大倾角煤层覆岩断裂带高度影响因素的数值分析

基于对大倾角煤层开采特点的分析,认为在工作面长度一定的条件下,煤层倾角、顶板岩层强度、开采高度是大倾角煤层开采顶板断裂带高度的主要影响因素。对上述影响因素进行正交试验,对模拟结果进行单因素极差分析与多元线性回归分析,得出各因素对断裂带高度的影响程度,依次为:岩层倾角>顶板岩层强度>采煤高度,得出大倾角煤层开采顶板断裂带高度的回归公式。最后用回归公式与相似模拟实验数据进行对比验证,表明数值模拟结果的正确性。     

大倾角煤层开采围岩的力学行为研究

针对大倾角工作面上覆岩层运动和破坏特征、支承压力分布规律及其对开采的影响,以走向长壁大倾角综采工作面为工程背景,采用现场实测、理论建模及数值模拟等方法,研究了大倾角煤层开采顶板岩层的断裂机制,以及大倾角煤层煤壁前方和采空区倾向的最大应力集中系数、支承压力塑性区范围、顶板的来压步距、顶底板的位移量等特征。在获得大倾角煤层开采矿压特征基础上,提出工作面支架稳定性、设备防滑以及来压期间采场围岩的控制技术。对减少煤矿顶板事故、提高大倾角煤层开采的安全性具有一定的指导意义。     

大倾角煤层开采围岩的力学行为研究

针对大倾角工作面上覆岩层运动和破坏特征、支承压力分布规律及其对开采的影响,以走向长壁大倾角综采工作面为工程背景,采用现场实测、理论建模及数值模拟等方法,研究了大倾角煤层开采顶板岩层的断裂机制,以及大倾角煤层煤壁前方和采空区倾向的最大应力集中系数、支承压力塑性区范围、顶板的来压步距、顶底板的位移量等特征。在获得大倾角煤层开采矿压特征基础上,提出工作面支架稳定性、设备防滑以及来压期间采场围岩的控制技术。对减少煤矿顶板事故、提高大倾角煤层开采的安全性具有一定的指导意义。     

复杂厚煤层回采工作面采煤方法研究

针对阳煤二矿81201工作面在复杂厚煤层条件下采煤方法的合理选择问题,分析了地质构造、顶板条件、煤层强度、倾角以及煤层和夹矸厚度等煤层地质因素对采煤方法选择的影响,认为阳煤二矿81201工作面陷落柱构造发育,顶板破碎,煤层松软,不利于大采高综采的应用;通过煤层开采条件以及经济、安全性综合分析,认为大采高综放开采具有明显优越性;通过综放开采不同割煤高度下煤壁稳定性及顶煤冒放性的数值模拟分析,得出81201综放工作面割煤高度应不高于4.0m,并考虑夹矸厚度及发育层位影响,最终取工作面合理割煤高度为3.8m。     

确定顶板导水裂缝带高度方法的探讨

运用因素分析及回归模型优化方法，得出缓倾斜煤层开采顶板导水裂缝带高度（Ｈ）与煤层开采厚度（∑Ｍ）及顶板岩层单向抗压强度的加权平均值（σ）之间的最佳回归方程和相应的回归系数。该回归方程与实测资料验算对比具有较高的精度，且中误差小，为煤矿提供了一种预计顶板导水裂缝带高度的方法。     

大倾角煤层长壁开采覆岩空间活动规律研究

针对大倾角煤层长壁开采覆岩变形、破坏和运移规律复杂,对工作面安全开采影响大等问题,采用现场实测、数值模拟和相似材料模拟,研究总结了大倾角煤层长壁开采直接顶、基本顶和高位岩层空间的变形、破坏和运移规律。结果表明:大倾角煤层走向长壁机械化开采过程中,沿倾斜方向采场顶板低位岩层与高位岩层均呈现出非对称力学特征,且破坏运移呈现出时序性和不均衡性。沿工作面倾斜方向中、上部区域内"三带"特征明显,且层位较高,而下部则顶板岩层没有明显的"三带"特征或"三带"形成的层位较低且不完整;多区段、多煤层开采时,上覆岩层影响程度远大于单一煤层,且具有一定冲击性。     

