黄土沟谷下不同位置开采对地裂缝的影响研究

黄土沟壑区开采时,沟谷中心与工作面的相对位置对滑动型地裂缝有显著的影响。采用UDEC软件模拟了沟谷中心位于工作面不同位置时引起的滑动型地裂缝的裂缝距、裂缝角。研究结果表明:采动引起的滑动型裂缝距与工作面相对位置呈明显的线性关系;随着沟谷中心向工作面中心移动,左侧坡体裂缝发育越来越显著,裂缝距由负变为正且呈增大趋势;并对它们的关系式求极值得到裂缝发育位置的沟谷中心位置临界值,并针对地裂缝提出一些治理措施。     

补连塔矿22303回采面过地表沟坡段矿压规律研究

通过现场实地观测,对补连塔煤矿22303工作面过地表沟坡(黑炭沟)段的矿压规律进行了详细的分析,掌握了工作面过沟坡段的矿压显现特征和地表裂缝的发育情况,以及工作面支架载荷和来压强度,为今后工作面过地表沟坡段的管理提供了经验。     

基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征

陕北浅埋煤层开采引起地面塌陷严重影响了矿区生态环境,与浅埋单煤层开采相比,浅埋双煤层开采所导致的覆岩破坏、裂缝发育更为复杂。以柠条塔煤矿N1206和N1114典型工作面为研究对象,采用颗粒流方法对浅埋双煤层斜交开采的过程及其所致地表裂缝发育特征进行了模拟研究。研究结果表明：浅埋双煤层斜交开采煤柱所在区域的上行和下行裂隙密集发育;各工作面采毕地表下沉曲线呈现宽缓的“W”型;1-2煤采毕与2-2煤采毕裂缝发育速率比值为13～12,地表最大下沉量比值为17;开切眼及终采线位置附近裂缝密集且会导通至地表;地表最大下沉量位于工作面开切眼位置附近,地表最大水平正向位移位于工作面开切眼位置附近,左侧工作面采毕最大负向位移位于工作面终采线位置,右侧工作面采毕最大负向位移位于1-2煤右侧工作面靠近终采线位置。研究结果可为浅埋双煤层开采的相关研究与工程实践提供理论参考与实际借鉴。     

浅埋高强度开采覆岩结构演化及地表损伤研究

为掌握浅埋高强度开采覆岩结构演化规律及不同开采条件下地表损伤规律与损伤机理,采用数值模拟、现场实测、理论分析等手段以神东矿区典型工作面为工程背景开展研究。首先以采空区峰值应力为指标分析了覆岩结构演化规律;其次探究了地表下沉系数和宽深比之间的关系;最后在实测地表裂缝发育特点的基础上开展了工作面中部地表裂缝发育机理研究。结果表明:①工作面从开切眼至超充分开采状态时上覆岩层大体经历了3个阶段,第Ⅰ阶段:无压力拱阶段;第Ⅱ阶段:单压力拱阶段;第Ⅲ阶段:双压力拱阶段,其又分为Ⅲ_1(采空区单拱脚阶段)和Ⅲ_2(采空区双拱脚阶段)2个阶段。②宽深比在0.4～2.0的14个方案研究得出的地表下沉系数和宽深比近似成抛物线关系,选取神东矿区7个工作面的下沉系数实测值和预测值进行对比验证,误差分别为7.6%,14.5%,4.4%,7.5%,9.7%,9.7%,15.3%,其中5个工作面的误差在10%以内,且误差整体较小。③工作面中部地表裂缝动态发育具有"双周期+稳定期"的特点,包括5个发育阶段,即裂缝宽度增大阶段、裂缝宽度减小阶段、裂缝宽度稳定阶段、裂缝宽度再增大阶段、裂缝宽度再减小阶段,通过演化模型阐释了工作面中部裂缝的动态发育机理,并建立了裂缝动态发育和地质采矿条件的关系模型。     

薄基岩浅埋煤层开采覆岩移动演化规律分析

针对薄基岩浅埋煤层过沟谷地形开采时工作面易引发动压灾害的问题,通过理论分析并结合数值模拟,对神东矿区哈拉沟煤矿22206工作面过沟谷开采过程中覆岩移动演化规律及引发的突水溃沙现象进行了研究,结果表明:22206工作面初次来压步距为60 m,初次来压时动压现象明显;工作面至沟谷地形上坡段矿压显现最为剧烈。分析了采动过程中节理的发育特征及塑性区分布情况,提出工作面开采突水溃沙治理应以切眼处呈75°破断角位置对应的切落垮落带范围为重点治理区域。     

