浅埋深松软覆岩大采高综采面地表移动变形预测

针对某矿浅埋深、大采高、松软围岩回采条件,在相似矿区岩移参数优化的基础上,利用某研究所编制的地表沉陷预计软件,全面的模拟该地质条件下开采造成的地表移动变形规律,进而为开采地表生态破坏程度提供科学依据。     

综采工作面上覆岩层运动特征试验研究

采用钻孔深基点现场实测法对综采工作面上覆岩层运动特征进行试验研究,以中岭煤矿综采工作面为例进行数据实测。通过对实测结果进行位移分析和速度分析,得出试验研究矿井综采工作面采动后上覆岩层总体呈阶段性非均匀下沉的运动形式;内部岩层断裂落差不大,地表未出现明显的大落差断裂;上覆岩层的绝对位移量由地表至煤层顶板逐渐增大,地表初始位移产生在工作面前方,内部岩体初始位移出现在工作面后方,并且移动速度呈非均匀的阶段分布特征;上覆岩层在采动后产生了明显永久性离层,离层厚度总量与综采工作面平均采高相比约为采高的0.36倍。     

大采高综采面覆岩运动及矿压显现规律研究

为了研究补连塔煤矿12511综采工作面上覆岩层运动及矿压显现规律,使用相似材料模拟实验对12511综采面进行模拟,通过覆岩垮落特征,获得了覆岩垮落规律。通过工业试验、理论计算验证其合理性。研究表明：通过理论计算周期来压步距为11.6 m,此结果与实际观测的周期来压步距相一致。通过相似材料模拟实验发现综采面推进至60 m时发生初次垮落,推进至90 m时离层长度达到最大60 m,随着综采面推进离层长度逐渐减小;综采面推进到210 m时离层闭合不再发育。通过现场观测得出综采面超前支承力影响范围约25 m,超前支承压力对顶板影响距离约为22.55 m。     

变厚煤层综采工作面覆岩运动规律研究

利用数值模拟以及现场实测等手段,对岱庄煤矿变厚煤层4320综采工作面覆岩运动规律进行了研究。研究结果表明:数值模拟试验发现变厚煤层在开采过程中两帮及煤层厚度变化处出现应力集中,塑性破坏严重,顶板破碎,顶板下沉量相对较大,随着模型开挖进行,煤层厚度变化处塑性区的范围呈现变大趋势;4320工作面初次来压步距为22.8 m,周期来压步距平均为11.8 m,超前支承压力影响范围大约为工作面前50 m;由于应力集中,煤层厚度变化处顶板破碎、难管理,但对于上覆岩层的运动情况影响较小。     

近浅埋煤层大采高综采工作面覆岩活动规律

综合采用现场观测、理论分析和数值模拟的方法,着重研究昌汉沟煤矿15105近浅埋煤层大采高综采工作面覆岩活动规律,研究表明:15105大采高综采工作面上覆岩层存在2个关键层,2关键层断裂的不同步性及其相互作用使工作面周期来压呈现非均匀性大小周期的特点,并且大周期时动载现象明显、煤壁片帮冒顶等现象较严重,地表有微弱下沉现象。     

大倾角大采高综采面覆岩移动特征及顶板稳定性控制

为控制大倾角大采高综采工作面顶板稳定性,通过数值模拟、理论分析、工程实践等研究方法,研究大倾角大采高综采工作面覆岩移动特征及矿压显现规律,分析大倾角大采高综采工作面支架与覆岩移动关系,进而找出改善顶板稳定性控制的合理方法。在此基础上,针对某矿3上509工作面的具体条件,就控制顶板稳定性,提出对液压支架的要求,而且采取了变换移架方式、超前移架、在支架底座增设底调和调架千斤顶以及在顶梁与顶板之间增设金属网等控制顶板稳定性的具体措施。对同类开采条件下的矿井有较好的指导借鉴意义。     

浅埋煤层大采高综采面地表移动规律研究

通过对张家峁煤矿15201试采工作面大采高综采面地表移动进行了实测,揭示了浅埋煤层大采高(6.3 m)在工作面推进过程中地表岩层的移动规律,并分析了由于上覆松散层厚度变化时周期来压期间的破坏和动载机理,得出了浅埋煤层大采高综采面开采后地表岩层移动规律,为类似煤层赋存条件的矿井开采提供了理论基础。     

浅埋煤层采动覆岩运动相似材料模拟研究

为分析伊犁一矿首采工作面浅埋煤层采动覆岩运动特征,进行了相似材料模拟研究。分析了直接顶破坏、老顶破坏、采动覆岩破坏高度发展等规律,并进行了切顶冒落分析。研究结果表明,首采工作面具有采动覆岩破裂高度随工作面推进而增大,采动覆岩破裂高度在充分采动前约为采空区跨度之半等规律。试验过程和理论计算均未出现切顶冒落现象。研究结果可为矿区首采工作面煤层安全开采提供理论依据,同时,对分析其他浅埋煤层安全开采覆岩运动规律具有一定的借鉴意义。     