石炭系8号煤层顶板破坏发育高度分析研究

该文针对下部煤层开采后对上部煤层的影响,在掌握煤层顶底板条件的前提下,分析了房柱式开采形成的采空区现状,通过不同的计算方法,得出了冒落带高度的理论计算值,最大18m。对照地质报告提供的顶板岩层厚度及强度特征,分析得出对5号煤层不影响其正常开采。     

确定顶板导水型缝带高度方法的探讨

运用因素分析及回归模型优化方法，得出缓倾斜煤层开采顶板导水裂缝带高度（Ｈ）与煤层开采厚度（ΣＭ）及顶板岩层单向抗压强度的加权平均值（σ↑－）之间的最佳回归方程和相应的回归系数。该回归方程与实测资料验算对具有较高的精度，且中误差小，为煤矿提供一种预计顶板导水裂缝带高度的方法。     

永夏矿区三2煤开发技术研究

基于顶板平衡结构岩层高度和三带判别方法,对二2煤开采后对三2煤的影响进行了计算和分析,按顶板平衡结构岩层高度计算,三2煤层处在二2煤层顶板平衡岩层上部,且距平衡岩层下部边界约60 m左右处;按三带判别法,三2煤层处在二2煤层顶板之上的弯曲下沉带中,且距裂隙带上部边界40 m左右处,因此,二2煤层开采对三2煤不会产生破坏影响.另外,根据模拟和岩层移动观测,分析了三2煤层与二2煤层同时开采的时空关系.     

应用UDEC进行顶板“三带”范围划分的数值模拟研究

顶板岩层垮落带与导水断裂带高度的划分,是进行瓦斯抽采及"三下"采煤等煤矿安全分析的重要影响因素。运用UDEC数值模拟软件,模拟赵庄煤矿3304综采工作面采动过程;结合岩层破断的理论分析,依据模拟结果中煤层顶板破坏特征及位移场的变化规律,确定受采动影响造成的顶板岩层垮落带与导水断裂带最大高度位置。结果表明:不同高度顶板岩层的最大下沉值随着顶板与煤层之间距离的增加而逐渐减小,直至基本稳定不变;通过分析煤层上方不同高度顶板岩层最大下沉值的变化规律,获得顶板岩层垮落带与导水断裂带高度分别为21.2 m和76.7 m,而现场分析结果为25.15 m和78.19 m,与数值模拟结果接近。     

急倾斜煤层矸石充填采场围岩运移规律数值模拟分析

急倾斜煤层矸石充填开采可以有效的抑制煤层及顶底板动力现象，有利于提高“支架-围岩”系统稳定性。在对急倾斜煤层矸石充填开采围岩移动变形的影响因素分析的基础上，运用UDEC数值模拟软件，对不同煤层倾角、埋深、充填率和充填体强度条件下，围岩的运移规律进行了研究。研究表明：随着煤层倾角的增加，顶板变形量和扰动范围减小，而底板移动变形逐渐增加|埋深越深，围岩的应力集中程度和最大下沉值越高|随着充填率和充填体强度的增加，采场围岩的移动变形量减少，稳定性增强。该研究可以为急倾斜煤层安全高效开采提供借鉴。     