基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征

陕北浅埋煤层开采引起地面塌陷严重影响了矿区生态环境,与浅埋单煤层开采相比,浅埋双煤层开采所导致的覆岩破坏、裂缝发育更为复杂。以柠条塔煤矿N1206和N1114典型工作面为研究对象,采用颗粒流方法对浅埋双煤层斜交开采的过程及其所致地表裂缝发育特征进行了模拟研究。研究结果表明：浅埋双煤层斜交开采煤柱所在区域的上行和下行裂隙密集发育;各工作面采毕地表下沉曲线呈现宽缓的“W”型;1~2煤采毕与2~2煤采毕裂缝发育速率比值为1:3～1:2,地表最大下沉量比值为1:7;开切眼及终采线位置附近裂缝密集且会导通至地表;地表最大下沉量位于工作面开切眼位置附近,地表最大水平正向位移位于工作面开切眼位置附近,左侧工作面采毕最大负向位移位于工作面终采线位置,右侧工作面采毕最大负向位移位于1~2煤右侧工作面靠近终采线位置。研究结果可为浅埋双煤层开采的相关研究与工程实践提供理论参考与实际借鉴。     

中埋深煤层综采地表裂缝发育规律研究

为揭示陕北侏罗纪煤田中埋深工作面高强度开采诱发的地表裂缝发育规律、空间形态及深度特征,以小保当煤矿首采工作面为研究区,采用地表裂缝填图、裂缝宽度变化动态观测和裂缝示踪开挖观测等方法开展了风沙滩地区中埋深煤层高强度开采地表裂缝静态、动态演化规律及空间形态的研究.研究表明:112201工作面地表裂缝主要有边界裂缝和面内裂缝两类,前者沿平巷、切眼发育,后者于面内平行切眼发育.边界裂缝和面内裂缝宽度小于1.0 cm占73％,宽度大于5.0 cm仅占3％;裂缝整体发育程度较弱;面内裂缝宽度一般小于2.0 cm,两侧无落差,滞后回采位置发育,平均滞后距30.14 m,滞后角84.1°;面内裂缝宽度随时间呈单峰型变化即表现为先开裂、后闭合(半闭合)型动态变化特征,平均活动时间约为7.8 d且缝宽增大和减小的时间基本相等,结合地表移动观测资料给出了裂缝活动时间T的计算公式;平行平巷边界裂缝呈"带状"分布在工作面平巷内侧56 m、外侧18 m的范围内,裂缝宽度则呈现开裂-增大直至稳定的变化特征;工作面地表裂缝空间形态分为楔形,梭形和分叉形3类,沙土层内发育深度不超过2.5 m.宽度小于5 cm的裂缝在采后2个月内被风积沙自然掩埋而难觅踪迹,宽度大于5 cm的裂缝在采后6个月内大多被风积沙自然掩埋.这一研究结果对风沙滩地区生态环境治理和水资源保护具有重要参考价值.     

斜沟煤矿18205工作面开采山区地表破坏规律分析

斜沟煤矿18205工作面对应位置地表为山区地带,为了研究工作面开采山区地表破坏规律,在地表布置了观测线。现场观测分析认为,工作面开采对地表的破坏主要包括地表出现裂缝和引发煤矿地质灾害。     

黄土沟壑区特厚煤层开采地表裂缝发育规律研究

黄土沟壑区煤炭大规模开采诱发的地表裂缝加剧了区域生态环境的损伤.以内蒙古大饭铺煤矿６１２０２工作面为研究对象,探究工作面开采导致的地表裂缝的产生机理、发育特征和展布规律,结果表明:(１)在开切眼周围容易产生沿边缘分布的拉伸裂缝和在中心区域呈 O 形分布的沉降坑;工作面中部区域散布着随工作面走向推进的弧形裂缝以及边缘区的拉伸裂缝,停采线范围附近地表裂缝主要以 C 形分布的张开式拉伸裂缝为主;(２)工作面整体以宽度为１０~３０cm 的裂缝为主,大多数裂缝的落差在 ５~２０cm 之间;(３)工作面采动过程中顶板裂隙不断发育贯通地表产生地裂缝,随着工作面的推进,裂缝宽度增加到最大值后开始减小直至趋于闭合;(４)沿工作面倾向方向,在地表沉陷区周边形成环状裂缝分布区,边缘区域裂缝不断发育,在工作面推进位置前方裂缝呈现“发育—闭合”的趋势.研究成果对西部黄土沟壑矿区煤炭开采与区域环境保护协同发展具有重要意义.     

