高位硬厚岩层采动覆岩结构演化特征及致灾规律

针对工作面赋存高位硬厚岩层的地层条件,采用相似材料模拟试验方法,制作了工作面上覆单层和两层高位硬厚岩浆岩的相似模型,研究了开采过程中的覆岩结构及其演化特征;通过力学理论分析,揭示了上覆岩层的破断规律及覆岩结构的形成机制;分析了典型采动覆岩结构的致灾规律,并采用工程实例进行验证。研究结果表明:单层硬厚岩层初次破断前、周期破断阶段分别形成"梯"型、"Γ"型覆岩结构;两层硬厚岩层条件下,下位硬厚岩层破断前形成"梯"型覆岩结构,上位硬厚岩层破断前后分别形成"梯-Γ"型复合覆岩结构、"F"型覆岩结构;工作面上覆岩层破断角α在(45°,90°)区间内,破断迹线总是与岩层层面成一定夹角。高位硬厚岩层条件下集中应力高、积聚能量大,易诱发静载型动力灾害;"梯"型覆岩结构失稳易诱发动力灾害及离层水(气)突涌现象;"Γ"型覆岩结构失稳易诱发动力灾害,但不易发生离层水或瓦斯突涌。     

厚硬岩层下采动应力突变及冲击地压防治研究

为了研究上覆硬厚岩层对工作面采动应力的影响作用,针对田陈煤矿7112工作面地质条件,采用数值模拟方法,研究了厚硬关键层不同赋存条件下采动应力变异特征。研究表明:随工作面的持续推进,工作面前方支承压力不断增长,但增速逐渐放缓,破断后工作面支承压力迅速降低;随厚硬关键层厚度、赋存高度的增加,厚硬关键层初次破断前工作面前方支承压力峰值逐渐减小。采用理论分析方法,计算出工作面上覆关键层破断步距,根据研究结果,精细划分了硬厚岩层影响下的7112工作面冲击危险区段,通过实施密集钻孔卸压,成功控制了冲击风险,实现7112工作面的安全生产,为该采区7112周边工作面提供了可靠技术参数。     

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。     

洛河组砂岩含水层下大采高工作面导水断裂带演化规律

针对旬耀矿区厚煤层大采高工作面上覆洛河组砂岩含水层下的安全采煤问题,采用理论分析、相似材料试验和数值模拟研究了某矿1109大采高工作面覆岩破断及裂隙演化规律。研究表明:上覆岩层经历了直接顶破断、基本顶初次破断与周期破断、亚关键层初次破断与周期破断5个阶段,破断发生引起工作面煤壁上方裂隙密度和开度发生跃变,采空区覆岩裂隙经历孕育、产生、张开、闭合、压实5个动态阶段;从开切眼到充分采动过程中,在裂隙带的上部、工作面煤壁上方及开切眼上方裂隙较为发育,裂隙区近似"抛物线"状,采空区中部覆岩裂隙闭合而边界处裂隙不易闭合;工作面充分采动后,导水断裂带发育高度82~85 m,未导通上覆洛河组砂岩。     

高位硬厚关键层下开采环境对采动应力分布影响特征研究

上覆高位硬厚关键层下开采,采动应力会异常集中。采用数值模拟的方法,研究了上覆硬厚关键层条件下采动应力演化规律,并分析了开采环境对采动应力的影响。研究表明:随工作面回采距离不断增加,工作面前方支承压力不断增长,但增速逐渐放缓,破断后工作面支承压力迅速降低。工作面边界条件和硬厚关键层厚度对采动应力的影响作用较为明显,表现为随相邻采空区数目的增加,破断前应力峰值逐渐增加,破断后应力逐渐降低;随硬厚关键层厚度的增加,工作面前方支承压力峰值逐渐减小,破断后支承压力峰值降低幅度逐渐增加。研究结果可为高位硬厚岩层下开采时冲击地压的预测与防治工作提供一定的理论基础,对于保证工作面的安全生产具有一定的指导意义。     

