浅埋煤层关键层初次破断特征及垮落机理研究

针对神东浅埋煤层关键层垮落容易造成大面积来压和动力灾害的问题,文章系统分析了关键层在工作面推进过程中的破坏过程及垮落机理。数值模拟结果表明,随着工作面的推进,关键层首先在跨中下表面受拉区发生屈服破坏,工作面中部煤壁前方关键层上表面受拉区发生屈服,并进一步沿煤壁延伸形成"O"型破裂带,与关键层下表面不断向四角延伸的受拉破坏区所形成的"X"型破坏带组合成大的"O-X"型破坏带。与弹性薄板理论相比,两者的开裂顺序不同,但最终的破坏形式相同。覆岩与关键层间保持同步变形,且随关键层一同垮落,失稳前挠度明显增加。关键层的失稳形式主要为沿"X"型破裂带发生屈曲失稳和沿"O"型破裂带发生沿煤壁的切落失稳,后者来压更为剧烈。     

近距离关键层群同步破断机理研究

为研究浅埋深煤层开采时关键层群同步破断失稳机理,以王家塔煤矿为研究背景,结合矿山压力及岩层控制相关理论,运用数值模拟软件UDEC对煤层上覆岩层中存在单一关键层和2层关键层结构进行模拟,现场实测数据验证同步破断失稳理论。结果表明:当煤层上覆岩层中存在距离较近、岩性相近的2层关键层时,其服从关键层同步破断判据,可将其整体结构视为单一关键层结构进行稳定性分析,对矿压显现与岩层控制的影响也与单一关键层一致。     

基岩厚度与岩性对关键层破断的影响与力学分析

利用数值模拟工具,研究了不同厚度与岩性的基岩对关键层破断的影响。由此提出净载荷的概念,并在此基础上对模拟结果进行曲线拟合和力学建模分析。数值模拟结果表明,相同基岩厚度时,岩性越硬,关键层破断时所对应的开采步距kp越大;相同岩性条件下,基岩越厚,对应的kp也越大。力学分析发现,基岩的厚度与岩性对关键层的净载荷分布有显著影响,由此而导致关键层弯曲破断行为的差异。     

相邻亚关键层破断对采场来压的影响分析

采用具有2层亚关键层的采场矿压模型，通过力学分析，给出相邻亚关键层破断对采场来压步距影响的计算公式，并用具体算例及其数值模拟说明了相邻亚关键层破断与采场矿压所受影响间的相互关系．     

采场覆岩中关键层上载荷的变化规律

运用有限元方法，分析了关键层上部的载荷及下部的支承压力受软弱几何特征及力学特性影响的变化规律。结果表明：受采动影响后，关键层上部岩层的作用一段不能视为均布载荷。     

关键层破断对地表移动变形超前影响的机理研究

探讨了地表移动变形超前影响的本质,揭示了关键层破断对地表移动变形超前影响的机理。基于关键层理论进行地表移动变形超前影响机理分析,通过分析神东矿区钻孔内部位移监测记录、物理相似模拟试验成果及综采工作面矿压显现规律、地表沉陷观测记录等,研究关键层破断与超前影响距(角)周期性变化之间的关系。研究结果表明：超前影响距(角)不是一成不变的常量,而是周期性变化的变量|原创性提出超前影响距最大值和最小值之差与工作面周期来压步距大致相等的新观点|实例证明新观点是科学可靠的。为探索实现采场来压与地表移动变形的有机统一提供了新的技术思想。     

采动覆岩载荷的动态传递过程研究

利用FLAC数值模拟软件建立矿区具体工作面开采模型,模拟研究了随着煤层的开采关键层上覆岩层载荷的动态传递过程,提出了次关键层对关键层所受载荷及破断起控制作用,并给出应用组合载荷的计算方法来计算或预测随着工作面的开挖关键层所受载荷的大小及其动态变化过程的方法。     

软岩层厚度对关键层土载荷与支承压力的影响

本文简单介绍了岩层控制中关键层理论的基本概念，并运用有限元法详细分析了软岩层厚度对关键层上部的载荷及下部的支承压力分布规律的影响。研究结果表明：关键层上的载荷与支承压力分布一样，都受软岩层厚度变化的影响，一般不可视为均布状态。     

强冲击大采高工作面关键层周期破断规律研究

为探究强冲击大采高工作面关键层周期破断规律,以内蒙古鄂尔多斯母杜柴登矿井30202工作面为例,采用即时加载带理论对上覆岩层进行了划分,在进行了钻孔揭露覆岩层位分析后,理论计算了坚硬砂岩组覆岩周期破断步距,结合微震监测数据分析了影响工作面冲击危险的关键层位。研究结果表明30202工作面上覆岩层中,中高位顶板周期破断对工作面冲击危险存在重要影响,中高位顶板周期性破断期间大能量事件频发,须做好工作面周期来压期间冲击地压防治安全技术措施。     

关键层破断前后覆岩离层裂隙当量面积计算

基于相似材料模拟实验，得出综放开采中覆岩离层裂隙变化形态，给出了关键层初次破断前后离层裂隙当量面积和当量流径的理论解。     

煤层开采覆岩破坏数值模拟研究

煤层开采引起的岩层与地表变形移动,可使位于开采范围内的地表水渗入井下,威胁煤矿生产安全。因此,研究覆岩破坏规律,特别是导水裂缝带的高度就显得极为重要。快速拉格朗日分析法是一种新的数值分析方法,尝试将其应用于综采放顶煤条件下冒落带和裂隙带高度的预测,基于山西省某煤矿一工作面进行模拟,并将数值模拟结果与经验公式计算数值以及实测数值进行对比分析,论证了FLAC数值模拟程序在预测煤层开采覆岩破坏状况中应用的可行性。     

