超化煤矿“三软”煤层采动底板变形破坏的实测研究

通过现场应变实测系统研究了郑州矿区超化煤矿"三软"煤层底板采动变形破坏的深度及其受采动煤壁前方影响的范围。得出了在正常采动情况下厚的软煤和软底对应力和变形的传播具有一定的缓冲作用,受超前应力集中的影响,竖直应力的变化比水平应力大。揭示了中段灰岩组对应力分布和变形破坏的重要控制作用,为豫西煤炭资源向深部开采所引起的底板水防治提供了部分参考的依据。     

采动底板层状岩体应力分布规律及破坏深度研究

准确预测采动底板破坏深度是承压水上采煤中的一个关键问题.将底板层状岩体视为横观各向同性连续体,根据煤层上覆载荷分布特点,推导出煤层采动后的底板任一点应力解析解.在此基础上,分析横观各向同性底板变形参数的各向异性度(E1/E2,μ1/μ2)对应力分布规律的影响.根据应力计算结果,利用Mohr-Coulomb屈服准则,试算搜索出横观各向同性岩体危险剪切面并判断该面是否破坏.算例显示,弹性模量各向异性度对采动底板各种应力分布影响较大,而泊松比各向异性度只对水平应力影响较大,对垂直应力和剪应力的影响远小于弹性模量各向异性度的影响.由于考虑了层状岩体变形和强度的各向异性,横观各向同性底板最大破坏深度及其位置的计算结果与现场注水试验基本相符,较各向同性底板的计算精度要高.     

三维应力条件下煤层底板采动破坏规律实验研究

以川煤集团白胶煤矿2481工作面地质资料为基础,利用自行研制的“多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统”,进行了三维采动应力条件下的三维模拟开采实验。通过应力监测、测量统计、色素示踪、照相素描等方法,对采动后的底板岩层破坏规律进行了研究。研究结果表明:底板岩层表现出“采前增压-采后卸压-压实回升”的动态受力特征;根据裂隙发育特征,可将底板裂隙带在走向上分为“开切眼裂隙发育区”、“采空区中部压实区”和“工作面裂隙发育区”,在竖直方向上分为“底板破断裂隙带”和“底板弯曲离层带”;确定底板最大破坏深度为14 m,为上保护层开采中被保护煤层瓦斯抽采的设计及优化提供了依据。     

综放开采顶煤三维变形、破坏的数值分析

针对大同矿务局局忻州窑矿8911面综放开采煤岩变形破坏的全过程，利用岩石力学数值分析方法对放顶煤三维采场的顶煤、顶板活动进行了系统的研究，得到了三维模型的应力、变形及单元破坏数值分析结果。研究表明：大同矿务局煤层强度较高，在支承压力作用下难于破碎，需进行弱化处理后才能有效放出。综采放顶煤过程中，支承压力具有明显的分区特征，顶煤的始动点就是支承压力峰值位置，位于煤壁前方5－7m处，并得到现场实测结果的验证。     

带压开采底板变形破坏规律的三维相似模拟研究

提出了围岩应力场及渗流场耦合作用的相似理论，研制了部分典型材料的固-流耦合相似配比，研制了三维固-流耦合相似模拟试验台，完善配套了加载系统、测试系统、开采系统和渗流场的模拟与测试系统。采用大型三维固-流祸合模拟试验台对太原市东山煤矿一采区带压开采进行了模拟，得出了一系列的规律及结论。重点讨论了煤层底板的应力、位移随工作面开采的变化规律；得出煤层底板的应力、位移一直处于动态变化过程，分析了其变化的频度与幅度及其原因，为带压开采突水防治提供理论依据。     

薄煤层底板采动影响深度规律研究

煤层底板破坏深度规律是承压水上安全开采决策的重要依据。以往的研究过程主要通过压水试验、数值模拟和相似材料试验等方法探测其深度。近年来，CT探测等物理学手段不断被引入到矿井岩体的破坏程度探测研究中。剪切波速测试作为一种原位测试手段，过去仅在地表条件下适用。在兖州田庄矿平均煤厚1.2m，煤层底板距十四灰20～25m，距离奥陶系灰岩含水层50m的条件下，通过数值模拟、采前采后2个测点的底板破坏声波测试综合分析了11703面底板采动拉应力、塑性区、塑性状态变化的基本规律，得到了薄煤层采后严重扰动区、明显扰动区和影响区的分区规律。声波测试结果表明：明显扰动区与声波测试破坏下限深度基本一致，且研究结果已应用于11703工作面开采决策。     