厚、硬顶板采场覆岩动态变化规律研究

基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weitul分布的假设，建立厚、硬板条件下采场的有限元计算模型，用岩石破裂分析系统（耐），模拟不同开采方式的覆岩冒落与支承压力的动态变化规律，计算结构显示厚、硬顶板冒落模式有三种：（1）拱形破断与冒落；（2）短块状破断与冒落；（3）大块破断与冒落。这对研究厚、硬顶板开采工艺和设备的选型有重要的参考价值。     

厚、硬顶板采场覆岩动态变化规律研究

基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weitul分布的假设,建立厚、硬板条件下采场的有限元计算模型,用岩石破裂分析系统(RFPA),模拟不同开采方式的覆岩冒落与支承压力的动态变化规律,计算结构显示厚、硬顶板冒落模式有三种:(1)拱形破断与冒落;(2)短块状破断与冒落;(3)大块破断与冒落.这对研究厚、硬顶板开采工艺和设备的选型有重要的参考价值.     

上覆巨厚坚硬岩浆岩破断运移规律的实验分析

针对工作面上覆巨厚坚硬岩浆岩条件,采用相似模拟实验研究方法,研究了巨厚岩浆岩的破断运移规律。通过分析实验现象和实验数据,得知岩浆岩的初次破断是两端支承悬空结构中部下位及端部上位拉破断所致,岩浆岩破断后下位离层闭合,岩浆岩初次破断后的覆岩呈现拱形状态。岩浆岩2次周期性破断结构具有几何相似性,破断岩块呈平行四边形形态,并能够形成铰接结构,周期破断后并不随之失稳运动。岩浆岩及其上位岩层几乎发生同步运移,岩浆岩作为主关键层控制着采场覆岩运动,对覆岩结构有决定作用。     

硬厚岩浆岩下采动地表沉陷规律研究

硬厚岩浆岩在我国多个矿区广泛分布,硬厚岩浆岩对上覆岩层结构、离层空间分布等都起着决定性的控制作用。文章利用数值模拟(UDEC2D)研究了工作面高位硬厚岩浆岩下采动地表沉陷规律。结果表明:在硬厚岩浆岩破断前,作为主关键层控制着地表下沉量,岩浆岩破断后导致地表下沉量出现跳跃式增加。     

浅埋煤层厚硬顶板破断与冒落的数值模拟

基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weibul分布的假设 ,运用岩体破裂过程分析 (RFPA2D)系统 ,模拟浅埋厚硬顶板冒落与支承压力的动态变化规律 ,分析了浅埋煤层厚硬顶板的破断机理。研究表明 :浅埋煤层厚硬顶板的破断与冒落规律与普通埋深煤层中覆岩的破断与冒落规律有显著差异 ,其初次破断与冒落形态为拱形 ,周期破断与冒落呈全厚切落和拱形交替发生。这些研究对西部大量浅埋煤层矿区矿压控制具有重要的参考价值     

浅埋煤层厚硬顶板破断与冒落的数值模拟

基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weibul分布的假设，运用岩体破裂过程分析(RFPA^2D)系统，模拟浅埋厚硬顶板冒落与支承压力的动态变化规律，分析了浅埋煤层厚硬顶板的破断机理。研究表明：浅埋煤层厚硬顶板的破断与冒落规律与普通埋深煤层中覆岩的破断与冒落规律有显著差异，其初次破断与冒落形态为拱形，周期破断与冒落呈全厚切落和拱形交替发生。这些研究对西部大量浅埋煤层矿区矿压控制具有重要的参考价值。     

巨厚岩浆岩下开采覆岩移动规律及采场压力变异性分析

应用UDEC2D计算软件,对济宁二号煤矿巨厚岩浆岩下煤层开采的覆岩移动规律及采场压力变异性进行了数值模拟,揭示了在开采过程中采场覆岩移动规律、工作面支承压力和支架阻力的变异性,系统分析了岩浆岩层作为关键控制层对覆岩移动和采场压力的影响。     