固体废物膏体充填岩层控制的数值模拟研究

为确定充填体强度和承压水上充填开采的安全性,预测充填开采控制岩层活动的效果,结合现场地质条件,基于充填体的充填作用机理,采用数值模拟软件FLAC,研究了在上层煤未采和已采两种情况下,利用不同的充填体强度开采下层煤后的地表沉陷和顶底板弹塑性区分布,分析了充填开采时工作面矿压及顶板稳定性．研究结果表明：膏体充填开采可有效控制岩层移动,减少地表沉陷效果显著;充填体强度越高减沉效果越好,但大于1MPa后,地表沉陷变化趋缓．综合安全、经济等因素考虑,充填体强度1MPa即可保证安全开采．     

露天-井工联合开采下关键层模型的应用

依据先露采后井工联合开采的特点,确定煤层顶板中某一坚硬的岩层为关键层,并将关键层看作弹性地基上的梁,利用组合梁原理计算关键层梁的上部荷载,通过对关键层梁应力和变形的计算,得到其关键岩梁断裂在下部煤层中的应力分布规律,提出以边坡下巷道稳定为判断准则,确定井工开采工作面合理的停采线位置。利用该方法成功地解决了平朔矿区边坡下大巷稳定的问题。     

采空区关键层运动对震级的影响分析

为有效预防采空区上覆关键层运动诱发工作面矿震事故的发生,根据现场实测数据并通过有限元数值模拟软件对采空区形成过程中上覆关键层破裂区范围的大小进行了模拟。得出鲍店煤矿103上04 工作面影响矿震震级大小的根源为赋存在煤层底板上方100～220 m范围内致密坚固细砂岩、中砂岩组成的关键层的破裂失稳,破裂区面积大小对应震级大小。依据103上04工作面实际震级发生情况提出针对性的解危措施：对工作面后方悬空顶板进行深孔大直径爆破技术改善岩体应力状态,释放关键层积聚过多的弹性能,能够有效防止关键层的整体运动,减小矿震事故发生的强度和频次。     

急倾斜金脉群地下开采岩移规律数值模拟分析研究

为了掌握急倾斜金矿脉地下开采的岩移规律,克服传统岩移角理论在金属矿山的局限性,根据矿山的开采现状,运用有限元数值模拟软件建立了矿山复杂的三维计算模型,对矿山地下开采造成的岩移及地表变形进行分析。分析结果表明,矿山目前的采矿模式产生的地表变形小于相关规范,未对地表建构筑物产生影响,且在开采至一定深度时将不再会对地表产生影响,矿山无需对地表民居进行搬迁,节约大笔资金,对矿山今后发展发挥重要作用。     

大倾角松软煤层综放采场覆岩运移与控制关键技术研究

本文针对大倾角松软综放工作面易片帮、冒顶及设备滑移等难题,以某煤矿1201工作面为工程背景,在对工作面覆岩运移机理研究的基础上,对工作面采场覆岩控制的影响因素进行了深入研究。结合大倾角工作面煤壁的受力分析,提出了片帮、冒顶的防治措施;通过对大倾角工作面支架受力分析,获得了支架防倒、防滑的控制措施。研究结论为大倾角松软煤层工作面采场覆岩控制提供有力保障,同时为实现工作面安全、高效生产排除了安全隐患。     

河流下开采岩层移动及地表变形预测研究

山东某铁矿Ⅲ1矿体位于河流下方,为确保地表水体及生产安全,采用地质理论及有限元数值模拟计算结合的方式,开展了上覆岩层的移动特征及地表变形影响分析。研究结果表明,理论计算与数值模拟计算的结果基本吻合,地表水体与地下开采不会相互影响。     

深部开采高地压巷道支护技术探讨

通过对义马煤田耿村煤矿深部开采高地压巷道支护现状介绍及主要存在问题分析,认为目前深部开采高地压巷道支护的核心问题多是巷道底鼓问题,提出了支护改革方案及"先让后支、支让结合"的深部开采高地压巷道支护原则。     

活鸡兔煤矿12205工作面矿压观测

介绍活鸡兔煤矿首采工作面从初始开采阶段、特殊地段及收尾贯通阶段顶板活动特点和老顶初次来压步距、周期来压步距等主要参数,初步掌握212煤顶板来压规律,为工作面顶板管理提供科学依据。     

厚煤层整层开采关键层对垮落高度的影响分析

对现有的上覆岩层垮落带高度判定公式进行理论分析,进行实验室相似模拟试验,得出随着工作面的推进,关键层是否进入垮落带,取决于自身断裂的块度、厚度以及断裂长度三因素。确定以关键层为研究对象,建立四边固支的弹性薄板力学模型,推导出其极限悬露断裂步距准则,对其断裂后是否进入垮落带,给出判定准则,并结合工程背景计算实际关键层的断裂步距,与现场观测数据值接近,认为计算比较客观。最终形成以关键层为主体的厚煤层整层开采上覆岩层垮落带高度的确定方法。