浅埋综采工作面覆岩裂隙发育及漏风规律研究#br# #br#

浅埋煤层煤炭开采过程中,上覆岩层发生全厚切落产生垂直裂隙,使工作面、采空区出现漏风现象,威胁矿井的生产安全。为了分析该类地质条件煤层开采上覆岩层裂隙发育及漏风特征,基于南梁煤矿30100工作面实际地质条件,对30100工作面开采过程中的裂隙发展进行还原,通过物理相似模拟实验对采空区裂隙进行模拟演化,揭示了该类煤层开采过程中覆岩导气裂隙的发育规律过程,同时进一步采取数值模拟验证,提出了采取封堵防治措施可有效减少工作面漏风,并确定了封堵的粘滞阻力、距离、施工周期等参数,具有较高的可行性。     

下伏煤层开采导水断层防水煤柱留设宽度研究

基于长春兴煤矿601工作面上覆采空区与导水断层的地质条件,利用经验公式和理论分析确定了导水裂隙带发育最大高度和保护煤柱宽度范围。采用CDEM模拟软件建立下伏采煤工作面与断层相耦合的数值模型,模拟不同宽度保护煤柱工况下煤层开采对断层和上覆采空区岩层裂隙发育的影响规律。模拟结果表明,40 m保护煤柱条件下,601工作面煤层开采会显著影响断层和上覆采空区的导水裂隙发育;50 m保护煤柱条件下,601工作面煤层开采对上覆采空区裂隙发育产生影响,对断层无影响;60 m保护煤柱条件下,601工作面煤层开采对上覆采空区和断层区域的导水裂隙带发育均无影响。     

风蚀地貌区浅埋厚煤层采动漏风规律研究

为研究风蚀地貌矿区浅埋厚煤层开采采空区漏风规律,以榆树岭矿井110501工作面为工程背景,通过相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的方法对采空区漏风情况进行研究。研究结果表明：110501工作面开采后,裂隙发育至地表,地表漏风裂隙平均间距约为15 m,竖直方向上,距离煤层越近,覆岩下沉位移越大,最大下沉位移量约为8 m;裂隙贯通地表条件下,采空区自燃“三带”范围增大,地表风流为主要风源,风流路径为地表裂隙→采空区→工作面;工作面后方150 m采空区内为主要漏风区域,平均漏风强度为2.29 m³/s,采空区上覆岩层裂隙是主要漏风通道,靠近采空区回风巷侧裂隙漏风能力最强。研究结果可为风蚀地貌矿区浅埋厚煤层开采时工作面通风和采空区自燃危险区域判定提供参考。     

长壁工作面采动覆岩层理开裂机理及侧向裂隙发育规律

长壁开采煤层覆岩下沉变形过程中,岩层内部形成弯曲应力,并可能沿抗拉和抗剪强度较小的层理开裂形成侧向导水通道。针对相邻采空区积水侧向渗漏引起的工作面突水问题,研究了长壁开采覆岩层理开裂机理,分析了侧向裂隙发育规律。首先基于Winkler弹性地基梁理论建立采动覆岩弯曲下沉挠度方程,考虑煤柱和采空区上覆岩层不同支承压力与破坏程度确定对应的上覆载荷和地基系数,给出各层位岩层的下沉、转角、弯矩和剪力曲线计算公式。在此基础上,将采动覆岩层理裂隙分为张拉离层裂隙和剪切错动裂隙,并根据岩层非同步弯曲下沉特征与组合梁理论计算岩层内部弯曲应力分布情况,提出了张拉离层裂隙和剪切错动裂隙发育判断依据,给出了覆岩任意层理面上侧向裂隙发育位置、长度和隙宽等参数的计算方法。最后以凌志达煤矿15102工作面工程地质条件为依据,计算了上覆各岩层的挠度曲线和弯曲应力分布,分析了采动覆岩层理裂隙发育规律。结果表明,15102工作面在区段煤柱上方发育有超过50 m的剪切错动裂隙,超过了15101和15102工作面之间区段煤柱最大宽度;采空区边界上覆岩层中剪切错动裂隙和张拉离层裂隙共同发育;采空区中部上覆岩层中主要为张拉离层裂...     

