考虑时间效应的采空区顶板稳定性分析

根据红岭铅锌矿采场顶板受力特征,基于Reissner厚板理论,建立了采场顶板的厚板力学模型;根据顶板不同边界条件,推导了固支和简支两种条件下顶板内部最大应力、弯矩和挠度方程;基于Kachanov蠕变损伤理论,构建了采场顶板蠕变损伤模型,并对采场顶板损伤失稳时间进行了深入分析。结果表明：固支条件下,顶板最大弯矩及应力出现在四边中点处,即四边中点处首先出现损伤,由蠕变损伤模型可知,长边中点损伤孕育时间为110.32 d,短边中点损伤孕育时间为121.19 d,之后损伤逐渐向外侧扩展;简支条件下,顶板最大弯矩及应力出现在顶板中心处,此时中点处损伤孕育时间为49.89 d,应在此时间之内充填采空区保证顶板稳定性。工程实例分析表明,顶板损伤孕育时间与顶板厚度呈正比关系、与上覆岩层压力呈反比关系,即顶板越厚,损伤孕育时间越长,上覆岩层压力越大,损伤孕育时间越短。     

深部厚层坚硬顶板破断采场聚压及能量演化规律研究

针对深部厚层坚硬顶板灾害,运用数值模拟及现场监测,分析了坚硬顶板开采条件下采场围岩应力及能量积聚演化规律。结果表明:坚硬顶板的不易垮落性及开采扰动是采场围岩应力及能量显著增加的主导因素,为顶板灾害的发生提供了潜在的力源及能量条件,且煤层较其他岩层中积蓄的应力及能量值大;提高工作面支架阻力可有效改变坚硬顶板剪切破坏形式,从而减低顶板灾害发生的可能性。     

断层活化导致顶板突水机理浅析

矿井80%的突水事故都与断层有关。我国部分学者从导水裂缝带、突水通道等角度对断层引发突水进行了分析,本文以山东某矿井突水事故为工程背景,从顶板运动演化角度对断层活化、顶板突水机理进行分析,揭示出这起看似普通的突水事故背后,断层附近顶板运动演化规律和导水通道的形成,并对相似条件下工作面开采提出了防治措施。     

基于Comsol的矿井顶板水突出模拟研究

针对煤层顶板突水模型实验中顶板岩层破坏,建立流固耦合控制方程,结合Comsol Multiphysics与MATLAB对控制方程进行编程模拟,模拟结果得出在不同的应力条件下,顶板岩层出现沉降、离层以垮塌突水的整个过程;并很好的模拟出在突出过程中水流速度场的分布情况。将模拟结果同做过的实验检测数据进行对比,吻合程度较好,表明此模型正确的模拟了矿井突出的整个过程。     

浅埋煤层开采数值模拟及顶板突水危险性分析

为实现伊犁矿首采面煤层安全开采,对其上覆岩层运动特征进行研究,分析其顶板突水危险性。利用UDEC软件进行数值模拟,分析随着工作面的推进,上覆岩层的破裂过程和来压特点。分析物理模拟上覆岩层运动特征,得到裂隙带高度随工作面推进而增大、裂隙带高度与采空区跨度有非线性关系等规律。分析首采面顶板充水条件,结合裂隙带高度发展规律,认为首采面顶板突水危险性较小。研究结果为矿区首采面煤层安全开采提供理论依据,同时,为制定防治水措施提供科学依据。     

基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱留设方法

针对平顶山一矿31010工作面回采期间顶板丁戊三乘人巷严重变形的问题,通过现场实测和数值模拟研究了巷道变形的原因及保护煤柱留设的问题。结果表明：工作面回采后,上覆顶板岩层中的应力发生改变,将应力值等于1.05倍原岩应力的点构成的曲线定义为采动应力边界线。采动应力边界线由开采煤层向上覆岩层呈外扩式发展,采动应力边界线距开采边界的水平距离随着距开采煤层高度的增大而逐渐增大,但增大趋势逐渐减小。采动应力边界线内侧岩层应力出现增压区和减压区,而外侧岩层仍处于原岩应力状态,采动应力边界线是划定工作面上覆岩层是否受工作面回采影响的边界线。目前顶板巷道保护煤柱宽度是按岩层移动角进行设计的,没有体现内部岩层移动变形及应力特征,导致顶板巷道保护煤柱宽度不合理而出现破坏,为此提出了基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱宽度设计方法。按照此方法设计的平顶山一矿31010工作面顶板乘人巷保护煤柱宽度应为158 m。     