大倾角煤层长壁开采空间应力拱壳形态研究

大倾角煤层特殊的赋存条件,造成在大倾角煤层开采中顶板空间应力场的演化规律、顶板破断垮落后所形成的围岩结构等较缓倾斜煤层开采时异常复杂,导致维持顶板稳定性的难道加大。基于大倾角煤层开采物理相似材料模拟实验和数值仿真结果,分析了在大倾角煤层开采中围岩结构的基本特征和应力拱壳的基本特性,认为非对称空间应力拱壳是开采扰动破坏原岩应力平衡后,上覆岩层在自我组织能力作用下所形成的主应力迹线的空间展布形态,空间应力拱壳沿走向对称,沿倾向非对称,且当工作面推进距离远大于工作面长度时,空间应力拱壳中间区域沿倾向的形态基本保持不变。据此,在考虑冒落矸石非均匀充填效应的基础上,建立了沿倾向和沿走向的三铰拱力学模型,推导给出了沿倾向非对称拱和沿走向对称拱的轴线方程,并通过算例对研究结果进行验证。结果表明,文中给出的轴线方程能较好的描述采场空间应力拱壳的基本形态;当工作面推进距离远大于工作面长度时,空间应力拱壳沿走向两端对称区域的形态基本保持不变;沿走向对称应力拱的拱高和跨长在倾斜方向上呈先增大后减小的趋势;最大垮落高度在倾向方向的中上部区域,该区域走向应力拱的跨长和拱高也最大。     

含钒页岩矿床开采导水裂隙带发育高度研究

对上横山多层含钒页岩矿床开采进行了离散元数值模拟,通过曲线估计得到了导水裂隙带高度随开采深度、矿体倾角、分段高度和开采厚度4个影响因素变化的发育曲线;设计了4因素3水平数值模拟正交试验,通过对正交试验结果的极差分析确定了各因素对导水裂隙带发育高度的影响程度依次为矿体倾角>分段高度>开采厚度>开采深度;对比分析表明在试验水平内将导水裂隙带发育高度计算经验公式应用于多层含钒页岩矿床开采导水裂隙带发育高度的计算中缺乏合理性;将极差作为各单因素对导水裂隙带发育高度影响的权重,结合曲线估计结果建立了多因素变化的导水裂隙带发育高度的预测函数。     

大倾角大采高工作面煤矸互层顶板漏冒规律研究

为了保证大倾角大采高综采工作面在煤矸互层顶板下的安全高效开采,解决工作面频繁发生顶板漏冒的问题。采用物理相似模拟实验与理论分析等方法对大倾角大采高工作面煤矸互层顶板应力分布与演化规律、破坏与漏冒特征进行研究。结果表明：工作面回采时,煤矸互层顶板受压在支架顶梁上方断裂|移架过程中煤矸互层出现离层、台阶下沉等现象,支架支护阻力急剧增大,断裂煤矸层因支架反复支撑作用而挤压破碎|当支架支护作用削弱时,支承应力向工作面前方煤体转移,工作面前方支承压力逐渐增大、应力集中,导致煤矸互层顶板超前断裂、煤壁片帮,破碎煤岩体从支架前方沿煤壁片帮处漏冒。通过理论分析,发现煤矸互层漏冒前,工作面顶板剧烈下沉,提出以控制顶板下沉量的方式来预防煤矸互层架前漏冒,具体防治措施为：带压移架、提高支架支护初撑力、提高煤壁稳定性。     

水体下急倾斜煤层采空区矸石充填顶板控制

采用数值计算和物理模拟方法,分析了水体下急倾斜煤层开采采空区矸石自溜充填顶板控制效果。结果表明：采空区矸石充填可以有效降低工作面顶板下沉挠度,减小区段平巷围岩变形;矸石充填限制了相邻分带煤柱的横向变形,减小其变形破坏程度以及降低相邻分带回采时的矿压显现;矸石充填使覆岩内的应力发生转移和重新分布,有效降低了覆岩导水断裂带的高度,减少了防水煤柱的塑性破坏范围。     

