回采巷道底板岩层结构的后屈曲性态研究

根据巷道底板岩层的赋存特点和非软弱破碎底板岩层的断裂特征,应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了回采巷道底板岩层的失稳破断机理及其分叉后的屈曲性态,给出了底板岩层破断的必要与充分条件,得出了底板岩层破断后的隆起位移幅值及其两端的相对移近量,确定了底板岩层的位移幅值与两帮相对移近量之间的关系,并以鲍店煤矿某变电所硐室为例给出了工程实例。研究发现,巷道底板岩层的破断是由底板结构的动态分叉特性决定的;底板岩层破断后的水平推力表明了缺陷结构对于初始缺陷的敏感性。研究结果表明,底板结构分叉集中的剖分因子可剖分出岩层破断后的位移幅值;由底板结构的赋存状况、几何特征、岩层材料以及巷道两帮之间的距离,可确定底板两帮的相对移近量;底板岩层的位移幅值与其两帮的相对移近量呈大变形状态下结构的几何非线性特性。     

复合岩层底板底鼓锚索支护的力学机理及应用

煤矿巷道在两帮下沉以及底板下位岩层的向上作用下,复合岩层底板会引发弯曲底鼓,当底板开放,底板变形将会很大。对这种软弱厚层复合底板采用底板锚索支护技术,不仅可以增强底板复合岩层的抗弯刚度,而且可以调动深部稳定岩层的承载能力。文章依据底板锚索支护的力学机理,对永煤新桥矿-550 m北翼轨道运输大巷的复合岩层底板底鼓,经采用锚索梁治理方法后,巷道顶底板变形降到最大6 mm,使该技术得到了成功的应用。     

东滩煤矿煤层底板岩层阻水能力试验研究

底板岩层压水试验能够获得可靠的底板岩层阻水能力实测数据, 为深部煤层开采底板岩层阻水能力提供量化依据,对东滩煤矿深部煤层底板岩层进行压水测试,获得了大量的实测数据并依此计算出岩层的渗透系数. 试验结果表明测试底板岩层段在原始状态下的渗透性很低,阻水能力较强.研究结果可为矿区深部工作面的安全开采提供重要的参考依据.     

急倾斜煤层开采底板岩层破坏机理研究

随着煤层倾角增大,切向力的作用越来越大,底板岩层不可避免地要发生变形破坏。建立了急倾斜煤层开采底板岩层力学模型,研究了开采深度、采空区倾斜长度和岩层厚度等因素对底板岩层稳定性的影响,对实际生产中分析急倾斜采空区底板稳定具有重要意义。     

采动动载作用下底板岩层裂隙演化规律的相似模拟研究

在对多个矿区工作面进行现场探测发现工作面推过底板后的第一次顶板周期性垮落过程中,底板裂隙破坏深度会出现滞后加深的现象,为对这种特殊采矿地质现象进行分析,以某矿现场地质条件为依托,采用相似模拟手段,模拟采动动载作用下底板岩层裂隙演化规律。经研究发现:1)采空区底板岩层首次受顶板岩层垮落冲击作用后,底板岩层采动裂隙会出现滞后破坏加深的现象。在之后的2~3次顶板周期性垮落冲击过程中,底板岩层裂隙都有类似规律,但加深效果逐渐减弱;2)相似模拟试验的底板岩层位移与垂直应力监测结果证明了底板岩层经历了采前应力集中、采后膨胀泄压,采动动载冲击,采空区矸石充填平衡4个过程,底板裂隙的萌生、扩展以及再加深主要发生在1~2与2~3的转变过程之间,第4过程对底板裂隙的扩展实际是起到抑制作用的,底板破坏深度最大处一般出现在工作面推过测点后的1~2个周期来压至采空区底板被矸石充填压实之间这段距离,这也解释了为什么采空区滞后突水灾害时有发生;3)软弱底板岩层更易受采动影响,其位移与垂直应力的变化幅度较坚硬底板岩层而言明显偏大,但其底板裂隙发育深度和滞后破坏加深程度比坚硬底板岩层要弱。     

