采场顶板尖灭隐伏逆断层区导水裂隙发育特征

为了防治采场项板尖灭的隐伏小断层(落差小于5 m)导致矿井突水,采用相似模拟试验,研究了工作面由下盘向上盘过顶板尖灭逆断层区域覆岩的渐进破断过程、采动应力和采动裂隙的演化特征.试验结果表明:当工作面未推进至断层面时,尖灭断层的上部裂隙张开,下部有闭合的趋势,且张开断层面的上部张开度大于下部;当工作面进入断层面时,下部顶板断层面张开;进入上盘岩层后,断层面逐渐闭合,且下部的闭合程度大于上部;下盘煤层支承压力的峰值系数显著增大,上盘煤岩层的支承压力峰值系数较小.下盘冒落充分,上盘则整体呈现悬臂梁弯曲下沉趋势;使得下盘导水裂隙高度大,上盘导水裂隙高度小.在断层尖灭点附近,导水裂隙在高度方向停止发展,完整岩层对构造导水裂隙竖向扩展有阻隔作用.     

采动影响下逆冲断层“活化”特征试验研究

以义马矿区的F16大型逆冲断层为背景,结合断层影响下5个矿井的地质钻探和井下揭露情况搭建相似模型,在考虑断层面的分形特征和断层面两侧覆岩赋存特征的基础上,综合运用声发射监测、采场覆岩位移和采场应力监测系统,研究采动影响下断层"活化"前后的覆岩运动特征、矿压显现规律和动力响应特征。研究表明:受逆冲断层南北两侧地层覆岩结构复杂和构造运动影响,断层"活化"前后工作面覆岩运动特征、矿压显现规律和动力响应明显不同。断层"活化"前,工作面覆岩"三带"特征明显,底板应力基本不受采动应力影响,声发射信号较弱。进入断层影响区后,顶板离层量呈跳跃式增长,采动应力诱发断层"活化",底板应力达到最大值,声发射的总事件数和能率发生突变增加。当推过断层一段距离后,随着上盘关键岩层悬臂岩梁长度增加,工作面煤壁发生屈曲破坏,底板应力增加,待岩梁垮断挤压应力释放后,底板应力随之下降,伴随着工作面上方"短砌体梁"结构发生切落且沿断层面滑动,产生大量声发射信号。     

顶板岩性组合结构对逆断层活化特征研究

为了减少断层活化对煤炭安全生产带来的威胁,本文以河南某矿11011工作面过断层为工程背景,通过FLAC~(3D)三维数值模拟软件和微震监测等方法,研究了在不同顶板岩性组合结构下,工作面向逆断层推进时,煤层顶板的运动特征、断层带应力演化规律以及工作面过断层期间微震事件特征。研究表明,断层受到的开采扰动随工作面推进而逐渐增加,活化程度也越剧烈,在距断层10～20m时,断层活化危险性最大;受工作面回采的影响,顶板不同岩性组合结构下,断层发生活化难易程度为:软硬硬软软软硬硬硬软软硬硬硬软软;在工作面回采过程中,断层带B监测点的相对下沉量大于监测点A,说明断层上方高位处先发生活化失稳;随着工作面不断接近断层,断层受开采扰动的影响也越大,断层附近区域岩体微裂隙越多,断层附近区域微震事件越多,断层活化越剧烈。研究成果为断层发育区煤炭资源安全开采提供理论依据与技术参考。     

厚、硬顶板采场覆岩动态变化规律研究

基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weitul分布的假设，建立厚、硬板条件下采场的有限元计算模型，用岩石破裂分析系统（耐），模拟不同开采方式的覆岩冒落与支承压力的动态变化规律，计算结构显示厚、硬顶板冒落模式有三种：（1）拱形破断与冒落；（2）短块状破断与冒落；（3）大块破断与冒落。这对研究厚、硬顶板开采工艺和设备的选型有重要的参考价值。     

厚、硬顶板采场覆岩动态变化规律研究

基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weitul分布的假设,建立厚、硬板条件下采场的有限元计算模型,用岩石破裂分析系统(RFPA),模拟不同开采方式的覆岩冒落与支承压力的动态变化规律,计算结构显示厚、硬顶板冒落模式有三种:(1)拱形破断与冒落;(2)短块状破断与冒落;(3)大块破断与冒落.这对研究厚、硬顶板开采工艺和设备的选型有重要的参考价值.     

