条带开采顶板岩层破断机理研究

为了揭示条带开采顶板岩层破坏失稳机理,通过建立均布荷载下连续深梁力学结构模型,得出了条带开采下顶板岩层的应力分布规律。同时确立了岩层拉伸破坏、剪切破坏准则,为条带开采覆岩移动破坏分析提供了理论依据。结合虎龙沟煤矿开采实际,对8#煤层采空区顶板岩层的破坏失稳过程进行了具体计算分析,得出虎龙沟煤矿8#煤层采空区冒落高度为3.5 m,为条带开采顶板稳定性预测分析提供了依据。     

采动影响下巷式残采区上行开采可行性判定

为了揭示巷式残采区上行开采层间岩层破坏失稳机理,考虑上方煤层的采动影响,立足于岩层结构的力学特性,建立了均布荷载下连续深梁力学结构模型。结合虎龙沟煤矿开采实际,对8号煤巷式残采区层间岩层稳定性进行理论计算分析,同时FLAC3D数值模拟分析层间岩层的应力场和位移场分布特点。研究结果表明:当采用上行开采时,在巷式残采区相邻煤柱之间,"内应力拱"会在悬空的顶板中出现,且在整个采场上方顶板中形成更大范围的"外应力拱",则巷式残采区上覆顶板存在稳定的层间控制岩层,能够有效避免集中应力破坏层间岩层,抑制上覆岩层破坏高度的扩展。若在采场上方形成较大范围的"位移拱",则说明层间岩层破断并没有形成层间控制层,不能上行开采。可见稳定的层间控制层对上行开采全局起着决定性的作用。     

条带开采覆岩破坏高度发育规律研究

综合运用理论计算、FLAC2D数值模拟等方法,对虎龙沟煤矿8#煤层条带开采覆岩破坏高度发育规律进行了研究。分析了开挖条带数和采留比对条带开采覆岩破坏高度的影响,在此基础上对5#煤层上行开采可行性进行判定。     

长壁开采上覆岩层损伤范围及上行开采的层间距分析

针对长壁采空区上方岩层损伤影响范围及其遗弃煤层开采问题,用简化的平面力学模型,解析分析了煤层采出后长壁采空区上方岩层的损伤影响范围,并根据垂直方向上岩层的损伤影响程度按从大到小的顺序将采空区覆岩分为破损垮落带、损伤扰动带和无损变形带,获得了长壁采空区上方遗弃煤层上行开采的安全层间距计算公式.针对山西焦煤集团有限责任公司西山煤电集团公司白家庄煤矿8号煤层长壁采空区上方遗弃的6号煤层上行开采计算了其安全层间距.     

范各庄矿近距离煤层上行开采矿压显现规律与可行性研究

以开滦集团范各庄煤矿近距离煤层的上行开采为背景,综合运用数值模拟、经验类比、概率积分等方法,研究5号煤层和7号煤层上行开采过程中矿压显现和岩层移动规律,分析了近距离煤层间相互影响作用,并对上行开采的可行性进行了评估.研究表明:7号煤层开采过程中,采空区上方出现应力卸压区,顶板下沉量不断增大形成顶板下沉区,5号煤层受7号...     

刀柱采空区上方遗弃煤层上行开采可行性判定

针对刀柱采空区上方遗弃煤层开采问题,分析了现有上行开采可行性判定方法的不足.受关键层理论启迪,基于刀柱采空区上方岩层可形成的结构和上层煤开采对层间岩层的影响,提出了关键层叠合破断距的概念,形成了“5步法”刀柱采空区上方遗弃煤层上行开采可行性判定理论及方法.用本文提出的方法判定白家庄矿8号煤层刀柱采空区上方遗弃的6号煤层可以上行开采,并在生产实际中实施,开采情况正常.     

