急斜特厚煤层开采围岩与覆盖层破坏规律

为了再造一个山川秀美的西北地区,需要进行地下矿床开采引起围岩和地表覆盖层破坏规律,研究了急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采围岩破坏规律,提出开采过程顶煤和围岩的破坏过程大致可分为顶煤放出区,沿底坐滑区,顶板离层破坏区和煤岩滞后垮落区4个区,建立了急斜老顶狭长板模型,分析其变形破坏特征及主要影响因素,得出急斜特厚煤层开采破坏主要向煤层上方发展,地表呈串珠状塌陷坑,在老顶上方地质破坏不显著,只要对塌陷坑进行科学充填,就可实现地表绿化及城市利用。     

UDEC在急倾斜特厚煤层开采沉陷数值模拟中的应用

随着城市的不断发展扩大,位于城市周边的煤矿开采沉陷盆地对城市的安全和发展构成了严重的威胁和障碍,为治理煤矿采空塌陷区,恢复土地的使用功能,需要研究地下矿床开采引起围岩和地表覆盖层破坏规律。通过UDEC数值计算软件,利用离散元方法,研究了急倾斜特厚煤层开采围岩破坏规律,地表变形规律,分析其变形破坏特征及主要运移规律。得出急倾斜特厚煤层开采破坏主要向煤层上方发展,老顶的存在有效限制了破坏向顶板的发展,底板侧的破坏较小,地表呈深槽型地表塌陷坑,提出在开采过程中分段或水平采用自上而下的充填采矿方法可以及时有效的控制围岩破断的影响范围,在老顶上方就可构筑永久绿化带和建筑物,恢复土地的使用功能。     

井下开采对马庄铁矿地表环境破坏的预测和防治

矿山井下开采对地表环境破坏的预测和防治是减少矿区生态环境影响和破坏的重要环节。本文分析了井下开采对地表环境的破坏,在矿区地表布置了5个观测点监测地表位移,对地面变形产生的环境影响进行全面的分析,有针对性地提出切实可行的防治措施,为马庄铁矿环境保护与实现铁矿绿色开采建立基础。     

开采引起的土地破坏分析及预测评价

研究了开采对土地造成的破坏,进行了地表沉陷对土地质量的影响分析,提出了开采引起土地破坏的预测评价方法。     

基于数值分析的洞口煤矿采动地质灾害防治研究

本文针对洞口煤矿第一区段和第二区段井下开采造成的围岩和地表变形移动等问题,根据洞口煤矿的实际生产条件和地表地质情况,通过UDEC离散元数值模拟的方法对井下开采造成的围岩的稳定性和地表变形破坏进行了模拟计算,并分析了两个区段开采所可能诱发的地质灾害类型和分布区域,最后提出了地质灾害的防治措施。     

软岩近距离煤层采动覆岩破坏特征模拟研究

为了研究软岩煤层组开采过程中围岩及地表的破坏移动规律,基于采动覆岩移动、裂隙分布规律及破坏机理,采用相似模拟研究方法,以依兰煤矿首采区工作面为工程原型,建立了地质力学模拟模型,分析研究了软岩煤层组的采动力学演化特性、顶板裂隙破断发展轨迹、地表移动变形规律和围岩塑性区分布范围.研究得出:依兰煤矿首采区上煤层采后覆岩破坏最...     

基于FLAC3D的浅埋厚煤层综放开采覆岩破坏规律研究

针对神东矿区在浅埋厚煤层地质条件下高强度开采引起覆岩破坏、地表沉降进而影响工作面安全回采等问题,以神东矿区布尔台煤矿42108工作面为工程背景,通过FLAC^3D软件建立工作面三维地质模型,模拟浅埋厚煤层综放开采条件下的围岩及地表破坏场、围岩位移场分布特征及地表形变数据。通过对比观测站在回采过程中实测的地表沉降数据,分析该区覆岩运移破坏规律,结果表明：工作面回采后上覆岩层的破坏形态总体为“马鞍型”,在工作面巷道两侧和开切眼处的破坏高度最大,而在工作面采空区上覆岩层破坏深度相对较小;采空区上方地表以剪切破坏为主,工作面和开切眼上部附近区域以拉伸破坏和剪切破坏为主,初采位置沉降时间久、位移量较大,停采位置位移量较小;停采后地表实测最大下沉值达到了5 706 mm,相应位置的数值模拟地表最大下沉值为5 498 mm,两者结果基本相符。     

铁路下采煤引起地表移动变形的破坏程度分析

通过对铁路专用线下采煤工作面回采后对地表移动变形参数计算,进行地表移动变形的破坏程度分析,并提出减少破坏的解决方案,进行破坏补偿经费预算分析,为铁路专用线下安全开采提供可靠的技术参数。     

河下开采覆岩破坏规律物理模拟研究

西天河下采煤是涉及矿井生产安全和环境安全的技术难题,开采扰动造成的采空区上覆围岩动力失稳很容易演化为衍生灾害,其失稳表现为具有时间效应特征的一个动态过程。采用相似材料模拟实验对开采引起的覆岩断裂破坏和地表移动规律进行预计与分析,其结果为L3414综采工作面制定开采方案提供有力依据,最终实现了安全开采。     