逆断层活化诱发冲击地压的危险性研究

采用FLAC3.03D数值模拟软件,以接触面单元模拟断层上下盘构造关系,模拟在逆断层地质构造下,工作面从断层下盘向断层面推进过程中,矿山压力分布规律以及断层带位移变化规律。结果表明,在逆断层地质构造下,工作面从下盘向断层推进过程中,距断层面距离不断减小,断层滑移量随工作面的推进逐渐增大;逆断层面上应力变化受采动影响活化范围在断层面前方40 m处,剪切应力与法向应力随工作面的推进逐渐增大,剪切应力变化高于法向应力,诱发冲击危险性增大。     

硬厚岩层下逆断层采动应力演化与断层活化特征

上覆硬厚岩层受逆断层切割后,工作面顶板运动、采动应力会有异常变化。采用三维数值计算方法,模拟分析了上、下盘工作面向逆断层推进过程中的采动应力演化特征、煤层顶板运动特征及断层活化规律,并采用工程实例进行了分析验证。研究表明：在逆断层切割作用下,上盘工作面围岩呈倒楔形,采动应力向底板深处、顶板高处转移,围岩应力集中程度大于下盘工作面。下盘工作面与上盘工作面相比,采动应力受工作面与断层距离的影响较大。巨厚岩浆岩及其下部岩层形成类似“杠杆”结构,造成煤层顶板的下沉和反弹。逆断层下盘工作面煤层直接顶断层带活化的可能性大于上盘工作面,高位岩浆岩断层带活化的可能性小于下盘工作面。下盘工作面与逆断层距离40 m时断层开始活化;上盘工作面与逆断层距离40 m时,煤层直接顶断层带开始活化,与逆断层距离30 m时高位岩浆岩断层带开始活化。     

上湾煤矿运输大巷过断层围岩变形破坏特征研究

针对巷道过断层极易产生大变形、支护结构失稳等问题,以上湾煤矿中六运输大巷过断层为工程背景,采用数值模拟和现场实测方法分析巷道过断层中围岩变形特征。结果表明:巷道过断层中围岩以剪切变形为主,在断层前后10 m范围内围岩变形量较大,围岩破坏先后顺序依次为底板、两帮和顶板,上盘影响段巷道底板和帮部围岩为主要控制区域,下盘影响段顶板和帮部围岩为主要控制区域,并提出巷道关键部位密集锚索支护+反底拱全断面锚杆支护的围岩控制技术,围岩最大位移量均小于120 mm,工业试验结果较为理想。     

多断层构造应力下回采巷道围岩破坏特征及控制技术研究

断层构造结构复杂,在煤矿开采过程中会造成应力分布不均,顶板破碎不连续以及围岩性质的改变,增加巷道围岩控制的难度。针对某矿11401综采工作面存在较多大小断层,顶板煤岩层裂隙较为发育且易垮落的问题,利用FLAC~(3D)数值模拟软件分析多断层构造应力下回采巷道变形破坏特征并提出锚杆+金属网+锚索+钢筋梯子梁的联合支护方案。通过工程试验反馈变形监测结果表明:顶底板围岩的最大移近量190 mm,两帮围岩的最大移近量202 mm,有效地控制了围岩变形,达到了预期的支护要求。     

基于数值模拟的红岭铅锌矿岩层移动带圈定

根据红岭铅锌矿开采技术条件,用HyperMesh软件建立符合矿体复杂特征的三维有限元数值模型,对红岭铅锌矿各中段开挖后的岩层移动规律进行了深入分析,获得了红岭铅锌矿岩层移动范围。结果表明:岩层移动破坏范围的模拟结果与现场实测值较为吻合,通过数值模拟位移分析,确定了矿体上盘岩层移动角59.2°,下盘岩层移动角63.8°,端部岩层移动角68.9°,圈定了红岭铅锌矿矿床开采地表移动范围,为红岭铅锌矿安全高效开采提供了理论依据。     

断层破碎带巷道的锚网喷架联合支护技术

断层破碎带巷道围岩变形呈现软岩特征,原有的巷道支护方式和技术失效。为解决断层破碎带支护问题和保证施工工期,根据软岩巷道支护理论,结合围岩性质提出了锚网喷架联合支护技术,并对设计方案进行了优化及分析。采用数值模拟对支护效果进行了分析,提出用药卷锚杆代替管缝式锚杆,架后充填进行释能让压,二次支护与巷道掘进平行作业。矿压监测结果表明,锚网喷架联合支护控制了巷道围岩的变形,保证了施工的安全,施工进度提高了66.7%。     

Analysis of deformation ＆ destruction mechanism and stability of F0 fault crush zone in Fangezhuang Coal Mine

