压期间最大工作面阻力为15 873.15 kN.利用3DEC数值模拟软件对8311工作面回采过程中上覆岩层的运动规律进行模拟,随着工作面向前推进,工作面逐渐呈现“下位悬臂梁与上位砌体梁”结构,得到了上覆坚硬顶板破断、失稳、垮落的特征规律。为具有类似条件的综放工作面回采提供可靠参考。     

坚硬直接顶综采工作面矿压显现规律研究

本文以四台矿81204坚硬顶板综采工作面为背景,通过理论分析和现场实测的方法,计算了坚硬顶板综采工作面的初次来压与周期来压步距,监测得到了坚硬顶板综采工作面支架工作阻力变化及来压步距特征,揭示了坚硬顶板综采工作面的矿压显现规律,主要得到如下结论：1）理论计算得到坚硬顶板综采工作面的初次来压与周期来压步距分别为43.7m和17.8m,明显大于非坚硬顶板综采工作面的初次来压与周期来压步距,且实测来压步距与理论计算的来压步距偏差不大;2）工作面中部的初次来压步距明显大于工作面两端。坚硬顶板初次来压期间,坚硬顶板在最大弯矩的作用下率先在两端发生破断;3）工作面中部的周期来压步距明显大于工作面两端。坚硬顶板周期来压期间,坚硬顶板会发生顶板的“O-X”型破断;4）坚硬顶板综采工作面来压期间,支架工作阻力均未超过35.2 MPa,81204坚硬顶板综采工作面顶板控制效果良好。     

深部工作面上覆巨厚火成岩条件下采动规律研究

安居煤矿2311工作面上覆约厚140 m的巨厚火成岩,严重影响工作面的安全开采,为研究上覆巨厚火成岩在工作面回采期间的运移规律,针对安居煤矿上覆巨厚火成岩的开采条件,以2311工作面为研究对象,从现场实际出发,采用理论分析和数值模拟的方法对2311工作面外段上覆巨厚火成岩采动规律进行研究。通过关键层的判别公式,确定了2311工作面上方的关键层位置,并计算得出巨厚火成岩对2311工作面外段回采期间的覆岩运动起主控作用。通过建立“两端固支梁”的力学模型,计算得出工作面上覆巨厚火成岩的极限破断距以及对应2311工作面采空区宽度,结果表明2311工作面外段回采期间上覆巨厚火成岩不会破断。最后,采用FLAC3D数值模拟方法,模拟2311工作面外段回采期间的应力分布状态,得出2311工作面外段回采期间的超前支承应力在可控范围内,从而验证了理论分析的正确性。     

双层厚硬火成岩下采动诱发矿震规律

通过对某矿104采区上覆双层厚硬火成岩进行微震监测,分析了双层厚硬火成岩变形破断的微震活动规律,结果表明:(1)火成岩下微震活动以低能量震动为主,火成岩破断、关键层运动等造成的大能量震动信号仅占2.7%;(2)震动能量、频次与工作面推进速度成正相关性,上下两层火成岩的破断为复合破断;(3)火成岩破断信号相对于老顶周期破断信号衰减较快,老顶周期破断和火成岩破断的主频率均为0~50 Hz,但火成岩破断信号的振幅明显较大,为老顶周期破断信号的2~4倍,并且火成岩破断信号的优势频谱范围较大。上述分析可为类似条件下矿山火成岩破断监测与预警提供参考。     

综放工作面厚硬顶板破断特征与支架工作阻力确定

针对综放工作面厚硬顶板初次来压步距难以确定的问题,以东周窑煤矿8301工作面为工程背景,建立厚硬基本顶的固支梁模型,运用能量法求得分布于基本顶中的水平应力,进而得到基本顶初次来压步距解析式,采用数值模拟对顶板破断特征和工作面支架工作阻力进行分析,并对不同推进距离下工作面不同位置支架工作阻力进行了现场监测。研究结果表明:相比一般综放工作面,坚硬顶板条件下工作面初次来压步距和支架工作阻力明显增加,顶板破断后对工作面形成冲击较大,矿压显现剧烈;8301工作面初次来压步距为58 m,周期来压步距为15~20 m,动载系数为1.5~1.8;基于能量法求得支架额定工作阻力为13 000 kN,而来压期间支架工作阻力为11 000 kN,是额定工作面阻力的84.6%,能够满足厚硬顶板条件下煤矿安全高效开采的要求。     

