近距离煤层蹬空开采围岩应力及裂隙演化规律

针对蹬空状态下煤层底板岩层完整性与承载力影响制约工作面安全高效开采的问题.以草垛沟矿8201综采工作面为研究背景,通过对8-2煤层下伏11煤巷柱式采空区顶板岩层结构与受载进行分析,建立基于弹性地基假定的顶板-煤柱系统力学模型,推导并解析了顶板岩梁弯曲下沉挠度函数;将工作面底板视为半无限平面体,建立工作面走向不同区段静载...     

近距离煤层重复采动覆岩裂隙时空演化特征研究

采用相似材料模型试验,在上行和下行开采方式下,对近距离煤层重复采动覆岩裂隙的时空演化特征进行了研究.采用数字图像处理技术对覆岩裂隙进行了量化分析,并基于分形理论与信息熵,提出了采用裂隙分形维数、裂隙熵和裂隙率3个特征参数来反映裂隙状态.研究结果表明:随着煤层开采的不断推进,上行开采重复采动覆岩裂隙的裂隙熵和裂隙率具有相...     

近距离煤层群开采底板不同分区采动裂隙动态演化规律

为了研究采动影响下底板不同应力分区裂隙动态分布及其演化规律,运用弹塑性力学和卸荷条件下断裂力学等相关力学理论分析了不同分区裂隙张开、扩展力学机理,提出不同分区裂纹扩展的应力、位移条件,通过FLAC3D和UDEC数值模拟软件分别研究了底板三维应力状态、位移变化和裂隙演化规律,对底板应力分区做出量化,同时得到采动影响下底板裂隙发育“O”形圈及其动态变化。通对底板不同分区内裂隙的发育倾角统计结果分析,得到了底板不同分区裂隙发育特点：压缩区裂隙多为弯折拉伸裂纹,方位角大致为垂直方向;过渡区裂纹多为反向滑移和弯折扩展裂纹,裂纹倾角多为45°以上;膨胀区多为Ⅱ型剪切裂纹,倾角大部分在45°以下;裂隙发育特征与力学分析相吻合。     

潘一东矿近距离煤层上行开采围岩裂隙演化规律模拟研究

结合潘一东矿深部煤层开采的具体工程地质条件,运用相似模拟、数值模拟相结合的方法,分析研究了深部煤层上行开采过程中,岩层破坏断裂、裂隙演化及下沉变形特征,进一步分析了岩层下沉变形曲线与岩层断裂、裂隙发育和受力状态的关系。研究表明:下煤层和上煤层开采过程中,岩层裂隙富集区主要分布在切眼向采空区内一定距离斜向上一定距离范围内和煤壁向采空区内一定距离斜向上一定距离范围内的岩层中;采空区正上方岩层经历一个裂隙产生、扩展、闭合的演变过程;下煤层开采时,煤壁处岩层断裂角小于切眼处;上煤层开采时,煤壁处岩层断裂角随两煤层工作面位置不同,经历一个先增大后减小的过程;岩层整体下沉曲线斜率不同区域与岩层裂隙发育情况及受力破坏状态是有密切联系的。     

近距离煤层群上行开采可行性相似模拟研究

采用相似材料模拟实验方法,对安徽祁南煤矿近距离煤层上行开采的可行性进行了研究。研究表明上行开采可行。     

近距离煤层群上行开采可行性研究与工程应用

在分析近距离煤层群上行开采机理与主要影响因素的基础上，针对传统煤层群上行开采判别方法的局限性，对上位煤层的覆岩状况与上行开采的关系进行了阐述．给出了平顶山四矿近距离薄煤层群和内蒙古酸剌沟煤矿厚煤层群上行开采的工程实例，并确定了上行开采的关键技术措施．理论分析、数值模拟和工程实践证明，上位煤层覆岩岩性及结构对上行开采有影响．研究成果扩大了近距离煤层群上行开采的应用范围，对衰老矿区遗留煤炭资源的回收和特大型现代化新型矿区的开发规划及西部矿区的生态环境保护都具有重要的意义．图1，表3，参9．     

近距离煤层群重复采动覆岩破坏规律分析研究

以阳煤一矿近距离煤层群为研究对象,通过二维物理相似材料模拟试验的方法,对近距离煤层群重复采动情况下覆岩破坏及裂隙发展规律进行分析.结果表明:12#煤层周期来压步距平均为18 cm,15#煤层周期来压步距平均为14.5 cm,下行开采条件下,下煤层回采周期来压步距小于上煤层回采周期来压步距.12#煤层模拟回采垮落带高度为...     

