巨厚火成岩下矿震分布特征分析

文章采用力学模型定量分析了引起火成岩破断的采空区宽度;并采用FLAC5.0数值模拟软件分析了Ⅱ102采区工作面回采后垂直应力的分布情况.根据数值模拟结果得出:Ⅱ1022、Ⅱ1024两个工作面回采后火成岩已经成为承载主体但尚未破断;Ⅱ1026工作面回采完毕时,火成岩已经失稳,高应力状态下的火成岩在外力扰动下随时可能发生破断.通过分析矿震分布特征发现:火成岩内部及其上方岩层矿震分布极少,说明Ⅱ1024工作面回采后,火成岩没有破断且是稳定的;火成岩下部的岩层活动相对剧烈,说明火成岩成为承载主体后,火成岩与下部岩层出现离层;巨厚火成岩成为Ⅱ102采区主关键层,控制了火成岩上方的岩层运动,因此矿震分布主要在火成岩下部层位.通过分析矿震的分布特征,可以为监测火成岩的稳定状态提供理论依据.     

巨厚火成岩下采动覆岩应力场-裂隙场耦合演化机制

针对杨柳煤矿主采10煤层诱导上覆巨厚火成岩运移破断引发剧烈地表沉陷、瓦斯喷井以及工作面压架等动力灾害的难题,基于巨厚火成岩破断特征,采用物理模拟、数值模拟与理论分析相结合的方法研究了巨厚火成岩下覆岩裂隙发育规律与采动应力分布规律,得到火成岩破断前后裂隙发育高度、支承压力峰值和应力集中区最大高度等指标随工作面推进的变化特征,从而揭示了巨厚火成岩下采动应力场-裂隙场耦合演化致灾机制,即煤层采动→应力重新分布→应力集中→裂隙发育→覆岩破断→应力转移→裂隙扩展→"弧形"离层→火成岩破断→动力灾害。从控制应力集中与裂隙发育两方面提出了"采空区充填技术—离层注浆充填技术—保护层开采技术"的防灾技术体系。     

采场上覆整体移动带坚硬岩层破断规律研究

为了防治采场上覆坚硬岩层突然破断给矿井造成的离层水（瓦斯）突涌等严重次生灾害,对某煤矿工作面连续大面积开采上覆整体移动带内坚硬岩层的破断规律进行了研究。以该煤矿首采区覆岩空间赋存、岩体结构、力学性质及地应力等地质工程条件为基础,采用薄板理论计算、数值模拟等方法,对采区首采面及后续工作面开采上覆整体移动带坚硬火成岩岩床初次破断及周期破断距进行了理论计算和过程模拟分析。结果显示,首采面开采过程中坚硬火成岩初次破断约300 m,周期破断约130 m;后续工作面开采时受邻近采空区影响,火成岩初次破断约260 m,周期破断约120 m;结果与现场实测数据分析相一致。研究成果对坚硬覆岩下煤层开采离层水、离层瓦斯突出等地质灾害预测及防治具有重要意义。     

防冲煤柱对高位巨厚岩层下开采动力灾害的防治研究

高位巨厚关键层下开采,采动应力异常集中,极易诱发冲击地压、矿震等动力灾害。采用三维数值模拟,研究了防冲煤柱对巨厚岩层的控制作用和抑灾效果。结果表明,与完全垮落法相比,留设防冲煤柱可大幅度降低回采期间工作面的支承压力,使工作面整体处于较低的静载水平。留设防冲煤柱时,上覆巨厚关键层可保持稳定,避免巨厚关键层大范围破断运移对工作面造成冲击,减少工作面动力灾害的发生。     

不规则工作面开采矿震活动规律及其致冲风险控制研究北大核心

针对不规则工作面开采期间矿震频繁问题,以陕西某矿21306工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践等方法,分析了21306工作面上覆岩层破断特征及开采期间围岩应力分布特征,研究了不规则工作面开采矿震活动规律,优化了降载释能的矿震致冲风险控制方案。结果表明:35 m的区段煤柱可一定程度上制约两工作面覆岩协同运动,21306工作面开采期间覆岩结构呈“O-X”型破断结构,与相邻采空区形成对称长臂T型结构;工作面推进过程超前区域及运输大巷侧应力影响范围不断扩大,以区段煤柱区域应力集中程度最大,回采至480m时垂直应力最大,已达到54.67 MPa,约是回采前垂直应力的1.41倍;随着工作面推进形成“刀把型”不规则结构,工作面缩面拐角区域应力集中程度明显较高,工作面缩面后降低了对运输大巷的影响;工作面开采期间震源事件主要分布于回采工作面前方,强矿震主要集中在工作面开采缩面区域、见方区域,且强矿震主要发生在工作面前方50 m及底板上方22~74 m范围内;强矿震诱发力源主要由关键层破断引起;实施了降载释能的矿震致冲风险控制优化方案,有效降低了强矿震的发生频次,保障了工作面后期的安全回采。     

