综采工作面覆岩裂隙动态演化特征研究

鉴于采动影响下采场覆岩裂隙空间分布特征对矿井突水灾害防控和瓦斯抽采具有重要意义,以潘二矿18111工作面为具体工程背景,采用相似物理模拟、数值模拟以及理论分析,对综采工作面覆岩裂隙的分布演化规律以及导水裂隙发育高度进行研究。研究表明：随工作面的不断推进,工作面两端存在裂隙聚集带,裂隙发育高度高且多以大角度为主|通过数值模拟对裂隙发育角度进行统计分析,结合相似模拟试验结果,得出覆岩裂隙发育角度呈现区域性分布的特点|采用多种方法来研究裂隙发育高度,通过对所得结果进行综合分析,得出导水裂隙的发育高度为54～60.8m。研究结果对类似工程条件下裂隙演化特征的研究具有一定的借鉴意义。     

峰丛地貌下浅埋煤层开采覆岩裂隙演化规律研究

研究覆岩裂隙演变规律对贵州峰丛地貌下浅埋煤层的安全绿色开采具有重要的意义。针对贵州矿区峰丛地貌下浅埋煤层开采过程中覆岩裂隙演化特征，结合普洒煤矿实际工程地质情况，利用数值模拟与相似模拟实验，揭示了11013工作面推进过程中覆岩裂隙时空演化规律。结果表明：工作面推进50~100m，覆岩裂隙发育程度随推进距离呈上升趋势。工作面推进100~160m（地表属于下坡阶段），裂隙发育速度加剧，此时最大发育高度约108m，当推进155m左右时裂隙开始导通坡体；覆岩裂隙发育呈现孕育-扩张-闭合的演化特征，裂隙分布整体形态类似于斜梯形形状。研究结果能为类似地质条件下工作面绿色开采提供借鉴。     

山区内浅埋煤层导水裂隙带高度发育研究

本文以高原低山丘陵地貌的11607浅埋深工作面工程背景,进行了工作面开采过程中上覆岩层导水裂隙带高度发育研究,通过现场实测、相似模拟结合数值模拟的方法,研究了采动影响下,覆岩破坏变形规律,导水裂隙带发育高度等特征,三种方法所测得结果相互得到了验证,该项研究对山区内覆岩导水裂隙带发育规律研究起到一定参考借鉴意义。     

充填开采覆岩裂隙时空演化实验研究

以任家庄煤矿拟充填工作面为工程背景,通过相似材料模拟实验,统计分析了覆岩裂隙数量、角度、长度、宽度等参数,研究了充填开采覆岩裂隙的时空演化规律和分布特征。结果表明,煤层开挖充填距离较短时,近煤层的低位岩层首先产生横向裂隙,裂隙数量少、角度呈近水平。随着开挖充填距离的增加,横向裂隙的数量和长度均呈增加趋势。横向裂隙衍生出的非贯通性纵向裂隙基本分布在煤柱与采空区交界的区域内,其长度相对较短,角度普遍大于180°。覆岩裂隙由低位岩层逐渐向高位岩层发育扩展,裂隙分布范围逐渐扩大,在关键层处裂隙发育受到一定阻碍,采充区中部覆岩的裂隙发生缩小和闭合现象,减缓覆岩裂隙数量的增加|停采后的覆岩裂隙宽度普遍小于0.8mm,由裂隙两端向中部位置,裂隙宽度呈现先增大后减小的变化趋势|开采起始位置的覆岩裂隙宽度比停采位置附近的覆岩裂隙宽度要大。最后针对充填开采覆岩裂隙演化过程提出了有针对性的控制措施。研究结果对于深入认识导水裂隙发育演化和保水采煤具有重要意义。     

综放工作面导水裂隙带高度分布式光纤监测技术

为了确定荫营煤矿150313综放工作面导水裂隙带发育高度,本文采用数值模拟和现场实测方法对覆岩变形特征进行研究。数值模拟结果表明,150313工作面垮落带高度为26 m,垮采比为3.59;裂隙带发育高度为85.8 m,裂采比11.87。工作面导水裂隙带高度井下观测试验共布置3个分布式光纤监测钻孔,采用BOTDR技术对工作面回采过程中覆岩变形特征进行测试。监测结果表明：分布式光纤监测技术可准确监测覆岩变形与移动特征,测试覆岩“两带”的高度。传感光缆光损耗较大的点或者断点所处的层位对应于工作面垮落带高度,起裂临界应变位置对应于工作面裂隙带高度。根据现场测试结果可知,150313综放工作面覆岩垮落带高度为28.51 m,垮采比为3.94;导水裂隙带的高度为75.44 m,裂采比10.43。研究成果可为类似条件矿井顶板水害防治和水资源保护提供参考。     

