采动影响下断层覆岩运移规律的相似模拟研究

为研究断层在开采活动下的运移规律及其煤柱留设,以新疆屯宝煤矿1192工作面为研究对象,采用相似材料模拟,搭建仿真模拟实验架,分析该工作面开采过程中断层上下盘移动规律,确定合理断层煤柱。试验结果表明:煤柱留设在17m左右,断层上下盘出现移动现象,并出现支撑压力集中现象;12m左右,出现断层上下盘下移现象;9m左右,断层上下盘均向上移动,如若持续推进,断层将出现上盘向下移动,下盘向上移动,形成对断层围岩的剪切破坏。     

云驾岭煤矿采动覆岩裂隙场分布特征模拟研究

为了研究云驾岭煤矿采动覆岩裂隙场分布及其演化规律,通过相似模拟试验和UDEC数值模拟方法探究了采动后上覆岩层的下沉曲线与裂隙场分布特征,计算覆岩离层率空间分布情况。结果表明：随着开挖工作的不断推进,采动覆岩裂隙场呈梯形分布特征,逐步向较高层位和推进方向发育,其中下部裂隙被压实,两端裂隙较为发育,整体上裂隙密度逐步减小,经历裂隙产生、扩展和压实三个阶段,而覆岩离层率先后经历“单峰”和“双峰”两个分布形态。采空区中部与煤壁后方和开切眼附近区域采动裂隙演化规律截然不同,采空区中部区域的采动裂隙随着垮落岩层被上覆岩层压实,采动裂隙逐渐减小,煤壁后方和开切眼附近区域,边界煤柱和垮落岩层形成三角形的采动裂隙区域。采动覆岩位移场影响区随着工作面推进向高层位和推进方向发育,开采初期呈现矩形分布,而后随工作面的推进,采动覆岩位移场影响区则呈现梯形分布,中部的位移矢量箭头垂直于底板,开切眼和工作面端位移矢量分别呈逆时针和顺时针偏转。     

平舒矿81112综采面采动影响下覆岩裂隙破坏规律研究

为达到高效抽采瓦斯,确保工作面安全生产的目的,同时充分合理利用瓦斯资源,针对平舒矿81112工作面,釆用理论分析、相似模拟、CDEM数值模拟,研究了采空区上覆岩层运动和裂隙分布规律,得到了工作面基本顶初次破断和周期破断距离,覆岩裂隙发育高度及演化形态,确定裂隙发育环三维位置和范围,确定高抽巷或高位钻孔及地面水平定向钻孔最佳的位置,达到高效抽采瓦斯的目的。     

采动覆岩破坏规律的数值模拟

覆岩破坏规律的研究对水体下安全采煤至关重要。为获得采动覆岩破坏规律,以某矿22111工作面综采为例,应用FLAC3D数值模拟软件,建立了其三维数值模型,对工作面开采引起的覆岩破坏规律进行了分析研究,确定了导水裂缝带和垮落带的分布形态及发育高度,利用实测结果和经验公式计算结果进行了对比验证,数值模拟计算的结果表明:用数值模拟的方法预测采动覆岩破坏规律具有较大的优越性。     

采动覆岩应力发展规律的相似模拟实验研究

通过相似模拟实验揭示了综放开采条件下，采场上覆岩层离层带内重新分布的应力大小、方向及其发展变化规律，该应力的存在和变化规律是确定注浆时间，注浆压力和维护注浆管路的依据。     

采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究

为得到薄基岩厚风积沙地区采场裂隙带发育高度及演化特征,基于采场覆岩"三带"的划分,对薄基岩地区厚风积沙煤层采动过程中裂隙发育特征进行相似材料模拟试验研究,得到开采过程中上覆岩层垮落破坏特征及运移规律,岩层内部压力分布规律,分析采动裂隙带发育高度及存在形态与工作面推进速度的关系。结果表明:补连塔煤矿12406工作面周期来压步距为22.5~30.0 m;上覆岩层的破断角在采空区侧为64°,在煤壁侧为61°;裂隙带高度为157.1 m,为工作面采高的26.18倍;工作面上覆岩层下沉趋势呈非线性曲线,移动形态具有非对称性。     