坚硬顶板综放工作面来压特征分析研究

基于8935综放工作面的地质条件和开采情况,综合采用理论分析、现场实测等方法,系统研究了坚硬顶板条件下综放工作面的顶板来压以及来压显现特征。研究结果表明:8935工作面基本顶初次来压步距为77.21 m,周期来压步距为17.6~21.1 m,周期来压时动压系数为1.31.该研究方法及结果对类似条件下工作面来压特征的研究具有一定的参考价值。     

顶板预裂爆破技术在防止压架事故中的应用

由于高水压松散含水层的载荷传递作用,使覆岩关键层复合整体破断,导致了祁东煤矿7121工作面开采过程中压架事故的发生。防止压架事故需要从防止顶板整体破断入手,顶板超前预裂爆破是一种合适的方法。根据7121工作面地质开采条件和覆岩结构特征,确定了顶板预裂爆破的方案及相关技术参数。实践结果表明,在保障工作面良好支护质量的基础上,采取顶板预爆破措施,使工作面中下部支架平均阻力减小了246 kN,周期来压步距由34.1 m减小为23.0 m,来压持续长度由20.2 m减小为5.0 m,从而降低了覆岩关键层复合整体破断的可能性,对防范压架事故起到了积极作用。     

麻家梁矿采动双硬顶板工作面覆岩运移规律

以麻家梁煤矿14201双层坚硬顶板工作面为例,进行相似模拟实验和矿压观测,得到了上位坚硬顶板的初次来压步距为106 m,周期来压步距为50~60 m,下位坚硬顶板的初次来压步距为60 m,周期来压步距为20~25 m,发现双硬顶板破断失稳整体呈现"下位短悬臂梁与上位长砌体梁"结构,垮落方式分为下位坚硬顶板单层垮落和上、下位坚硬顶板的同步垮落2种;下位坚硬顶板垮落形成"小周期来压";上位坚硬顶板垮落给采场及巷道围岩造成较为剧烈的影响,形成"大周期来压"。     

深井巨厚覆岩邻空采动强矿震孕育发生机理

矿震是深部矿井开采必然出现的动力现象,针对鄂尔多斯矿区白垩系巨厚覆岩邻空采动强矿震频发的现状,采用地面离层探测、地表岩移监测等技术,结合Reissner厚板理论与相对矩张量反演方法,分析了工作面邻空采动下白垩系巨厚覆岩破断运移特征,研究了工作面实体煤阶段向邻空回采阶段过渡区域频发矿震震源破裂模式的演化规律,揭示了白垩系巨厚覆岩深部煤层邻空采动强矿震孕育发生机理。结果表明：综放工作面实体煤回采阶段,白垩系巨厚覆岩无明显裂隙产生,地表沉降稳定,沉降量最大为0.23 m;邻空回采阶段,裂隙发育高度最大至煤层上方444.8 m处白垩系巨厚覆岩,强矿震震源处地表总是最先达到最大沉降,强矿震发生前地表最大沉降量快速增加,较1个月前监测最大沉降量增大超60%,表明白垩系巨厚覆岩破断运动为强矿震动力源,强矿震扰动作用下,巨厚覆岩失稳引起地表再次快速沉降。白垩系巨厚覆岩初次破断步距为307.7 m,与工作面实际推进度基本吻合,佐证了强矿震由白垩系巨厚覆岩初次破断诱发;巨厚覆岩破断厚度增大,其初次破断步距增幅逐渐变缓;工作面面长增大,巨厚覆岩初次破断步距线性增长,巨厚覆岩初次破断形式由横“O-X”形转变为...