近距离煤层开采对卸压区采场围岩应力演化过程研究

为了研究近距离煤层开采围岩应力演化特征,以淮北海孜煤矿的8煤层762工作面和9煤层首采962工作面的地质和开采条件为研究背景,建立了三维数值计算模型,对762和962工作面开采造成的围岩应力相互影响进行了研究。结果表明:762工作面开采对底板卸压应力基本是以线性降低,在962工作面下平巷形成卸压;762工作面长度缩短对962工作面的解压效果降低,同时762工作面侧向底板集中应力和962工作面的超前支承压力相互叠加;通过在回采巷道内测试煤岩体的电磁辐射脉冲数,验证了采动影响下围岩应力演化。     

近距离煤层群上行开采相似材料模拟试验研究

基于某矿上行开采的要求,为获得下组煤开采后覆岩破坏高度及裂隙带发育高度,进而研究特定地质条件下近距离煤层群上行开采的可行性,采用物理试验的方法对下组煤开采后覆岩的破坏高度及裂隙带发育高度进行了模拟研究,并分析了受采动影响的顶板矿压显现规律、覆岩破坏特征、围岩应力场及位移场的变化规律.结果表明:覆岩破坏高度约为18.4 m,裂隙带发育高度约为49.3m,上组煤处于下组煤裂隙带的中上部.因而,以上覆岩层“三带”判别法为依据,初步判定采取一定安全措施后该矿上行开采方案可行.     

深部近距离煤层群采动力学行为探索

我国深部近距离煤层群赋存开采比重大,采动力学机理不清,导致开采效率低,安全事故频发。深部煤岩体所表现出的物理力学特性及变形破坏特征较浅部有着本质差异,尤其在深部近距离煤层群开采条件下,临近工作面扰动影响将导致更加复杂的采动应力重分布过程。针对深部近距离煤层群采动影响下巷道围岩控制难题,依托平煤十二矿己_(14)和己_(15)深部近距离煤层群工程实践,在己_(15)-31030工作面进风巷内开展了巷道收敛变形、锚索应力现场原位监测试验,理论计算了近距离煤层群底板破坏范围并推导得出了巷道围岩变形速度公式,初步揭示了深部近距离煤层群采动力学行为。研究表明:己_(14)煤层底板破坏深度理论值约21.24～30.88 m,上覆煤层采动影响导致本煤层采场边界改变,巷道顶底板及左右帮收敛量约400 mm,巷道收敛变形量随采煤工作面推进呈现阶梯式缓慢增长与指数式快速增长两阶段模式,其中指数式快速增长阶段为巷道变形的主要阶段;锚索应力随采煤工作面推进呈现"近线性增长—跃阶式降低"两阶段演化模式,顶板锚索应力平均变化率、峰值应力均显著高于巷帮相应参数,巷道顶板采动效应较巷帮更为明显;锚索应力峰值点滞后最大收敛变形位置约40 m,采动影响时效相比单一煤层开采大幅延长约35 m,采动应力变化率及其峰值分别降低约53.5%,24.5%,己_(15)煤层采动影响范围约105 m;巷道围岩变形速率与距采煤工作面距离呈现反比例函数关系,在此基础上,进一步推导得出深部近距离煤层群距采煤工作面不同距离处围岩变形速度预测公式,并对比现场原位监测数据验证了该公式的合理性。研究成果可为同类深部近距离煤层群的巷道围岩变形速度预测、巷道支护及采矿技术优化等工程问题提供参考。     

浅埋近距离煤层煤柱下开采异常矿压机理

针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题,采用现场实测、理论分析等手段,研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明：浅埋近距离厚煤层开采时,下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害,支架活柱下缩量达到1 000 mm;下煤层工作面推进过程中,两层煤之间的关键层结构也不断的变化,重复采动阶段,两层煤之间存在一组亚关键层结构,进煤柱阶段,两层煤之间存在一组主关键层结构;进煤柱阶段,煤柱上方关键块的铰接结构发生反向回转运动,导致主关键层关键块上覆载荷增加,发生滑落失稳,引发强动压灾害,同时造成地表出现大的台阶下沉现象。     