平舒矿81112综采面采动影响下覆岩裂隙破坏规律研究

为达到高效抽采瓦斯,确保工作面安全生产的目的,同时充分合理利用瓦斯资源,针对平舒矿81112工作面,釆用理论分析、相似模拟、CDEM数值模拟,研究了采空区上覆岩层运动和裂隙分布规律,得到了工作面基本顶初次破断和周期破断距离,覆岩裂隙发育高度及演化形态,确定裂隙发育环三维位置和范围,确定高抽巷或高位钻孔及地面水平定向钻孔最佳的位置,达到高效抽采瓦斯的目的。     

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。     

木瓜煤矿中厚煤层采场覆岩破断规律研究

木瓜煤矿10-201工作面主采9号煤层厚度较大,为了解采场覆岩破断规律,借助UDEC数值模拟软件进行研究,结果表明工作面回采20 m时,直接顶岩层全部垮落充填采空区,初次来压步距为35 m,周期来压步距为20 m,裂隙带发育高度为45 m。通过现场监测工作面液压支架工作阻力变化情况及采场“两带”高度观测,得出结论:工作面推进20 m后,直接顶岩层全部垮落充填采空区,初次来压步距为38 m,周期来压步距为20 m,裂隙带发育高度为47 m,与数值模拟结果基本吻合。     

硬厚顶板工作面开采围岩运移数值模拟与分析

采用UDEC软件对硬厚顶板条件下潘北矿11313工作面开采时顶底板应力分布和覆岩运移规律进行数值模拟与分析,得出工作面在回采过程中,工作面初次来压步距为52m,周期来压步距为30m;切眼煤柱后方、工作面煤壁前方支承压力也逐渐增大,当推进到一定距离时,支承压力基本保持不变;采场围岩不同层位支承压力峰值位置表现为:底板7m小于底板3m小于顶板9m小于顶板33m。通过现场实测可知,其模拟结果与现场相符合。     

复合顶板大采高采场覆岩破断角实测及其演化规律研究

基于申南凹煤矿的实际工程背景,对复合顶板大采高条件下覆岩破断角的发育情况展开深入研究.通过对高位钻孔抽采数据的长期观测,对采场侧的覆岩破断角进行了计算;利用双塞压水实验研究了采空区回风巷侧覆岩破断角;最后利用UDEC模拟分析了采空区覆岩破断角的演化过程.研究结果表明:工作面推进速度3.6m/d时,采场侧的覆岩破断角为5...     

采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究

为得到薄基岩厚风积沙地区采场裂隙带发育高度及演化特征,基于采场覆岩"三带"的划分,对薄基岩地区厚风积沙煤层采动过程中裂隙发育特征进行相似材料模拟试验研究,得到开采过程中上覆岩层垮落破坏特征及运移规律,岩层内部压力分布规律,分析采动裂隙带发育高度及存在形态与工作面推进速度的关系。结果表明:补连塔煤矿12406工作面周期来压步距为22.5~30.0 m;上覆岩层的破断角在采空区侧为64°,在煤壁侧为61°;裂隙带高度为157.1 m,为工作面采高的26.18倍;工作面上覆岩层下沉趋势呈非线性曲线,移动形态具有非对称性。     

采场矿压机械模拟试验系统优化

采场矿压机械模拟试验系统是研究采场矿压分布变化规律与上覆岩层运动之间关系的试验设备。在分析机械模拟试验台结构性不足的基础上,通过优化模拟基本顶铁块和胶块组合体厚度,使该系统能够模拟不同厚度的基本顶岩层,以适应不同基本顶采场的实际赋存条件。通过在双铰接合页处增设压力传感器与应变片,得到破断岩块咬合点处的水平挤压力与摩擦剪力,为分析采场基本顶破断岩块的铰接平衡与回转失稳提供试验支持。     

采动覆岩裂隙发育变化规律研究

为了研究采动覆岩裂隙发育变化规律,建立了基本顶初次来压的力学模型,分析了岩体的变形场方程、岩体损伤演变方程,然后采用RFPA^2D数值模拟软件,研究了覆岩破断裂隙发育变化规律、煤层开采采场应力变化以及煤采空区垂直压应力变化规律。研究得出,随着煤层不断的开采,顶板裂隙带的位置不断向上发育,采场上部的卸压区为拱形,工作面前方的支撑压力峰值逐渐增加。研究为矿井后期开采设计提供了借鉴。