浅埋超大采高工作面覆岩裂隙演化及能量耗散规律研究

为研究浅埋超大采高工作面覆岩裂隙演化及能量耗散规律,以上湾煤矿为研究背景,基于相似模拟实验,数字图像处理、分形理论和数值模拟,分析了8.8 m超大采高工作面采动覆岩裂隙演化及能量耗散规律.研究表明:伪顶垮落到亚关键层阶段、亚关键层破断到主关键层阶段和主关键层破断到完全垮落阶段,关键层破断前后覆岩裂隙分形维数呈上升-稳定...     

木瓜煤矿中厚煤层采场覆岩破断规律研究

木瓜煤矿10-201工作面主采9号煤层厚度较大,为了解采场覆岩破断规律,借助UDEC数值模拟软件进行研究,结果表明工作面回采20 m时,直接顶岩层全部垮落充填采空区,初次来压步距为35 m,周期来压步距为20 m,裂隙带发育高度为45 m。通过现场监测工作面液压支架工作阻力变化情况及采场“两带”高度观测,得出结论:工作面推进20 m后,直接顶岩层全部垮落充填采空区,初次来压步距为38 m,周期来压步距为20 m,裂隙带发育高度为47 m,与数值模拟结果基本吻合。     

高位硬厚岩层下采场覆岩运动规律及采动应力演化规律

针对工作面上覆巨厚坚硬岩浆岩条件,运用相似模拟试验和数值模拟方法,分别研究了硬厚岩层下采场覆岩运动和采动应力演化规律。研究结果表明,工作面上覆岩浆岩时,覆岩破断的关键阶段分别为直接顶破断、基本顶初次破断、基本顸周期破断、岩浆岩初次破断和岩浆岩周期破断(裂隙沟通地表);硬厚岩浆岩破断前,随着工作面的不断推进,煤体支承压力不断增加;硬厚岩浆岩破断后,采场支承压力要小于破断前。     

浅埋煤层覆岩裂隙分形特征实验研究

为了得到浅埋煤层覆岩裂隙发育的分形特征，以神东天隆集团霍络湾煤矿为工程背景，利用相似理论进行相似模拟实验，通过相似模拟实验研究了浅埋煤层覆岩裂隙发育规律并基于分形几何理论研究了分形维数随开采推进度的演化特征，得出浅埋煤层的才采动裂隙网络的演化规律。结果表明：工作面周期来压步距为9-15m，其采动裂隙网络具有良好的自相似性（R＞0.98），裂隙网络的分形维数随开采推进度的增加具有明显的变化规律，其变化趋势分为三个阶段：升维阶段，降维阶段及稳定变维阶段。     

大同矿区坚硬顶板破断步距及变形规律研究

以大同矿区某工作面坚硬顶板为研究对象,针对其难以垮落并伴有大小来压的现象,采用岩层控制关键层理论、Vlasov厚板理论及薄板理论,求得了近距离厚度差异较大坚硬岩层的破断步距,解释该工作面岩层垮落大小来压现象;通过3DEC数值模拟软件验证了理论计算结果,并得到煤壁支承压力峰值、覆岩裂隙随坚硬直接顶变形挠度的变化规律。结果表明:该工作面上层较厚坚硬顶板断裂步距大致为下层较薄坚硬顶板断裂步距的2倍,易形成大小来压;且坚硬直接顶变形所对应的支承压力峰值变化与裂隙分形维数变化具有阶段性,前者呈现出"前快,中慢,后稳"趋势,后者呈现出"前慢,后快"趋势,并且在坚硬直接顶每次破断时,裂隙分形维数的增加具有突变性。     

乌东煤矿综放面覆岩活动特征数值计算研究

通过UDEC4.0软件,建立数值模型,对乌东煤矿综放面初次来压和周期来压规律和上覆岩层活动规律进行数值计算。结果表明,工作面推进50 m时基本顶初次来压,周期来压步距约为25 m。来压期间垂直应力集中系数约为2.2。基本顶随着工作面的推进,岩层由弹性变形向塑性变形破坏发展,直到出现裂隙,裂隙密度也不断增加,到初次来压前裂隙密度达到最大值;随着覆岩的垮落,破断裂隙向较高层位发展,当工作面推进至一定程度,采空区中部垮落覆岩重新压实后,裂隙密度减小。研究成果对乌东煤矿其他工作面矿压研究具有重要意义。     

综采工作面回采过程中顶板破坏演化规律数值分析

在研究分析团柏煤矿地质条件的基础上,根据岩层的结构和顺序建立模型,应用F-RFPA~(20)数值模拟软件模拟11-101综采工作面回采过程中顶板破坏演化规律。根据数值计算结果,随着11-101工作面回采,顶板覆岩结构破断呈"压力拱"结构,直接顶初次垮落步距约为12m,垮落高度为2m;基本顶初次来压步距约为36m;基本顶周期来压步距约为18~24m。     

