超厚高位红层砂岩破断运动与矿震活动规律

以鲍店煤矿十采区02工作面上覆200 m超厚高位红层砂岩为工程研究背景,分析建立了多工作面联合运动的超厚板力学模型,阐明了红层砂岩的损伤滑移破断规律,应用符拉索夫厚板理论,推导计算了红层砂岩的破断步距L=397.8 m。采用微矿震监测技术,分析验证了红层的破断规律及其动力响应特征。研究表明:未达到红层破断步距前,厚层砂岩板将在工作面平巷部位产生损伤,岩层仍处于稳定状态;工作面动力响应以小能级(小于105 J)的微震事件活动为主,在红层层位多发生在下表面。当红层悬露达到380 m时,初次破断运动;大能量(高于105 J)矿震事件频发,在平面上近似呈横向O-X型分布,在剖面上由红层下部逐渐向中部发展。红层最终呈现出四边铰接的稳定连续板状结构。     

高位巨厚覆岩运移规律及矿震触发机制研究

矿震是由矿山开采引起的非天然地震活动,鄂尔多斯矿区侏罗纪煤层上方常见白垩系巨厚层状砂岩组,巨厚砂岩组破断、滑移容易诱发巨厚覆岩型矿震,研究揭示高位巨厚覆岩的内部活动演化规律与动力响应特征是巨厚覆岩型矿震灾害防控的基础。笔者基于符拉索夫厚板理论,结合地面探测孔、地表沉降以及微震监测技术,研究了鄂尔多斯某矿综放开采巨厚覆岩结构演化规律及覆岩内部活动特征,揭示了高位覆岩运动诱发矿震机制。结果表明,综放实体煤回采阶段,采空区面积较小,低位顶板垮落较为迅速,顶板破断角64°～72°,高位巨厚覆岩结构无明显裂隙产生,地表下沉量较小;邻空回采阶段,顶板破断高度向巨厚覆岩层扩展,巨厚覆岩层产生裂隙,巨厚覆岩下顶板破裂角有所增加,并且地表沉降量快速增加呈台阶式下沉。白垩系巨厚砂岩层厚较大、强度较高,推导得出邻空回采阶段工作面推进约324.3 m时,巨厚覆岩结构具备发生初次破断的条件,开始出现强矿震事件;并且其周期破断步距为83.7 m。巨厚覆岩结构破断触发矿震机制为：随采空区面积增加,顶板破裂高度逐渐扩展至高位巨厚砂岩层,该巨厚砂岩层发生竖“O-X”型初次破断、滑移以及周期性破断易诱发强矿震事件。研究结...     

多关键层厚硬顶板覆岩破断运动规律研究

针对榆神矿区多层厚硬顶板条件下工作面“大、小周期来压”现象及矿压显现强烈问题,综合采用理论分析、数值计算以及微震实测等手段,对曹家滩矿多层厚硬顶板条件下工作面顶板破断运动及工作面来压规律进行分析研究。结果表明：垂高40m范围内的低位基本顶及关键层是影响工作面“小周期”来压的主要顶板层位;垂高70～150 m范围内的中高位关键层破断具有“低频次”“大断距”的特点,并与“大周期”存在密切关联;高低层关键层破断的时空叠加是工作面发生“大周期来压”的重要致因。研究结论对深化榆神矿区类似地质条件下工作面“大周期”强矿压现象的理解以及指导后续系统治理工程实践的开展具有积极指导意义。     

煤矿开采上覆巨厚岩浆岩破断运移规律

选取济宁2#煤矿上覆厚度大、坚硬、无层理的岩浆岩层作为研究对象,通过现场调研、力学性质分析、物理相似模拟实验研究了煤矿开采上覆巨厚岩浆岩的破断运移规律。结果表明:岩浆岩初次破断为拱形,周期破断呈类平行四边形,破断后岩块无法形成铰接结构,立即失稳,没有表现出砌体梁平衡结构;采空区上部破断后块体搭接形成的多支点平衡结构缓慢下沉,不会造成地表的突然塌陷。     

低位巨厚岩层破断规律及矿压显现研究

随着矿山开采活动的进行,开采深度日益加深,开采环境日趋恶化,由此带来的安全生产问题亟待解决。根据峻德煤矿9103工作面工程地质情况,通过理论定量分析采场老顶初次来压及老顶周期来压期间其覆岩运动规律,利用数值模拟研究分析支承压力影响范围,从而得出大面积留设煤柱会对下部煤层开采造成恶劣影响的结论。     

