浅埋中硬特厚煤层综放工作面覆岩运动破坏规律研究

以酸刺沟煤矿为试验矿井,采用深基点和数值模拟试验对采动覆岩运动破坏规律进行研究。数据结果表明:酸刺沟煤矿综放开采覆岩两带高度分别为49m和133m;从煤层至地表,随着埋深的减小,岩层起始运动时间滞后,且除部分基点外,基点的绝对位移量整体呈降低趋势;覆岩运动时期,基点多呈现1~4个不等的波峰值,其中,3个钻孔中,ZS1钻孔覆岩运动绝对速度值最大,约1480mm/h,说明工作面覆岩存在短时间急剧下沉形式和长时间阶段非均匀下沉2种形式。     

厚黄土下综放高强度开采地表沉陷与覆岩破坏实测

为研究厚黄土下厚煤层综放开采地表沉陷和覆岩破坏规律,通过在工作面地表建立岩移观测站和地面钻孔水文勘探,进行了地表沉陷变形实测和覆岩破坏高度钻探测定。总结研究地表岩移观测站实测资料和覆岩破坏探测钻孔水文观测资料,得出厚黄土综放高强度条件下地表沉陷剧烈,曲线较陡,在下沉盆地边缘沉陷变形曲线收敛较慢,最大下沉速度偏大,采动影响范围偏远;覆岩破坏探测结果显示综放覆岩破坏异常发育,导水裂缝带高度与综放采厚近似成正比,裂高采厚比例系数平均为19.75。研究成果为黄土区综放地表开采损害防治和水体下采煤及顶板水害防治提供技术支撑。     

大采深综放开采覆岩移动规律离散元数值模拟研究

为研究大采深综放开采条件下地表移动变形过程中上覆岩层的演化机理,在分析陈家沟煤矿八采区8512,8513综放工作面地表移动观测数据的基础上,确定了覆岩关键层特征参数及其控制作用,并应用3DEC离散元数值模拟软件,模拟同等开采条件下,多工作面开采后覆岩移动变形特征。通过方差与回归分析法分析模拟数据与实测数据的置信度为0.95,保证了模拟参数的科学性与合理性。模拟结果表明:工作面宽深比为0.24时,关键层2以下的岩层均断裂破坏,关键层2起着控制覆岩沉陷的作用,关键层2以上岩层在移动过程中还会出现离层结构,到达地表的沉陷量小于关键层2的挠曲量;工作面宽深比为0.48时,关键层2底部破断、结构失稳,会产生下沉突变;工作面宽深比为0.72时,关键层2完全破断,但由于关键层2上覆厚泥岩的作用,抑制导水裂缝带的发育,发育高度基本趋于稳定,高度为196 m,裂采比为16.3;工作面宽深比为0.96时,覆岩关键层2与其下伏岩层之间的离层闭合,关键层2的铰接结构范围在横向扩展的同时也伴随着整体下沉,关键层2下伏岩层破断后持续密实到一定程度之后,就不再继续下沉,只是随着开采范围扩大,下沉盆地横向发育,此时地表基本达到充分采动状态。此成果能够为该矿"三下开采"评价提供理论依据,为后期开采提供科学性指导,为大采深综放开采条件下地表移动变形规律提供理论参考。     

浅埋深薄基岩综放覆岩运移规律的埋深效应研究

采用相似模拟实验的方法,研究了浅埋深薄基岩条件下综放开采覆岩运移规律的埋深效应,结果表明:浅埋深薄基岩条件下,虽然埋深不同,综放采场覆岩均形成了稳定的"悬臂梁+铰接岩梁+拱"结构,松散层和地表会随着"铰接岩梁"周期性失稳而滞后工作面成整体切落式垮落,地面出现台阶式下沉,工作面与地表沟通,进而直接破坏覆岩含水层和地表水系,生态环境遭受严重的破坏;随着埋深的增加,地表最大下沉值增加,最大下沉量位置距工作面的距离增大。     

重复采动工作面覆岩移动规律的数值模拟研究

文章以布尔台煤矿42105综放工作面为研究背景,采用CDEM数值模拟软件,就重复采动条件下综放工作面覆岩移动规律进行了模拟研究,得到了工作面矿压显现的主要特征:4-2煤层破断步距为40 m;周期来压步距范围为14~24 m,平均步距为18 m。42105工作面下位关键层在直接顶跨落后物质的充填作用下,极限垮落距小于允许下沉量,从而形成砌体梁结构。     