浅埋煤层过沟开采覆岩破坏特征及水害防治技术研究

黄土沟壑区溃水水害是浅埋煤层开采的主要灾害之一。安山煤矿煤层埋藏浅、局部沟道所在区域5-2煤层顶板距离地表不足30 m，为了解决黄土沟壑区工作面过沟开采可能遇到的水害问题，通过数值模拟的手段研究了工作面过沟开采时的覆岩破坏特征，提出了研究区过沟开采时冒裂安全性分区标准，并基于分区结果提出了预防工作面过沟开采发生溃水水害事故的防治技术，过沟开采防治技术包括采前筑坝截流引流，采后工作面地表裂缝修复等，并在工作面过沟开采区域成功地进行了防治应用，应用结果表明，防治技术能够有效预防工作面过沟开采溃水水害。研究成果对榆神矿区工作面安全、绿色高效过沟开采具有一定的借鉴意义。     

基于UDEC数值模拟的滑动型地裂缝发育规律

为了研究西部黄土沟壑矿区煤炭资源开采引起的滑动型地裂缝发育规律,首先给出了滑动型地裂缝的定义和基本特征,提出了滑动型裂缝距和裂缝角的概念;采用UDEC数值模拟软件,分别建立了滑动型地裂缝动态发育模型、沟谷坡度模型、沟谷位置模型,分析了开采引起滑动型裂缝的动态发育规律,研究了滑动型地裂缝发育位置与沟谷之间的关系,并以大柳塔煤矿52304工作面为例,验证了模型的可靠性。研究表明：① 滑动型地裂缝的发育分为累积期、形成期、动态发展期、稳定期4个阶段;② 滑动型地裂缝发育位置与沟谷之间的关系模型为：滑动型裂缝角与沟谷坡度之间存在二次多项式关系,与沟谷位置之间存在线性关系;③ 工程实例表明,裂缝角的计算值与实测值之间的最大相对误差为3.4%,使用该模型进行滑动型地裂缝发育位置进行预测是可行的。     

保德煤矿冲沟地形下综放开采地表沉陷规律研究

针对保德煤矿综放开采易导致冲沟地形坡体裂缝异常发育甚至滑坡的现象，本文采用现场实测及数值模拟方法，研究了冲沟地形下高强度开采地表沉陷规律。研究结果表明：实测保德煤矿81306综放工作面采后的地表最大下沉量为3 158 mm,下沉系数为0.53,采动影响范围190 m,计算得出基岩裂缝角为83°,移动角为78°,边界角为68°,其开采扰动影响程度及范围比传统条件有明显增大。模拟研究发现，当冲沟地形处于开采边界的正上方时，其引起的开采沉陷会异常增大，主要原因是井下采动导致上覆沟谷坡体出现一定的滑动现象。基于此，本文针对性地提出了塌陷裂缝的治理措施，研究结果为冲沟地形建筑物下开采边界的合理选择及类似条件下的沉陷控制提供借鉴。     

浅埋煤层过沟开采上覆岩层破坏规律数值模拟

针对安山煤矿2002工作面过沟开采地表形成的裂隙可能导致季节性流水涌入矿井造成矿井水害的问题,提出采用计算机数值模拟技术,模拟过沟开采煤层覆岩破坏的发育规律,为工作面安全过沟开采提供理论依据。     

