大倾角煤层长壁开采顶板受载与变形破坏倾角效应

大倾角煤层长壁工作面安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,以新疆2130煤矿25221大倾角长壁综采工作面为研究背景,采用"现场监测+数值计算+模拟实验+理论分析"相结合的研究方法,在对顶板的破坏-运移-充填特征综合厘定与分析的基础上,构建顶板力学模型,系统研究了充填矸石非均衡约束条件下顶板的非对称变形破坏特征及其倾角效应.结果表明:在大倾角煤层开采中,煤层倾角的变化不仅会改变顶板的受载特征,亦会改变其对应的边界条件,且较前者而言,后者对顶板非对称变形破坏特征的影响更为显著.随着煤层倾角的增大,顶板所受法向载荷逐渐减小,充填矸石对顶板的非均衡约束效应逐渐增强,顶板的挠度和弯矩明显减小,挠度和弯矩沿工作面倾向的演化规律明显改变,顶板的最大变形位置由倾向中部区域向倾向上部区域迁移,顶板的最大弯矩位置由倾向下侧区段煤柱→倾向上侧区段煤柱→倾向中上部区域迁移.工作面倾向下部区域顶板受充填矸石支撑载荷作用后稳定性增强,顶板破坏运动的活动范围上移,工作面倾向中上部区域顶板岩层运动的幅度和剧烈程度加大,该区域煤壁、"支架-围岩"系统等在工作面推进过程中易出现动态失稳而引发围岩灾变.     

煤矿开采对高速公路影响的评价

从煤矿井田中部穿过的高速公路在建设和运营过程中,必须及时掌握煤矿地下开采对其采动影响情况.根据煤矿地质采矿条件,对煤矿地下开采在高速公路沿线所引起的地表移动和变形进行预计,给出高速公路沿线地表移动变形值.由预计结果评价了煤矿开采对高速公路的损害程度.结果表明,煤矿开采后引起的地表变形值超过了高速公路的允许变形值,它对高速公路的采动损害程度明显.     

高应力破碎顶板煤巷围岩破坏机制及复合支护设计

随着煤矿开采深度的不断增加,深部地质力学环境变得更为复杂,地应力越来越大,给煤矿巷道支护和开采带来很大困难.运用数值模拟试验和现场工业性试验,对深井复合高应力破碎顶板软岩巷道的支护问题进行了研究,提出对该类型巷道采用以锚网索槽钢为主的复合支护形式.实践证明,以锚网索槽钢为主的复合支护形式,必要时进行注浆加固,能有效控制巷道围岩变形,保证巷道的安全使用.     

充填步距对地表移动变形特征的控制影响

为了研究充填开采步距对覆岩移动及地表建筑物变形的影响,首先,采用弹性地基梁理论,建立了顶板的位移方程,并采用力学等效转换,推导得出了顶板最大跨距、控顶距与充填步距间的数学关系式,进而得到充填步距的理论计算公式;其次,根据地表建筑物的特性及对变形形式的敏感分析,得到建筑物的抗变形限值,并进一步计算得出地表沉陷的最大允许值,反算出顶板位移值,按照推导公式计算分析,得出顶板跨距及相应的充填步距.从而建立了充填步距与地表建筑物变形之间的相互关系,通过调整充填步距,达到控制顶板位移和地表沉陷以及保护建筑物的目的.通过实例应用分析,在设定地表水平变形为1 mm/m的变形限值时,得出充填步距为6.4 m,当井下充填步距设为该值时,实测地表下沉为237 mm,且水平变形值小于预设限值,达到了良好地控制地表移动变形及保护地面建筑物的效果.     