大倾角煤层变角度综放工作面开采覆岩运移规律

大倾角煤层变角度综放工作面受倾角变化的影响,覆岩运移、矿压显现规律更为复杂。针对枣泉煤矿大倾角煤层120210变角度工作面综放开采条件,采用物理相似模拟实验和现场监测方法,对比研究了大倾角煤层变角度工作面和单一角度工作面综放开采覆岩运移规律。研究表明:120210工作面受不同倾角的影响,覆岩运移规律较单一角度工作面差异大,上部区域倾角26°,覆岩运移特征表现出倾斜煤层开采的特征,基本顶以"悬臂梁"结构形式发生破断运动,顶板平均压力23.7 MPa,分布均匀;下部区域倾角44°,覆岩运移特征表现为大倾角煤层开采特征,顶板垮落的矸石沿倾斜滑移充填采空区,顶板平均压力29.5 MPa,分布不均、变化范围大;中部区域过渡段覆岩运移既有倾斜煤层又有大倾角煤层开采特征,顶板平均压力27.15 MPa,分布较均匀,是两者转换的关键区域。根据工作面不同倾角区域覆岩运移、矿压显现特征提出大倾角煤层变角度综放工作面开采围岩控制原则,并依据此原则提出工作面分区域顶煤放出量控制方法。     

高强度地下开采对岩体断裂带高度影响因素的数值模拟分析

对高强度开采条件的特点进行了分析,认为在地质条件一定的条件下,工作面长度、割煤高度、推进速度等是高强度开采对岩体断裂带发育高度的主要影响因素.对上述影响因素进行正交试验设计,对模拟结果进行了单因素极差分析与多元线性回归分析,得到了各因素对断裂带高度发育影响程度,依次为：上覆岩层硬度＞工作面割煤高度＞工作面长度＞推进速度.在覆岩单轴抗压强度20~40 MPa情况下,进行原公式与回归公式对断裂带发育高度进行对比分析,发现原公式值偏小.最后用回归公式对某矿实测数据进行对比验证,证明了模拟结果的合理性.     

采空区下煤层开采覆岩破坏规律数值模拟

基于古书院矿煤层的实际地质资料,利用RFPA2D分析软件对采空区下15#煤层开采覆岩破坏进行了模拟,观察开采后15#煤层坚硬顶板的裂隙发育状况,研究采动覆岩中三带的发育高度,并对结果从采场上覆岩层移动破坏规律、15#煤层顶板位移及应力变化特征方面进行了分析。通过对15#煤层三带分布研究,编制矿井冒落带和导水裂隙带高度的等值线图,确定15#煤层的导水裂隙带最大发育高度,预测在15#煤层回采过程中,9#煤层采空区积水下渗的可能性。根据裂隙发育情况,结合顶板岩性,为15#煤建立抽放系统、治理瓦斯的论证提供依据。     

大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响

为研究大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响,以新疆焦煤集团2130煤矿25213工作面为研究对象,采用物理相似模拟实验、Rhino+Kubrix+FLAC 3D相结合的数值模拟及现场实测的方法,深入分析了大倾角大采高工作面不同夹矸层数、厚度下煤矸互层顶板失稳规律与顶板-支架相互作用特征。结果表明,煤矸互层顶板破坏是由于倾斜中部、靠近支架的煤线先产生局部压剪破坏,随之向附近软煤夹层、夹矸扩展,导致顶板非均衡破坏,诱发架前冒顶、煤壁片帮等现象。大倾角大采高煤矸互层顶板工作面支架工作阻力、顶板最大主应力及顶板变形均呈明显的非对称性,且随着夹矸层数增加,支架上方煤矸顶板集中应力影响范围、围岩变形影响范围及塑性破坏范围均有所增大。煤矸互层顶板支架与围岩有顶板与支架正接触、破断顶板作用于支架掩护梁、架间相互作用等3种作用特征。较一般顶板的大倾角工作面,煤矸互层顶板对支架作用力明显减小,支架工作阻力整体呈倾斜中、下部大于上部的特征;支架非对称受载表现为前柱侧向载荷大于后柱,但随夹矸厚度的增加,顶梁受载程度趋于均布化。结合研究结果,提出了缩短空顶时间、分区域控制、超前预爆破及工作面实时矿压监测等一系列大倾角大采高煤矸互层顶板稳定性控制措施,其中,重点控制工作面倾斜中部煤矸互层顶板的稳定性,来保证工作面的安全高效生产。