煤柱支承压力在底板岩层中的分布规律研究

为了对煤柱支承压力在底板岩层中的分布规律进行深入地研究,根据弹性力学半平面体理论,建立了钟形、马鞍形煤柱支承压力底板传递力学模型,结合应力叠加原理可以得到煤柱底板应力分布计算公式,并利用Mathcad软件绘制出了钟形、马鞍形煤柱在支承压力作用下,底板垂直应力、水平应力及剪切应力的空间分布图。研究结果表明:煤柱支承压力按一定的扩散和衰减规律向底板岩层传递,煤柱底板岩层应力分布具有明显的非均匀特征,底板岩层深度越大,应力不均匀程度越高;同一深度底板岩层离煤柱越近的点,应力不均衡程度越高。     

巷道底鼓机理数值模拟

在岩石破裂过程分析系统（RFPA_2D）的基础上,引入岩石蠕变演化模型,考虑岩体在恒定荷载情况下,其长期强度随着时间变化,造成巷道围岩的强度与弹性模量衰减。数值结果表明,底板岩层在水平应力的作用下,出现初始变形破坏、离层,导致垂直应力降低,巷道围岩的两帮和底板出现裂纹扩展。由于岩石的蠕变特性,其底板岩层的强度和弹模随着时间增加其值不断衰减,水平应力沿底板岩层方向开始向深部岩层转移,造成巷道底板岩层在水平应力作用下不断地向巷道内鼓出,底板岩层达到最终破坏深度。     

煤矿巷道缓斜底板岩层的后屈曲性态研究

为了研究缓斜底板岩层破断后的后屈曲性态,以鲍店煤矿某变电所硐室为例,将底板隆起量与巷道两帮移近量相结合,确定了缓斜底板岩层的位移幅值以及岩层倾角与两帮相对位移的关系。研究结果表明,巷道底板的位移幅值和相对位移随着岩层倾角的增大而减小,其位移幅值与相对位移呈几何非线性特性。     

不等长工作面覆岩活动及回采巷道采动影响变形规律

受断层影响,冀中能源股份有限公司邢东矿2225工作面沿推进方向斜长依次为50 m、80 m和126 m 3段。为研究不等长工作面覆岩活动规律和回采巷道采动影响变形规律,在工作面顶底板、巷道围岩中布置监测仪器,监测工作面生产过程中的顶板岩层位移、底板破坏深度以及巷道围岩表面位移。结果表明：随着工作面的推进,顶底板岩层移动和巷道变形逐渐增大;在工作面距一号测站-32~-42.8 m时测点底板岩层位移斜率达到4 mm/m,底板最大破坏深度超过45 m;当工作面推进至距三号测站40.1 m处时,顶底板相对位移为0.45 m左右,巷道两帮相对位移约0.5 m,位移相对速率达到20 mm/d。随工作面长度增加,工作面前方底板岩层扰动距离和底板岩层变形量明显增加;二号测点工作面长度为126 m,底板前方扰动距离约为40.5 m,该测点底板岩层位移已达300 mm左右;而一号测点工作面长度为50 m,前方扰动距离约为92.8 m,底板岩层位移最终只有90 mm。     

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。     

浅析底板岩层组合对底板破坏的影响

针对深部煤炭开采严重受底板高承压水威胁的现实问题,为进一步认识工作面底板突水机理,从底板岩层的不同组合出发,通过力学分析与数值模拟,分析底板不同岩层组合对底板的破坏深度、破坏方式的影响。为实现承压水上安全采煤提供依据。     

高分辨电法在承压水上开采相似模拟中的应用

基于煤层底板破坏情况与岩层电阻率变化的关系,在承压水上开采的相似模拟实验中,通过引入高分辨电法仪对底板岩层的电阻率进行实时测量,根据电阻率的变化情况来推断底板的破坏情况,寻找突水点,预测突水位置。通过对比开采前后的电阻率等值线图发现其电阻变化能够反映底板的裂隙演化规律且与现场观测大致吻合。这表明,通过监测岩层底板电阻率的变化来监测底板的破坏情况是可行的。     