顶板砂岩水下煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度研究

导水裂隙带发育高度是顶板砂岩水下实施安全采煤的重要技术参数之一。以新集矿区某综采工作面为工程背景,针对工作面回采后采动裂隙导通上覆砂岩含水层易发生突水事故的问题,在分析覆岩岩性特征的基础上,采用经验公式估算、基于关键层位置覆岩导水裂隙带高度预测方法、数值模拟及井下仰孔分段注水法对覆岩导水裂隙带发育高度进行研究。结果表明,基于关键层理论导水裂隙带高度预测方法、FLAC3D数值模拟与井下仰孔分段注水试验结果基本一致,而经验公式预测导水裂隙带发育高度数值较小,存在一定的局限性。工作面回采后,导水裂隙带发育高度最大为57.6 m,裂采比为15.2,且发育形态呈“马鞍型”。 研究结果可为工作面顶板水害治理提供地质依据。     

浅埋厚基岩煤层工作面围岩应力演化及覆岩破坏规律研究

为深入研究浅埋厚基岩煤层工作面围岩应力演化及覆岩破坏规律,以贵州某煤矿为工程案例,利用FLAC3D数值软件、相似模拟与理论计算三种研究方法,分析浅埋厚基岩煤层在采动过程中围岩应力演化规律、覆岩裂隙发育规律,并分别计算、对比覆岩"两带"高度。结果表明:在采场前方和采空区范围内,围岩应力演化划分为4个区域;相似模拟得出的顶板破坏特征与数值模拟显示的结果相符;数值模拟得到的覆岩"两带"高度分别为11.67 m和39.95 m,与相似模拟和理论计算的结果大致相符。     

富水特厚砂砾岩下采煤覆岩破断特征及采高确定

为确定干沟煤矿2601工作面受富水特厚砂砾岩影响下的安全采高,综合运用现场实测、理论分析、数值模拟及相似模拟实验的方法,对工作面导水裂隙带高度进行了研究。研究结果表明,干沟煤矿工作面覆岩裂采比实测值为7.5,以裂采比7.5计算了2601工作面在不同采高条件下覆岩的导水裂隙高度,确定了工作面安全采高上限为5.0 m;在设定采高5.0 m条件下,采用数值模拟及相似模拟实验进一步验证得出覆岩破坏高度分别为40.0、37.0 m,与利用裂采比7.5预计的结果相近,说明2601工作面采煤高度确定为5.0 m是可行的。     

水下采煤覆岩裂隙扩展判断方法及其应用

工作面突水是影响水体下煤层安全开采的主要隐患,而上覆岩层导水裂缝带发育是引起工作面突水的基本路径。基于裂隙萌生发育的形态分析,将导水裂隙带划分为两种类型,一是原生裂隙的张开或滑动,二是新生裂隙向完整结构的扩展;而且,在工程荷载作用下卸荷裂隙的萌生和扩展具有优势定向性特征。考虑开采煤层覆岩裂隙的分布特征,基于格里菲斯摩尔-库伦准则建立了裂隙扩展的分析模型和判断方法。借助FISH语言,将扩展模型耦合入离散元软件UDEC中,并用其模拟水体下煤层开采过程,分析在工作面推进过程中上覆岩层内裂隙带萌生演化特征。分析了工作面突涌水机理,得出了水下采煤工作面覆岩导水裂隙带高度的确定方法。并结合导水裂隙带高度现场观测实践进行了工程验证。     

泰安煤矿8101工作面导水裂隙演化规律

为研究泰安煤矿8101工作面采空区上覆岩层导水裂隙演化规律,采用UDEC建立力学模型,模拟工作面自切眼至充分采动过程中上覆岩层导水裂隙的发育过程,并利用单端堵水试验法对导水裂隙发育高度进行现场实测。研究结果表明:工作面推进过程中,采空区导水裂隙的发育有一定范围,达到充分采动后不会随着工作面的推进向上发展。同时,随着工作面推进,在工作面前方和切眼后方形成存在应力增高区,应力峰值出现在距离煤壁4~10 m范围内;在工作面和切眼煤壁附近上方形成应力降低区,该区域内存在丰富的次生裂隙,也是导水裂隙发育最高的区域。此外,利用单端堵水试验法实测采空区导水裂隙高度与数值模拟结果基本吻合,是一种有效可行的方法。