霍尔辛赫煤矿3103单U型工作面瓦斯分布规律研究

针对煤层开采后由于采动引起的顶板垮落及上覆岩层的破碎断裂,在采空区后方形成大量的裂隙空间,大量的吸附瓦斯随漏风进入采空区,同时也将老采空区瓦斯带至上隅角,加大工作面瓦斯治理难度。以霍尔辛赫煤矿3103工作面为研究对象建立数值模型,对工作面单U型通风方式下采场瓦斯运移规律进行研究。通过模拟得出了在霍尔辛赫煤矿地质条件下的单U型工作面瓦斯体积分数分布规律,为矿井单U型工作面上隅角瓦斯治理方法的选择提供参考。     

浅埋煤层开采数值模拟及顶板突水危险性分析

为实现伊犁矿首采面煤层安全开采,对其上覆岩层运动特征进行研究,分析其顶板突水危险性。利用UDEC软件进行数值模拟,分析随着工作面的推进,上覆岩层的破裂过程和来压特点。分析物理模拟上覆岩层运动特征,得到裂隙带高度随工作面推进而增大、裂隙带高度与采空区跨度有非线性关系等规律。分析首采面顶板充水条件,结合裂隙带高度发展规律,认为首采面顶板突水危险性较小。研究结果为矿区首采面煤层安全开采提供理论依据,同时,为制定防治水措施提供科学依据。     

浅埋煤层群重复采动覆岩运移及裂隙演化规律研究北大核心

为了准确掌握单一煤层和煤层群开采覆岩裂隙演化规律及分布形态特征,通过物理相似模拟实验、现场钻孔勘探、理论计算等方法分析煤层开采过程中覆岩运移破断特征及采动裂隙的分布形态。结果表明:在重复采动条件下,覆岩出现离层裂隙和纵向裂隙并伴随超前裂隙的产生,形成“采空区-工作面”和“采空区-采空区-工作面”结构时,覆岩裂隙经历产生、扩张、闭合、再产生、贯通、再闭合等6个动态循环变化阶段;煤层群在一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次及多次采动下,覆岩受上覆载荷作用,裂隙区向工作面两侧煤柱扩展,上煤层受本煤层边界煤柱和下煤层开采形成的“悬臂岩梁”支撑影响,使工作面两侧裂隙明显高于工作面中部,覆岩形成“M”形裂隙分布形态;覆岩受采动影响产生周期性破断,以单岩层或多岩层同时产生变形、运移、破断垮落,由此可见,覆岩中存在控制上部岩层的硬岩层和其控制岩层以组合梁的形式同步运移、破断。根据覆岩破断特征建立了基于Winkler弹性地基煤层群重复采动覆岩破断特征的组合岩梁力学模型,由模型计算得到覆岩裂隙演化高度和相似模拟实验及现场所测高度相近,由此表明,该模型可作为浅埋煤层群重复采动覆岩裂隙演化高度计算的依据。     

近距离煤层同采覆岩破坏规律研究

刘东煤层西三采区的37102与37202工作面为近距离煤层同采工作面,针对此地质赋存条件,采用岩层钻孔探测仪,实测了近距离煤层同采过程中,不同开采阶段时,覆岩的破坏分布规律,得出首先第一阶段开采上层71煤层时,上覆岩层形成的跨落带高度为5.5m,裂隙带高度为23.8 m;第二阶段71、72煤层全部开采时,上覆岩层形成的...     