Under the mining influence, carried on the electron microscope, the thin section analysis and creep tests to the fault matter＇s original sample and five groups of duplication samples, which have three kinds of moisture. The results of those tests indicate that confining pressure effect, structure effect and moisture effect all have influence to fault matter＇s nature. Meanwhile, the distortion destruction and stability variation of fault crush zone are the main reason which causes water-inrush lag-effect. Simultaneously, the stimulation computation we made by the numerical simulation software FLAC 3D also describes the mining influence to floor strata, fault crush zone＇s range and size, the influence of confined water on overburden and the fault zones, also it describes the time effect of bearing influenced by confined water and the rock dank height of confined water along the fault zones influenced by the specific water head.     

近距离煤层开采导水裂隙带发育高度数值模拟研究

为解决邵寨煤矿2号、5号煤层重复采动面临的覆岩破断及两带发育高度问题,以及研究此情形下导水裂隙带演化规律,运用数值模拟计算方法,采用3DEC数值模拟软件,通过对近距离煤层条件下工作面的回采进行模拟实验,获得导水裂隙带的演化趋势,以及工作面回采结束后的两带最终发育高度。模拟结果表明,导水裂隙带高度沿工作面倾向是从零开始逐渐增加的,最终当工作面回采360 m时,导水裂隙带高度增加至100 m,而走向导水裂隙带初始为煤2层采动造成的高度为78 m,随着煤5层的回采导水裂隙带高度保持不变,当工作面回采至220～260 m时向上延伸至100 m,随后继续保持稳定,导水裂隙带最终发育高度为100 m,贯穿了延安组岩层达到安定组岩层但并未到达洛河组含水层,可以保障井下的安全生产。     

综采面支承压力及塑性区变化规律数值模拟研究

以白坪矿二,煤层为具体原始条件,利用三维数值模拟软件FLAC^3D,分析了随采高不同,综采工作面前方支承压力及煤壁塑性区分布特征和变化规律。     

矸石变形非线性及其对岩层移动的影响

采用数值模拟方法研究了矸石充填体变形非线性特征对岩层移动的影响,比较了双屈服模型和弹性模型在开采沉陷动、静态规律以及覆岩破坏等方面模拟结果的差异.研究结果表明:在达到充分采动后,采用弹性模型和双屈服模型模拟地表沉陷基本一致;在非充分采动模拟过程中,采用弹性模型和双屈服模型在模拟地表移动与变形极值、下沉速度、移动盆地特征等方面均存在较大的差异.     

高强度综采中至坚硬覆岩裂缝带发育规律研究

为了研究中硬偏坚硬覆岩高强度综采条件下覆岩裂缝带发育规律,根据潞安矿区王庄煤矿6206工作面开采地质条件,利用现场实测、数值仿真、相似材料模拟等手段综合研究确定了中硬偏坚硬覆岩综放一次采全厚导水裂缝带的发育高度。结合潞安五阳煤矿分层综采裂缝带高度观测资料,分析表明中硬偏坚硬覆岩高强度综采条件下(分层综采和综采放顶煤)覆岩裂缝带高度与M/n成正比更符合现场实际情况,裂高采厚比达到20.2倍,所得经验公式可以用于类似条件下开采覆岩破坏高度预计,获得的裂高可以作为潞安矿区水体下采煤留设保护煤柱及保水采煤方案制定的参考依据。     

工作面上覆岩冒落导水裂隙两带高度的确定

为了确定工作面上覆岩层冒落带和导水裂隙带的高度,更好的指导矿井防水煤柱的留设,保证矿井安全生产,实验首先运用相似模拟理论将三维问题转化为二维平面模型,通过模拟实际开采过程,确定两带高度,并运用FLAC数值模拟软件建立莫尔库仑塑性模型,模拟顶板应力变化,同时结合经验公式对覆岩两带高度进行计算,最终综合比较得出:针对正行矿1206(1)工作面14煤上覆岩冒落带最大高度为18.5m,导水裂隙带最大高度为58.0m.     

露头煤开采覆岩运动变异规律微地震监测研究

覆岩运动规律对导水裂隙带发育高度具有决定作用,基于对鲁西煤矿露头区域工作面覆岩运动岩石破裂事件的井下微地震监测定位的研究,结果表明,露头煤层开采与深部煤层开采具有不同的覆岩运动规律,覆岩导水裂隙带高度降低30%左右,导水裂隙带分布形态不再具有马鞍型对称的特点.最后根据露头区域煤层开采覆岩运动变异规律,提出了其在露头防水煤岩柱设计中的方法.