托板式突水对综采工作面的危害及防治

托板式突水是在没有水源的情况下发生的煤层顶板突水灾害,给矿山水害防治带来很大困难。以唐家河煤矿综采工作面发生的顶板水灾为例,对托板式突水进行了探讨。通过分析该工作面地质及区域水文地质条件,认为该工作面发生的突水为上覆岩层在采煤过程中,因岩层沉降形成的储水空间。储水空间吸收、储存大量的大气降水在工作面推进到一定位置,就会发生突水。根据突水赋存特点,提出相对防治水措施。     

大范围顶板岩体垮落冲击动载对 采场底板破坏的影响研究

为研究大范围顶板岩体垮落产生的冲击载荷对采场底板的破坏作用及其对底板突水的影响,本文基于动力基础半空间理论,将底板岩层等效为半空间无限体,建立顶板岩体垮落冲击采场底板的理论分析模型,推导出最大冲击动载应力的计算公式;并利用FLAC3D模拟分析了顶板垮落产生的冲击动载在底板中的传递规律以及底板岩层的动力响应特征。研究结果表明:顶板岩体垮落撞击采场底板,会产生远大于垮落岩体静态自重的冲击动载应力作用在底板上;冲击动载荷以应力波的形式在底板中传播,与采动应力叠加产生动态应力集中现象,会导致采场底板发生二次破坏,造成底板破坏深度显著增大,有效隔水层厚度减小,从而增加底板突水的危险性。     

煤矿突水行为研究系列试验装置研发及应用

随着煤矿开采深度和强度的不断提高,矿井面临底板突水、顶板突水和构造突水等多方面的挑战,针对不同类型突水机理及灾变模式利用现场监测等手段难以进行研究,因此采用实验室物理模拟试验手段成为解决研究此类复杂问题的关键。针对该问题,山东科技大学自主研发了采动煤层底板突水相似模拟试验系统、采动顶板涌水溃砂模拟试验系统、岩石应力渗流耦合真三轴试验系统等一系列试验设备,建立了突水行为研究实验室,利用物理试验实现了对矿井突水问题的探讨。系统实现了模拟高水压和高应力作用下的底板岩体破裂演化过程,获得了底板突水致灾演化规律和内在机制;实现了对水岩耦合作用下采动顶板突水溃砂灾变特征分析,透过试验机清晰地展现了煤层开挖后上覆岩层空间形成的结构形态和水砂突涌通道的分布形态;为模拟提供了深部高应力、高水压的加载环境以及独立伺服控制的三维应力,实现了全数字化的数据采集过程,获得了岩体裂隙扩展演化规律和破裂过程的声发射行为。     

二道河铁矿地下开采顶板下沉和地表沉降监测控制标准探讨

地下开采破坏了采场上覆岩层的应力平衡状态,引起岩层移动和地表沉降,影响到地表建筑物的安全使用与保护。针对二道河地表工程设施,从地层围岩稳定、经验公式和相关规范的角度探讨地表沉降和顶板下沉控制标准。通过计算分析得知:二道河地下开采过程中对地表建筑物及管线的沉降控制标准确定为12 cm;采场顶板下沉的控制标准确定为17 cm。给出了在目前工程条件下地表沉降和顶板下沉控制值,这对指导地下采矿工程的施工有十分重要的意义。     

急倾斜厚煤层水平分段放顶煤开采顶板和顶煤运移规律研究

在急倾斜煤层放顶煤开采过程中,顶煤和顶板的活动规律是非常复杂的。通过对顶煤和顶板的破坏和运移规律的研究,可有助于确定顶煤的可放性,控制工作面端面冒顶和煤壁片帮,确定合理的放煤参数;有利于进行急倾斜厚煤层顶板的合理维护以及掌握矿压规律,指导生产。就开滦集团赵各庄矿在急倾斜厚煤层采用水平分段开采过程中的现场观测,探讨顶煤和顶底板运移。     

柳林煤矿采空区下煤层回采巷道支护参数优化分析

柳林煤矿5#煤层与上部4#煤层间距很小,顶板平均厚度3.69 m,且顶板起伏变化大,强度低,易破碎,给巷道支护造成困难, 5#煤层工作面开采过程回采巷道支护参数与一般常规工作面回采巷道不同,需进行针对性的分析。基于此,通过数值模拟计算,分析了5#煤层回采巷道上覆岩层为煤柱及采空区条件下,不同顶板锚杆长度、不同两帮锚杆长度、不同锚杆间距及不同锚杆排距下的巷道围岩变形规律。根据数值模拟结果,考虑回采巷道的实际情况,以形成巷道的整体支护结构为基础,确定了5#煤层回采巷道合理的锚杆支护参数。     

