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。     

硬厚火成岩破断相似材料模拟实验研究

以矿区首采区地质补充勘探工程为基础,结合收集到的井田水文地质、工程地质、工作面开采等相关资料。采用相似材料模拟实验,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模拟研究。结果表明10414工作面火成岩的初次破断距为285~300m,周期破断距为135~150m。研究成果对坚硬覆岩条件下煤层开采具有较重要的理论和实践意义。     

特厚煤层开采覆岩离层水形成及涌突风险

在分析招贤煤矿首采区水文地质资料的基础上,采用理论分析、相似材料试验和数值模拟等研究方法,理论预判特厚煤层开采过程中覆岩离层层位及积水离层,分析竖向及横向裂隙动态发育特征,探讨特厚煤层多工作面依次开采离层发育状况。研究表明:距3煤顶板253.64 m处的巨厚砾岩层底部存在可积水离层空间;工作面推进过程中竖向裂隙高度的增长呈现出线性增长和台阶式增长2个阶段,横向裂隙自下而上交替呈现动态发育与闭合,横向裂隙发育高度与工作面推进距离间呈正相关关系;1307工作面开采导致宜君组下方出现开度为0.02 m的横向离层裂隙,随1305、1303工作面依次开采该离层裂隙开度进一步扩大,甚至陡增。引入底板突水系数法对招贤煤矿离层水涌突风险进行评估。     

厚煤层大采高综采面顶板破断规律及机理研究

以杭来湾煤矿首个大采高30201工作面为例,通过数值模拟、理论分析和现场实测的方法,分别对工作面开采过程中顶板破断规律进行研究。基本顶以“悬臂梁”、“砌体梁”的结构形式周期发生破断,造成工作面大、小周期来压显现。建立了工作面顶板力学模型,给出来压步距的计算方法。现场实测表明最大步距67.6 m是平均步距34.4 m的1.97倍,说明约2次小周期来压才有1次大周期来压。     

复合顶板条件下综采工作面覆岩破断及应力变化规律研究

针对山西晋能集团常顺煤矿9108工作面复合顶板稳定性控制的技术难题,通过采用理论分析、物理模拟及现场实测等研究方法,建立了工作面复合顶板覆岩破断分析的力学模型,理论分析了复合顶板条件下综采工作面顶板的破断规律以及矿压显现规律。理论分析结果表明:9108工作面复合顶板极限垮落步距为35.21m,复合顶板周期来压步距为14.37m。相似模拟结果表明:9108工作面复合顶板平均周期来压步距为18.4m,复合顶板初次垮落步距为31.5m;复合顶板的破断主要以拉伸破坏为主。数值模拟结果表明:9108工作面复合顶板主要变形破坏步距处于30m～40m。现场实测结果表明:9108工作面复合顶板的初次垮落步距为32m,周期来压步距为17m。现场实测的结果与理论分析、相似模拟、数值模拟的结果相吻合,验证了理论分析、相似模拟与数值模拟结果的合理性。研究结果揭示了9108工作面复合顶板条件下综采工作面覆岩破断规律,可为常顺煤矿9108工作面安全高效开采提供技术参考。     

泉头煤矿坚硬顶板大采高采场矿压显现规律研究

针对坚硬顶板大采高工作面顶板控制困难的问题,研究了工作面矿压显现规律。通过现场调研、力学分析建立了工作面上方坚硬顶板的"悬臂梁-砌体梁"结构的简化模型。力学分析表明工作面矿压显现主要受悬臂梁的影响,高位砌体梁对回采空间矿压显现影响不大。通过材料力学的计算原理得到晋城泉头煤矿15301工作面初次来压步距为47.76m,周期来压步距为19.43m。通过数值模拟得到工作面初次来压步距约为42.35m,周期来压步距约为17.28m,矿压实测周期来压步距平均16.19m。结果表明:理论计算和数值模拟结果与矿压实测周期来压步距接近,力学模型可以解释该矿顶板破断规律。     

沟壑地貌下综放开采覆岩破断特征研究

针对沟壑地貌下综放开采工作面矿压显现强烈、来压规律异常的现象,论文以某矿12309工作面经过沟壑地貌下的推进过程为工程背景,综合采用数值模拟和相似模拟的研究方法,分析了工作面推进过程中的覆岩运移和破断特征以及塑性区演化规律,揭示了沟壑地貌对综放开采矿压显现的影响机理。研究结果表明：主关键层的破断将引起基岩和黄土层之间的离层,使得裂隙贯通至地表形成裂缝,此时沟壑地貌的地表不均布载荷易于和采动应力相互影响,造成工作面覆岩和黄土层上坡段区域出现向采空区回转的趋势,导致综放工作面矿压显现异常剧烈;同时相似模拟结果量化了12309工作面基本顶初次破断步距为35 m,周期来压步距介于23~34 m。数值模拟分析了工作面覆岩塑性区演化规律,与相似模拟结果相互吻合。该研究结论可为相似条件下的工作面推进规划提供借鉴。     

朔南矿区特厚煤层超长综放工作面矿压显现规律研究

特厚煤层超长工作面综放开采引起的矿压显现规律与传统的岩层移动特征有明显的差异。为研究超长工作面矿压显现规律,以麻家梁矿14201首采工作面为工程背景,采用固支梁和悬臂梁理论、3DEC数值模拟以及现场观测的方法对顶板的破断失稳特征开展研究。结果表明:理论计算基本顶的初次来压步距为62.5 m,周期来压步距为25.54 m;数值模拟初次来压步距约为60～70 m,周期来压步距约为25 m,与理论计算结果基本一致;同时根据现场监测液压支架工作阻力数据,进一步验证了研究结果。     

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。     

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。