浅埋房式采空区下煤层长壁工作面矿压显现特征研究

针对高头窑煤矿G3-1102工作面回采期间矿压显现剧烈的现象,揭示了浅埋房式采空区下煤层长壁工作面矿压显现特征规律,研究了浅埋煤层回采工作面液压支架压架灾害发生的机理,对高头窑煤矿安全高效生产有一定意义。     

浅埋煤层的矿压特征与浅埋煤层定义

根据3个不同条件的浅埋煤层工作面矿压实测，得出了中国特大浅埋矿区顶板破断规律与普通采场不同，主要特征是顶板切落式破断和台阶下沉，顶板垮落一般形成冒落带和裂隙带。并初步提出了以关键层、基载比和埋深为指标的浅埋煤层定义，为正确建立顶板结构模型和进行顶板控制奠定了基础。     

浅埋煤层覆岩隔水性与保水开采分类

 通过陕北浅埋煤层保水开采的模拟研究与采动损害实测,揭示采动覆岩裂隙主要由上行裂隙和下行裂隙构成,采动裂隙带的导通性决定着覆岩隔水层的隔水性。实验分析上行裂隙带发育高度的计算公式,模拟测定下行裂隙带的发育深度。基于采动裂隙发育程度与采高和隔水岩组的关系,提出以隔采比为指标的隔水性判据,由此将保水开采分为自然保水开采、可控保水开采和特殊保水开采3类,为浅埋煤层保水开采提供科学依据。     

浅埋房式采空区下长壁采场动载矿压发生机制

为了揭示浅埋房式采空区对下位煤层开采矿压显现的控制机制,降低工作面过房式采空区的动压显现强度和压架风险,以神东矿区霍洛湾煤矿2-2煤层房式采空区下3-1煤层长壁开采工作面动压特征为研究对象,将3-1煤层覆岩结构分为四类,利用理论分析和相似材料模拟等方法,系统研究了不同覆岩结构类型运动特征、力学模型及对3-1煤层长壁工作面的动压控制机制。结果表明:房式采空区稳定房柱下易形成上下位关键层双悬臂梁结构,双悬臂梁结构协同失稳是形成动载矿压的主要原因;房柱失稳区主关键层形成的不稳定砌体梁结构及靠近大煤柱未失稳的房柱随下位煤层开采滑落失稳是导致长壁工作面动载矿压发生的原因;当3-1煤层工作面上覆前方为房柱失稳区时,工作面推出集中煤柱时的动载矿压是由于大煤柱两侧关键块已提前滑落失稳,两关键块间无作用力,倒梯形岩柱与亚关键层联合失稳作用结果;当3-1煤层工作面上覆前方为房柱稳定区时,工作面推出集中煤柱时,动载矿压是由房柱失稳所致。     

山地浅埋煤层工作面支架合理工作阻力研究

针对山地浅埋煤层开采过程中工作面出现的矿压显现强烈,支架被压死或支架尾梁与顶梁分离等现象,通过建立山地浅埋煤层基本顶初次垮落时岩块触矸前控制基本顶滑落失稳的结构力学模型对山地浅埋煤层开采工作面支架合理工作阻力进行了研究。研究表明:山地浅埋煤层开采过程中基本顶出现滑落失稳的可能性相对较大,且基本顶的初次破断具有不对称性,通过计算得出发耳井田1、3煤层山地浅埋煤层工作面液压支架工作阻力应大于5 773 kN。     

双系煤层孤岛结构对工作面矿压显现影响研究

为了确定大同矿区侏罗系煤层群开采形成的孤岛覆岩结构对石炭二叠系工作面开采矿压显现的影响,以同忻矿8104、8106工作面为研究对象,通过理论分析确定侏罗系煤层群开采孤岛覆岩结构的形成条件,构建FLAC^3D数值模型,分析孤岛覆岩结构对石炭系煤层应力控制及矿压显现特征,并结合微震监测数据进行了合理验证。研究表明:当侏罗系煤层遗留煤柱宽度≥22.3 m时可形成孤岛覆岩结构,煤柱宽度为80 m时,孤岛覆岩结构对石炭系煤层工作面影响达到峰值;数值模拟说明8106工作面及5105巷道受到孤岛覆岩结构影响,其矿压显现强度及范围明显增大,围岩应力最大增至40 MPa;微震监测显示8104工作面推进孤岛覆岩结构过程中,个别微震事件能量级别达到了10⁶ J,具备了诱发冲击地压发生能量条件。     

浅埋深极松软顶板采场矿压显现规律研究

分析了印度PVK矿Queen煤层开采的采场矿压显现规律。浅埋深极松软顶板难以形成“梁”或“板”结构，随着开采，将形成“压力拱”结构：当采场推进到一定距离时，拱结构失稳破坏，产生初次来压；当拱顶高度接近地表时，压力拱主结构内岩体失稳破坏，引起工作面更剧烈来压，同时，拱外次结构内岩体随之破坏，引起地表下沉：压力拱结构周期性失稳并前移，引起工作面周期来压。研究结果合理解释了项板极其松软、矿山压力显现且相当剧烈的现象，对国内类似开采条件下的矿压显现规律研究可资参考。     

