特厚煤层综放开采覆岩结构及矿压显现特征分析

为确定特厚煤层综放开采顶板的结构特征与矿压显现特征,以大同煤矿集团增子坊煤矿5300综放工作面为基础,对采场顶板的结构与矿压显现规律进行了研究。结果表明,采场基本顶粗砂岩岩层为顶板的关键岩层,对顶板的运动起主导性作用,通过对工作面回采200 m内支架工作阻力的监测得出,工作面的初次来压步距约为31. 6 m,周期来压步距平均约为25. 4 m,来压动载系数平均为1. 39,矿压显现强度较大,但来压时的载荷未超过液压支架的最大工作阻力,因此可确保工作面的正常回采。     

浅埋采场矿压及覆岩破断规律

通过对补连塔煤矿２２１１工作面的大型立体相似模拟实验及现场矿压观测，得出了浅埋深（≤１１０ｍ）、薄基岩、厚松散层下开采工作面矿压显现规律，并分析了当基岩厚度与采高之比ｋｍ≥１５时覆岩运动破断规律，对此种条件下煤层开采提供了理论依据。     

不连沟煤矿巨厚煤层综放开采覆岩运移规律研究

 为了研究在内蒙古地区比浅埋煤层埋藏更深煤层在开采过程中的覆岩运移特征,以内蒙古不连沟煤矿F6201综放面为工程背景,运用理论分析和现场观测相结合的手段,对其矿压显现与覆岩运移规律进行了研究。研究表明：F6201工作面亚关键层(基本顶)属台阶岩梁结构,呈现滑落失稳形式;主关键层垮落滞后于基本顶破断,同样以滑落失稳形式出现。由于主关键层与亚关键层破断的不同步性,导致工作面来压步距出现大小间隔现象。     

首采工作面覆岩矿压显现特征研究

运用UDEC数值模拟、现场矿压实测等综合研究手段,对12326工作面矿压显现及覆岩移动破坏特征进行研究。研究表明:工作面煤壁前方周期来压时支撑压力集中系数最大值为2.36;切眼位置与工作面位置下沉曲线呈现不对称;超前支护范围控制在35 m左右。     

近距离亚关键层大采高综放开采覆岩失稳机制及矿压规律

为研究郭家河煤矿覆岩破断失稳机理及矿压显现规律,综合运用关键层理论、断裂力学、相似试验及现场实测等多种方法,对老顶与亚关键层的失稳条件、破断形式、工作面来压特性进行了分析。结果表明:在当前开采条件下,老顶发生切落失稳,亚关键层发生回转变形失稳,工作面呈现"大来压"与"小来压"特性,降低采放比可有效减小矿压显现程度。     

厚硬岩层下孤岛工作面开采“T”型覆岩结构与动压演化特征

为研究厚硬岩层下孤岛工作面开采对强矿震或冲击矿压的影响,理论分析鲍店矿103上05孤岛工作面厚硬覆岩空间结构及其破断运动对矿震活动的影响,并对孤岛面开采的冲击矿压危险性进行了动态评价。研究表明:103上05工作面在竖向剖面上为一非对称"T"型孤岛覆岩结构,其长臂侧易出现关键层大尺度破断运动,诱发强矿震与冲击矿压的危险性较高;在水平层面上亚关键层破断形成"O"型断裂结构,巨厚主关键层则以大尺度"OX"模式分层破断。各级关键层的逐级破断与运动是矿震活动的主要动力源。根据微震实测,矿震活动多集中在"T"型结构长臂侧,尤其是能量大于105J的强矿震主要出现在103上06采空区与103上05工作面巨厚主关键层中,并表现出很高的S,P波能量比。通过波速梯度异常区的动态反演,对"T"型孤岛面覆岩运动的动压危险性进行评价,效果良好。同时,分别进行煤层静载预卸压与低位顶板走向步距式超前预裂,降低了强矿震活动对煤体的冲击扰动效应。     