近浅埋煤层综采工作面矿压规律试验研究

为了研究杭来湾煤矿30101综采工作面矿压显现规律,利用相似模拟实验方法,研究了近浅埋综采工作面开采过程中覆岩破断运动特征,掌握了30101工作面基本顶来压步距及支架工作阻力特征,支承压力分布规律和上覆岩层移动变形演化规律。研究表明30101工作面基本顶周期来压步距存在大小周期,上覆岩层移动变形呈现"两带"。     

近浅埋煤层综采工作面矿压规律试验研究

为了研究杭来湾煤矿30101综采工作面矿压显现规律,利用相似模拟实验方法,研究了近浅埋综采工作面开采过程中覆岩破断运动特征,掌握了30101工作面基本顶来压步距及支架工作阻力特征,支承压力分布规律和上覆岩层移动变形演化规律。研究表明30101工作面基本顶周期来压步距存在大小周期,上覆岩层移动变形呈现"两带"。     

2-126工作面覆岩移动及超前支承压力分布规律

为掌握2-126工作面回采时覆岩移动规律和超前支承压力分布,通过具体分析工作面的地质条件,采用理论分析与数值模拟的方式进行上覆岩层运移规律的分析,确定基本顶的初次和周期来压步距,以及上覆岩层三带的分布;另外在回采期间通过现场监测的方式对工作面超前支承压力进行分析。结果表明:2-126工作面基本顶的初次和周期来压步距分别约为38.9 m和15 m,工作面垮落带和裂隙带的高度分别约为25 m和75 m,超前支承压力影响范围约为50 m,应力峰值约出现在超前工作面16.7 m的位置.     

洛河组砂岩含水层下大采高工作面导水断裂带演化规律

针对旬耀矿区厚煤层大采高工作面上覆洛河组砂岩含水层下的安全采煤问题,采用理论分析、相似材料试验和数值模拟研究了某矿1109大采高工作面覆岩破断及裂隙演化规律。研究表明:上覆岩层经历了直接顶破断、基本顶初次破断与周期破断、亚关键层初次破断与周期破断5个阶段,破断发生引起工作面煤壁上方裂隙密度和开度发生跃变,采空区覆岩裂隙经历孕育、产生、张开、闭合、压实5个动态阶段;从开切眼到充分采动过程中,在裂隙带的上部、工作面煤壁上方及开切眼上方裂隙较为发育,裂隙区近似"抛物线"状,采空区中部覆岩裂隙闭合而边界处裂隙不易闭合;工作面充分采动后,导水断裂带发育高度82~85 m,未导通上覆洛河组砂岩。     

采动影响下黄河北煤田顶板破断过程研究

为分析采动影响下黄河北煤田顶板破断过程,利用离散元数值模拟软件UDEC模拟黄河北煤田薄煤层采场顶板破断过程,得到薄煤层采场上覆岩层运动规律参数,即直接顶、基本顶初次来压步距和周期来压步距,结合相关理论进行对比分析,丰富和完善薄煤层采场上覆岩层运动规律,为采场顶板的控制设计提供依据。     

上分层破坏区下工作面覆岩活动规律研究

工作面覆岩移动变形及破坏涉及的因素较多,其过程也是连续不断的,对下分层工作面的安全生产会产生较大的影响。以回坡底煤矿11-103工作面开采为工程背景,研究了在上分层破坏区条件下的工作面覆岩活动规律,通过UDEC数值模拟可知,工作面初次来压步距为30 m,基本顶周期垮落步距为25 m,上覆岩层裂隙全区发育,竖直裂隙不易闭合,停采位置岩层破断角为65°,地表易出现台阶下沉,工作面整体与一般开采状态类似,但对上分层采空区积水与废气要加强监测,以防其对下分层工作面生产造成影响。     

“三软”煤层大采高工作面采场覆岩运移规律相似模拟研究

为研究皖北煤电卧龙湖煤矿8煤开采顶板覆岩运移规律,采用相似材料模拟实验方法,对8102回采工作面展开研究。结果表明:8煤直接顶初次垮落步距为30 m,基本顶初次断裂步距为50 m,平均周期断裂步距为13.43 m,垮落带高度为11 m,裂隙带高度为101 m,8煤上方亚关键层对覆岩破断下沉影响显著,7煤随8煤开采垮落,6煤裂隙发育。     