黄土沟壑区特厚煤层开采地裂缝发育规律研究

黄土沟壑区特厚煤层开采易产生地裂缝,加剧生态环境破坏,危及矿区安全。本文以山西省某矿区104工作面为研究背景,结合现场调查、数值模拟和理论分析等方法,研究了采动地裂缝静态分布特征、动态演化规律及其形成机理。研究表明:地裂缝分为拉伸型、台阶型2种类型与分叉、平行2种组合方式。宽度0～5 cm的裂缝数量占52%,宽度5～10 cm的裂缝数量占28%,宽度10～15 cm的裂缝数量占14%,宽度大于15 cm的裂缝数量占6%,黄土沟壑区采动地裂缝发育程度更强;根据地裂缝分布位置,可以分为动态面内裂缝(工作面内且与开切眼基本平行)及永久边界裂缝(开切眼、停采线及平巷附近)2种类型。动态面内裂缝具有“山峰”活动规律,裂缝宽度呈现“先开后合再稳定”的变化特征,永久边界裂缝宽度呈现“只开不和”的变化特征,裂缝初始宽度与最大宽度满足线性正相关关系;地裂缝的形成是由下至上的动态发育过程,即“采煤—覆岩移动—地表变形—产生地裂缝”。通过构建“井下开采—覆岩移动—地裂缝产生”三维一体模型和地裂缝动态发育模型,定性分析了地裂缝的活动机理。研究成果对黄土沟壑区生态环境修复及采动损害防护具有重要参考价值。     

沟谷地形对浅埋煤层开采矿压显现的影响机理

针对神东矿区活鸡兔井工作面过沟谷地形时发生的动载矿压问题,通过现场实测、理论分析与模拟实验,就沟谷地形对浅埋煤层开采动载矿压显现的影响机理进行了深入研究。结果表明：浅埋煤层开采工作面过沟谷地形上坡段时易发生端面切顶、冒顶和支架活柱急剧下缩的动载矿压。由于覆岩主关键层在沟谷段受侵蚀影响而缺失,过上坡段时主关键层破断块体缺少侧向水平挤压力作用,不易形成稳定的“砌体梁”结构而滑落失稳,使得作用在下部单一关键层结构上的载荷明显增大而产生滑落失稳,从而引起工作面的动载矿压。若沟谷地形中主关键层未缺失,则浅埋煤层工作面过沟谷地形上坡段时一般不易产生动载矿压。该研究结果指导了活鸡兔井21305,21306工作面过沟谷地形动载矿压灾害的防治实践。     

采动地表裂缝发育范围异常扩大成因分析

蔚州矿区单侯煤矿的二采区6208工作面在村庄保护煤柱外进行常规开采过程中,工作面靠近村庄一侧的地面裂缝发育范围出现了异常的扩大,并引起了地表裂缝扩大区的村庄建筑物出现了严重的损坏。通过对地表裂缝发育的位置、延展特征进行的详细分析,结合研究区域地表裂缝规律、开采条件及地层状况等,确定了6208工作面靠近村庄侧的综合裂缝角,采用类比、排除等方法对地面裂缝发育及村庄损害范围扩大的成因进行了深入研究,得出结论：在单侯煤矿6208工作面东北侧为逆断层上盘的断裂带发育区,断层带区域岩层破碎,致使岩层整体硬度降低、结构松散,进而改变了原有的采动影响传播规律,造成了地表裂缝发育及村庄建筑物损坏范围扩大。     

高强度开采覆岩岩性及其裂隙特征研究

为分析高强度开采工作面覆岩岩性及其裂隙特征,以高家梁煤矿20313工作面为研究对象,分析了工作面顶板含水层赋存情况,通过试验获取了砂质泥岩顶板细观结构和矿物组分及物理力学性质,采用相似模拟试验、理论分析、CAN-II〖BP(〗=2\*ROMAN〖BP)〗大地电磁探测仪和现场调查综合分析了工作面开采后的覆岩破坏情况。结果表明:工作面顶板砂质泥岩随着与煤层距离的增大,颗粒间接触逐渐由点-点、点-面接触转变为线-面、面-面接触,且颗粒体积有增大趋势;由煤层至地表,抗拉(压)强度减小,断裂后接触面积更大,且遇水后颗粒体积膨胀,挤压颗粒间的孔隙,孔隙通道减小,降低宏观通水性;覆岩及地表裂缝以张开、闭合、压实的过程重复向前发展,虽然覆岩含水层及隔水层产生了破坏,但裂隙宽度较小,地表没有出现明显的塌陷裂隙;工作面开采后覆岩内会形成稳定的压力拱结构,覆岩破坏不会与地表裂隙贯通,地表潜水不会直接与井下工作面贯通。采动后工作面断层上盘侧岩层整体上破坏更严重;在断层下盘侧,虽然采动后CAN型综合值云图内出现了较多环状闭合曲线,但仍有平滑层状曲线包裹,说明采动覆岩的连续性分布较好,岩层内裂隙发育程度低;20313工作面开采后地表多以细小拉伸或挤压裂缝为主,裂缝数量较少,基本上所有裂缝经历了“张开-扩展-闭合”完整发育过程,裂缝发育周期最长的为15 d,最短为7 d;裂缝宽度最大为6.3 cm,台阶落差最大为8.7 cm,地表植被生长及分布情况与开采前基本一样,说明工作面开采的安全性及地表生态基本不受影响。高强度开采覆岩裂隙发育特征得到了大量理论与试验研究,物探法是开展覆岩裂隙现场探测最方便、快捷的手段,提高物探仪器对覆岩裂隙探测的敏感度及物探结果解释的准确度是物探法探测覆岩破坏得以推广的技术前提。     

