覆岩离层区积水引发的采场突水机制研究

 通过工程探测和理论分析,就海孜煤矿745工作面巨厚火成岩条件下顶板异常突水事故的机制进行深入研究。研究结果表明：距开采煤层62 m的巨厚火成岩下封闭的离层区积水是引发745工作面异常突水的水源;按传统估算方法计算导水裂隙高度为25.3～36.5 m,不会沟通巨厚火成岩下的离层区积水,但由于离层区积水的载荷传递作用,导致下部2层亚关键层发生复合破断,使得顶板导水裂隙高度异常发育,沟通了离层区积水,这是引发745工作面异常突水事故的原因。突水机制表明,可以通过向积水离层区施工放水钻孔的方法来防治此类突水事故。     

覆岩离层产生的机理及离层计算方法的探讨

利用岩层的物理力学性质和结构条件,对覆岩离层产生的力学结构及力学条件进行了理论探讨,分析了采动覆岩离层可能出现的位置,并提出了计算最大离层的方法,对现场更好地应用覆岩离层注浆减沉技术具有一定的指导意义.     

覆岩离层产生的机理及离层计算方法的探讨

利用岩层的物理力学性质和结构条件，对覆岩离层产生的力学结构及力学条件进行了理论探讨，分析了采动覆岩离层可能出现的位置，并提出了计算最大离层的方法，对现场更好地应用覆岩离层注浆减沉技术具有一定的指导意义。     

离层注浆条件下覆岩变形破坏特征的连续探测

覆岩破坏的发育高度及其分布形态是合理确定开采边界及留设防水煤岩柱的基础。为了探讨覆岩离层注浆条件对导水裂隙带形态的影响,采用前端泄露式多回路注(放)水系统,应用井下仰孔分段注水法对东滩煤矿14308工作面覆岩离层带实施注浆充填条件下综采放顶煤导水裂隙带的破坏特征进行了连续探测。探测结果表明:厚煤层综采放顶煤条件下覆岩离层带注浆时的覆岩采动导水裂隙带高度略高于正常条件下的覆岩采动导水裂隙带高度,走向方向的采动导水裂隙带高度低于倾向方向的采动导水裂隙带高度;离层带注浆时的覆岩破坏形态和范围向工作面外侧突出较大。     

上覆高位岩浆岩下离层空间的演化规律及其预测

针对工作面上覆高位硬厚岩浆岩条件,采用相似材料模拟试验研究了主关键层下离层空间的演化过程与形态特征,分析了离层空间的层位演化与横向扩展规律、覆岩与主关键层的运移规律;通过理论分析揭示了离层空间形成的机理与条件,提出了离层空间演化特征的确定方法,建立了主关键层底部最大离层空间的分析模型与预测方法。研究表明:岩层组合失稳运移形成"月牙"形离层空间,以间歇式跳跃上升至岩浆岩底部,岩浆岩底部存在较大的离层空间,并由"月牙"形逐渐转变为"一字"形,岩浆岩破裂运移导致离层闭合。离层空间在亚关键层及主关键层底部自下而上动态发育与闭合,层位高度及发育范围与推进距离呈正相关性,可采用"多梯形"方法确定其演化过程。覆岩运移经历下位关键层沉降、运移向主关键层底部发展、底部盆地沉降、岩浆岩运移及整体稳定等5个状态,覆岩下沉形态先后呈"V"型、"√"型及"U"型。岩浆岩运移过程分为下部支撑、底部离层扩展、破裂随动、失稳运移及离层闭合稳定等5个阶段。建立了最大离层空间的覆岩结构及弹性基础梁模型,得到其断面积和体积的预测计算式,为高位岩浆岩下安全开采提供了理论依据。     

水平及缓倾斜煤层开采条件下离层值的计算

煤层开采诱发岩层与地表移动和变形所导致的地表沉陷对地表建筑物产生很大的影响和破坏。覆岩离层充填技术作为矿区开采沉陷控制的新方法，在我国一些矿区的应用实践证明，其控制效果和经济效益均很显著，但在减沉机理方面的研究还有待进一步深入，其中离层充填减缓地表沉陷技术在应用中的一个关键任务之一就是确定离层产生的位置及其大小，目前仍处于经验判定阶段，尚没有完善和准确的理论计算方法。根据薄板小挠度力学理论的基本思想，分析了采用薄板小挠度理论计算采动覆岩中离层产生位置及其大小的可行性及边界条件确定的合理性，探讨了水平及缓倾斜煤层开采条件下离层产生位置及离层值大小（薄板挠曲度）的理论确定方法，并给出了相应的计算公式。这些结果对于现场在应用离层充填技术减缓地表沉陷过程中确定离层产生的位置具有理论上的指导意义。     