顶底板岩层透气性对煤层瓦斯抽采的影响研究

为了考察煤层顶底板岩性对瓦斯抽采的影响,基于含瓦斯煤流固耦合方程,利用COMSOL Multiphysics软件对透气和不透气2种顶底板岩层进行了钻孔瓦斯抽采数值模拟,其中透气性顶底板岩层孔隙率设置为20%,不透气性顶底板岩层孔隙率设置为0。研究结果表明,不同顶底板岩性条件下在抽采过程中瓦斯总是沿钻孔径向流动,但煤层顶底板岩性对煤层瓦斯流场有明显影响;不同顶底板岩性条件下钻孔瓦斯抽采时间越长,钻孔影响的范围越大,同时距离钻孔中心越远煤层残存瓦斯含量越大,但透气岩层模型的瓦斯压力衰减更快,残存瓦斯压力更低;顶底板岩性对煤层瓦斯抽采有效范围有显著影响,与不透气岩层相比,透气岩层的钻孔有效抽采范围更大。研究结果对穿层钻孔瓦斯抽采具有一定的指导意义。     

深部开采底板采动破坏深度演化规律研究

针对深部开采工作面底板采动破坏带深度实测困难、已知实测数据极少的难题，采用数值模拟与井下钻孔注水试验相结合的方法，分别对林西矿深部工作面底板岩层完整区域、破碎区域底板采动破坏演化规律及深度进行了研究。注水试验实测结果表明：底板岩层完整区域采动破坏带深度为23.58 m,破碎区域采动破坏带深度为37.45 m。数值模拟结果表明：随工作面开采推进，岩层完整的底板采动破坏深度发育将经历“增长-稳定”的过程；岩层破碎的底板采动破坏深度发育将经历“增长-稳定-突增-稳定”的过程；底板赋存小构造(或裂隙)“活化”,并与底板采动裂隙联通，是导致岩层破碎的底板采动破坏深度加大的根本原因。     

急倾斜煤层底板巷道破坏因素探讨

通过对急倾斜煤层底板巷道变形、破坏的数值计算发现 ,急倾斜煤层与水平煤层相比 ,受底板附加支承压力的影响较小 ,底板巷道变形、破坏主要是由于煤层开采后底板卸载 ,形成悬空面造成岩层移动引起的。分析结果表明 ,受采动影响岩层在底板中形成岩层移动活跃区 ,其大小取决于煤层倾角、岩石力学特性以及开采深度等 ,而与采区长高比大小关系不大。     

采动条件下煤层底板变形破坏特征研究

采用相似材料模拟试验方法,重点研究了煤层底板的应力和变形随工作面开采的变化规律,得出煤层底板应力与变形具有采动差异效应和这种采动差异效应是底板岩层破坏裂隙产生拉剪复合破坏的力学机制的结论;采用理论分析方法,对采动影响条件下煤层底板破坏程度进行了分析,得出煤层底板破坏深度与岩层内摩擦角φ、岩层单向抗压强度σc、最大应力集中系数n和开采深度H之间的关系,在此基础上,提出了降低底板岩层破坏的措施。研究结果可为煤矿的安全开采和矿井水防治提供科学依据。     

软弱岩层中矿井大巷底鼓治理技术

针对布置在软弱岩层中的矿井大巷受底板岩层软弱和积水泥化作用影响,上覆岩层应力通过两帮作用在底板上,极易造成底板鼓起的难题。通过分析坪上煤矿井下运输大巷底鼓原因,提出了在底板铺设钢筋网、底梁、锚索并对顶帮进行加固的组合锚注加固技术,使顶帮和底板支护形成有机的整体,减少了大巷维修量,取得了良好的效果。     

回采引起的底板岩层移动对地下构筑物的影响

根据矿压观测资料的分析,对工作面推进过程中引起的底板岩层移动范围及移动速度进行探讨,从而确定底板岩层内构筑物的合理布置。     

兴隆庄矿下组煤底板岩层阻水性能影响因素分析

分析了兴隆庄矿二、四区下组煤开采时底板岩层阻水性能的主要影响因素。认为二、四采区的地质构造、底板岩层岩性和岩层分布组合、采动影响及承压水的作用是影响该采区底板阻水性能的主要因素，并认为评价底板阻水性能要综合考虑各因素的相互影响，相互作用，相互促进。     

急倾斜煤层底板巷道破坏因素探讨

通过对急倾斜煤层底板巷道变形、破坏的数值计算发现，急倾斜煤层与水平煤层相比，受底板附加支承压力的影响较小，底板巷道变形、破坏主要是由于煤层开采后底板卸载，形成悬空面造成岩层移动引起的。分析结果表明，受采动影响岩层在底板中形成岩层移动活跃区，其大小取决于煤层倾角、岩石力学特性以及开采深度等，而与采区长高比大小关系不大。