杨村煤矿综采条件下薄煤层底板破坏深度的实测与模拟研究

通过2个监测钻孔8个应变传感器探头组成的现场应变实测系统实测应变增量的变化曲线,研究了兖州煤田杨村煤矿下组煤16上薄煤层底板采动变形破坏的深度及其受采动煤壁前方影响的范围。结果表明：16上煤底板破坏深度介于8.4~10.1 m;而运用FLAC3D进行底板变形破坏数值模拟得出的底板下塑性区破坏深度为9.1 m,与实测结果差别不大。     

薄煤层综采面底板变形破坏实测研究

为揭示杨村煤矿薄煤层综采面煤层采动底板变形破坏及其受采动煤壁前方的影响范围.通过对煤层开采过程中原位钻孔应变进行实测,得出了煤层底板采动变形破坏影响范围为0～10.1m,岩层整体破坏范围为0～6.8m,扰动范围为6.8～10.1 m;扰动范围的岩层变形程度大致临界于屈服极限,岩体结构相对完整,具有一定的强度和阻水能力;煤壁前方采动超前影响距离为76～90m,反映了采动压力具有明显滞后性,且对深部的滞后影响程度更明显.     

煤层底板采动破坏特征综合测试及数值模拟研究

以某矿综放工作面开采实际为背景，通过应变法对煤层底板不同深度岩层变形程度随工作面推进的变化进行实测，得出采动矿压对底板的剧烈影响范围具有“超前”显现和“滞后”延续特点，且矿压剧烈影响超前显现距为37 m，矿压剧烈影响滞后显现距为32 m，表现为由浅及深相应减小的总体特征；结合采动底板钻孔窥视镜成像分析，确定出工作面底板采动破坏深度约为12 m；以现场实测结果为基础，采用FLAC3D数值模对煤层底板采动破坏特征进行分析，揭示出煤层开采过程中底板的三维破坏特征。采用现场应变实测、原位钻孔窥视镜观测和数值模拟相互验证的方法，对煤层底板破坏特征进行综合对比研究，弥补了以往研究手段单一的缺点。     

厚煤层开采底板变形破坏特征实测研究

根据某矿1305工作面回采地质说明书及附图资料,结合该工作面的水文地质条件与煤层顶、底板岩层组合及结构性质特点,运用底板应变感应现场实测方法研究厚煤层开采过程中底板的变形破坏特征,再利用超声成像钻孔对其进行观测验证。结果表明采动过程中底板的应变感应显现出超前感应和滞后感应的特点,超前影响范围和滞后影响范围分别在110 m和44 m左右,综合对比分析得出该工作面底板变形破坏深度约为17~20 m。     

大采深厚煤层底板采动破坏深度

针对我国承压水上开采底板突水灾害随开采深度不断增大而逐年增多的趋势,以某矿综放工作面的深部开采实际为背景,根据现场煤层底板钻孔内不同深度传感器应变测试值随工作面的变化规律,确定出煤层底板岩体破坏深度介于18~20 m;以研究区实际地层资料为基础建立工程地质模型,通过反复试算、逐步修正模型边界条件,对煤层底板破坏特征进行分析,弥补了现场实测结果不能反映出煤层回采过程中底板应力场的不足;采用现场应变实测和数值模拟相互结合的方法,确定了大采深厚煤层底板破坏深度为20 m,揭示了矿山压力在采动煤层底板中的传播规律。     

工作面底板采动破坏深度研究

以新元矿9203工作面实际开采情况为背景,采用应变法现场原位监测煤层底板采动破坏深度,通过现场煤层底板监测钻孔内不同深度的应变传感器采集到的采动中应变变化规律,分析得出工作面底板采动破坏深度在11.5~13.5 m之间,再利用FLAC3D软件进行数值模拟,对模拟结果的应力分布及塑性区范围分析,结合煤层底板实际岩层组合情况,得出底板采动破坏深度约为12.2 m,该值在现场监测结果范围之内,验证了现场监测结果的正确性。     

葛泉矿带压开采下组煤底板破坏深度探测研究

针对葛泉矿底板加固条件下带压开采下组煤的情况,依据采场底板不同深度应变监测值随工作面推进发生的变化情况,分析了葛泉矿首采工作面煤层底板岩体受采动破坏的情况,确定底板破坏深度为12.5 m。     

采动条件下厚煤层底板破坏规律动态监测及数值模拟研究

以某矿综放工作面的开采实际为背景,采用现场应变测试和数值模拟相互验证的方法,对采动条件下厚煤层底板破坏深度进行综合对比研究。现场实测表明,某矿综放工作面煤层底板岩体破坏深度介于13~16 m之间,采动矿压对底板的影响具有较远距离的"超前"显现和"滞后"延续的特点,(超前、滞后距)表现有由浅及深相应减小的总体特征;数值模拟研究表明,工作面底板下0~16 m为底板破坏影响带,即底板最大破坏深度为16 m,16~36 m岩层受煤层开采影响较小,再往下有接近原岩应力的趋势;综合分析得出该面采动底板变形破坏深度为16 m,研究结果为我国类似条件下煤炭资源安全开采及矿井水害防治提供参考依据。     

