巨厚煤层软弱覆岩分层综放开采覆岩破坏高度研究

为了确定巨厚煤层软弱覆岩分层综放开采条件下覆岩破坏特征,以老虎台矿55003工作面为对象,采用数值计算、微震监测和瞬变电磁探测方法对区域分层综放开采过程中覆岩破坏高度进行分析,确定了采出厚度与覆岩破坏高度的关系。研究表明,抚顺矿区巨厚煤层软弱覆岩条件下覆岩破坏高度与采出厚度呈线性正相关,覆岩破坏高度为采出厚度的8.4倍。巨厚煤层软弱覆岩的破坏高度比坚硬覆岩综放开采要小。覆岩破坏主要受到油页岩和绿色页岩组成的岩层结构的制约,同时受到F7-1断层和F7断层的影响。     

巨厚煤层开采覆岩含水层破坏模拟——以准东大井矿区为例

本文针对准东矿区巨厚煤层典型赋存特征,以大井矿区为研究对象,通过识别覆岩关键层及含水层,采用UDEC数值模拟方法,建立大井矿区巨厚煤层开采覆岩力学模型,对不同开采方法覆岩含水层破坏进行了模拟研究。结果表明:研究区覆岩关键层分为4层、覆岩含水层共2层;开采厚度相同时,大采高开采覆岩下沉量、裂隙带发育高度及开采对含水层的扰动影响均大于放顶煤开采;采高24m,推进长度为300m时,导水裂隙已发育至含水层Ⅱ;主关键层对覆岩位移、裂隙分布及开采对含水层的扰动影响起关键作用。     

浅埋深综放采场覆岩结构对矿压显现规律的影响

为确保综放工作面的安全开采,采用相似模拟试验和现场观测相结合的方法,研究了浅埋深条件下覆岩结构对综放工作面矿压显现规律的影响。结果表明:当基岩厚度小于80 m时,综放工作面覆岩以"悬臂梁+铰接岩梁+拱"结构形式存在,而基岩厚度大于80 m,覆岩以"悬臂梁+铰接岩梁"结构形式存在,基岩厚度越大,覆岩结构稳定性越好;综放工作面支架平均循环末阻力随着基岩厚度的增加呈对数减小,平均周期来压步距随基岩厚度的增大呈增加趋势,在相同覆岩结构条件下,动载系数随基岩厚度的增加而增大;而不同覆岩结构条件下,覆岩稳定性越好,动载系数越小。     

条带开采关键层控制地表变形分析

以山东某煤矿3煤厚煤层宽条带开采工作面覆岩与地表变形控制为研究对象,对覆岩关键层控制覆岩与地表变形机理进行探究。根据关键层理论确定了该区域上覆岩层厚度290.97 m的细砂岩为主关键层,并且其下方有一亚关键层协同控制地表变形,二者构成复合关键层,计算了主关键层破断距。数值模拟覆岩主、亚关键层应力和位移变化规律,建立了顾及关键层的地表下沉预计模型。研究结果表明：亚关键层断裂、主关键层未断裂时,地表变形增大不明显;主关键层断裂时,地表变形有突变现象发生;同时经实测数据验证:建立的顾及关键层地表下沉预计模型是可靠的。     

神东矿区覆岩破坏类型的探测研究

神东矿区主要开采侏罗系煤层,由于工作面覆岩松散层厚度、基岩厚度和埋深变化的复杂性,加之矿井水文地质条件变化较大,多次发生工作面突水、溃沙事故。采用以钻孔探测工作面覆岩破坏高度的研究方法为主,首次指出矿区存在覆岩破坏"两带"分布、覆岩破坏正常"三带"分布和超高导水裂隙带分布3种覆岩破坏类型。     

巨厚煤层分层开采覆岩移动规律数值模拟研究

以准东煤田大井二号煤矿BM煤层的分层开采为例,利用FLAC~(3D)数值模拟得到采动后上覆岩层的体积应变增量切片。分析结果表明:受煤层采动影响,覆岩移动破坏区域由采空区向深部延伸,大致呈鞍形分布。覆岩裂隙发育速度随各分层开采逐渐减缓,裂隙发育高度与已采煤层厚度成幂函数关系。     

基于灰色关联度的开采沉陷关键影响因子分析

根据陕西榆神府矿区15个典型矿点的煤炭地质赋存条件和开采设计方案以及地表岩移观测数据,采用灰色关联分析法研究了地表最大下沉系数与其影响因素之间的关系.按照灰色关联度大于或等于0.70的原则,确定覆岩综合普氏硬度、扰动系数、深厚比、采高、覆岩岩层厚度、覆岩土层厚度为榆神府矿区开采沉陷关键影响因子,为该矿区的开采沉陷损害控制和评价提供科学依据.     