急倾斜煤层开采与开拓巷硐群扰动效应数值模拟分析

针对王家山煤矿急倾斜煤层开采与开拓巷硐群工程越界对地方煤矿安全开采问题,建立了急倾斜煤层开采与开拓巷硐群数值计算模型,分析了覆岩移动变形与应力演化规律。研究结果表明：急倾斜煤层开采,采空区上方煤层先破坏、垮落,顶板沿层理面法向发生弯曲、离层,采空区上部煤体先垮落,呈拱形结构,抑制了上覆煤岩体向采空区的垮落和移动;工作面采高5.2m,顶板发生垮落,底板也会发生滑移,顶板一侧的沉陷大于底板一侧的,在底板一侧出现断崖式现象,但垮落带发育高度小于工作面距井田边界的距离;巷硐群最大位移均发生在泥岩、煤层等软弱岩层以及断层破碎带区域,其扰动效应增加;在软弱岩层时巷道最大影响圈边界增加,影响边界贯通,但最大裂隙带高度为11.5m,裂隙带上脚未发育至井田边界标高。因此,工作面开采与开拓巷硐群对地方煤矿开采没有影响。     

高强度开采条件下上行开采顶板运动规律研究

以新疆龟兹矿井2个近距离煤层为工程背景,研究上部煤层工作面在非上行开采和上行开采之间过渡转化过程中,工作面顶板运动的变化规律。将上部煤层工作面开采过程按工作面位置分为“进采空区上方前”、“位于采空区上方”和“出采空区上方后”,结合工程条件设计了3组相似模拟试验进行分析研究。研究结果表明：(1)上部煤层工作面在位于非采空区上方区域时,其开采过程中顶板运动与一般生产工作面无显著差别;(2)上部煤层工作面位于采空区上方时,工作面顶板破坏程度加大,发生整体切落失稳;(3)在上行开采与非上行开采阶段的过渡区域时,顶板稳定性差,且存在前后差异,较大程度上增加了围岩控制难度。研究结果可为上行工作面开采时掌握围岩稳定性变化情况提供依据。     

麻家梁矿14203-1综放工作面开采初期顶板弱化技术研究

综放开采具有煤层开采厚度大、产量高等优点,但是回采煤层顶板为坚硬岩层时,采面初期回采期间采空区顶板大面积悬空会给煤炭回采安全带来较大威胁。本文以预测麻家梁矿14203-1综放工作面初采来压步距在54 m左右为工程背景,提出通过水力压裂技术弱化顶板,理论计算得到顶板弱化高度18.48～30.8 m,在切眼内布置4种不同高度水力压裂钻孔,通过不同钻孔参数配合实现顶板方向15～25.5 m岩层压裂弱化。水力压裂后,采面初采期间顶板初次来压步距为31 m,矿压显现不明显,仅局部位置出现小范围片帮,片帮深度以及高度均在200、350 mm以内,瓦斯涌出无异常。     

西部矿区上行开采松软破碎围岩回采巷道支护技术-增刊

秦华煤矿位于库尔勒市焉耆盆地西南缘,其主采煤层群间距近、层间岩层松软破碎,受上行开采影响,上部煤层回采巷道支护难度较大。建立FLAC3D数值模型,分析下伏煤层回采支承压力对上部煤层作用与影响区域,确定上行开采条件下回采巷道合理位置,优化巷道支护方案。研究表明,秦华煤矿上行开采条件下上覆煤层回采巷道应内错式布置,内错4-8m为宜。巷道顶部采用全锚索支护时,巷道围岩应力集中系数、塑性破坏范围均较小,促使巷道拱顶区域巷周应力峰值向围岩深处转移,改善巷道浅部围岩应力环境。巷道拱部采用全锚索支护,与单纯锚杆-锚索支护结构相比,具有锚固岩层范围广、支护强度大、支护效果好的优点,在松散破碎围岩下巷道的支护体系内,巷道顶板岩层应建立全锚索支护体系。     

近距离煤层蹬空开采围岩应力及裂隙演化规律

针对蹬空状态下煤层底板岩层完整性与承载力影响制约工作面安全高效开采的问题.以草垛沟矿8201综采工作面为研究背景,通过对8-2煤层下伏11煤巷柱式采空区顶板岩层结构与受载进行分析,建立基于弹性地基假定的顶板-煤柱系统力学模型,推导并解析了顶板岩梁弯曲下沉挠度函数;将工作面底板视为半无限平面体,建立工作面走向不同区段静载...     