采动覆岩与地表下沉关系模型及离层量估算方法

地下开采可能导致地表沉陷、基础设施损毁、土地破坏或地面积水等,进而诱发生态环境恶化。而采空区固体充填和覆岩离层注浆是控制岩层移动,减小采动损害的有效技术手段。传统的覆岩离层注浆往往采用关键层理论、数值模拟、相似材料模型实验和理论分析手段,因涉及的物理力学参数多、边界条件限制等,计算过程复杂,仅能给出离层层位,难以定量确定离层量。开采沉陷研究表明,采动覆岩与地表移动方向指向采空中心,移动边界可以简化为线性边界,基于下沉盆地主断面上地表下沉与任一覆岩下沉的面积相等和煤系地层的层状特征,构建了采动覆岩与地表下沉的关系模型,较好地反映了覆岩与地表下沉随边界角、工作面宽度、开采深度的发展演化规律。采动覆岩与地表下沉比值随埋藏深度增加而增大,反映了采动下沉效应从顶板向覆岩、地表的传递规律;随着宽深比的增加,同一层位岩层下沉与地表下沉比值减小,地表下沉增大;当边界角减小时,地表下沉范围增大,地表下沉值减小。结合钻孔揭示的覆岩结构与组合,可以逐层计算上覆岩层和地表的下沉值,利用两相邻岩层下沉的非一致性,可以确定各岩层间的离层量,通过计算导水裂隙带高度,剔除导水裂隙带内无法形成封闭充填空间的无效离层,进...     

浅埋特厚煤层综放工作面覆岩运动破坏规律研究

覆岩运动破坏规律对保护生态及矿井的安全生产具有重要意义。以酸刺沟煤矿为试验矿井,采用深基点和数值模拟试验对采动覆岩运动破坏规律进行研究。结果表明:酸刺沟煤矿综放开采覆岩两带高度分别为49.24 m和133.62 m,从煤层至地表,随着埋深的减小,岩层起始运动时间滞后,说明覆岩运动是自下往上逐渐发展的,且基点的相对位移量整体呈降低趋势。     

浅埋深特厚煤层综放开采覆岩破坏规律研究

浅埋深特厚煤层综放开采有可能使采动裂隙导通地表,对地面及井下作业构成威胁。通过综放开采覆岩破坏高度的理论计算和计算机数值模拟,以国投哈密一矿7#煤层为典型案例,对浅埋深特厚煤层综放开采覆岩的移动破坏规律进行研究,为相似条件下特厚煤层综放开采的安全实施提供借鉴。     

综采工作面上覆岩层运动特征试验研究

采用钻孔深基点现场实测法对综采工作面上覆岩层运动特征进行试验研究,以中岭煤矿综采工作面为例进行数据实测。通过对实测结果进行位移分析和速度分析,得出试验研究矿井综采工作面采动后上覆岩层总体呈阶段性非均匀下沉的运动形式;内部岩层断裂落差不大,地表未出现明显的大落差断裂;上覆岩层的绝对位移量由地表至煤层顶板逐渐增大,地表初始位移产生在工作面前方,内部岩体初始位移出现在工作面后方,并且移动速度呈非均匀的阶段分布特征;上覆岩层在采动后产生了明显永久性离层,离层厚度总量与综采工作面平均采高相比约为采高的0.36倍。     

特厚煤层大采高综放工作面端部覆岩活动规律研究

为了研究特厚煤层大采高综放工作面能否采用小煤柱沿空掘巷技术,以塔山煤矿特厚煤层8204大采高综放工作面为工程背景,采用地表下沉量观测、微震观测和理论分析的方法研究了大采高综放工作面端部覆岩活动范围、裂隙场分布、运动特征及结构特征。结果表明:15 m特厚煤层大采高综放工作面垮落带高度为43 m,断裂带高度为43~200 m,200 m以上岩层处于弯曲下沉带内;大采高综放工作面端部以垮落角、移动角为边界形成滑移破裂区、拉压裂隙区和压裂隙区3个裂隙发育区;采空区稳定前工作面端部形成"下位悬臂梁-上位砌体梁"结构,随着工作面推进,覆岩进一步运动下沉,采空区稳定后下位悬臂梁破断,形成三角形滑移区,上位关键层仍以砌体梁结构方式存在,并控制侧向应力场的分布。     