采场上覆关键层破断角的力学推导和实验模拟

为研究采场上覆关键层破断角,基于弹性力学和岩体力学,建立采场上覆关键层破断的梁力学模型,推导得出关键层破断角的计算公式,并通过物理模拟实验进行公式合理性和可靠性的验证。结果表明:(1)理论计算关键层破断角的变化范围为57.5°~71.0°,实验模拟破断角为50°~70°,理论计算结果与实验模拟结果吻合较好,说明理论推导关键层破断角的计算公式具有较高合理性和可靠性;(2)关键层破断角公式说明,关键层破断角与关键层的内摩擦角、抗拉强度、容重、弹性模量、关键层厚度和上覆载荷层的弹性模量、容重和厚度有关。对某一采场覆岩,关键层破断角的变化主要受关键层自身厚度和载荷层厚度的影响;(3)关键层厚度与载荷层厚度比值h/h'1.5时,关键层破断角随h/h'的增大而减小,载荷层厚度变化对破断角的影响程度大于岩层厚度变化的影响;(4)当h/h'1.5时,载荷层厚度增大引起关键层破断角减小,关键层厚度增大引起关键层破断角减小,两者对关键层破断角的影响作用相同,关键层厚度变化对关键层破断角的影响程度大于载荷层厚度变化的影响;(5)当h/h'=4时,关键层厚度变化与载荷层厚度变化对破断角的影响程度相同。     

采动覆岩卸荷膨胀累积效应

地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。     

覆岩破坏充分采动程度定义及判别

随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了导水裂缝带高度影响因素的敏感性及其与工作面尺寸的关系,提出了覆岩破坏充分采动程度的定义及判别方法。结果表明:工作面尺寸对导水裂缝带高度的影响仅次于开采厚度。当工作面尺寸较小时,覆岩破坏不发育;当工作面尺寸增加到一定值时,覆岩破坏仅形成垮落带;当工作面尺寸继续增加时,覆岩破坏形成裂缝带且导水裂缝带高度随着工作面尺寸的增加而增加;当导水裂缝带高度发育至最大值后,导水裂缝带高度不再随工作面尺寸的增加而增加。覆岩破坏过程中仅形成垮落带的阶段定义为覆岩破坏的极不充分采动(即覆岩极不充分破坏);覆岩破坏过程中形成裂缝带且导水裂缝带高度随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的非充分采动(即覆岩非充分破坏);导水裂缝带高度达到最大值且不再随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的充分采动(即覆岩充分破坏)。导水裂缝带高度刚达到最大值时的工作面尺寸为工作面临界尺寸。当工作面尺寸小于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为非充分采动;当工作面尺寸大于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为充分采动。覆岩破坏充分采动程度的主要影响因素有工作面尺寸、开采厚度、开采深度、覆岩力学性质、覆岩结构特征和覆岩破断角。     

杏山铁矿露天转地下覆盖层形成方法

以杏山铁矿为研究背景,结合矿山实际情况,基于随机介质放矿理论的覆盖层结构优化理论与露天转地下覆盖层回填自然分级理论,确定了杏山铁矿能满足防损失贫化、防冲击地压、阻滞水作用、减少漏风防寒保暖,可形成挤压爆破和端部放矿条件等安全功能的覆盖层厚度为45 m,形成方法为高台阶一次翻卸,并制定了详细的方案与技术保障措施。取得以下主要结论:①杏山铁矿覆盖层分整体下移层和流动层2层铺设,流动层回填废石粒度不小于20 mm,100 mm以上的粒度含量不小于40%,厚度不小于20 m。②整体下移层回填废石小于5 mm与大于5 mm的粗颗粒比例为3∶7,厚度不小于25 m。杏山铁矿实施覆盖层后的井下漏风率、矿石贫化率、井下泥石流和渗漏时间等指标评价数据良好,对类似矿山有指导借鉴意义。     

基于PFC~(3D)数值模拟的金山店铁矿东区合理覆盖层厚度研究

覆盖层在无底柱分段崩落采矿法开采中起着重要作用,既要为挤压爆破和端部放矿创造必要条件,还需保证崩落法生产的安全性,选择合适的覆盖层厚度对矿山开采具有重要意义。首先,根据金山店铁矿东区采场结构参数,利用椭球体放矿理论计算出合理覆盖层厚度为20 m,并以覆盖层充当缓冲层时覆盖层厚度计算公式验证了该厚度能满足安全要求;其次,利用PFC~(3D)数值模拟软件进行三轴压缩试验找到与金山店铁矿东区岩体力学强度参数相匹配的矿岩颗粒微观参数;最后,根据矿岩微观参数建立放矿数值分析模型,通过选取的不同覆盖层厚度进行模拟放矿,依据放矿后矿石的回收率和贫化率大小来分析覆盖层厚度对开采指标的影响,认为20 m厚度覆盖层条件下的矿石回收率和贫化率达到最优值。理论计算和数值分析表明,金山店铁矿东区崩落法开采时覆盖层厚度取20 m,可取得较好的技术经济效果并保证采场安全。     