巨厚煤层综放开采上覆临近采空区裂隙二次演化特征分析

为了研究巨厚煤层综放开采条件下覆岩裂隙演化规律及上覆临近采空区二次演化特征,实验以新疆某高瓦斯矿井(9-15)06及(9-15)08工作面为原型,利用自主研发的二维物理相似模拟实验台,开展巨厚煤层综放开采上覆临近采空区裂隙场二次演化实验,结果表明:(9-15)06工作面采空区不规则冒落带距煤层底板58.8m,规则冒落带距煤层底板84.12 m,上覆岩层裂隙网络分形维数随工作面持续推进表现为快速增长、稳定增长两个阶段;分层开采过程中,距(9-15)06采空区40 m范围内,(9-15)08工作面底板应力集中系数急剧升高.上覆临近采空区裂隙场受(9-15)08工作面采动影响呈现明显的区域性,结合水平裂隙密度、离层量、下沉量等关键参数的二次演化规律将其划分为强滑移区、弱滑移区、未滑移区.强滑移区纵向空间内上覆岩层变形破坏剧烈,而弱滑移区在纵向空间内上覆岩层变形破坏呈现"上弱下强"的特征,上述研究结果为初步探索巨厚煤层综放开采理论与技术体系提供一定的基础.     

近距离煤层开采瓦斯与火联合防治研究

为了解决上覆采空区近距离开采、采空区漏风、采煤工艺等因素导致工作面上隅角积气、低氧、有害气体积聚等安全隐患,本文采用二维物理模型实验,分析近距离煤层群开采条件下,工作面与上覆采空区裂隙贯通特征;研究采动裂隙演化、采场瓦斯运移、采空区上隅角气体积聚情况.通过现场钻孔取样化验,分析上覆采空区积气流动运移特征,研究利用上覆采...     

煤层倾角对上覆岩层导水裂隙带的影响

为了研究煤层倾角对上覆岩层导水裂隙带的影响,以四明山煤矿工程地质条件为背景,运用UDEC软件分别建立了0、15°、30°、60°煤层倾角条件下的煤层开挖模型,通过分析不同煤层倾角条件下上覆岩层的离层和塑性破坏情况,确定煤层倾角对上覆岩层导水裂隙带的影响规律。结果表明,煤层倾角越大,顶板离层现象最明显区域越靠近采空区倾向高处的边界;在倾斜岩层中,煤层开挖后其上覆岩层塑性破坏区呈现非对称特征,采空区倾向高处的边界附近塑性破坏区高度明显大于另一侧。而且煤层倾角越大,上覆岩层塑性破坏区扩展高度越高;煤层倾角越大,导水裂隙带最发育的区域越靠近采空区倾向高处的边界,导水裂隙带高度也越大。     

补连塔煤矿22307工作面受上覆采空区自燃影响及治理效果分析

通过对补连塔煤矿22307工作面受上覆采空区漏风影响程度的分析,并结合工作面生产情况,确定22307工作面在开采过程中受采动影响可能与上覆12煤采空区存在沟通裂隙,导致漏风通道复杂,增大22307工作面上覆采空区自然发火的危险。为此,先后采取预防性注浆工程、地表裂隙封堵、加强防火密闭管理等措施对火区进行了综合处理,保证工作面的安全回采。     

岩层倾角对采动覆岩应力演化影响规律数值模拟

为研究岩层倾角对采动覆岩应力演化规律的影响,以西北某矿缓倾斜工作面为研究背景,建立近水平和缓倾斜煤层2种模型,采用FLAC3D模拟研究不同开采条件下覆岩应力、位移演化规律和“三带”分布特征,对比分析煤层倾角对覆岩运动的影响,为揭示缓倾斜煤层开采上覆岩层活动规律提供参考。研究表明：随着工作面不断推进,缓倾斜煤层上覆岩层垂直应力的峰值大于近水平煤层上覆岩层垂直应力的峰值;缓倾斜煤层开采覆岩位移峰值大于近水平煤层开采覆岩位移峰值;近水平煤层和缓倾斜煤层开采距采空区上方10 m左右为冒落带,近水平煤层开采距采空区上方47 m左右为裂隙带区域,缓倾斜煤层开采距采空区上方50 m左右为裂隙带区域;缓倾斜煤层塑性区域范围大于近水平煤层塑性区域范围;通过数值模拟对比分析,不能忽略煤层倾角对采动覆岩应力的影响。     