煤层顶板突水过程模拟分析

为预防煤层开采面临的顶板突水灾害,提高煤层顶板离层水害防治效果。以范各庄煤矿9号煤层突水实例,利用RFPA^2D数值模拟软件,模拟了煤层顶板受采动和围岩应力影响后突水的全过程,分析了范各庄煤矿回采9号煤层时的顶板突水原因。结果表明,范各庄煤矿9号煤层突水是矿山围岩应力、采动影响和含水层水力梯度共同作用的结果,煤层顶板受应力场和渗流场的影响,隔水层中的裂纹逐渐产生、扩展、贯通,直到顶板失稳,并形成导水通道,导致突水灾害发生。     

地质条件对回采工作面顶板稳定性的影响

煤层直接顶板稳定程度的差异,其根本原因在于地质条件的差异。煤层顶板的岩性是影响煤层顶板稳定性的重要因素。深入研究煤层顶板的地质条件,是管理好回采工作面煤层顶板的关键。     

朱家河煤矿5-2煤层顶板的分类

朱家河煤矿自投产以来，采场支护顶板管理困难，顶板事故频频发生，严重地影响着矿井的安全生产。论文通过对矿井地质构造、5—2煤层赋存条件的综合分析，并通过煤矿5—2煤层顶板岩层结构、岩性，及其岩石的力学性质试验分析，确定5—2煤层顶板类型，提出5—2煤层合理的顶板支护管理方法，为5—2煤层顶板支护管理和矿井安全生产提供了依据。     

特厚煤层托顶煤掘进巷道支护技术研究

新村煤矿在特厚煤层工作面巷道托顶煤掘进期间,针对顶煤支护困难,支护效果差这一问题,结合现场工程地质条件,通过数值模拟及实验测试等方式对顶煤支护困难的原因进行分析,发现支护效果受顶煤强度、裂隙发育情况、顶板的稳定性以及支护面积影响.经研究,采用加强锚杆和锚索的预紧力,增加顶板支护面积的方式提高预应力的扩散效果,使顶煤更具...     

许疃矿72煤工作面破碎顶板超前预注浆加固控制技术研究

 本文以淮北矿区许疃煤矿71、72煤层为工程实例,根据其分叉合并、层间距变化大、采空区下顶板破碎等特点,采用实验室力学实验、现场实测、理论分析等方法,对71煤层开采后底板的破坏深度、工作面破碎顶板的有效控制方式进行了研究;设计了破碎顶板的注浆参数,并采用“更换钻头”与“跟管钻进”埋设注浆套管的新方法,解决了破碎顶板钻孔、埋设注浆套管难的问题。通过未注浆工作面于注浆工作面的矿压显现与巷道表面位移对比,总结了顶板控制效果,得到72煤破碎顶板的有效控制技术,为淮北矿区72煤破碎顶板控制提供了理论依据。     

复合顶板下采煤的顶板控制与实践

通过对复合顶板的岩性特征、变形破坏机理及冒顶事故特点的分析,系统地提出了后所煤矿C4煤层的开采方法及复合顶板控制措施。实践应用表明,C4煤层复合顶板得到了有效的控制,解决了复合顶板条件下回采工作面的顶板控制问题。     

煤层顶板类型划分新方法及其稳定性评价

为了对煤层顶板稳定性做出合理性评价,解决因参数选取不统一而导致评价结果失真的问题。首先从各类煤层顶板的定义入手,提出新的顶板类型划分方法,并以麟北煤田为研究对象对各类顶板进行了重新划分和评价,其次对比传统、新型顶板划分方法的评价结果,最后通过地质条件与之相同的邻近生产矿井调查,检验评价结果所反应未来矿井潜在的工程、水文地质问题。结果表明,新的划分标准可以客观的反映研究区及其周边矿井顶板特征,评价结果不仅能够反映顶板稳定性而且能够揭露潜在的工程地质及水文地质问题等安全隐患,进而为煤层顶板类型划分及稳定性评价提供方法。     

普放工作面坚硬煤层的顶板管理

通过富力煤矿-310南11层二区开采实践,分析了普通放顶煤工作面顶板失稳的原因,针对顶煤坚硬不利地质因素,总结出普通放顶煤工作面成败在于顶煤冒放性,为放顶煤提供了理论基础;采取了在上下两巷高压注水预裂为主,辅以顶煤岩深、中、浅孔预裂爆破及增加工作面支护强度整套措施,有效地减小了来压步距,减缓了来压强度,防止了厚层难冒顶板大面积冒落,保证了采面的安全生产。