大同矿区双系煤层开采煤柱影响下的强矿压显现机理

针对大同矿区石炭系煤层8105工作面过上覆侏罗系煤层采空区留设煤柱时的强矿压显现特征,采用理论与现场实测分析相结合的方法,对侏罗系煤层采空区煤柱的应力影响规律与石炭系煤层顶板的垮裂带范围进行了分析,得到了双系煤层开采煤柱影响条件下工作面强矿压显现的“煤柱-覆岩运动”联合作用机理。研究表明：侏罗系煤层采空区留设煤柱的水平与垂直应力较高,达10.5～13.5 MPa,应力集中区深度为40～70 m,剪应力波及范围达180 m;8105工作面顶板的垮裂带高度为150～170 m;工作面过煤柱时的强矿压显现是由采空区煤柱与煤层顶板垮裂运动联合作用的结果。     

上行开采工作面顺槽支护方案及实践

象山矿南二上山采区采用上行开采,3#煤层与下部5#煤层间距17~26 m,21305工作面位于5#煤层采空区顶板强裂隙带内,煤层及顶底板破碎,开掘巷道具有一定的风险。为了确定21305工作面顺槽的合理位置和支护方案,在明确工作面工程背景后,预判了裂隙带内3#煤层及顶底板完整性及开采可行性;分析确定了顺槽的合理位置,最终确定了顺槽合理支护方案,并对巷道掘进期间的问题及维护进行了介绍。分析认为,下部煤层开采后对上煤层破坏影响程度较小,上部3#煤层可进行正常掘进;设计21305工作面顺槽内错10 m,位于悬伸段内10~14.4 m处,此处3#煤层及顶底板比较完整,巷道稳定性较好,适合布置顺槽;顺槽采用该支护方式后,巷道掘进期间顶板无安全事故,但在后期掘进期间需加强顶板矿压观测,当围岩条件发生变化时,需及时调整支护参数以确保工作面顶板支护的安全可靠。     

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。     

深部近距离煤层群采动力学行为探索

我国深部近距离煤层群赋存开采比重大,采动力学机理不清,导致开采效率低,安全事故频发。深部煤岩体所表现出的物理力学特性及变形破坏特征较浅部有着本质差异,尤其在深部近距离煤层群开采条件下,临近工作面扰动影响将导致更加复杂的采动应力重分布过程。针对深部近距离煤层群采动影响下巷道围岩控制难题,依托平煤十二矿己_(14)和己_(15)深部近距离煤层群工程实践,在己_(15)-31030工作面进风巷内开展了巷道收敛变形、锚索应力现场原位监测试验,理论计算了近距离煤层群底板破坏范围并推导得出了巷道围岩变形速度公式,初步揭示了深部近距离煤层群采动力学行为。研究表明:己_(14)煤层底板破坏深度理论值约21.24～30.88 m,上覆煤层采动影响导致本煤层采场边界改变,巷道顶底板及左右帮收敛量约400 mm,巷道收敛变形量随采煤工作面推进呈现阶梯式缓慢增长与指数式快速增长两阶段模式,其中指数式快速增长阶段为巷道变形的主要阶段;锚索应力随采煤工作面推进呈现"近线性增长—跃阶式降低"两阶段演化模式,顶板锚索应力平均变化率、峰值应力均显著高于巷帮相应参数,巷道顶板采动效应较巷帮更为明显;锚索应力峰值点滞后最大收敛变形位置约40 m,采动影响时效相比单一煤层开采大幅延长约35 m,采动应力变化率及其峰值分别降低约53.5%,24.5%,己_(15)煤层采动影响范围约105 m;巷道围岩变形速率与距采煤工作面距离呈现反比例函数关系,在此基础上,进一步推导得出深部近距离煤层群距采煤工作面不同距离处围岩变形速度预测公式,并对比现场原位监测数据验证了该公式的合理性。研究成果可为同类深部近距离煤层群的巷道围岩变形速度预测、巷道支护及采矿技术优化等工程问题提供参考。     