近距离煤层群开采工作面自然发火防治技术

黄白茨煤矿属近距离煤层群开采,在近距离煤层群开采条件下工作面重复采动容易在相邻采空区间形成漏风通道,021005工作面回采初期上覆采空区发生自燃,从采空区漏风通道、采空区遗煤、漏风供氧时间等方面分析了工作面自然发火原因,初步确定了采空区着火点位置,采用封闭工作面注液氮成功控制了火区发展。     

动压影响下上覆岩层导水裂隙发展研究

针对15号煤层上方存在4号煤层采空区积水安全隐患问题,以首采15101工作面工程地质情况建立相似模拟模型,对动压影响下15号煤层上覆岩层破断及导水裂隙发育过程进行研究,以确定导水裂隙发育高度及渗流规律,以为工作面安全高效回采提供理论支持。     

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。     

近距离煤层群开采过程中上覆煤层采空区气体变化规律

近距离煤层群开采过程中邻近层之间产生大量相连通的裂隙,采场情况十分复杂,并伴随不同煤层间因通风引起近距离煤层群漏风,在研究漏风规律过程中,煤矿工程现场煤层群采空区漏风规律与单煤层开采漏风规律有很大区别,开采过程中采空区气体的分布规律也更加复杂,给采空区煤层自燃预测预报带来了困难。通过理论分析、现场监测相结合的方法研究近距离煤层群开采过程中上覆煤层采空区气体变化规律,为制定采空区煤自燃预防措施提供科学依据。     

易自燃特厚煤层开采矿井漏风分析与实测

针对宽沟煤矿易自燃特厚煤层开采条件,利用SF6示踪气体对地表及多层采空区之间进行了漏风测定。结果表明:在I010201、I010202工作面开采区域范围内,B41、B42、B2煤层开采区域不重叠时,B2煤层采空区不会与地表形成漏风通道;但在已开采的重叠区域,则可与地表直接形成裂隙沟通;I010201工作面开采区域地表向井下的漏风风速能达到62.7 m/min,I010201工作面封闭区向上部的I010403采空区漏风,漏风风速超过14.7 m/min。     

榆神府矿区双煤层开采覆岩破坏及地面沉降特征研究北大核心

为研究双煤层开采条件下浅埋煤层覆岩破坏特征及地表沉降规律,以榆神府矿区典型浅埋煤层地质条件为基础,采用数值模拟方法,分析了6种不同工况下双煤层开采时覆岩破坏与地表沉降特征,并用物理相似模拟实验加以验证。结果表明:浅埋煤层覆岩破坏方式为全厚切落,留煤柱开采时隔水层中采动破坏呈现“泥盖效应”,不留煤柱开采时采空区两侧形成离层裂隙发育区,裂隙沿采空区两侧上方呈约45°发展;煤层开采时地表呈台阶式下沉,随着工作面推进,地表沉降中心不断前移,隔水层重量对地面沉降的影响逐渐减小,煤层厚度与地表沉降值呈正相关性;煤层开采过程中存在应力集中现象,上覆岩层中垂直应力沿煤层开采方向依次出现应力集中区、应力卸压区和应力集中区。     

台阶裂隙破坏区地表漏风模型与控制方法研究

浅埋煤层高强度开采过程中上覆岩层发生全厚切落形成台阶裂隙并导致地表漏风。本文以典型陕北神府侏罗纪煤层台阶裂隙破坏区为研究对象,通过分析上覆岩层裂隙发育特征与裂缝动态发育过程,建立台阶裂隙地表漏风数学模型,计算裂隙带高度及工作面顶板周期来压参数,将0.36m作为划分不同裂隙宽度等级的临界值,提出台阶裂隙破坏区地表漏风分类控制方法。结果表明,分级封堵措施实施后,地表裂隙平均漏风量从93m³/min降至15m³/min,平均下降幅度为83.9%,封堵效果显著；同时,针对现场漏风特点及规律,通过数值模拟得到地表裂隙封堵前后采空区氧浓度分布云图,进而比对裂隙封堵前后氧浓度变化情况。