浅埋采场矿压及覆岩破断规律

通过对补连塔煤矿２２１１工作面的大型立体相似模拟实验及现场矿压观测，得出了浅埋深（≤１１０ｍ）、薄基岩、厚松散层下开采工作面矿压显现规律，并分析了当基岩厚度与采高之比ｋｍ≥１５时覆岩运动破断规律，对此种条件下煤层开采提供了理论依据。     

浅埋采场矿压及覆岩破断规律

通过对补连塔煤矿２２１１工作面的大型立体相似模拟实验及现场矿压观测，得出了浅埋深（≤１１０ｍ）、薄基岩、厚松散层下开采工作面矿压显现规律，并分析了当基岩厚度与采高之比ｋｍ≥１５时覆岩运动破断规律，对此种条件下煤层开采提供了理论依据。     

上覆巨厚坚硬岩浆岩破断运移规律的实验分析

针对工作面上覆巨厚坚硬岩浆岩条件,采用相似模拟实验研究方法,研究了巨厚岩浆岩的破断运移规律。通过分析实验现象和实验数据,得知岩浆岩的初次破断是两端支承悬空结构中部下位及端部上位拉破断所致,岩浆岩破断后下位离层闭合,岩浆岩初次破断后的覆岩呈现拱形状态。岩浆岩2次周期性破断结构具有几何相似性,破断岩块呈平行四边形形态,并能够形成铰接结构,周期破断后并不随之失稳运动。岩浆岩及其上位岩层几乎发生同步运移,岩浆岩作为主关键层控制着采场覆岩运动,对覆岩结构有决定作用。     

坚硬顶板下采动覆岩破断规律研究

采用相似材料模拟实验方法,针对恒癉煤业9203工作面坚硬顶板下开采的地质特点,对工作面在推进过程中的矿山压力显现规律进行研究。得出老顶是分层连续垮落,垮落步距为9.6~11.2 m,导水裂隙带发育高度51.4~65 m和回采工作面前后范围内的4个分区(即原岩应力区、应力增高区、应力降低区、应力恢复区)的分布范围,寻求工作面采场矿压显现规律和顶板覆岩运动规律。     

东风煤矿工作面覆岩结构及破断规律研究

应用数值计算,分析43002工作面覆岩结构特征。通过分析该工作面直接顶、老顶初次垮落和周期性垮落的条件,建立力学模型。对模型的受力条件进行分析,建立力学数学关系式,计算、推导得出直接顶工作面中部及煤壁处的弯矩与支护阻力关系,以及老顶初次断裂和周期性断裂的极限跨距。     

工作面坚硬顶板破断特征与覆岩运移规律

针对坚硬顶板综放工作面顶板破断特征与覆岩运移规律不清,在实际生产中严重影响工作面安全生产这一问题;以某矿8201工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟以及现场实测的方法对坚硬顶板综放工作面的顶板破断特征以及覆岩运移规律进行研究分析。研究结果表明:对顶板煌斑岩进行岩石力学实验得知煌斑岩在节理面单轴抗压强度为45 MPa左右,无节理为90.99MPa、单轴抗拉强度7.3～9.4 MPa;通过建立深梁结构破断过程中顶板受力模型,得到基本顶初次来压步距为47.57 m;数值模拟得到8201基本顶的初次来压步距约为45 m,周期来压的距离为20 m左右。在现场实测中基本顶初次来压平均46 m,周期来压步距为18.7～20.8 m,来压影响范围1.7～5.6 m。现场实测与理论分析所得结果和数值模拟所得结果相差不大。     

巨厚岩浆岩下覆岩运动规律及其致灾分析

针对上覆岩层赋存高位巨厚岩浆岩条件,采用相似材料模拟试验方法,研究了上覆巨厚岩浆岩下采动覆岩的破断运动规律,揭示了上覆巨厚岩浆岩运移诱发离层瓦斯突然涌出的成因。研究表明,覆岩破断裂隙发育到巨厚岩浆岩后,裂隙区发育形态由拱形发展成拱板形,岩浆岩破断前底部离层跨度发育至最大。巨厚坚硬岩浆岩对离层瓦斯具有圈闭作用,其破断运移会导致离层瓦斯压力急剧上升而诱发瓦斯突然涌出。采取瓦斯抽采、离层注浆、条带开采等方法,可以有效防治离层瓦斯突然涌出。     

大采高综采面顶板破断特征与覆岩活动规律分析

以煤峪口矿82002大采高综采面为工程背景,采用相似模拟和现场试验的方法,分析了大采高综采面顶板破断特征与覆岩活动规律:工作面开挖至一定范围时,采空区冒落矸石逐渐压实,基本顶岩层内应力先较小后增加,而在工作面前方未开挖煤体以及滞后工作面一定范围内的基本顶岩层出现应力集中现象,表明工作面存在一定的压力拱结构,该结构承载开...     

