短壁开采的关键层变形与地表沉降耦合作用的数值分析

以潞安矿业集团五阳煤矿村庄下的短壁开采为背景,采用有限元数值模拟软件RFPA2D,对短壁开采中关键层变形与地表沉降情况进行了数值模拟.通过开采宽度和煤柱宽度两个参量的有机组合.研究了地表变形和关键层变形的耦合关系.结果表明,地表变形是受关键层变形约束的,关键层破断前,地表下沉量随关键层下沉量增加而增加,关键层破断后,上覆岩层整体下沉,地表下沉量发生突变,煤柱破坏不仅与自身的宽度有关,也与开采宽度有关.     

基于关键层理论的沉陷变形起动距的确定

根据关键层理论判定关键层及其破断规律,研究地表下沉起动距与关键层初次破断距之间的关系.比较实测起动距与主关键层初次破断距计算值之间在时间和大小上的差异,分析造成这种差异的原因,确定理论计算沉陷变形起动距的科学方法.     

深部小煤柱沿空布置工作面高强度开采下的防冲管控

为了确保纳林河二号煤矿深部小煤柱沿空布置工作面的安全高效回采,通过深入分析3^-1煤层上覆岩层关键层结构、见方期间采场出现的高静载、强动载冲击要素后,重点采用地表沉降手段对控制地表沉降的主关键层7的破断问题进行观测,同时采用微震监测系统对控制临空顺槽的近距离的亚关键层1和亚关键层2的破断事件进行监测,形成了“高位防震、低位消冲”的冲击风险管控模式。在10刀/d的高强度开采工程背景下,“高位防震”管控中发现了最大下沉值的移动速度V_ΔH-max和最大下沉速率的移动速度V_V-max两项关键指标与工作面回采速度基本一致,消除了高位矿震风险。“低位消冲”中发现了近距离岩层破断基本呈现“能频同步”的现象,确保了顶板岩层能量处于均衡平稳的释放状态,为今后类似条件下的冲击地压回采工作面煤矿采空区矿震、冲击风险管控、产能调控提供了一条新的路径。     

关键层破断对地表移动变形超前影响的机理研究

探讨了地表移动变形超前影响的本质,揭示了关键层破断对地表移动变形超前影响的机理。基于关键层理论进行地表移动变形超前影响机理分析,通过分析神东矿区钻孔内部位移监测记录、物理相似模拟试验成果及综采工作面矿压显现规律、地表沉陷观测记录等,研究关键层破断与超前影响距(角)周期性变化之间的关系。研究结果表明：超前影响距(角)不是一成不变的常量,而是周期性变化的变量|原创性提出超前影响距最大值和最小值之差与工作面周期来压步距大致相等的新观点|实例证明新观点是科学可靠的。为探索实现采场来压与地表移动变形的有机统一提供了新的技术思想。     

双煤柱工作面开采覆岩运动及地表沉降规律研究

针对葫芦素煤矿回采期间因缩面而产生的双煤柱结构问题,以葫芦素煤矿21102和21201工作面为工程背景,对双煤柱工作面煤层开采覆岩运动及地表沉降规律进行研究.结果表明:2-1煤层上覆第2岩层为主关键层并形成砌体梁结构,对采场矿压显现及覆岩运动起到最主要的控制作用;地表监测数据表明21102工作面已完全进入开采沉陷稳定期,回采21201工作面时,地表下沉速度及时、稳定,覆岩随采随动,危险性较小.相似模拟试验结果表明,随着模型开挖,横向裂隙逐渐向上覆岩层扩展,离层间距亦逐步扩大,并产生失稳垮落,21102工作面左侧方覆岩破断角为58°,右侧方覆岩破断角为62°,21201工作面左侧方覆岩破断角为56°,右侧方覆岩破断角为59°.工作面开挖后,覆岩依次垮落或下沉移动,与地表监测结果基本一致.研究成果可为深埋双煤柱工作面的安全回采提供借鉴.     