金属矿山地下开采引起围岩破坏及岩层移动的数值模拟研究

为了阐明金属矿山地下开采引起的围岩破坏及岩层移动机制,以金山店铁矿东区为例,基于矿区工程地质﹐采用FLAC3D建立了大型三维数值模型﹐开展地下采矿数值计算﹐揭示了复杂采空区围岩破坏机理,提出了基于岩体塑性破坏的破坏角不连续变形分析指标。研究结果表明:破坏角分析指标与常用的陷落角指标随地下开采的变化规律较为一致;上盘破坏角在开采至一410 m水平后随矿体开采近似保持不变,其值为39°～42°,下盘破坏角随矿体开采先减小后稳定,在开采至一500 m水平后稳定在65°～67°;上盘围岩岩层底部出现台阶状折断面,发生明显的倾倒–滑移破坏,下盘围岩破坏面呈陡倾状,发生明显的剪切–滑移破坏。研究结果可为金属矿山地下采矿安全生产提供参考。     

深部采场开采扰动下巷道围岩松动圈演化规律研究

深部开采过程中,经常会遇到采场周边巷道围岩支护失效、巷道破坏等问题。为改善支护效果,采用声波测试技术研究阿舍勒铜矿深部采场开采过程中的巷道围岩损伤规律,着重分析与采场不同距离处巷道围岩损伤程度的差异。结果表明：深部采场开采扰动对周边巷道围岩松动圈厚度有明显影响,随着开采扰动次数增加,各测孔处的巷道围岩损伤均出现了不同程度增长;采场开采过程中,随着与采场距离的增大,开采扰动对岩体的损伤逐渐减小。阿舍勒铜矿深部采场开采下盘应力集中区距下盘采场边界距离为20~25 m;距离采场下盘最终边界25 m处的测孔开采扰动累积损伤增量小于开采前损伤量的20%。采场开采扰动前,巷道围岩松动圈与巷道位置无关,阿舍勒铜矿50 m中段巷道围岩松动圈厚度为1.4~1.7 m;开采扰动后,采场附近巷道围岩松动圈厚度为1.6~2.0 m。研究成果对于改善矿井支护效果、降低支护成本有一定的参考价值。     

深部采场开采扰动下巷道围岩松动圈演化规律研究

深部开采过程中，经常会遇到采场周边巷道围岩支护失效、巷道破坏等问题。为改善支护效果，采用声波测试技术研究阿舍勒铜矿深部采场开采过程中的巷道围岩损伤规律，着重分析与采场不同距离处巷道围岩损伤程度的差异。结果表明：深部采场开采扰动对周边巷道围岩松动圈厚度有明显影响，随着开采扰动次数增加，各测孔处的巷道围岩损伤均出现了不同程度增长；采场开采过程中，随着与采场距离的增大，开采扰动对岩体的损伤逐渐减小。阿舍勒铜矿深部采场开采下盘应力集中区距下盘采场边界距离为20~25 m；距离采场下盘最终边界25 m处的测孔开采扰动累积损伤增量小于开采前损伤量的20%。采场开采扰动前，巷道围岩松动圈与巷道位置无关，阿舍勒铜矿50 m中段巷道围岩松动圈厚度为1.4~1.7 m；开采扰动后，采场附近巷道围岩松动圈厚度为1.6~2.0 m。研究成果对于改善矿井支护效果、降低支护成本有一定的参考价值。     

大同矿区坚硬顶板大面积整体切冒分析

针对大同矿区坚硬煤层坚硬顶板及坚硬覆岩介绍了一种特殊的开采沉陷实例,即大同矿区"三硬"条件上覆岩层大面积整体突然切冒。从煤层特征、围岩性质、采煤方法及顶板控制等方面对影响顶板大面积一次性整体切冒的因素进行了详细分析,阐述了坚硬顶板大面积一次性整体切冒的机理,指出了其对井下采场和地表破坏具有突发性、随机性和滞后性。因此对大同矿区开采沉陷的治理具有重要意义。     

大规模深部开采诱发上覆岩体变形规律研究

为深入研究金属矿山岩层移动及地表变形规律，针对大红山铁矿大规模深部崩落法回采岩层冒落及地表变形的特点，分析了深部开采对岩层及地表变形的影响和时空关系。通过矿山现场长期观测及实验室相似模拟试验，揭示了岩层冒落移动变形、地表塌陷过程和“三带”规律，认为金属矿山采用崩落法大规模深部开采后在地表形成了一个以裂隙为引导的塌陷区，明显存在崩落带和裂隙带，弯曲变形带不明显，但其岩层变形过程仍具有“三带”破坏特征。上覆岩层冒落依次经历了三个过程，即首先呈现正三角拱状冒落，向上发展并发育到地表，再形成小范围塌陷，后期以该小范围塌陷点为中心向四周扩张，呈现倒三角的敞开式发育。在上述分析的基础上，进一步分析了矿山深部巷道围岩变形特性及造成破坏的原因，提出了防治上覆岩层冒落的围岩抗变形措施。     