煤矿覆岩空间结构演化与诱冲机制研究

煤层开采后,上覆岩层发生破断运动,对巷道和回采工作面施加静载荷和动载荷,诱发煤层顶板和冲击矿压灾害。而上覆岩层的运动不仅是单个工作面回采的结果,也可能是多个工作面回采共同作用的结果。微震监测表明,对于采用小煤柱护巷,尤其是覆岩中存在厚层坚硬关键层的矿井,冲击矿压震源往往集中在相邻采空区中的厚硬岩层中,说明煤矿覆岩在空间上存在着结构,并且采空范围(边界条件)不同,覆岩的空间结构是动态演化的。空间结构演化与失稳过程中造成的冲击矿压动力灾害称为覆岩空间结构失稳型冲击矿压。为了揭示此类冲击矿压的机理,提出煤矿覆岩空间结构演化与诱冲机制,并采用实验室物理模拟试验、FLAC3D数值模拟试验、理论分析和工程实践4种方法进行研究。煤矿覆岩破断后的形态是空间结构,空间结构的形成与失稳是动态演化的。煤矿覆岩在层面方向上各关键层破断成"O-X"形态,不同层位的"OX"结构形态空间上形成柱台体,与之相邻的边界覆岩在竖向剖面上形成"F"型结构。覆岩层面方向破坏的"OX"结构向上发展,剖面方向上的"F"结构也会发生破断失稳。因此,"OX"与"F"结构及其相互转化构成了煤矿覆岩的整体空间结构形态,"OX"与"F"结构的形成与失稳不断进行,称为煤矿覆岩空间结构的动态演化循环。考虑顶板断裂线、煤柱稳定性与动态破坏3个因素,给出覆岩空间结构动态演化的条件判据,根据工作面受"OX"与"F"的影响程度不同,将工作面分为"OX","F"及"T"型空间结构工作面,并根据关键层的破断特征进行详细分类。通过实验室相似材料试验,模拟多工作面连续回采时"OX","F","T"型工作面的空间结构的形成与演化规律。FLAC3D模拟表明覆岩性质不变的情况下,采空区范围不同,煤层应力集中程度的规律为:短臂对称"T">非对称"T">短臂"F">长臂对称"T">长臂"F">"OX",而关键层的来压次数则是长臂结构>短臂结构。"OX"工作面应力集中随工作面宽度线性增大;短臂"F"工作面,长度增加有利于整个工作面范围内支承压力的降低;长臂"F"工作面,工作面加大,端头支承压力将降低,中部支承压力将升高;孤岛"T"工作面加大工作面宽度对工作面端头与中部的应力降低均有作用。基于弹性板与关键层理论,分析了"OX"结构破断与形成过程,给出了基于纳维解法的应力精确解,提出了"F"结构存在主动与被动两种失稳模式,被动失稳能导致下位结构呈整体滑落失稳,失稳速度快,厚度大,冲击力强,危险程度高于主动失稳过程。覆岩空间结构失稳型冲击矿压的本质为动静组合加载的复合型冲击。从应力、能量与震动效应构建了表示冲击发生的判据。动静组合加载的模拟表明,在动静载之和相等的情况下,高静载+低动载的组合方式冲击危险性高于低静载+高动载的组合。针对覆岩空间结构失稳型冲击矿压的特点,建立了以动静载应力场监测为基础,以空下巷道布置、定向高压水力致裂为关键技术的预防体系,通过济三煤矿"F"工作面63下05与"T"工作面163下02C的防冲实践验证了论文提出的覆岩空间演化诱冲机制能够有效地指导现场防冲工作。     

综放工作面覆岩结构型式及矿压显现

本文依据现场实测、相似模拟实验和有限元分析结果，初步建立了综放采场的上覆岩层结构模型，可以较好地解释不同开采条件下放顶煤工作面的某些矿山压力现象，并据此对徐州三河尖煤矿７１３１综放面的顶板活动及矿压显现进行了预测预报，取得了满意的效果。     

特厚煤层开采坚硬顶板覆岩结构及其演化特征分析

特厚煤层开采形成了大空间采场,坚硬顶板断裂扰动波及范围广,工作面来压具有强矿压特征,尤其当煤层顶板“见方”开采期间,采场矿压作用更加强烈。据此,采用现场实测和物理三维相似模拟方法,探讨了特厚煤层开采覆岩扰动高度及坚硬顶板断裂特征。首先基于现场实测研究分析了覆岩破断失稳规律,实测结果表明,特厚煤层开采过程中,煤层顶板存在超前断裂现象。伴随工作面的推进,顶板初始运动主要是围绕断裂线近区基点旋转下沉,滞后工作面一定距离;地表岩移观测结果表明,特厚煤层顶板分层构成顶板群组并产生组合运动,具有层位运动特点,且伴随工作面推进,层位顶板运动存在阶跃现象。基于地表裂缝形态及钻孔多点岩移观测反演,揭示了特厚煤层开采过程中的顶板断裂及运动特征,认为特厚煤层开采覆岩扰动高度大,坚硬顶板断裂具有转向特征,伴随煤层开采推进,由低位顶板层位的横向“O-X”断裂逐渐向高位硬岩的纵向“O-X”断裂转向;特厚煤层坚硬顶板开始发生断裂转向的临界位置即所谓的煤层开采“见方”区,合理解释了工作面开采的“见方”来压现象;高位顶板纵向断裂尺寸大,扰动影响范围广,是诱发采场强矿压的主要因素,确定了特厚煤层采后覆岩“低-中-高”层位...     

多坚硬层覆岩结构条件下采场异常矿压形成机理探析

以徐州矿务集团有限公司垞城煤矿22109工作面压架事故为背景,基于砌体梁、关键层、"S-R"稳定性理论,综合分析了4起采场异常矿压显现特征,通过采场覆岩空间结构对比,覆岩运动规律计算验证,揭示了多坚硬层结构覆岩条件下采场"双滑落失稳矿压异常显现"机理,明确了多坚硬层覆岩结构条件下采场异常矿压预测与技术控制方向。     

覆岩结构对冲击矿压的影响及其微震监测

为了研究覆岩结构对冲击矿压的影响,以关键层理论为基础对某煤矿上覆岩层结构进行了划分,并利用微震监测技术对巨厚上覆岩层破断规律进行了分析,研究结果认为对上覆岩层可根据岩性、厚度不同划分成不同级别的关键层结构,这些结构初次破断形成的"O-X"型破断结构有主亚之分.大尺度的覆岩结构在破断过程中释放巨大能量形成矿震,是冲击矿压...     