深井承压开采水文地质条件及防治水技术分析

结合某煤矿矿井下组煤的开采情况,对矿区所在地的主要含水层、隔水层、充水通道等水文地质条件进行了分析,并从设计防排水体系、探放太灰水、疏放采空区积水等方面,提出了针对性的矿井防治水技术措施,以确保矿井生产的安全进行。     

采动覆岩离层的数值模拟研究

采动覆岩移动及其导致的离层分布是一个受多种因素影响的极其复杂的问题，具有极强的不可视、不可触等特点，因此，理论分析和现场观测都是十分困难的。对矿区采动覆岩的破坏过程进行了数值模拟仿真研究，重点分析了覆岩中离层的发展高度变化规律、离层区域范围的确定以及煤层采出厚度的影响作用等。数值模拟再现了采动覆岩运移及离层产生的全过程，揭示了离层高度与工作面推进距离、离层区域发生范围和煤层开采厚度之间的关系。数值模拟结果确定了覆岩离层产生的位置、离层大小等，从而为采用离层充填注浆控制地表沉陷等提供了重要的理论基础和依据。     

岩层移动离层演化规律及其应用研究

通过试验与理论分析 ,对岩层移动过程中的离层位置与离层量、离层动态发育特征及其影响因素进行了深入研究。结果表明 :覆岩离层主要出现在各关键层下 ,覆岩离层最大发育高度止于覆岩主关键层。当相邻两关键层复合破断时 ,尽管上部关键层的厚度与硬度比下部关键层大 ,其下部也不会出现离层。关键层初次破断后的离层区长度和最大离层量仅为关键层初次破断前的2 5 %～ 3 3 %。因此 ,离层区充填应在关键层初次破断前进行 ,并保持关键层不破断。针对目前覆岩离层区充填工艺不能阻止覆岩关键层初次破断的问题 ,提出了离层区充填与留设煤柱相结合的“覆岩离层分区隔离充填减沉法” ,发展了覆岩离层充填减沉技术     

采区准备巷道层状复合顶板的离层和机理

以澳大利亚一煤矿的现场观测数据为基础，研究长壁工作面采区准备巷道层状复合顶板的离层和扩展特征及离层机理。对3个不同的采矿阶段，即掘进阶段，掘进之后回采之前和回采阶段的巷道顶板离层发生的时问、位置、大小和所对应的地质条件及离层在各阶段的扩展过程和特点进行了研究。从时间上看，巷道顶板离层在巷道成巷之时即出现，其尺寸随着采矿活动的变化而变化。从空间上看，在成巷初期离层在顶板6m范围内分布大致均匀，之后形成2个位于顶板附近和深部的离层区。随着时间的推移，两离层区域逐渐合并，在巷道顶板上方6m范围内形成为巷道高度的2倍的离层区。在成巷初期，最大离层决定着巷道的离层特性。在成巷后期，离层数量则起主导作用。研究结果还显示采区巷道复合顶板的离层机理与各采矿阶段的采矿活动有着密切的关系。另外，顶板各岩层的物理力学特性，岩层的变形与时间的关系和蠕变特性，地下水的影响以及各采矿阶段之前和之后的垂直和水平应力大小等都是导致采区巷道层状复合顶板离层的重要因素。     

巷道复合顶板层间离层稳定性量化判据选择

为选择合理的巷道复合顶板层结间离层稳定性量化判据,选用巷道宽度、复合顶板岩性、复合顶板厚度及结构面黏聚力和内摩擦角5个不同因素,设计5×5共25组正交数值计算模型,采用ANSYS数值模拟软件分析不同地应力各数值计算模型中结构面应力和层间离层分布,并用工程实测进行验证.在此基础上,分析巷道复合顶板离层失稳力学机制.结果表明:巷道中心位置复合顶板层间离层值并不能敏感反映层间离层稳定性,采用巷道中部复合顶板结构面法向拉应力引起的局部分离范围作为离层稳定性判据更趋合理,其临界容许值和巷道宽度显著相关,一般为巷道宽度的0.50～0.75倍.     