基于微震监测的大采高综采面覆岩破断特征研究

为了合理确定大采高综采工作面覆岩"两带"高度,采用微震监测技术探测顶板覆岩破断特征,从走向和倾向两个方面来分析微震事件分布规律,从而确定了大采高综采面"两带"的高度:垮落带高度约20m,裂缝带高度约45m。研究认为基于微震监测的大采高综采面覆岩"两带"探测方法可行,很好地解决了覆岩破坏实测难题。     

浅埋近距离煤层群重复采动覆岩破坏规律分析研究

以陕北韩家湾煤矿浅埋近距离煤层群开采为研究背景,通过物理相似模拟试验和现场实测,对浅埋近距离煤层群重复采动条件下覆岩破坏规律进行研究。结果表明：2^-2煤层周期来压步距平均为14.53 m, 3^-1煤层周期来压步距平均为15.61 m, 4^-2煤层周期来压步距平均为16.50 m;采用下行方式开采煤层,下煤层回采周期来压步距大于上煤层回采周期来压步距。2^-2煤层模拟跨落带高度为18 m,裂隙带最大高度为44 m(发育至载荷层下部),3^-1煤层模拟跨落带高度为11.5 m,裂隙带最大高度为80.5 m, 4^-2煤层模拟跨落带高度为8 m,裂隙带最大高度为115.93 m, 3^-1煤和4^-2煤的覆岩裂隙均与上煤层采空区贯通。实测表明,物理相似模拟试验所得数据与现场实测数据相符,验证了相似模拟试验用于类似问题研究的可行性。     

煤炭开采与岩层运动

采矿是从地层内获取煤炭资源的过程,是一次对矿区地层的扰动,必然引起岩层运动和地层内应力场与裂隙场的改变,从而影响矿压显现、地下水流失和地表沉陷等安全与环境问题。因此,采动岩层运动及其对安全与环境的影响规律是煤炭开采的基础科学问题,对这些规律的认识将提高煤炭开采的科学性。由于采动岩层运动的复杂性,至今仍然有很多问题没有解决。介绍了采动覆岩运动的块体结构形式、岩层运动对工作面空间维护的影响、岩层运动对覆岩裂隙演化与地下水和地表沉陷等环境问题的影响、岩层运动对采动应力场影响等方面的研究进展与存在的主要问题,明确了岩层运动研究的重点和方向。结果表明:采动岩层运动是一种坚硬岩层破断前的应力集中和破断后形成块体的力学行为,坚硬岩层的破断和块体运动具有突变和不连续性,破断块体互相咬合可能形成"大变形"结构,块体咬合结构的S-R稳定性将对矿压显现、采动裂隙和地表沉陷等产生重要影响。岩层运动是一个"黑箱",目前仅仅在控制原理上得到解释,达到"灰箱"程度。因此,岩层控制在很多场合只能是"宏观"控制。"砌体梁"结构力学模型的建立明确了支护原理和支架工作阻力估算原则。一般情况下,按照4～8倍采高岩柱自重估算支架工作阻力可以满足工程需要,在大采高或薄直接顶、浅部开采、特殊压架条件等情况下支架工作阻力估算应采用上限,个别条件下单纯提高支架阻力仍无法彻底解决压架问题,还需配套实施相关工程措施加以防范。根据覆岩关键层破断块体结构的稳定性,将我国不同表土层条件下的地表沉陷划分为3种类型,提出应根据地表沉陷的不同类型进行预测、控制与选择复垦方法。关键层的赋存与破断特性对采动应力分布影响显著。目前,由于应力集中引起的事故比瓦斯事故更难以预防,为此,深部和构造应力集中区域只能开设试验矿井。     

不整合地层下开采覆岩移动变异性研究

根据采区地层不整合特点,通过相似材料模拟和数值模拟方法对不整合地层下开采覆岩运动与破坏特征进行了研究。研究发现,不整合面附近地层存在"应力屏蔽"现象,采空区上部压力拱形态发生畸变,呈现出非对称、非规则的压力拱结构形态。覆岩移动变形出现明显差异,导致地表移动盆地反向偏移。研究给出不整合地层下开采覆岩移动破坏与导水性特征分区。     

采场上覆关键层运移的模拟实验检测

在传统矿山压力理论的基础上,用光纤Bragg光栅传感器研究采场上覆关键层运移过程中的内部应变。以某煤矿30101综采工作面为对象,实验室模拟工作面上覆岩层变形的过程,在3 m平面模型上使用4个光纤Bragg光栅传感器,制作了3 000 mm×1 340 mm×200 mm的相似材料模型,几何相似比1∶100,同时在关键层的位置布置2条全站仪测线。实验表明,光纤光栅传感器监测出了关键层的初次垮落、周期性垮落过程,关键层初次破断时光纤光栅传感器波长漂移量曲线呈尖峰状,周期性破断时光纤光栅传感器波长漂移量曲线呈高原状,有一个持续的时间。30101工作面顶板初次垮落及周期来压步距分别在48.5~51.7 m与10.4~20.8 m,实验与现场矿压观测结果基本一致。实验实现了上覆关键层所受载荷的实时监测,载荷变化符合指数余弦函数规律。     