控制采动区桥梁移动变形方法研究

为研究采动区桥梁移动变形规律,根据地表及桥梁移动变形观测数据,采用概率积分法预测地表沉降,获得地表移动预计值.结合大平矿采矿地质条件和观测数据以及地表移动预测数据,设计采用覆岩离层多层位注浆法控制采动区地表下沉,并对覆岩层的变形规律、离层的动态发育与离层注浆减沉机理进行了分析,设计了注浆钻孔的间距、孔位、注浆层位、终孔...     

大采高综放工作面顶板破断特征及液压支架阻力确定

以神东矿区某矿大采高综放42105工作面为背景,采用现场实测、理论分析和相似模拟等方法对工作面矿压和顶板破断特征进行分析,并得出更合理的液压支架工作阻力。结果表明,随着采高的增大,覆岩最下位关键层易进入垮落带,不能形成"砌体梁"结构,呈现"悬臂梁"的周期破断特征。提出了重复采动下大采高综放面下位关键层以"悬臂梁"形式破断时支架工作阻力的确定方法,并依此确定了42105工作面支架的合理工作阻力为19 800 k N。     

浅埋深厚松散层综放工作面覆岩破坏监测技术

为得到浅埋深厚松散层工作面覆岩变形和破坏规律,在对阳湾沟煤矿6204综放工作面进行现场实测的基础上,采用孔间地震探测技术、地面钻孔电视窥视技术、覆岩内部位移监测技术和地表沉降监测技术等综合监测覆岩破坏情况,为确定裂隙带高度、判定垮落带和裂隙带的离层情况、掌握地表移动变形规律提供了一个新的技术手段。结果表明:在阳湾沟煤矿6204综放工作面裂隙发育带高度判定中,孔间地震探测和地面钻孔电视窥视监测结果基本一致,其裂隙带埋深分别为110、106m;覆岩内部位移监测和地表沉降监测一体化的监测技术揭示了覆岩自下而上的破坏特征,对于研究浅埋深、厚松散层下综采工作面的覆岩变形和破坏规律实用性较强。     

重复采动下煤矿采动活跃区地面井变形特征研究

为解决采动影响下的采场覆岩运动,尤其是重复采动影响导致地面井断孔率较高的问题,以分层开采条件下的工程环境为基础,通过建立平面相似模型,进行煤层的分层开挖、采场覆岩的剪切滑移和离层位移对地面井监测线的影响的连续监测,获得了地面井在重复采动影响下的变形特征:采动区地面井在重复采动影响下剪切变形呈现出"增大→减小→增大→减小"的反复错动的活动特征且下分层开采后地面井剪切滑移量较上分层开采后增大了30.12%;离层拉伸变形呈现出"增大→增大→增大→增大"的持续增加的活动特征且下分层开采后地面井离层拉伸变形与采厚比较上分层开采后增大了29.8%。同时,针对地面井变形规律提出了井身强化设计的防护思路。     

特厚煤层综放工作面地面抽采钻孔一孔多用方案研究

针对特厚煤层综放工作面地面钻孔瓦斯抽采技术,为了实现钻孔利用最大化和抽采效率最大化,在分析各种钻孔利用方式的基础上研究确定了适合塔山矿3-5煤层开采条件的钻孔利用方式。以该矿8203工作面为研究对象,根据相似模拟实验得到综放开采覆岩运动规律和工作面前方煤层支承压力分布规律,研究提出地面垂直钻孔"一孔多用"方案为在钻孔超前工作面20～25 m时进行采动卸压瓦斯抽采;在钻孔进入采空区0～180 m内进行采空区瓦斯抽采;钻孔进入采空区超过180 m后可停止采空区抽采,利用地面钻孔进行采空区自然发火防治。     

弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型研究及应用

弱胶结地层重复采动条件下的地表沉降特征对西部弱胶结矿区煤炭资源安全高效开采与生态修复具有十分重要的意义。采用理论分析、相似模拟、数值模拟及现场监测等方法,对弱胶结地层矿区重复采动条件下的覆岩运移规律及地表沉降模型进行了研究,并进行了工程应用。通过理论分析探讨了弱胶结岩石的碎胀性特征及重复采动覆岩运移对地表沉降的影响机制,建立了“弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型”,其中弱胶结岩石的碎胀系数、下层煤的采厚均与弱胶结地层重复采动地表最大下沉值之间呈线性关系。通过相似模拟、数值模拟分析了弱胶结地层重复采动覆岩与地表沉降特征。研究结果表明：弱胶结地层初次采动和重复采动覆岩离层高度发育规律基本一致,均呈现阶梯状上升;重复采动地表下沉曲线呈非对称性分布,最大下沉值偏于开切眼侧的规律;并给出了初次采动和重复采动后的覆岩最高发育高度、地表最大下沉值和地表下沉系数。采用已建立的地表最大沉降模型对现场地表最大下沉值进行预测,地表最大沉降模型预计值与工作面回采过程中现场实测值相近,验证了“弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型”的合理性,同时工作面回采结束后的地表最大下沉预计值可为现场实际工作提供参...     

山区沟谷地形采动覆岩移动变形数值模拟

针对山区沟谷地形条件下的开采沉陷问题,以山西宏盛煤矿为工程背景,采用UDEC数值模拟软件建立了沟谷地形条件下采动过程中覆岩与地表移动变形数值模型,重点分析了采动过程中覆岩与地表的力学损伤状态及位移变化.研究表明:采动程度对覆岩与地表的损伤状态具有重要影响,即采动程度越大,处于塑性破坏区的覆岩范围越大;沟谷地形地面坡度产生的附加水平移动对冲是形成谷底地表隆起的主要原因.     

重复采动地表非连续变形规律与机理研究

为获得地质构造发育区域在重复采动情况下地表非连续变形规律,采用现场观测、理论分析等手段对翟镇煤矿重复采动条件下地表非连续变形现象进行了研究.结果表明:翟镇煤矿地表非连续变形主要集中在矿井西部,沿地质构造发育并与工作面成一定角度,地表斑裂深度不大,裂缝宽度为300～600 mm,长度为320～2143 m,台阶下沉量0.4～2.4 m;特殊的覆岩结构、较小的采深采高比、采动引起的地质构造活化是并田西部产生地表非连续变形的重要条件;地表斑裂及台阶下沉现象受特殊覆岩结构、采深采高比影响,采动引起地质构造活化是地表非连续变形产生的诱导因素.     

喀斯特山区重复采动下地表沉陷预测研究

为保护矿区地表生态环境,提高喀斯特山区重复采动下地表沉陷变形的预测精度,首先理论分析了煤层采出后上覆岩层运移碎胀特征以及地表滑移机理,确定煤层采动引起山区地表移动变形的影响因素;在原有平地重复采动地表最大下沉值预测模型的基础上,考虑地表滑移对地表最大下沉值的叠加影响,构建了山区重复采动下地表最大下沉值预测模型,并结合数值模拟的方法,研究不同地面坡度下煤层采动对地表沉陷变形的影响;最后分别利用平地、山区重复采动下地表最大下沉值预测模型对采空区地表沉陷变形进行概率积分法预测,将预测结果与实测值进行对比分析.研究结果表明:基于山区重复采动下地表最大下沉值预测模型对采空区地表下沉值的预测精度较原有预测模型提高了1.4个百分点,水平移动值的测精度提高了4.3个百点分,表明山区重复采动下地表最大下沉值预测模型具有实用性,可为类似矿区的地表沉陷研究提供参考.     

重复采动条件下地表移动变形规律实测研究

为了揭示重复采动条件下地表沉陷变形规律,凤凰山煤矿在154309工作面上方建立了地表移动观测站。通过对岩移观测资料的分析研究,给出了重复开采时地表沉降曲线,获得了该地质采矿条件下地表移动变形预计参数和岩移角值,探讨了重复采动条件下地表移动变形特征。研究认为,重复采动条件下地表沉陷变形剧烈,下沉盆地陡峭,变形分布集中,地表下沉系数大,采动影响范围大。地表动态变形剧烈,下沉速度快,最大下沉速度为143.4mm/d,地表移动持续时间较短,活跃期约占地表移动持续时间的30.7%,其下沉量占地表总沉降量的96.3%。