工作面过破坏区开采方法与覆岩破断规律研究

以崔家寨E13103工作面为研究背景,运用力学分析、数值模拟、现场实测等方法,对垂直、斜交、平行3种不同类型的小煤窑巷道破坏形式进行研究,掌握了小煤窑破坏区内全工作面应力分布规律;并针对不同类型的小煤窑巷道,建立了系统的过破坏区的开采工艺,尤其对于贯穿于工作面的4条平行空巷,采用“摆动调斜”的方式回采工作面;通过研究支架-围岩稳定性,建立了过小煤窑巷道顶板破断力学模型,并得出了揭露空巷阶段支承压力分布规律;通过分析“顶板-支架-空巷-煤柱-实体煤”之间关系,推导出工作面支架过小煤窑巷道阶段合理工作阻力计算公式,揭示了目前工作面支架选型并不合理等问题,有效指导支架设计与选型;同时提出了相应的小煤窑破坏区下开采安全技术措施。     

7.0m大采高工作面覆岩破断及矿压显现规律研究

为解决神东矿区7.0 m大采高综采工作面的安全高效开采问题,采用现场实测、理论分析和物理模拟的手段,对19个特大采高工作面的矿压规律和关键技术进行研究。研究结果表明:特大采高工作面矿压显现较普通采高工作面更加强烈;由于特大采高工作面采高明显增大,覆岩第一亚关键层易进入垮落带,难以形成"砌体梁"结构,而呈"悬臂梁"结构周期性破断,形成工作面的周期来压,其持续长度与支架控顶距接近,较关键层"砌体梁"结构来压持续长度明显偏大;并且随着埋深的增大,高位关键层的破断对特大采高工作面矿压显现的影响也逐渐加大,多关键层的同步破断显然会传递更大的覆岩载荷,进而加剧了工作面矿压显现。针对特大采高工作面的矿压显现特征与特殊的覆岩破断规律,建立了支架合理工作阻力的确定方法,研发了特大采高工作面开采设备,开发了大断面巷道支护技术、强制放顶技术和末采快速贯通技术,实现了特大采高工作面的安全高效开采。     

特厚松散覆岩采煤工作面顶板破断规律研究

针对特厚松散顶板采煤工作面顶板破断机理研究不足造成顶板漏冒压坏工作面液压支架问题,采用理论分析、相似模拟实验、数值模拟分析等手段,进行特厚松散顶板采煤工作面顶板破断规律、机理及特征研究,进行特厚松散顶板在采动过程中的裂隙发育情况、离层情况、冒落和垮落特征分析。研究得出:特厚松散顶板采煤工作面顶板垮落特征与常规顶板地质条件下有所不同,特厚松散顶板以冒落拱形式破断;基于特厚松散顶板破断特征,利用采动岩体力学理论,建立了特厚松散顶板破断的力学模型,确立了特厚松散顶板采煤工作面冒落拱参数。该技术成果可为其他类似地质条件矿井煤炭开采提供技术指导。     

石港煤业15109综放工作面覆岩破断规律研究

综放开采过程中矿压显现现象剧烈,有必要对综采放顶煤工作面矿山压力显现规律进行研究。对此,以石港15109工作面为研究背景,通过相似模拟试验与现场实测相结合的方法,分析综放工作面矿压显现规律,研究结果表明:15109工作面初次来压步距64m,周期来压步距平均15m,周期来压过程中来压程度呈现强弱交替现象,分析原因是因为主压关键层交替破断导致,研究结果能够对综放工作面矿压规律做出理论指导。     

木瓜煤矿中厚煤层采场覆岩破断规律研究

木瓜煤矿10-201工作面主采9号煤层厚度较大,为了解采场覆岩破断规律,借助UDEC数值模拟软件进行研究,结果表明工作面回采20 m时,直接顶岩层全部垮落充填采空区,初次来压步距为35 m,周期来压步距为20 m,裂隙带发育高度为45 m。通过现场监测工作面液压支架工作阻力变化情况及采场“两带”高度观测,得出结论:工作面推进20 m后,直接顶岩层全部垮落充填采空区,初次来压步距为38 m,周期来压步距为20 m,裂隙带发育高度为47 m,与数值模拟结果基本吻合。