深部倾斜煤层采动底板破坏演化特征分析

为研究深部倾斜煤层底板破坏特征及破坏深度,以羊东煤矿8469工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,对煤层采后底板应力分布规律、塑性区发育特征及破坏深度进行了研究。通过数值模拟与理论分析可知:煤层开采后,作用在周围煤岩体上的支承压力产生不同的应力分区。沿煤层走向方向,应力呈对称性变化,形状近似马鞍状,在工作面两端处产生应力集中;沿煤层倾向方向,倾斜剪切力的存在使底板岩体由采动破坏转变成滑移破坏,塑性破坏区和应力变化大致呈勺型分布形态,最大应力集中区出现在工作面下侧。随着工作面向前推进,底板破坏范围相应增大,但推进255m后,破坏深度不再增加。现场实测表明,底板浅部岩层最早受到扰动,且受到的扰动程度最高。扰动范围随最大注水量的减少而增加,在底板下25m范围内的岩层受影响较小。由此可知,该工作面底板破坏深度为25.0～29.2m。     

综采薄煤层采动底板变形破坏规律实测分析

为了研究兖州煤田综采薄煤层底板采动变形破坏规律,应用现场应变实测系统在兖矿集团杨村煤矿4602综采工作面进行了现场实测,得到了底板2个监测钻孔8个应变传感器探头的的应变增量随工作面推进的变化曲线,通过2个监测钻孔监测数据的综合比较,确定底板破坏深度介于8.4～10.1m之间;结合现场底板变形实测,分析了煤壁前方超前支承压力影响的范围与底板深度的关系并给出了定量表达式;应变增量曲线反映出的周期来压步距为8.9m,这与工作面矿压监测数据反映的周期来压步距基本一致.在此基础上,结合课题组在兖州矿区底板破坏深度实测的已有数据,提出了适合兖州地区的底板破坏深度的经验公式,为兖州煤田下组煤开采结合其他突水影响因素确定安全可采分区提供了可靠依据.目前,位于可采区内的杨村井田2个工作面的安全回采已经证实了预测的准确性.这一问题的研究对鲁西南下组煤煤炭资源的安全开采具有重要的理论与现实意义.     

深部采空区煤层底板滞后破坏特征

为分析深部采空区煤层底板滞后破坏特征,运用悬臂梁模型分析裂纹面间锁固段的变形破坏特征,通过试验分析岩样加载至塑性阶段后卸载再加载过程中的体积应变与偏应力的关系,结合煤层底板注水试验实测数据分析深部煤层底板岩体在采空区重新压实过程中的渗透性能变化。研究表明,裂纹面间锁固段变形破坏程度在采动剪切滑移和采动卸荷过程中逐渐增大;处于塑性状态的岩样在轴向应力卸载后再加载至卸载点81 MPa时,体积应变由0.000 56增大至0.001 1;现场实测发现距煤层底板18.19 m处的岩体在工作面推过测点3.6～15.8 m的过程中出现裂纹扩展、变形破坏,在工作面推过测点20.6～30.9 m过程中,底板岩体再次发生变形破坏,说明深部煤层底板在加载至塑性状态后卸荷并重新承载的过程中仍存在变形破坏可能性。     

倾斜煤层底板采动破坏深度计算及破坏特征分析

根据半无限体理论,建立了倾斜煤层走向底板采动破坏深度力学求解模型,计算了倾斜煤层底板采动最大破坏深度。以平煤十矿的开采地质条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件,对22300工作面底板采动破坏特征进行数值模拟。研究表明:沿煤层走向方向,底板采动塑性破坏区大致呈1个勺底偏向停采线一侧的"勺状"分布形态,且当推进至工作面"见方"期(回采距离等于工作面斜长)时,底板采动破坏深度首次达到峰值15 m。采用位移传感器法,对底板破坏深度进行现场实测,底板位移监测曲线表明,底板采动最大破坏深度为14~16 m,与理论计算及数值模拟所得结果吻合。     

近距离特厚煤层采动影响下底板破坏及巷道稳定性研究

以开采平朔煤矿近距离特厚煤层过程中底板巷道的稳定性为研究背景,通过理论分析、数值模拟及现场实测,对采动影响下的底板变形和破坏规律进行探讨。结果表明:工作面底板破坏深度理论计算值为18.4 m(煤层间距35 m),底板巷道的顶板较为完整,该结果与钻孔窥视仪实测结果相一致。数值模拟结果发现,随着工作面的推进,工作面的底板破坏深度不断增加,破坏范围不断扩大,当工作面推进100 m时,采动影响造成的底板最大破坏深度达到16 m,应力峰值和应力集中系数分别为16 MPa、3.2。随着工作面向前推进,巷道两帮移近量、顶底板移近量受采动影响的变形规律可分为3个阶段,即缓慢增加段、快速增加段、稳定变形阶段,在-100 m～-50 m范围内,采动对巷道变形影响较小,巷道变形增加缓慢;在-50 m～50 m范围内,采动对巷道变形影响十分强烈,变形呈现快速增加;在50 m～100 m范围,采动效应较弱,巷道变形保持稳定。     