高强度开采覆岩岩性及其裂隙特征

为分析高强度开采工作面覆岩岩性及其裂隙特征,以高家梁煤矿20313工作面为研究对象,分析了工作面顶板含水层赋存情况,通过试验获取了砂质泥岩顶板细观结构和矿物组分及物理力学性质,采用相似模拟试验、理论分析、CAN-Ⅱ大地电磁探测仪和现场调查综合分析了工作面开采后的覆岩破坏情况。结果表明:工作面顶板砂质泥岩随着与煤层距离的增大,颗粒间接触逐渐由点-点、点-面接触转变为线-面、面-面接触,且颗粒体积有增大趋势;由煤层至地表,抗拉(压)强度减小,断裂后接触面积更大,且遇水后颗粒体积膨胀,挤压颗粒间的孔隙,孔隙通道减小,降低宏观通水性;覆岩及地表裂缝以张开、闭合、压实的过程重复向前发展,虽然覆岩含水层及隔水层产生了破坏,但裂隙宽度较小,地表没有出现明显的塌陷裂隙;工作面开采后覆岩内会形成稳定的压力拱结构,覆岩破坏不会与地表裂隙贯通,地表潜水不会直接与井下工作面贯通。采动后工作面断层上盘侧岩层整体上破坏更严重;在断层下盘侧,虽然采动后CAN型综合值云图内出现了较多环状闭合曲线,但仍有平滑层状曲线包裹,说明采动覆岩的连续性分布较好,岩层内裂隙发育程度低;20313工作面开采后地表多以细小拉伸或挤压裂缝为主,裂缝数量较少,基本上所有裂缝经历了"张开—扩展—闭合"完整发育过程,裂缝发育周期最长的为15 d,最短为7 d;裂缝宽度最大为6.3 cm,台阶落差最大为8.7 cm,地表植被生长及分布情况与开采前基本一样,说明工作面开采的安全性及地表生态基本不受影响。高强度开采覆岩裂隙发育特征得到了大量理论与试验研究,物探法是开展覆岩裂隙现场探测最方便、快捷的手段,提高物探仪器对覆岩裂隙探测的敏感度及物探结果解释的准确度是物探法探测覆岩破坏得以推广的技术前提。     

浅埋厚煤层开采地表导气裂缝分布规律研究

为了确定浅埋厚煤层开采地表漏风范围,基于串草圪旦煤矿6104工作面生产技术条件,采用现场实测、数值计算和理论分析相结合的方法,对浅埋厚煤层开采覆岩采动裂缝及导气裂缝的分布规律进行了研究。研究结果表明:浅埋厚煤层开采覆岩采动裂缝可分为开切眼侧永久裂缝区,以及随工作面推进动态分布的裂缝产生区、裂缝贯通发展区和裂缝闭合区; 6104工作面裂缝贯通发展区范围为滞后工作面0～100 m。实测6104工作面导气裂缝分布区滞后工作面0～80 m,且导气能力随裂缝滞后工作面距离的增大而降低。     

81621工作面开采地表沉陷变形规律探析

为解决大斗沟矿81621工作面松散层开采引发地表沉陷严重问题,采用离散元数值模拟软件,通过建立地表沉陷数值模型,分析工作面开采地表沉陷变形规律,并在工作面上方对应的地表位置布设观测站,实时监测地表沉陷变形情况。结果表明：地表在短时间内达到最大下沉量,之后下沉量逐渐减小,逐步稳定。工作成果对类似条件的工作面开采具有参考价值。