基于多元线性回归理论的煤矿突水预测

为了有效地预测矿井突水,降低矿井生产中的危险,基于多元线性回归的方法,研究了影响煤矿突水的主要因素,包括断裂构造、底板含水层岩溶发育程度、水压、底板隔水层的厚度等,得出了突水量与其影响诸因素之间的线性回归方程。通过突水模型的建立及其实践的检验,证明此类线性回归方程能够很好地预测出煤矿突水事故的发生,具有较高的理论和实用价值。     

布沼坝露天矿生态复垦工程

以布沼坝露天矿复垦为例,突破了单一的矿区土地复垦或闭坑后再进行矿区环境治理的传统模式,提出了矿山生产—生态重建一体化作业模式,确定了矿区和排土场采用覆土复垦方式,并介绍了覆土厚度的计算公式以及根据当地的气候和不同土壤成分的功用如何选取确定复垦作物。     

煤矿水仓有效容量监测方法研究

受煤泥淤积的影响,煤矿水仓有效容量缺乏可行的监测手段,因而难以达到规定的要求,存在一定的安全隐患。文章针对煤矿水仓中水质分层的现象,结合水仓结构特点,根据水位高度和煤泥淤积厚度计算出水仓有效容量和空仓量的表达式;设计了双浮球式液位传感器及浮球-超声波组合式液位传感器来直接或间接测量煤泥淤积厚度和水位高度,并提出了水仓状况动态监测方案,实现有效容量和空仓量的在线监测。     

大理石地下开采顶板合理厚度研究

亿隆大理石石材矿山需在一定厚度的安全矿柱及风化层下进行地下石材开采,然而安全矿柱过厚会导致资源浪费,反之不能保证矿山生产安全。根据亿隆石材矿山的矿体特征,利用理论计算及FLAC3D软件分析了不同空区跨度下的安全矿柱合理厚度。经综合分析与研究,得到了不同空区跨度与顶板合理厚度的关系。基于亿隆石材矿山的最大开采跨度36m,同时考虑4.5m厚的风化层,推荐矿山留设28.5m厚的顶板合理厚度。     

张村矿断层突水特征分析研究

 针对张村矿断层突水问题,分析了矿区断层分布规律。基于距离判别法对张村矿主要影响断层突水等级进行了判别分析,结果表明：因煤层与太原组石灰岩之间的隔水层太薄,小于底板采动破坏深度,太原组石灰岩水比寒武系石灰岩水更容易发生突水;断层落差越大,在高水压作用下突水或涌水量会增大,因为断层的落差大小决定了其切割深度,其富水性会越强。分析结果与矿区实际情况和瞬变电磁探测结果是吻合的。根据研究结果提出矿区断层突水防治措施,对于矿井安全生产具有一定的指导意义。     

露天转地下开采覆盖层厚度的影响因素分析

对于露天转地下开采的矿山,覆盖层合理厚度的确定一直是困扰矿山的难题。从覆盖层的功用入手,在分析覆盖层厚度影响因素的基础上,探讨了覆盖层厚度和采矿工艺及矿山防排水的关系,并推导得出了放矿椭球体和松动体高度的关系模型,还通过试验测得了散体矿岩所形成的覆盖层的渗漏系数,为露天转地下开采的矿山确定合理的覆盖层厚度提供理论指导。     

赵庄矿峰峰组碳酸岩层隔水性能研究及应用

为解决山西晋煤赵庄矿下组煤水压高、传统隔水层薄所带来的安全带压开采问题,采用水文地质钻探、抽水试验、压水试验、地应力测试及室内试验等技术手段,通过对奥灰顶部岩性、裂隙岩溶充填情况、钻探漏水、岩石力学指标及渗透性试验等各方面的综合研究,论证了下组15#煤底板奥灰顶部峰峰组岩层的相对隔水性。结果表明：赵庄矿15#煤下伏的奥陶系顶部峰峰组上段岩性为深灰色厚层石灰岩,致密坚硬,局部夹白云质灰岩和泥灰岩,强度较高,裂隙多呈不规则状且大量被充填,构成渗透性很差的岩层|本区奥灰峰峰组顶部至少存在30m厚度的相对隔水层段,15#煤底板隔水层厚度在38.75～67.25m之间,平均厚度为57m,且隔水性能较好|采用突水系数法对赵庄矿开采下组15#煤突水危险性评价,说明利用奥陶系顶部相对隔水层可使突水危险性大幅降低,从而解放大量煤炭资源。     

厚松散含水层下重复采动覆岩破坏规律分析

在厚松散含水层下采煤时,由于含水层可传递上覆表土层的载荷,导致工作面容易产生溃砂、突水事故.为了避免在回采过程中发生溃砂、突水事故,结合朱仙庄煤矿864工作面的实际条件,建立复合隔水关键层的力学模型,采用数值模拟对厚松散含水层下特厚煤层分别在上分层2.5,3.0,3.5,4.O m综采、下分层6.5,6.O,5.5,5.0 m综放和一次性全厚放顶煤进行开采,确定安全开采的方案.研究结果表明:在上分层为3 m下分层6综放时,裂缝带发育的高度最低、覆岩破坏的最终形态最缓和,在工作面回采过程中最为安全.