双煤柱工作面开采覆岩运动及地表沉降规律研究

针对葫芦素煤矿回采期间因缩面而产生的双煤柱结构问题,以葫芦素煤矿21102和21201工作面为工程背景,对双煤柱工作面煤层开采覆岩运动及地表沉降规律进行研究.结果表明:2-1煤层上覆第2岩层为主关键层并形成砌体梁结构,对采场矿压显现及覆岩运动起到最主要的控制作用;地表监测数据表明21102工作面已完全进入开采沉陷稳定期,回采21201工作面时,地表下沉速度及时、稳定,覆岩随采随动,危险性较小.相似模拟试验结果表明,随着模型开挖,横向裂隙逐渐向上覆岩层扩展,离层间距亦逐步扩大,并产生失稳垮落,21102工作面左侧方覆岩破断角为58°,右侧方覆岩破断角为62°,21201工作面左侧方覆岩破断角为56°,右侧方覆岩破断角为59°.工作面开挖后,覆岩依次垮落或下沉移动,与地表监测结果基本一致.研究成果可为深埋双煤柱工作面的安全回采提供借鉴.     

巨厚关键层条件下远距离下保护层开采保护效果分析

文章针对登封向阳煤矿巨厚关键层条件下的远距离下保护层开采,理论分析了巨厚关键层的极限跨距,运用数值模拟的方法,模拟巨厚关键层破断前后被保护层的应力、膨胀变形的程度,计算结果表明:由于巨厚关键层的存在,登封向阳煤矿保护层开采后保护效果不太理想,即巨厚关键层从某种程度上屏蔽了保护层的保护作用。此外,开采层过薄、层间距较大也一定程度上影响了保护效果。     

特厚煤层综放复合关键层顶板运动规律研究

以徐矿集团新疆库车县榆树田煤矿为工程背景,针对榆树田煤矿110501首采工作面在初采阶段顶板来压不明显、上覆顶板岩层存在复合关键层结构特征等特点,通过理论计算分析、数值模拟、现场实测等手段,对榆树田煤矿110501首采工作面初采期间上覆岩层移动破断规律特征、上覆顶板岩层复合关键层对工作面来压步距的影响等进行研究分析。     

采空区充填控制巨厚火成岩下动力灾害的数值模拟

以某矿1022工作面为工程背景,利用UDEC建立二维离散元模型,模拟分析了工作面充填开采与未充填开采相比减小地表下沉,降低采空区两侧煤体集中应力的效果。研究结果表明:采用充填开采时,多个支撑点对上覆岩层载荷进行支撑,顶板的挠度值减小,巨厚火成岩弯曲下沉量减小;采空区两侧煤体受到的集中应力降低,应力集中系数减小,采用充填开采可有效地控制上覆岩层运动,降低因采动影响巨厚火成岩突然发生破断引起的动力灾害。     

上覆煤层开采后下伏煤层卸压机理分析

以开滦唐山矿Y485工作面受上覆5#煤层采空影响为背景,基于关键层理论,采用数值模拟和现场实测研究了上覆煤层开采后下伏煤层的卸压机理。结果表明:覆岩中往往存在多层关键层,会对工作面支承压力产生影响。卸压开采后上覆关键层发生破断,下伏煤层工作面回采时仅在层间关键层的影响下支承压力的影响范围和峰值显著降低。唐山矿上覆5#煤层工作面回采后,仅在层间关键层的影响下,下伏9#煤层Y485工作面超前支承压力影响范围由73 m减小至38 m,超前支承压力峰值与工作面煤壁的距离由29 m减小至20.5 m。当两煤层间存在厚硬关键层时,开采上覆煤层对下伏煤层进行卸压时,下煤层工作面支承压力峰值的最大值是无关键层时的2.34倍,下煤层回采时仍产生了显著的应力集中。     

工作面开采煤壁超前支承应力演化规律分析与计算

基于极限平衡理论和煤体的极限承载能力,推导出了工作面煤壁超前支承应力影响范围的表达式。以此为出发点,分别对工作面开采阶段覆岩层中关键层破断前后煤壁超前支承应力演化规律进行了分析与计算。通过理论计算分析和实际工程验证结果表明,上覆岩层中关键层破断后,其工作面煤壁超前支承应力的峰值大小和影响范围较关键层破断前小。     

双层厚硬火成岩破断的力学分析

针对某矿上覆双层厚硬火成岩,采用关键层理论分析确定了主、亚关键层的位置及破断顺序,并运用薄板理论和纳维叶解法对火成岩的破断位置进行了分析计算,得出以下结论:下位火成岩为主关键层,上位火成岩的破断随下位火成岩破断而破断,火成岩破断时的跨距为246 m,对应10416工作面推进长度为326~372 m。并在工作面支架工作阻力监测得到了验证,为类似条件矿井生产提供了指导。     