浅埋深特厚煤层综放开采地表异常塌陷原因分析

采用现场观测和理论分析相结合的方法,对柴沟煤矿1503综放工作面回采过程中顶板发生抽冒、地表塌陷,塌陷坑深度大于煤层采厚的现象进行了研究。研究表明:工作面上覆岩层主关键层是复合关键层,复合关键层的破断距离较大,达105m;下部亚关键层破断形成组合悬臂梁结构,组合悬臂梁结构以及主关键层的破断距导致了下方采空区有巨大空间;主关键层破断后,上覆破碎岩石向四周滑落、运动充填了采空区,导致了地表异常塌陷坑的出现。现场矿压观测的结果以及塌陷坑出现的位置与理论计算数据基本吻合。     

超高水材料跳采充填采煤法地表沉陷规律

为了研究超高水材料跳采充填采煤法地表变形规律及地表沉陷控制效果,以某矿区地表沉降观测数据为基础,研究了充填开采各阶段的地表变形规律;采用关键层理论,并结合FLAC 3D数值模拟实验,研究了跳采过程中的关键层破断及地表沉降之间的时空关系,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。研究表明,采用该方法在平均埋深340 m,采厚为4 m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1 174 mm,下沉系数为0.29,减沉率约为62.8%,采出率为89.2%,且下沉盆地范围明显减小。分析可知,充填可大大减小地表下沉量,跳采可控制下沉盆地的形态,有效的保护了地表重要的建（构）筑物。     

深井巨厚覆岩邻空采动强矿震孕育发生机理

矿震是深部矿井开采必然出现的动力现象,针对鄂尔多斯矿区白垩系巨厚覆岩邻空采动强矿震频发的现状,采用地面离层探测、地表岩移监测等技术,结合Reissner厚板理论与相对矩张量反演方法,分析了工作面邻空采动下白垩系巨厚覆岩破断运移特征,研究了工作面实体煤阶段向邻空回采阶段过渡区域频发矿震震源破裂模式的演化规律,揭示了白垩系巨厚覆岩深部煤层邻空采动强矿震孕育发生机理。结果表明：综放工作面实体煤回采阶段,白垩系巨厚覆岩无明显裂隙产生,地表沉降稳定,沉降量最大为0.23 m;邻空回采阶段,裂隙发育高度最大至煤层上方444.8 m处白垩系巨厚覆岩,强矿震震源处地表总是最先达到最大沉降,强矿震发生前地表最大沉降量快速增加,较1个月前监测最大沉降量增大超60%,表明白垩系巨厚覆岩破断运动为强矿震动力源,强矿震扰动作用下,巨厚覆岩失稳引起地表再次快速沉降。白垩系巨厚覆岩初次破断步距为307.7 m,与工作面实际推进度基本吻合,佐证了强矿震由白垩系巨厚覆岩初次破断诱发;巨厚覆岩破断厚度增大,其初次破断步距增幅逐渐变缓;工作面面长增大,巨厚覆岩初次破断步距线性增长,巨厚覆岩初次破断形式由横“O-X”形转变为...     

回采巷道强矿压显现发生机理及防治措施

针对内蒙古巴彦高勒煤矿回采巷道强矿压显现问题,采用现场实测及理论分析方法,通过分析采空区上位关键层破断特征及回采巷道围岩受力,对巷道强矿压显现机理及其防治措施进行了研究。结果表明:临近工作面回采结束后,本工作面的回采促进了上位关键层破断,若上位关键层悬顶长度较大,岩层断裂时将释放较大的能量易导致下位关键层受力增大,因而回采巷道围岩受力增大;不同巷道与上位关键层断裂岩块相对位置不同,因而围岩受力增幅不同,仅回风巷道发生强矿压显现;提出了相应的强矿压显现防治措施,在现场应用效果显著。     

大采高采场顶板运移破断特征的数值模拟研究

基于大采高采场采动引起的覆岩运移破断问题,主要对大采高工作面开采过程中顶板的运移变形与破断失稳规律进行数值模拟研究,结果表明:亚关键层下部岩层属于冒落带,亚关键层上部到主关键层范围属于裂隙发育带,主关键层上部岩层属于弯曲变形带;当关键层从稳定转变为破断失稳时,其变形量陡增;工作面开采高度和关键层数量对覆岩运移变形以及稳定性的影响效果显著。