基于微震监测的切顶卸压无煤柱自成巷开采覆岩运移周期性演化机理验证

综合考虑切顶卸压自成巷开采工艺后,为了研究其与常规长壁开采方法在周期性覆岩来压方面的差异性,采用高精度ESG微震监测系统,以柠条塔煤矿S12012为工程背景,通过在现场搭建微震监测系统,研究采动影响下基于微震事件和能量分布的覆岩裂隙周期演化机理、微震事件的空间动态演化特征。研究表明:根据微震事件的分布特征,确定了切顶卸压覆岩裂隙周期破断规律,采场裂隙演化划分为萌芽期、发展期和高潮期。覆岩周期性断裂、破坏可分为周期回采初期、周期回采中期及周期回采末期。结合该矿矿压显现规律,得出周期来压步距19.83m。提出了用周期来压时累计微震能量值作为顶板断裂、破坏判据,确定了工作面超前影响距为10～15m。     

基于弹性基础梁模型的来压步距确定

在分析采场基本顶上覆岩层破断运移规律的基础上,建立了基于弹性基础梁的顶板受力模型,得到了工作面初次来压步距和周期来压步距的计算公式。结果表明:当基本顶以上岩层的极限跨距小于基本顶的极限跨距时,工作面初次来压步距等于顶板初次跨落步距,周期来压步距与上位岩层密度、厚度和抗拉强度等参数有关;当基本顶上一层顶板的极限跨距大于基本顶的极限跨距时,工作面的初次来压步距将是基本顶前2次垮落步距之和,周期来压步距的确定还与支架工作阻力有关。     

薄基岩煤层覆岩裂隙演化的分形特征研究

为研究特厚松散层薄基岩煤层上覆岩层在采动影响下裂隙的发育演化规律,结合赵固一矿11011工作面地质条件和开采技术条件,采用相似材料模拟试验模拟了覆岩裂隙演化的全过程,并利用分形几何理论研究了裂隙网络分形维数与工作面推进度、矿山压力、覆岩下沉、上三带之间的关系。研究结果表明:采动所形成的裂隙网络可以较好的表征岩体的结构特征;裂隙的形成、发育、扩展、分布具有较好的自相似性和分形特征,可以用分形维数描述裂隙网络的二维空间特征;裂隙网络分形维数随着开采宽度的增加而增加,但增加趋势逐渐减缓;分形维数与矿山压力、覆岩下沉之间呈非线性关系;分形维数可以较好的表征上三带裂隙发育特征.     

寺河二号井“两硬”工作面覆岩活动规律相似模拟试验研究

针对寺河矿二号井围岩地质条件,采用相似模拟试验手段,研究上覆岩层运移规律,分析采场支承压力变化特征,解决底板坚硬难控制问题。研究结果表明,基本顶初次来压步距达到38 m,周期来压步距16 m。采动裂隙场是控制覆岩稳定性的主要因素,采场支承压力变化呈现出分区特征,超前应力峰值出现在煤壁前方10 m处。     

采空区下坚硬顶板动压显现特征及控制技术

为解决采空区下工作面悬顶距离过长的问题,采用了现场观测、数值模拟、试验研究等手段,在分析采空区下坚硬顶板的矿压显现特征的基础上,提出了坚硬顶板控制技术。分析可知二2煤层工作面的第1岩梁、第2岩梁平均周期来压步距分别为33、40 m,初次来压期间支架的动载系数达1.8,周期来压期间为1.42~1.65;利用UDEC2D数值模拟软件,对3213(1)工作面顶板运移情况进行分析可得到采空区下不同坚硬岩层间的裂隙发育情况、破断形式、动压显现特征以及离层情况;通过采用深孔爆破强制放顶技术可使坚硬岩层内部产生了大量的导通裂隙空间,该技术可使第1岩梁的初次来压步距缩短为21.1 m,第2岩梁初来压步距缩短为27.2 m,有效防治了悬顶距离过长的问题。     

特厚煤层大采高开采覆岩运动与矿压显现特征分析

为更深入了解特厚煤层大采高开采覆岩运动与矿压显现特征,采用数值模拟以及现场矿压监测方法,分析了大柳塔煤矿大采高开采覆岩移动、矿压显现以及支架工作阻力特征。结果表明:支架顶梁应力振幅可用于判断采场支架来压状态和覆岩破断剧烈程度;工作面推进50 m处基本顶小范围分层破坏;爆破预裂使基本顶形成不对称拱结构,拱结构破坏使基本顶岩层内水平应力减小,垂直应力升高,形成工作面初次来压,来压步距88 m;基本顶上部铰接结构使基本顶岩层内水平应力升高,垂直应力降低,下部悬臂结构破断导致第2次来压,来压步距25 m;铰接结构破坏使基本顶岩层内水平应力和垂直应力均升高导致第3次来压,来压步距20 m;基本顶拱结构和铰接结构失稳引起来压强烈,覆岩破断延伸至地表。