大采高采场覆岩结构特征及运动规律研究

运用关键层理论研究了采场覆岩结构特征及运动规律．结果表明：垮落带及断裂带高度与覆岩关键层的分布特征密切相关，大采高的垮落带及断裂带高度大于相同煤厚分层开采相应的高度，且随采高增大呈台阶状上升，此研究是大采高条件下采场矿压控制、地表塌陷评价的基础。     

基于微地震监测的近水平厚煤层上覆岩层运动规律研究

为了研究煤矿井下工作面采动对上覆岩层运动规律的影响,以察哈素煤矿近水平厚煤层31313工作面为工程背景,分别从微震事件整体分布范围、岩层中的不同高度分布、微震频次与周期来压关系等方面对岩层移动规律,以及采动影响下煤体破裂范围进行研究,并运用数值模拟软件3DEC进行验证。研究结果表明：发生在不同高度层位的破裂事件具有不同的周期性,一般高位岩层的周期包含若干个中位岩层的周期;采场上方岩层18 m内为直接顶,18~60 m内为基本顶;由微震事件分析得到的周期来压步距是实际来压步距的2倍;采用微地震监测技术可真实有效反演采场上覆岩层的运动规律。研究结果能为微地震技术判识岩层运动规律提供参考。     

长壁矸石充填开采上覆岩层移动特征模拟实验

长壁矸石充填工作面采空区由于被充填材料占据,上覆岩层移动特征将不同于垮落法管理顶板,采用相似模拟和数值计算模拟工作面回采和矸石充填过程。通过改变支架初撑力和工作阻力、充填材料的夯实力,模拟不同充填率情况下上覆岩层应力变化和岩层移动特征,结合现场实测结果认识长壁矸石充填开采上覆岩层移动规律。研究发现：支架工作阻力对充填效果影响显著,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证足够的时间使更多的充填材料充进采空区,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。采空区内充填材料限制直接顶的变形、下沉以及冒落,直接顶以断裂和冒落为主,冒落后整齐地排列在采空区矸石上。基本顶以弯曲下沉形式随直接顶移动,上覆岩层冒落高度显著降低。     

厚煤层开采覆岩移动规律的现场监测研究

现有的监测大多在巷道顶板5～8 m深的范围展开,本文通过深孔多点位移计实时监测了工作面回风巷和运输巷顶板岩层0～20 m深处范围内的岩层移动规律.获得了不同回采阶段覆岩移动变形规律,并根据监测曲线获得了周期来压步距.     

Three-dimensional strata movement around coal face of steeply dipping seam group

Steeply dipping seam group, which has complex occurrence conditions, belongs to the steeply dipping seam. The research on the strata movement around the coal face not only improves safe production technology in practice, but also develops the mining theory. By using physical simulation experiments, numerical simulation and site test, the deformation, failure and movement of surrounding rock in longwall working face were analyzed. According to the analysis, characteristics of the seam group were formed which is different from the single seam. Asymmetry mechanics, sequential changes and imbalance of strata movement along the tendency working face were summarized. Furthermore, the features of upper and lower seams were different. The mining of the lower seam induced more complex strata movement along the strike. Multi-section mining disturbed surrounding rocks in larger areas than the single section mining did, which had an impact on and dynamic loading function to the support when mining the lower seam, and produced a great influence on the stability of support-rock system. Supported by the New Century Excellent Talents in University of China (NCET-04-972)     

综采工作面上覆岩层移动规律数值模拟研究

为掌握1301工作面上覆岩层移动规律及超前支撑压力的影响范围及分布特点,通过理论计算得出工作面直接顶及老顶的厚度,采用数值模拟的方法分析得出上覆岩层的移动规律。     

综采工作面过上覆煤柱技术研究

近距离上层煤开采过后留有许多残余煤柱,这些煤柱往往导致下层煤开采过程中出现强烈的矿压显现情况。针对综采工作面过上覆采空区煤柱矿压显现剧烈的问题,以山西上榆泉煤矿工作面地质条件为基础,对相邻43303工作面回采过程中的矿压显现情况进行了总结分析,确定上层煤煤柱与本层煤顶板形成的次生顶板结构是造成工作面来压强度增大的主要原因,并从43302工作面过上覆煤柱前、中、后三个阶段,制定了改变采高、调斜、顶板预裂以及加快工作面推进速度等技术措施。根据现场实践效果,采用该措施能够减弱工作面矿压显现强度,改善工作面片帮、冒顶等情况,实现对工作面降压的目的,具有良好的应用效果。