多煤层采区岩层移动相似材料的模拟研究

通过对平顶山煤业集团公司八矿多煤层采区同采条件下,下部煤层开采对上部煤层开采影响的相似材料模拟试验结果的分析,得出了下组煤层开采时上覆岩层的移动及变形规律、有关岩层移动参数、上组煤层巷道变形预计方法及采动影响的时空关系     

多煤层采区岩层移动相似材料的模拟研究

通过对平顶山煤业集团公司八矿多煤层采区同采条件下,下部煤层开采对上部煤层开采影响的相似材料模拟试验结果的分析,得出了下组煤层开采时上覆岩层的移动及变形规律、有关岩层移动参数、上组煤层巷道变形预计方法及采动影响的时空关系．     

近距离煤层开采侧向支承压力分布的相似模拟试验研究

采用相似模拟的方法,以平顶山八矿己二采区己15和己16-17煤层实际地质资料为基础,分析了近距离煤层上煤层开采时,在上煤层采场两侧向的支承压力分布及集中程度、峰值距煤壁的距离、支承压力的影响范围;一定范围内底板中集中应力的传递及渐衰减特征.研究了上煤层开采后下煤层开采过程中,采煤工作面两侧应力降低区范围、峰值应力的位置、应力集中的程度以及与上煤层开采时的对比关系.作者认为,下煤层开采后上覆顶板岩层受到二次扰动,其破坏移动主要是沿原有破裂面滑移,由于剪胀的作用,上覆岩层能够形成面接触的覆岩基本结构特征.根据模拟结果得出:特定开采条件下,上部或下部不同煤层采煤工作面侧向卸压区范围.该结果对区段巷道布置有一定的参考价值.     

近距离煤层开采侧向支承压力分布的相似模拟试验研究

采用相似模拟的方法,以平项山八矿己二采区己15和己16-17煤层实际地质资料为基础,分析了近距离煤层上煤层开采时,在上煤层采场两侧向的支承压力分布及集中程度、峰值距煤壁的距离、支承压力的影响范围;一定范围内底板中集中应力的传递及渐衰减特征．研究了上煤层开采后下煤层开采过程中,采煤工作面两侧应力降低区范围、峰值应力的位置、应力集中的程度以及与上煤层开采时的对比关系．作者认为,下煤层开采后上覆顶板岩层受到二次扰动,其破坏移动主要是沿原有破裂面滑移,由于剪胀的作用,上覆岩层能够形成面接触的覆岩基本结构特征．根据模拟结果得出：特定开采条件下,上部或下部不同煤层采煤工作面侧向卸压区范围．该结果对区段巷道布置有一定的参考价值．     

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.     

开采沉陷中采深偏移系数的性质分析

在处理倾斜煤层的开采沉陷数据时,往往采用平均采深代替走向主断面实际开采深度,此时存在着采深偏移系数的情况,不可避免地造成了开采沉陷预测的不准确性.为了提高开采沉陷预测精度,通过理论推导,给出了采深偏移系数计算公式,分析了上覆岩层岩性、煤层倾角、松散层厚度等地质采矿条件对采深偏移系数的影响.同时,结合11个矿区的开采工作面资料,求取了以平均采深代替走向主断面实际采深时各地表移动变形值的偏差.结果表明,采深偏移系数随着覆岩强度和煤层倾角的增加而增加,随基深比的减小而减小.当煤层倾角达到20°以上时,应该考虑采深偏移系数对各移动变形值造成的影响,为矿山开采沉陷准确预测提供参考.     

初采覆岩破坏性影响区的解析高度

以现场实测资料和实际的开采条件为依据，建立回采工作面覆岩破坏的力学模型，分析初次开采时顶板最大冒落高度与采高、采深、顶板岩层的力学性质、采空区大小及顶板岩层的碎胀性之间的关系，利用微分方程求出初采覆岩破坏性影响区高度的解析解。     

初采覆岩破坏性影响区的解析高度

以现场实测资料和实际的开采条件为依据，建立回采工作面覆岩破坏的力学模型，分析初次开采时顶板最大冒落高度与采高、采深、顶板岩层的力学性质、采空区大小及顶板岩层的碎胀性之间的关系。利用微分方程求出初采覆岩破坏性影响区高度的解析解。     

五沟煤矿导水裂隙带发育高度预测

煤层开采导致覆岩产生移动变形破坏,描述覆岩破坏影响程度的导水裂隙带发育高度是评价顶板是否发生突水溃砂等灾害事故的重要指标之一,因此对影响导水裂隙带发育高度的采高、工作面几何参数、覆岩岩性及岩层结构等主要因素进行分析,利用模糊数学方法将非线性问题转换成线性问题进行计算,获得五沟煤矿10煤开采导水裂隙带发育高度预测公式,为五沟煤矿含水层下10煤层的安全开采提供指导。     

急倾斜近距离下保护层开采岩层移动相似模拟

针对豫西某矿急倾斜近距离下保护层开采设计,以矿井现场工程概况为基础,通过相似模拟试验及现场考察,对保护层开采过程中岩层移动变形及裂隙发育进行研究,据此分析该矿急倾斜近距离下保护层开采的可行性及预期卸压效果。结果表明:保护层开采过后,顶板以缓慢下沉为主,未出现大规模垮落,岩层移动量最大位置位于倾斜中部略偏上;相似模拟所得倾斜下部卸压角为73°,现场考察倾斜下部卸压角为72°,《防治煤与瓦斯突出规定》中在煤层倾角为50°情况下倾斜下部卸压角参考值为70°,三者高度吻合;岩层移动以及裂隙发育使被保护层得以卸压,也可为卸压瓦斯运移和瓦斯抽采提供通道;被保护层开采条件不会破坏,该矿此类型保护层开采安全可行,可以达到预期防突效果。     