煤矿开采诱发地震的成因及预防

由于围岩破坏过程的复杂性,煤矿开采诱发地震成因比天然地震成因更为复杂.结合徐州某煤矿矿震灾害实例,分析煤矿开采诱发地震的成因及矿震波的特性,提出防治矿震危害的措施;计算冒落岩石的重力势能、顶板岩石冒落时冲击气浪的能量和矿震震级,并将计算的震级与地震台网测定的结果进行比较后发现误差较小,即相对误差为3.7%.研究结果表明：矿震波形呈现周期大、衰减快以及前后无关联的特征;虽然矿震可以分为顶板冒落、顶板开裂、矿柱冲击和断层剪切等类型,但实际上大多是多种类型的复合,围岩应力分布复杂;矿震的过程就是能量的释放过程.矿震成因非常复杂,如何有效利用数值预测技术预测矿震还有待进一步研究和探讨.     

深部复合顶板巷道变形破坏机理研究

高应力下软弱复合顶板的持续塑性变形破坏,是深矿井巷道支护与维护的难点之一.分析了车集煤矿2405工作面区段运输平巷和区段回风平巷的围岩结构和岩性特征,构建了该类巷道复合顶板的力学模型,导出了该模型的力学变形方程.对巷道顶板变形破坏机理进行了深入分析,认为当巷道顶板岩层所受轴向压力大于岩梁达到屈服时的临界压力0.8倍时,巷道变形(下沉)明显增大,严重时产生冒顶.提出了同类巷道掘进过程中围岩控制的关键措施.     

近距离倾斜薄煤层上行开采可行性分析

为安全有效地进行上行开采,根据华坪县思棉煤矿煤层赋存条件及开采现状,利用理论分析和数值模拟对其进行分析验证,研究其上行开采顶板的围岩运动规律,通过工程实践证明思棉煤矿上行开采经济上合理,技术上可行。     

无煤柱自成巷“短臂梁”结构特征及变形计算分析

为了探索无煤柱自成巷开采条件下"短臂梁"顶板结构及变形特征,建立了顶板变形计算模型,运用能量理论与位移变分方法对顶板变形及其影响因素进行了分析.结果表明:留巷宽度、断裂岩块回转运动对顶板变形影响较为显著;而巷内锚索支护、临时支护对顶板变形控制作用有限.顶板变形的主要影响因素按其影响程度由大到小依次为:留巷宽度、岩体泊松比、断裂岩块回转角度、岩体弹性模量、临时支护强度、锚索支护强度.据此提出应严格控制留巷宽度,合理设计顶板切缝高度的围岩控制思路,可降低上覆岩层断裂岩块回转下沉空间,减小"短臂梁"顶板变形,有利于提高巷道稳定性.     

水合物加热开采时土体变形数值分析

天然气水合物是未来的一种新型能源,但水合物的分解可能使地表产生较大的变形,从而影响到开采平台及地面建筑的稳定性,甚至带来环境灾害.基此,文章利用有限元法对水合物的加热开采过程进行了热力耦合分析,得到了水合物开采过程中土体的变形规律.计算结果表明：水合物加热开采时,土体变形量随着分解半径的增大而非线性增加;当水合物分解半径为40m时,地表最大沉降迭0.38m,最大水平位移为0.12m.     

水下开采顶板突水相似物理模型试验研究

针对山东三山岛海下金矿复杂的地质条件,根据相似理论建立其地质力学模型,采用固体石蜡和液体石蜡混合物作胶凝剂配置相似材料,基于开发的深部开采承压突水机制相似物理模型试验系统对其水下开采过程进行相似模拟.应用PCI-2声发射仪对实验过程进行声发射监测,对全过程模型开挖裂隙发展进行定位分析.结果表明:开挖至隔离层厚度为100mm时形成突水,并且在试验过程中,运用体式显微镜可以监测到顶板细观裂缝图,采用细观测量分析软件可测得裂缝平均裂缝宽度为0.08mm,上部裂缝水平倾角为32.26°.通过对水下矿山开采扰动过程中的位移变形进行统计分析、对微裂隙发展进行观测,可以较全面的掌握水下开采过程中采场顶板裂隙渗流诱发突水的机理.