浅埋深厚积岩复合关键层作用下工作面围岩活动规律

在多关键层的复合效应作用下,工作面回采过程围岩应力和支架顶板受力具有特殊性。以昌汉沟矿为研究对象,对浅埋深厚积岩复合关键层作用下工作面围岩活动规律进行研究。通过关键层理论,确定工作面上方19 m处的细砂岩为亚关键层,工作面上方47.5 m处的粗砂岩为主关键层。采用RFPA数值模拟,对上覆岩层规律进行模拟,结果表明:亚关键层和主关键层控制工作面的上覆岩层运动,上覆岩层的破坏和移动特征总体表现为"两带"。通过对支架载荷监测得到:采场来压呈现出非均匀性周期变化,亚关键层破断引起小周期来压,主关键层破断引起大周期来压。     

错层位关键层稳定性研究

通过理论分析和FLAC3D数值模拟对错层位首采和接续工作面上覆岩层的运动规律进行了研究分析。借鉴已成熟的关键层理论公式,在计算中将上覆岩层简化为薄板模型并结合梁的力学特性,得出了工作面上方关键层的极限跨距。首采工作面开采后上覆岩层垮落形态为拱形,错层位接续工作面进风巷布置在上一工作面采空区下方,处于应力降低区,在开采接续工作面时,首采和接续工作面的顶板连成一个整体,上覆岩层垮落后最终形成一个大的拱形,两工作面关键层呈单一超长工作面关键层特点,错层位开采完之后地表下沉是缓慢均匀的。     

周源山煤矿24采区上覆岩层关键层研究

结合周源山煤矿24采区上覆岩层实际情况,根据关键层强度和刚度理论判断了该煤矿关键层的位置及初次破断距,并且利用RFPA软件进行数值模拟分析,验证了理论计算的正确性,为煤矿开采提供开采参考依据。计算结果与该矿24采区已开采的工作面矿压显现及顶板下沉的实测结果大致相符。     

软厚煤层大采高工作面采场覆岩运移规律研究

卧龙湖煤矿8102回采工作面为软厚煤层大采高工作面,采用数值模拟、相似模拟与现场监测相结合的方法对其上覆岩层运移规律进行了分析研究,得出了裂隙带、垮落带高度、裂隙演化及亚关键层破断规律。     

推进方式对断层围岩应力演化规律的影响

煤炭开采中的冲击地压与断层构造密切相关,而工作面分别沿断层上盘和下盘推进时具有不同的冲击危险。为研究工作面推进方式与断层活动的相关性,以某过正断层工作面为例,通过数值计算分析不同推进方式下断层两盘接触应力状态的演化过程,基于对推进过程关键层破断规律的分析,研究断层应力演化差异性产生的原因,并通过工作面实际回采过程的微震监测数据,验证了采动影响下断层活化规律。研究发现:上盘开采时的断层应力变化幅度大于下盘开采时的应力变化幅度,上盘开采时断层围岩系统应力传递能力优于下盘开采;推进方式会影响上覆岩层破断后的覆岩结构和应力传递,上盘开采时关键层破断后更易形成砌体梁结构,且结构体系的稳定性高于下盘开采,下盘开采时工作面冲击危险性更高,须根据断层性质做好工作面布置和开采优化,进而降低冲击地压危险。     

厚硬岩层下采动应力突变及冲击地压防治研究

为了研究上覆硬厚岩层对工作面采动应力的影响作用,针对田陈煤矿7112工作面地质条件,采用数值模拟方法,研究了厚硬关键层不同赋存条件下采动应力变异特征。研究表明:随工作面的持续推进,工作面前方支承压力不断增长,但增速逐渐放缓,破断后工作面支承压力迅速降低;随厚硬关键层厚度、赋存高度的增加,厚硬关键层初次破断前工作面前方支承压力峰值逐渐减小。采用理论分析方法,计算出工作面上覆关键层破断步距,根据研究结果,精细划分了硬厚岩层影响下的7112工作面冲击危险区段,通过实施密集钻孔卸压,成功控制了冲击风险,实现7112工作面的安全生产,为该采区7112周边工作面提供了可靠技术参数。     

采动覆岩载荷的动态传递过程研究

利用FLAC数值模拟软件建立矿区具体工作面开采模型,模拟研究了随着煤层的开采关键层上覆岩层载荷的动态传递过程,提出了次关键层对关键层所受载荷及破断起控制作用,并给出应用组合载荷的计算方法来计算或预测随着工作面的开挖关键层所受载荷的大小及其动态变化过程的方法。     

跃进矿上覆巨厚砾岩对采动应力场分布及冲击矿压影响

跃进煤矿23110工作面回采期间,运输顺槽曾发生多起冲击矿压现象。为研究工作面上覆巨厚砾岩对采动应力场及冲击矿压的影响,采用FLAC数值计算不同厚度的坚硬砾岩层对23130工作面回采期间的采动应力场演化规律。结果表明,工作面回采采动应力影响范围随砾岩厚度增加而增大,相邻工作面回采巷道区域承受高应力达到临界值,易发生冲击矿压。工作面回采后,相邻工作面一次实体煤最大垂直应力与采空区中线距离随砾岩厚度增大而减小。巨厚砾岩条件下,先前工作面的开挖对后续工作面的应力分布有重要影响。23130工作面下巷开挖之前已经处于高应力区域,造成其掘进时的冲击危险性大大增加。