近距离孤岛工作面动压影响巷道围岩控制

近距离煤层孤岛工作面上部煤层与下部煤层回采巷道为楼上楼形式时，下部煤层回采巷道的维护十分困难．结合付村矿209孤岛工作面工程地质实际条件，运用三维数值模拟软件FLAC^3D，分析了此种情况下，影响下部煤层回采巷道围岩稳定性的主要因素．通过对3上煤层开采影响下3下巷道围岩的位移与应力分析研究，指出孤岛工作面楼上楼巷道围岩极不稳定，在动压影响下极易产生形变，其中水平应力对巷道围岩的影响比垂直应力更大．在此基础上提出了控制巷道围岩的空间斜拉锚索的支护方案．     

采场上覆岩层裂隙的变化规律

本文根据孔庄矿上行开采的实测资料,探讨了采场上覆岩层裂隙的变化、导水性能的变化以及受下部回采影响的上方巷道位移与变形的规律。为从机理上探讨特殊开采有关问题提供了依据。     

薄煤层开采对上覆构筑物基础变形影响的数值模拟研究

煤层开采过程中,在煤层顶、底板岩层一定的条件下,煤层的倾角和埋深对地表变形有很大的影响。通过三维有限元数值模拟,研究平缓或缓倾斜煤层、倾斜煤层、急倾斜煤层开采对上覆构筑物基础变形的影响,依据特定构筑物对倾斜变形、水平变形和基础沉降最大值的容许要求,提出安全煤柱（移动角γ、β）的保护范围,为构筑物安全运行和煤矿合理开采提供依据。     

直接顶厚度对回采巷道稳定性影响的数值模拟研究

当回采巷道沿煤层顶板或底板布置时,由于煤层一般较顶底板软弱,因此,巷道围岩的矿压显现特征主要表现为两帮煤体的变形、破坏等现象,巷道易发生两帮煤体沿层理向巷道空间挤出的现象,并进而产生破碎、松动等现象.这与巷道上覆岩层的应力有着密切的关系.本文运用RFPA软件,分析了回采巷道上覆软弱直接顶厚度对巷道稳定性、巷道围岩应力分布与破坏情况、巷道围岩破裂部位与破裂范围的影响.通过对不同直接顶厚度影响下的巷道围岩稳定性分析,得出直接顶厚度与巷道围岩稳定性之间的数值关系,并分析了直接顶厚度对回采巷道稳定性的影响因素,这为煤矿回采巷道的开挖与支护提供一定的理论基础.     

直接顶厚度对回采巷道稳定性影响的数值模拟研究

当回采巷道沿煤层顶板或底板布置时,由于煤层一般较顶底板软弱,因此,巷道围岩的矿压显现特征主要表现为两帮煤体的变形、破坏等现象,巷道易发生两帮煤体沿层理向巷道空间挤出的现象,并进而产生破碎、松动等现象.这与巷道上覆岩层的应力有着密切的关系.本文运用RFPA软件,分析了回采巷道上覆软弱直接顶厚度对巷道稳定性、巷道围岩应力分布与破坏情况、巷道围岩破裂部位与破裂范围的影响.通过对不同直接顶厚度影响下的巷道围岩稳定性分析,得出直接顶厚度与巷道围岩稳定性之间的数值关系,并分析了直接顶厚度对回采巷道稳定性的影响因素,这为煤矿回采巷道的开挖与支护提供一定的理论基础.     

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.     

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.     

急倾斜多煤层开采地表沉陷分区与围岩破坏机理——以木城涧煤矿大台井为例

为了研究急倾斜多煤层开采条件下地表及围岩移动变形特点,以木城涧煤矿大台井急倾斜多煤层开采为研究对象,进行了相似材料模拟研究.揭示了地表移动变形规律和围岩垮落、破坏机理,得出了不同区域移动变形的大小及主要特点,并与实地观测数据进行了对比分析.结果表明:该条件下开采,地表沉陷盆地可分为露头塌陷区、整体沉陷区、渐变沉陷区和轻微沉陷区,浅部开采形成的地表分区格局对整个采动影响区的地表移动变形起到了控制作用,浅部开采覆岩破坏以陷落和张裂为主要特征,深部开采以离层带裂隙顺层通达地表和台阶错落下沉为主要特征.     

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。     

多扰动回采巷道围岩失稳演化及控制分析

为了更好地理解多扰动回采巷道围岩的变化规律,通过对五虎山矿多扰动回采巷道现场观测、钻孔窥视,分析了多扰动巷道围岩变形特征与失稳原因,优化了巷道布置位置,确定了围岩支护方案,并进行了数值模拟与现场试验。结果表明:多扰动巷道顶板浅部围岩破碎度大,呈"网兜"弯曲下沉,两帮整体移动变形,呈反弓形破坏;多煤层开采扰动、顶板岩性软弱、围岩自稳时间短与松动范围大是围岩失稳的原因;上部煤层开采后,由上到下岩层垂直应力由马鞍形向近似拉长"W"形过渡,距上部煤层越远,垂直应力越小,011208运输巷合理位置在010908工作面采空区下方,与010908回风巷外错16 m,煤柱尺寸15 m;采用破碎顶板重点支护(注浆-架棚)与深浅围岩分区承载(锚杆-锚索)耦合控制方案后,巷道围岩变形量小于40 mm,支护效果显著。