综放面覆岩运动诱发冲击矿压机制研究

 基于砌体梁理论提出综放面覆岩运动的双向发展模式,分析综放面冲击矿压的能量来源和力源,利用微震监测技术对综放面覆岩运动的矿震效应进行监测。结果表明：覆岩运动的矿震活动呈周期性,冲击发生前矿震能量持续增大,冲击发生时达最大值,之后产生突降;冲击发生前,矿震频次先增大后有一定程度减小,冲击发生在频次下降沿,之后急剧下降;平均标高能够反映覆岩运动的空间形态,冲击发生前,平均标高逐渐增大,冲击发生或临近发生时,达到最大值,之后产生突降;矿震活动周期内,矿震空间分布先逐渐向上层位发展,冲击发生前,矿震空间分布达到最大值,工作面近距离岩层矿震活动强烈。指出综放面冲击矿压主要发生在覆岩运动下发展过程,可通过覆岩运动上发展过程的监测预防冲击矿压。     

覆岩厚度变化应力异常机制及冲击矿压诱发机理

顶板覆岩结构是影响煤矿冲击矿压发生的主要因素之一,在坚硬覆岩厚度变化区也容易诱发冲击矿压,这一现象在内蒙深部矿区逐渐凸显。基于弹性力学理论分析了覆岩厚度变化区煤层应力异常的力学机制,采用FLAC3D数值模拟方法研究了覆岩厚度变化对煤层应力分布特征和能量演化的影响规律,揭示了坚硬覆岩厚度变化区煤层开采诱发冲击矿压的机理。研究结果表明：坚硬覆岩较厚区的构造应力比较薄区大,覆岩厚度变化越大或覆岩性质差异越大,构造应力变化越大;工作面在覆岩厚度变化区开采时,受超前支承压力与突变的构造应力叠加影响,覆岩厚度变化区至较厚区应力集中程度较大,该区域积聚的弹性能主要向工作面前方巷道释放,冲击矿压危险更大。两例覆岩厚度变化区工程案例分析表明,在坚硬覆岩厚度变化区及变化区向较厚区过渡时微震事件分布较多,能量释放剧烈,巷道破坏明显,与理论分析较为吻合。     

煤矿覆岩空间结构OX-F-T演化规律研究

 煤矿工作面高强度、大尺度快速推进,导致采场覆岩运动范围增大,空间结构复杂。多工作面情况下,工作面与采空区覆岩结构协同运动,相互影响,造成的矿山动力灾害,称之为覆岩空间结构失稳型动力灾害。根据工作面上覆岩层边界状态的不同,将覆岩空间结构分为OX,F与T型3类。研究OX-F-T演化特征,即顶板O-X破断形成的OX结构为覆岩基本形式,同时又作为相邻工作面的边界条件,一侧为OX结构形成F型覆岩结构,两侧存在OX则形成T型覆岩结构。阐述不同结构的断裂运动规律,并将各结构进行详细分类。利用现场SOS微震监测系统,分别选取代表OX,F与T覆岩结构的单一工作面、双工作面、孤岛工作面,分析各工作面开采过程中的震源分布规律。针对不同覆岩结构特征,提出不同的防治措施,为冲击震动的预防工作提供理论指导。     

深厚覆盖层中竖井井壁土压力研究

在深厚覆盖层中的超深竖井设计和施工中,覆盖压力的计算和评估是一大难题。为此,结合某深厚覆盖层超深竖井工程,借助离心机试验对竖井井壁进行模拟,并通过与井壁覆盖压力实测值的对比,讨论了覆盖压力随深度的变化规律,为超深竖井井壁结构设计提供了必要的理论支持。     

建于浅覆盖强风化层上的施工栈桥结构分析

某高速接线工程使用临时钢栈桥进行运梁,为检验钢栈桥的承载能力和安全性,对钢栈桥进行相应的荷载试验和数值模拟。栈桥的荷载试验和数值模拟发现,钢栈桥的上下部结构均满足强度要求,并且发现钢栈桥的钢管桩结构存在由于弯曲变形和风、水荷载引起的拉应力。荷载试验和数值模拟证明,钢栈桥的强度和刚度满足施工安全性和使用要求。     

浅埋偏压小净距隧道围岩压力分布与围岩控制

根据浅埋偏压小净距隧道受力特点,研究推导了考虑施工工序及地形坡度的浅埋偏压小净距隧道围岩压力计算公式。分析了考虑不同地形坡度及同一坡度不同埋深2种工况下地形坡度及埋深对围岩破裂范围、水平侧应力、拱顶压力的影响规律,并指出了浅埋偏压小净距隧道围岩压力在考虑地形坡度下与水平地表下分布规律的差异,建立了3DEC数值模型以对上述理论规律进行验证,结果表明,数值分析规律与理论推导计算规律相吻合。将理论计算公式应用于马嘴隧道出口浅埋段隧道稳定性计算,由计算所得围岩稳定性系数及现场隧道变形监测结果提出隧道围岩及地表稳定性处理措施。     

超厚覆盖层大直径嵌岩灌注桩施工技术研究

以实际工程为例,对超厚覆盖层大直径嵌岩灌注桩施工技术进行研究.施工中,选用全液压反循环钻机成孔,针对桩孔上部覆盖层及中、微风化基岩采用配备相应的钻头进行液压加压回转钻进,并进行大流量泵吸反循环排渣,钢筋笼及灌注导管安装到位后,及时安排二次清孔,达到了成孔速度快、成桩质量好的效果.     