深井孤岛综放面支承压力分布及其在底板中的传递规律

针对东滩煤矿4303孤岛综放面开采情况，在分析4303孤岛综放面支承压力分布规律的基础上，研究了支承压力在底板中的传递规律。为有效控制跨采巷道附加变形，保证矿井正常生产提供了依据。     

煤层采动底板破坏规律动态观测研究

煤层采动后顶底板应力状态发生改变,会产生一定范围的变形与破坏,不同煤层采动过程中的底板破坏具有一定的规律.对于受底板水害威胁的煤层,正确确定底板采动破坏深度是精确预测底板阻水能力的首要条件,因此通过实测法获得该破坏深度值及规律是矿井物探研究的一个方向.多年来,我国对煤层底板破坏规律的观测研究方法较多,但受技术条件所限,真正有效适用的技术方法较少.采用震波CT探测技术,结合煤层工作面中孔-巷间形成的探测剖面,进行不同时期震波CT数据采集、反演与资料处理,可获得煤层采动过程中底板破坏的动态发育规律及特征.开采探测实践表明,震波CT技术对底板破坏规律探测具有连续的动态效应,其适用性强,应用效果显著.     

煤层采动底板破坏规律动态观测研究

煤层采动后顶底板应力状态发生改变,会产生一定范围的变形与破坏,不同煤层采动过程中的底板破坏具有一定的规律.对于受底板水害威胁的煤层,正确确定底板采动破坏深度是精确预测底板阻水能力的首要条件,因此通过实测法获得该破坏深度值及规律是矿井物探研究的一个方向.多年来,我国对煤层底板破坏规律的观测研究方法较多,但受技术条件所限,真正有效适用的技术方法较少.采用震波CT探测技术,结合煤层工作面中孔-巷间形成的探测剖面,进行不同时期震波CT数据采集、反演与资料处理,可获得煤层采动过程中底板破坏的动态发育规律及特征.开采探测实践表明,震波CT技术对底板破坏规律探测具有连续的动态效应,其适用性强,应用效果显著.     

高强度综放开采采动覆岩破坏高度及裂隙发育演化监测分析

 以王坡煤矿为试验矿井,采用钻孔冲洗液漏失量观测和钻孔彩色电视系统,探测高强度综放开采覆岩破坏高度,并对监测到的裂隙发育演化进行数字化分析和相似模拟试验研究。研究结果表明：王坡煤矿高强度综放开采覆岩破坏高度为94.00～104.92 m;采动岩体裂隙分布的主要特点是裂隙发育以高角度甚至垂直岩层层面为主,裂隙的发育数量与埋深呈现二次方的递增形式,而裂隙宽度与裂隙数量的分布近似呈正态分布;开采过程中裂隙富集区主要集中在前后煤壁,上覆岩层裂隙密度分布曲线呈两端高中间低,形状如“马鞍”型。     

开采速度对综放面围岩力学特征影响研究

以谢桥矿#13煤层综放工作面工程地质和开采技术条件为背景,应用计算机数值模拟和实验室相似材料模拟,对不同推进速度下综放面围岩应力、位移、破坏情况进行了深入分析,研究了工作面推进速度对综放开采安全生产的影响。研究结果表明:随着工作面推进速度增加,工作面低应力区和周围煤岩体破坏区的范围以及位移都相应减小,而前方支承压力峰值位置向工作面煤壁靠近,峰值应力增大。现场生产实践适当加快工作面推进速度,有利于保持巷道的稳定性和改善巷道维护状态,但是应做好监测工作,防止岩爆等动力灾害的发生,确保井下安全生产的正常进行。     

综放面动压回采巷道帮部大变形控制机理及应用

基于综放面动压回采巷道的变形特征和两类滑移面的分布规律,研究了锚杆、锚索与第Ⅰ类及锚索与第Ⅱ类滑移面的微结构的力学模型,得到了一级和二级锚固体的重构机理,提出了携顶底,控两帮的支护思想,并推演了该思想的演化图解;运用FLAC3D数值模拟研究了综放面回采巷道在3种不同支护方案下的变形破坏规律,研究结果表明,与方案一相比,采用方案二和方案三支护的巷道破坏深度和塑性区发育单元体数量分别减小了44.4%,66.7%,巷道掘进与回采期间帮部变形分别减少了51.4%和68.6%、50%和68.9%;将新的支护思想在综放工作面回采巷道沿底和沿顶掘进两种情况下进行了工业性试验,结果表明,新思路下巷道围岩变形得到了有效控制;研究结果对类似工程地质条件下综放回采巷道的围岩控制具有重要的指导意义。     

特厚煤层智能化综放开采技术与装备瓶颈综述

由于特厚煤层综放开采过程中工作面容易变形问题,需要加强开采岩层的结构研究,以提高出采率,降低开采中的安全事故发生率,采用智能化开采可以解决这些问题.本文主要概述了特厚煤层的智能化综放开采工艺与技术装备实践,分析了放煤的智能化、巷道智能化快速掘进、工作面直线度智能控制3个方面的技术与装备瓶颈,展望了可能的发展方向.本文提...     