矿井开采对煤层顶底板影响研究

为了研究矿井开采对煤层顶底板的影响,采用理论分析的方法,分析了矿井开采对煤层顶板的影响、矿井开采对煤层底板的影响,首先研究了矿井开采对顶板影响范围、计算了首采层开采对上覆岩层的塌陷范围;然后,研究了矿井开采对底板破坏范围,以新田煤矿4号煤层工作面为例,研究得出:采空区对上覆岩层影响形成的塌陷盆地最大边缘为采空区外9.748 m;1401工作面回采对底板最大破坏深度71 m。研究为类似工程条件的开采对煤层顶底板影响范围提供理论依据。     

柱式采空区上行开采数值模拟研究

针对神广煤矿5^-2煤房式开采后4^-2上、4^-3煤上行开采安全生产问题,首先通过理论分析对4^-2上、4^-3煤上行开采可行性进行了初步论证;然后采用3DEC离散元软件建立了三维数值模型,分析了5^-2煤房式开采对上部4^-2上、4^-3煤整体性和连续性的影响;研究了4^-2上、4^-3煤开采对层间岩层及5^-2煤采空区留设煤柱稳定性的影响规律。结果表明：4^-2上、4^-3煤的比值K分别为33.07、23.46,均大于临界值7.5,5^-2煤采空区煤柱的极限承载强度为7.84MPa; 5^-2煤开采后,4^-2上和4^-3煤整体性和连续性保持完好;4^-2上、4^-3煤层上行开采使得层间岩层应力降低,位移减...     

孟巴矿厚松散含水层下协调保水开采模式

孟巴矿的地质采矿条件具有近地表松散富含水层厚、煤层顶板厚、煤层厚的"三厚"特征,开采煤层覆岩中含有多个含水层组,矿井水害是威胁矿井安全生产的主要因素。在覆岩多水体条件下,为了有效防止近地表厚松散UDT含水层进入井下,导致淹井灾害发生,提出上保下疏的开采水害防治模式。一分层安全开采的关键技术是控制复合关键层的结构稳定,应用初始后屈曲理论解析其稳定性,得出结构关键层的极限破坏长度,通过线性回归给出分层开采覆岩导水裂缝带发育高度预计计算公式,分析确定了一分层开采工作面宽度不超过150 m,限高开采3 m;依据对UDT含水层防护的安全煤岩柱高度确定二分层开采高度,二分层开采后覆岩结构关键层发生破坏,既能够有效疏放LDT隔水层以下含水层水,又能够保证LDT隔水层的完整性,达到UDT水体不发生下泄的目的,保障了矿井安全开采;根据工作面协调减损开采原理,确定开采分层合理错距约为82 m,下分层的巷道布置在上分层开采采空区下的厚煤层分层错距协调限高开采布置模式,实现有效降低了覆岩应力的叠加效应,减轻LDT隔水层的变形破坏程度。开采结果表明:厚煤层分层协调布置开采方法,有效减轻了UDT含水层下LDT隔水层应力叠加损伤程度,保护了隔水层的完整性;一分层限高综采,二分层限高综放开采分次疏放了煤层顶板至LDT底板2个含水层组,解决了矿井排水能力较小条件下的水害防治问题;分层工作面错距协调布置开采方法,有效降低了开采边界导水裂缝带发育高度,减小了LDT变形破坏程度,同时释放了一分层区段煤柱应力,实现了覆岩整体下沉,不但有效地降低了覆岩破坏高度,而且减小了冲击矿压冲击强度,开采期间UDT水位变化幅度稳定保持在一定范围内,实现了多水体条件下上保下疏的厚煤层分层安全开采模式。