寺河矿采场覆岩结构及运动规律数值模拟研究

应用"关键层"理论与离散元数值模拟相结合,研究寺河矿大采高综采采场覆岩结构及运动规律,结果表明,顶板离层量的增加、顶板断裂线的前移是大采高工作面覆岩运动的两个特征.     

上覆岩层破坏高度影响因素的灰关联分析

地下采煤中“三带”高度的确定是进行邻近层或采空区瓦斯抽放钻孔布置的主要依据,而准确地预测“三带”高度,就必须弄清其影响因素。为此,不仅对覆岩破坏高度的影响因素进行了定性分析,同时运用灰色理论知识分析这些影响因素对覆岩破坏高度的影响程度,深化了对覆岩破坏影响因素的认识。     

焦坪矿区覆岩破坏规律及致灾研究

铜川焦坪矿区4-2煤层上覆岩层中有厚达300m的巨厚砾岩层,巨厚砾岩层在采动影响下一旦失稳,将导致包括地表山体滑坡、采空区瓦斯急剧涌出和矿震或冲击矿压等一系列难以控制的灾害。铜川矿务局采用留设区段大煤柱的部分开采方法控制覆岩运动,以确保巨厚砾岩层的稳定。为此,对留设区段大煤柱条件下的覆岩破坏规律进行了数值模拟研究,结果表明留设区段大煤柱的部分开采方法能有效地控制覆岩运动的范围和规模。在此基础上分析了巨厚砾岩的稳定性取决于区段大煤柱的稳定性并提出了灾害防治的措施。     

上覆岩层阶段性活动规律实测研究

为得到桃园煤矿上行卸压开采上覆岩层活动规律以及巷道工程开挖时机,采用长度137m深孔位移监测和受采动巷道围岩收敛监测等多种手段相结合,长期跟踪覆岩活动情况。结果表明:上覆岩层活动具有阶段性,第一阶段为活动剧烈期,以裂缝带内岩层活动为主,持续时间约90d;第二阶段为活动缓和期,以弯曲下沉带内岩层活动为主,持续时间约75 d;之后为岩层活动稳定期;受采动影响的巷道呈阶段性滞后响应特征;上覆岩层活动稳定时间为采后165 d,巷道开挖最佳时机为采后165~180d。     

长壁面膏体充填采场覆岩结构及其运动演化规律

采用相似材料模拟方法,研究了长壁工作面膏体充填采场覆岩结构演化和覆岩移动规律,研究结果表明:充填采场覆岩结构演化和覆岩移动有别于常规采场,充填采场覆岩结构主要是以拱的形式进行演化,而不是铰接岩梁的形式;覆岩移动则主要是以离层的形式由下向上逐渐发展,并且上位岩层的离层是在下位岩层离层闭合的基础上产生的。     

大采高采场覆岩整体结构及控制研究

通过对相似模拟及数值模拟成果研究,深入分析了大采高采场破坏,运动规律的力学分区,构建了大采高采场覆岩整体结构模型,为采场围岩控制提供了理论依据并给出了顶板控制方案。     

海域覆岩岩性结构特征及隔水性能研究

覆岩岩性结构及特征决定着隔水层的隔水性能、隔水能力及导水裂缝带发育高度。隔水层的隔水能力一般取决于隔水层的厚度、岩性组合关系和岩石强度等因素。从覆岩岩石的强度特征、岩石的物理力学性质、水理性质等指标,研究了覆岩的岩性结构特征;从岩石的强度、各向异性、流变性及膨胀性,对覆岩的隔水性能进行研究。认为北皂海域地层结构为软弱-软弱结构,覆岩类型属软弱-极软弱类型。岩层稳定性差,亲水性强,膨胀量大,增强了覆岩隔水性能。     

巨厚岩浆岩下开采覆岩移动规律及采场压力变异性分析

应用UDEC2D计算软件,对济宁二号煤矿巨厚岩浆岩下煤层开采的覆岩移动规律及采场压力变异性进行了数值模拟,揭示了在开采过程中采场覆岩移动规律、工作面支承压力和支架阻力的变异性,系统分析了岩浆岩层作为关键控制层对覆岩移动和采场压力的影响。     

采场覆岩移动矿压显现规律数值模拟

根据研究区的实际地质和开采条件,运用FLAC3D数值模拟软件,建立煤层采动过程中应力场及覆岩运移规律的三维数值模型,模拟在1232(3)工作面和1242(1)工作面采动影响下,开采1242(3)工作面时矿山压力显现规律,为1242(3)工作面安全生产提供理论依据。