综采工作面上隅角瓦斯积聚自动监控处理方法

试验测定并分析了综采工作面上隅角瓦斯分布规律,研制出了综采工作面上隅角瓦斯积聚自动监控处理装置及小型液压玻璃钢风扇;阐述了自动监控处理系统的原理及特点,结合戊-21191综采工作面上隅角(回风隅角)瓦斯涌出及分布特点,合理布置了综采工作面上隅角瓦斯积聚自动监控处理系统并进行了试验应用;应用结果表明,综采工作面上隅角瓦斯积聚自动监控处理系统设计合理,动作可靠,实现了综采工作面上隅角瓦斯积聚的自动监控处理.     

深井特厚煤层综放工作面断层活化规律研究

 以新巨龙公司2301N综放工作面过断层为工程背景,通过微震监测、数值模拟和理论分析等方法,对深井特厚煤层断层活化规律进行研究。得到的主要结论为：(1) 根据2301N工作面微震监测结果,将断层活化分为应力显现阶段(距断层274.8～214 m)、蓄能阶段(距断层214～84 m)和结构活化阶段(距断层84～0 m),并采用数值模拟进行了验证;(2) 工作面过断层期间存在断层活化型冲击和断层煤柱型冲击2类动力灾害,断层活化型冲击的机制主要是开采诱发断层两侧煤岩体积聚的构造应力释放,断层煤柱型冲击地压机制主要是工作面开采引起断层煤柱应力的高度集中;(3) 根据工作面过断层期间冲击地压发生机制,提出相应的防治技术,并进行现场验证,保障了工作面的安全开采。研究结果对类似条件下的工作面安全开采具有一定的借鉴意义。     

底板岩层变形破坏过程中混沌性态的Lyapunov指数描述研究

基于大量实测信息 ,对承压水上开采煤层底板变形破坏过程中岩移、注水量 (渗透性 )等矿压显现的观测时序 ,进行Lyapunov指数的提取 ,并对其混沌性态进行了研究。实例分析表明 :煤层底板变形破坏过程中呈现出典型的混沌性态 ;另外 ,由于煤层底板渗透性指标的Lyapunov指数比岩移量指标大的多 ,表明用渗透性指标描述煤层底板变形破坏特征要比岩移量指标更敏感     

综放面端面顶煤稳定性分析及控制研究

采用现场观测及计算机数值模拟计算方法,研究综放面端面顶煤冒漏机理,得出端面顶煤冒漏的主要影响因素是端面距大小、片帮范围和支架的初撑力,控制端面煤壁片帮是控制顶煤冒漏的有效措施,具有显著的经济技术效益。     

综掘工作面治理瓦斯煤尘通风方法的探索

介绍了目前综掘工作面常采用的通风方法，着重对调压通风方法进行了阐述，论述了此通风方法工作参数的确定及技术安全措施，指出该方法能彻底治理综掘工作面的瓦斯和煤尘。     

The characteristics of deformation and failure of coal seam floor due to mining in Xinmi coal field in China

Deformation and failure of a “three-weak” (weak roof, thick weak coal, and weak floor) coal seam floor subject to mining are studied in this paper. Firstly, by using a group of strain sensors buried at different floor depths, we measured the relationships of the axial strain to the distance from the advancing face field. The floor depths and stratum positions, and as well as the peak width, which is the distance of the first maximum strain increment to the working face, were drawn. The axial stress and its zone of influence, which is the distance from the face to the borehole along the roadway, and at which there is obvious strain increment difference, were also drawn. Secondly, we established an analytical mechanical model and found the analytical solution of the floor’s supporting pressure distribution ahead of the face. And thirdly, we set up a numerical simulation engineering geological model and simulated stress distribution and deformation characteristics of the floor with complex multi-stratum (11 strata) structure. The results from the three approaches showed that: (1) the failure depth (<10.0 m) and zone of influence (up to 36.0 m) induced by mining ahead of the three-weak seam face were much smaller than those common seam faces; (2) the axial strain fluctuated greater than the radial one, with its max peak keeping at about 8.0 m ahead of the advancing face, and its zone of influence spreading to 36.0 m; (3) the peak width of axial strain and its zone of influence in the haulage roadway were stronger than those in the ventilation roadway; and (4) the three weak coal seam played a strong buffering action against deformation and failure due to mining. This research may be of interest to assist with improving strata control and health and safety in operating coal mines.