浅埋软岩隧道开挖围岩变形非线性模拟分析

由于隧道施工过程和开挖顺序的不同都会引起各自不同的应力和应变的非线性历程,最终导致不同的力学效应,特别是软弱围岩隧道,其力学效应表现的更加显著.结合沿海地区软弱围岩浅埋暗挖矩形隧道施工,使用有限差分软件（FLAC）对分部开挖进行非线性数值模拟,研究矩形隧道软弱围岩在开挖过程中大变形的机理.分析结果表明,围岩和初期支护的应力应变是非线性不可逆过程,其开挖方案应采用软弱围岩非线形大变形力学设计方法,以确保开挖施工安全.     

浅埋隧道围岩压力计算方法

提出一种基于位移反分析法原理的浅埋隧道围岩压力计算方法,该方法克服了传统计算方法依赖于经验围岩力学参数的不足。通过分析双侧壁导坑法中隧道的截面结构,提出合理假设并建立力学模型,然后建立新的侧壁、围岩的收敛变形与围岩压力之间的关系,由现场监测数据整理得到收敛变形反算求得水平围岩压力与垂直围岩压力,并以祥岭隧道为例,对该方法进行验证。研究结果表明:(1)基于位移反分析原理推导的围岩压力计算方法,利用现场监测数据反算求得围岩压力相较于规范依赖经验参数的计算方法,更准确、更能代表隧道的实际围岩压力;(2)在实际工程施工中,相较于围岩力学参数,隧道的收敛变形数据更易获得,计算更方便;(3)对祥岭隧道进行实例计算求得的围岩计算摩擦角以及最后求得的围岩压力都在规范推荐范围之内,说明本文的计算方法是可行的。该计算方法在隧道工程实践中,对于准确计算隧道开挖过程中的围岩压力以保证施工的安全、顺利完成有重要意义。     

土压平衡盾构在坚硬岩地层掘进技术研究

土压平衡盾构在坚硬岩层掘进存在一定的局限性,当采用土压平衡盾构推坚硬岩时,需从盾构刀盘、刀具合理配置、盾构掘进参数的合理选用、增加质量保证措施等多方面进行综合考虑,对土压平衡盾构推坚硬岩技术进行研究,并在实际工程项目中对研究情况进行有效性验证。     

露天煤矿边坡岩体渗流特性及水压控制方案的研究

本文从裂隙岩体渗流理论出发,以某露天煤矿边坡岩体现场节理裂隙调查及水压动态资料为基础,建立边坡岩体渗流模型,分析评价水压动态与疏干工程施工过程及边坡稳定性的关系,并提出了有实际意义的水压控制方案。     

某煤矿岩巷不同爆破方式振动特性研究

通过对煤矿坚硬岩石巷道爆破振动监测,基于萨道夫斯基公式,回归得到巷道掘进爆破和深孔松动爆破振动速度衰减规律,并采用小波包变换和HHT变换对两种爆破方式的地震波能量分布特征进行了对比分析。研究结果表明:在试验煤矿深部地层中,采用浅孔和分散装药的巷道掘进爆破地震波主振频率高,主要集中在150~250 Hz;集中装药的深孔松动爆破地震波主振频率低,集中在40~80 Hz;硬岩中巷道掘进爆破振动速度衰减规律符合软岩特征,而深孔松动爆破与硬岩一致,深孔爆破试验起爆药量没有超出允许单段最大装药量;低频区爆破地震波能量少,巷道掘进爆破地震波能量主要集中在128~277 Hz,深孔松动爆破地震波能量主要集中在32~64 Hz;深孔松动爆破地震波主振频率峰值能量大,是巷道掘进爆破的320倍。     

大厚度自重湿陷性黄土场地孔内深层强夯法的应用研究

《孔内深层强夯法技术规程》(CECS197:2006)(DDC工法)已经中国工程建设标准化协会批准使用。本文结合晋西北大厚度Ⅲ级自重湿陷性黄土地区地基处理实例,进行了垫层法、强夯法、预浸水法和挤密法等多种地基处理方案的比较,详细地阐述了DDC工法的作用机理、设计方法、施工工艺及其在大厚度自重湿陷性黄土场地中的应用。分析了某工程中DDC工法未完全消除湿陷性的原因,结果表明:土的含水量和浅层夯击能等参数对地基湿陷性处理效果有着重要影响,并对《孔内深层强夯法技术规程》的有关观点提出了修改意见。