承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征

为研究承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征,以岱庄煤矿11607工作面的采场条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件,建立承压水上膏体充填开采流-固耦合数值模型,对充填工作面回采过程中煤层底板的破坏特征进行了研究分析。研究表明:充填开采采动底板的承压水导升高度不明显,煤层底板破坏深度在工作面推进至12.4 m后趋于平缓,且当工作面推进至100 m时达到底板最大破坏深度仅为6 m,理论计算了充填工作面采动底板的最大破坏深度范围为3.83~5.27 m,采用单孔恒定水压法对11607工作面底板进行现场实测,测得底板最大破坏深度为6.50 m,与理论计算、数值模拟所得结果基本吻合。     

基于现场实测“三软”煤层采动底板变形破坏机制

为了探究郑州矿区厚的软顶、软底和软煤在炮采条件下底板变形破坏的机制,以告成煤矿某典型“三软”工作面为研究对象,通过现场实测、理论解析和数值模拟等方法对采动底板变形破坏深度和机制进行了综合研究。基于对上、下巷道底板现场应变感应数据的分析,得出了该面“三软”煤层回采巷道底板变形破坏的深度、层位及其受采动煤壁前方应力峰值的宽度和影响范围。在此基础上,建立了煤层底板应力分析计算的工程地质模型,运用理论解析和数值计算分别推导和模拟了在矿山压力作用下随着工作面推进,采动煤层底板不同深度基本应变解析解和应力与变形的分布规律。     

深部开采煤层底板采动变形破坏规律研究

针对某矿煤层埋藏深,受底板承压水威胁严重的问题,确定底板采动破坏的深度是实现对其深部开采的关键和前提。根据该矿1305工作面的水文地质条件、煤层力学性质以及顶底板岩层结构和性质,运用FLAC3 D数值模拟方法研究煤矿深部开采过程中应力分布与塑性区分布特征,结合现场实测数据及煤层不同深度的超前段底板超声图像观测规律,得出该工作面采动煤层底板变形破坏的深度约为22 m。     

煤层底板破坏深度的应变法研究

为了评价具有大导升高度煤层底板在采动过程中是否会造成导升高度与破坏深度对接而发生突水,采用应变法对刘家梁煤矿底板的采动破坏深度进行监测,获得了底板破坏深度的参数,正确地评价了刘家梁煤矿5124工作面底板突水的危险性。这一方法探索了应变测试底板破坏深度的途径,具有一定的推广价值。     

煤层底板采动破坏机制的岩性效应研究

为获取不同岩性的煤层底板采动破坏特征,建立了不同内摩擦角对岩体强度影响的莫尔圆解,构建了采场端部最大底板破坏深度/采空区最大底板破坏深度的比值与内摩擦角的关联公式;运用FLAC3D数值模拟软件,分析了不同岩性条件下的煤层底板塑性区、最大剪应力、弹性应变能分布特征;从能量积聚与耗散的角度,建立了煤层底板采动破坏形态的概化模型;最后,结合平朔19110工作面底板实测数据进行验证。研究结果表明,超前支承压力作用下底板岩性为软弱岩体易发生剪切破坏,而未发生剪切破坏的中硬岩或硬岩,在应力卸荷作用下仍存在进一步破坏的可能性;随着煤层底板岩体内摩擦角的不断增大,煤层底板采动破坏范围的最大值将逐渐由采场端部向采空区后方转移;与煤层底板岩性为中硬岩或硬岩相比,岩性为极软岩或软岩的煤层底板岩体在煤壁附近剪应力和弹性应变能存在明显的衰减,并向深部转移,导致采场端部塑性区范围较明显;将煤层底板采动破坏区域划分为能量释放区、能量承载区、能量平衡区,与煤层底板岩性为软弱或极软弱类型相比,中硬岩或硬岩类型下的煤层底板能量释放区分布范围较小甚至缺失,主要通过能量承载区和能量平衡区实现采动扰动能量的平衡。现场实测发现煤...     

承压水上采煤底板破坏特征

根据弹性力学空间半无限体理论建立了沿煤层走向底板受力力学模型,计算了工作面推进过程中底板内任一点处的水平应力大小。以菏泽龙固煤矿1302工作面的采场条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件对该工作面推进过程中底板破坏特征进行数值模拟。研究表明:煤层回采后,采动底板最大破坏深度为15 m左右。采空区底板水平应力呈"凹"型分布,随着工作面的推进,采空区两端煤壁附近底板水平应力集中效应显现。采用钻孔双端封堵测漏装置对1302工作面底板破坏深度进行现场实测。实测表明:1302工作面底板最大破坏深度为14 m,与数值模拟所得结果基本吻合。     

CT技术在底板破坏规律探测中的应用

为研究煤层回采过程中底板在采动影响下的破坏情况,应用直流电阻CT技术进行现场实测。通过对煤层不同回采时期底板岩层钻孔间电阻率CT切片图的对比,判断底板在采动影响下的破坏情况。