近距离保护层开采瓦斯治理效果

考察了平煤五矿近距离保护层开采瓦斯治理效果,结果表明,近距离保护层开采使突出煤层的瓦斯含量、瓦斯压力急剧降低,钻孔初始瓦斯流量增大,衰减系数显著减小,大量瓦斯被释放,有效地消除了被保护层煤与瓦斯突出的危险性,为安全高效开采提供了技术保障.     

极近距离煤层群开采相邻工作面合理错距研究

极近距离煤层群开采合理的错距确定关系到上下煤层的安全高效开采。针对某生产矿井4号和5号煤层之间极近的层间距,结合该生产矿井实际地质条件,提出在确保下分层工作面在上分层工作面完全垮落且稳定之后进行回采和将下分层工作面布置在上分层工作面开采形成的应力降低区（减压区）内2种设计思路,并建立了相应的理论计算模型。分析了2种理论计算方法的优缺点,结合实际生产条件,最终确定合理的最小错距为110 m。     

近距离煤层群底抽巷瓦斯抽采实验研究

针对山西焦煤集团屯兰矿近距离煤层群开采过程中,采煤工作面底板瓦斯超限的问题,通过对近距离煤层群采掘工作面底板煤岩增透机理分析及回采工作面邻近层瓦斯涌出量计算,得出18205工作面底板瓦斯涌出量增大原因:18205工作面底板受采动影响,煤岩体形成裂隙带和卸压带,煤岩透气性系数成百倍增加,渗透率增大,为下邻近层瓦斯涌出提供了通道;下邻近层9#煤层瓦斯涌出量占18205工作面瓦斯涌出量的比例高达11.4﹪。结合理论分析、计算及开采条件,进行了底抽巷瓦斯抽采实验研究。结果表明:底板瓦斯浓度由0.46%降至0.1%,瓦斯抽放率提高了17%,矿井通风能力得到了提升。     

极近距离煤层采空区下递进开采矿压显现规律研究

基于天安煤业股份有限公司四矿己15、己16-17极近距离煤层群的地质条件和己16-23090工作面与上覆己15-23110采空区、相邻己16-23070采空区、己15-23130生产工作面的空间关系,采用理论分析和数值模拟的方法,系统研究了已开采工作面和正在开采工作面的对下伏近距离煤层的采动应力分布及传递规律,从而明确了矿压显现规律,得出了将己16-23090运输巷的位置布置在距己15-23130回风巷35 m较为合理,为实现“一巷多用”提供了依据。     

近距离特厚煤层一次采全高覆岩破坏特征相似模拟

根据潘谢矿区地质条件及采取一次采全高开采方式,采用物理相似模拟实验方法,对近距离特厚煤层开采时覆岩破坏及位移特征进行了分析,得出了随着覆岩的采动垮落、裂隙高度的增加和范围的增大,形成了阶梯跳跃式趋于稳定,并且确定了近距离特厚煤层一次采全高垮落带及其裂隙带的发育高度.随工作面的推进,层间岩层形成明显的移动变形盆地,同一岩层中下沉移动量最大的点位基本处于下部采空区中心上方.由于采高较大,应力集中沿工作面推进方向不断延伸扩展,应力集中系数较分层开采要小,但前方影响范围要大。     

近距离煤层下位外错巷道变形机理及控制技术

针对近距离煤层下位外错巷道维护困难的问题,采用理论分析和数值模拟计算的方法,分析了外错巷道在上层煤回采后和本层煤回采前的叠加应力影响下,巷道发生塑性破坏特点、应力分布及位移变化规律,提出“断顶孔+卸压孔+高预应力锚索+单体液压支柱的立体联合控顶技术”。工业性试验结果表明：联合控顶技术方案实施后,外错巷道顶板最大下沉量小于200 mm,锚索受力小于230 kN,没有出现漏顶现象,巷道整体性较好,围岩变形得到了有效控制。该项技术能够较好解决近距离煤层下位外错巷道维护难题,促进煤矿的安全高效生产。