淮南矿区煤巷稳定性分类及工程对策

提出基于构造应力强度和顶板岩层赋存结构的复杂程度2项指标,对顶板稳定性状态进行分类,直观地反映了淮南矿区复合顶板易于离层的特点和倾向;进一步将该矿区普遍属于Ⅳ,Ⅴ类的煤巷类别细化为稳定型、破碎型、离层型及离层破碎型等4类,并针对顶板的离层控制难题提出预应力支护思想和系列预拉力支护技术,为解决长期困扰淮南矿区的煤巷支护问题提供了一套有效的技术途径;该项技术现已全面推广应用。     

采动岩体的力学行为研究与相关工程技术创新进展综述

简要回顾采动岩层结构破断与运动研究的发展过程,指出:采动岩层结构破断与运动不仅控制采场与回采巷道矿压显现,同时还控制采动岩层移动与地表沉陷以及控制采动岩体裂隙演化与渗流。随着对采动岩体特殊力学行为规律研究的深入,利用与控制这些特殊力学行为就形成系列的采矿工程技术创新,在此用工程图例的方式列出一组成果。重点综述在研究岩层移动与地表沉陷规律基础上开发出的综合机械化固体(废弃物)直接充填采煤技术和快速充填大断面沿空留巷技术;在研究采动岩体裂隙演化与渗流规律基础上开发出的煤与瓦斯共采技术和保水采煤技术,包括这4项创新技术的发展过程、最新进展和重要技术参数指标等。     

兖州矿区某矿矿震活动规律研究

 根据兖州矿区某矿2004年11月～2009年3月监测矿震台网记录资料,研究了矿震震源定位精度的方法、震源空间分布与构造、较大矿震与原地应力、矿震与开采的关系。认为利用3分向矿震记录,并采用偏振分析和波形相关分析的方法可以提高震源定位精度;矿震发生与开采速度成正相关,在高发期与顶板周期来压呈相应同步关系,并且与开采进程不稳定程度密切相关的矿震导致顶板垮塌,形成强烈风暴摧毁了封堵墙。研究结果表明,3分向地震记录和波形分析在灾害性质诊断方面具有重要作用,为科学布置工作面,处置构造和高应力区,控制合理开采进度和防治矿震灾害提供了重要依据,是探索矿震预测的一条重要途径。     

综放工作面开采速率对围岩应力环境影响的研究

综放工作面开采速率影响着工作面围岩应力重新分布和变形破坏的结果。主要归结于：（1）开采速率的不同影响围岩应力转移过程的完整程度；（2）开采速率的不同造成单位时间开采截深的变化，从而影响了围岩的加卸载过程以及加载速率的变化；（3）开采速率的不同对岩石蠕变时间有一定的影响，从而影响岩石的变形及应力分布。以谢桥煤矿为工程背景，通过数值模拟分析，揭示开采速率对工作面围岩应力影响的规律。随着综放工作面推进速度的增加，工作面周围应力降低区的面积减小：与之对应，工作面周尉岩体破坏区的范围减小工作面前方峰值应力向丁作面靠近，峰值应力变大；围岩岩体的变形时间缩短，工作面周围岩体的位移减小。提出适当提高综放开采推进速度有利于工作面管理和安全生产。     

走向条带煤柱破坏失稳的尖点突变模型

走向条带煤柱的破坏失稳是典型的偏离平衡态的非线性过程。在建立走向条带煤柱力学模型的基础上,应用突变理论建立了走向条带煤柱滑移破坏失稳的尖点突变模型,导出了条带煤柱破坏失稳的充要条件表达式。该突变模型考虑了地下水对条带煤柱稳定性的影响,认为地下水的作用主要是通过软化煤柱弹性核区的强度、降低煤柱弹性核区的刚度从而降低条带煤柱的稳定性。并根据模型对走向条带煤柱破坏失稳的机理进行了分析。为条带开采煤柱的稳定性及破坏失稳研究提供了新的理论方法。     

近距离跨采对巷道围岩稳定性影响分析

针对近距离跨采时，工作面与底板岩巷的不同空间位置关系，采用数值力学分析，详细地分析了工作面开采引起的围岩应力演化过程及特点、近距离跨采引起底板岩巷围岩位移的特点以及巷道位置对其围岩稳定性的影响。研究结果表明，煤柱上支承压力分布是开采影响岩层相互作用的结果，是开采引起集中应力在煤层与直接顶界面上的直接反映。近距离跨采巷道围岩位移受开采引起的整体位移场影响较大，而不单纯决定于煤柱侧支承压力的作用。留设保护煤柱时，底板岩巷应位于集中应力区的外侧或跨采时工作面应推过足够距离，使巷道靠近采空区应力恢复区的下方。最后通过实例给予了分析。