煤矿开采损伤数值模拟量化表征与应用

地表岩土层沉陷和生态损伤是采动损伤的主要表现形式,量化表征采动损伤是分析围岩稳定性、设计开采工艺参数和巷道支护参数的前提。本文根据现阶段常用的有限元和离散元模拟方法,提出并定义了损伤度概念,作为表征开采损伤的量化指标,即单元体塑性体积占比和接触断裂长度(个数)占比;利用损伤度量化指标优化了西部矿区高强度开采参数,分析了采动水浸条件下区段煤柱的稳定性和充水断裂构造区域巷道围岩的渐进损伤特征,获得了覆岩损伤度与工作面长度和推进速度的量化关系,可以实现开采参数的合理优化;揭示了区段煤柱采动水浸的渐进损伤特征,认为现有煤柱条件下采空区作为蓄水区域存在渗水危险;量化了充水断裂构造区域巷道围岩损伤分布特征,提出了疏放断层贯通顶板含水层+原有断层裂隙注浆加固+加强支护的解决措施。与导水裂隙带高度、煤柱塑性区发育宽度等常用损伤指标进行对比,损伤度量化指标对于采动损伤表征的敏感度更高,能够实现连续性采动损伤表征。     

高强度采动下巷道围岩与支护构件破坏机理研究

针对高强度采动下巷道围岩与支护构件破坏问题,现场调查了高强度采动下巷道围岩与支护构件的破坏特征,采用理论与数值模拟方法计算了高强度采动下巷道围岩塑性区与位移,并依此分析了巷道围岩与支护构件的破坏机理。研究表明:高强度采动可以多次改变巷道围岩应力场方向与大小,巷道围岩塑性区形态亦相应不断转动近似等同的角度,进而引起巷道围岩呈现出特有的变形特性。这种围岩变形具有非线曲折性、局部强变形性、不对称性、大范围性。围岩变形的非线曲折性分高集度与低集度两种,低集度下锚杆杆体呈现分段弯曲、扭转等破坏特征,高集度下锚（杆）索破断剖面呈现为“Δ”、“Ⅰ”形态。围岩变形的局部强变形性与不对称性可导致型钢支架局部受力不均,使型钢支架呈现破裂、不对称弯曲等破坏现象。     

急倾斜煤层开采方案模拟与岩层运移分析

为了解复杂构造情况下开采急倾斜煤层对周围岩体的影响,使用基于颗粒流的PFC3D对开采过程进行了模拟。该煤层赋存于向斜左翼,同时岩体也有水平方向裂隙,且煤层倾角为87°。开采方案分11个周期,开采的模拟深度为240 m。分析了开挖过程中岩体破坏的特点,提出了可能的治理措施。模拟结果表明:40 m宽采空区右侧岩体最稳定;左侧岩体向左倾倒后向右弯曲。30 m宽采空区左侧岩体较稳定;右侧岩体破坏最严重。两采空区中部岩体向左倾倒,导致该部分地表明显沉降。可对30 m宽煤层开采前加固煤层右侧岩体,或对岩体施加水平约束;而40 m宽煤层右侧岩体可以不进行加固。     

分层开采窄煤柱巷道围岩失稳机理及控制技术研究

为合理解决老公营子煤矿中下分层回采巷道大变形的问题,基于5~#煤层实际的地质条件,研究覆岩运动与巷道围岩稳定性的联系,揭示巷道围岩失稳机理。指出采动应力的叠加作用是造成首采面巷道围岩失稳的主要因素;覆岩的二次破断形成非对称结构,造成偏载作用显著是影响接续工作面巷道围岩失稳的主要因素,且窄煤柱多次受到回采扰动,塑性破坏严重,承载能力降低是造成巷道围岩失稳的内在因素。以此提出"封闭强化、区别对待"的围岩控制思路,表面喷浆内部注浆提高围岩的自承能力,补强锚索加强围岩局部支护强度。现场实践表明,窄煤柱巷道可以满足工作面回采期间的要求,稳定性较好,为类似巷道围岩控制提高借鉴。     

柠条塔煤矿大采高工作面切顶沿空留巷围岩变形机理研究

以柠条塔煤矿大采高工作面预裂切顶沿空留巷为工程背景,采用有限元数值模拟方法分析预裂切顶对沿空留巷围岩应力分布的影响。介绍了沿空留巷支护和爆破施工参数,根据围岩表面位移、顶板离层、恒阻锚索受力、液压支架工作阻力监测数据,分析了从开始留巷到变形稳定矿压显现规律。现场试验表明:切顶卸压自动成巷技术能够切断采动应力传递路径,明显降低了浅埋大采高工作面沿空留巷围岩受到的动压扰动,有效抑制了巷道围岩变形,成巷断面尺寸满足生产要求。     

潘一矿东井沿空留巷围岩稳定控制对策

基于"采前加固"和"采后治理"的"两阶段"留巷原则,分析了留巷围岩控制的主控因素,制定了潘一东轨顺沿空留巷围岩支护对策,进行了沿空留巷工业性试验,试验结果表明,采用"两阶段"支护方案后,留巷表面位移量较小,围岩稳定,支护效果良好。