采动初期覆岩结构演化与分析

通过相似模拟，观测了采动初期的覆岩结构演变，认为采动初期直接预和老顶的厚度范围是动态变化的．第1厚硬岩层在断裂后形成夹持作用效应，组合运动是采动覆岩移动过程的普遍现象和规律。研究结果可为类似条件下的采煤工作面来压预测预报提供可靠依据。     

采场覆岩应力及垮高的柱宽效应三维相似模拟研究

基于采场应力分布的动态性特点,以谢桥矿1151(3)综放工作面地质和开采条件为背景,采用实验室相似材料模拟方法,研究不同煤柱宽度条件下采场覆岩应力分布和垮落特征。研究表明,不同煤柱宽度上覆岩层应力分布及垮落高度有所不同。随煤柱宽度的增大,倾向方向工作面前方应力峰值区由原来的煤体上方逐渐向煤柱上方转移,且峰值逐渐增大,工作面后方煤柱承载上覆岩层主要荷载和压力,且随煤柱宽度增大应力峰值也增大。工作面上覆岩层垮落形成由高应力束组成的应力壳,应力壳对上覆岩体的荷载和压力起主要支撑和传递作用,随着煤柱宽度的增大,应力壳的高度逐渐减小,在煤柱及煤体内形成的壳基也逐渐发生变化和转移,壳基在煤柱内从无到有,壳基的应力集中程度也逐渐增强,煤柱内单位体积的岩块承载的荷载和压力也从小到大,再由大变小。     

采动覆岩“三带”移动变形及裂隙几何分形规律研究

为探究煤层开采时扰动应力对上覆岩层内巷道稳定性的影响情况,基于平煤股份十二矿己组煤层的工程地质条件,开展相似模拟试验。研究了煤层开采后上覆岩层“三带”内的位移场和应力场发展规律,并以部分段岩体为例研究了“三带”分形维数随工作面推进距离变化规律。试验结果表明,煤层开采后上覆岩层裂隙主要为纵向破断裂隙和离层裂隙,随着工作面的推进,离层裂隙逐渐成为主要的裂隙分布形式;上覆岩层“三带”的下沉量、应力测点值及分形维数与测点煤层距离密切相关,距离煤层越远,其值越小;煤层工作面开采的采动应力对位于弯曲下沉带内的巷道稳定性影响程度较小,位于弯曲下沉带内巷道的安全性可以得到保障。研究对类似矿山巷道布置具有一定参考意义。     

近距离煤层群重复采动覆岩破坏规律分析研究

以阳煤一矿近距离煤层群为研究对象,通过二维物理相似材料模拟试验的方法,对近距离煤层群重复采动情况下覆岩破坏及裂隙发展规律进行分析.结果表明:12#煤层周期来压步距平均为18 cm,15#煤层周期来压步距平均为14.5 cm,下行开采条件下,下煤层回采周期来压步距小于上煤层回采周期来压步距.12#煤层模拟回采垮落带高度为...     

不等长工作面覆岩活动及回采巷道采动影响变形规律

受断层影响,冀中能源股份有限公司邢东矿2225工作面沿推进方向斜长依次为50 m、80 m和126 m 3段。为研究不等长工作面覆岩活动规律和回采巷道采动影响变形规律,在工作面顶底板、巷道围岩中布置监测仪器,监测工作面生产过程中的顶板岩层位移、底板破坏深度以及巷道围岩表面位移。结果表明：随着工作面的推进,顶底板岩层移动和巷道变形逐渐增大;在工作面距一号测站-32~-42.8 m时测点底板岩层位移斜率达到4 mm/m,底板最大破坏深度超过45 m;当工作面推进至距三号测站40.1 m处时,顶底板相对位移为0.45 m左右,巷道两帮相对位移约0.5 m,位移相对速率达到20 mm/d。随工作面长度增加,工作面前方底板岩层扰动距离和底板岩层变形量明显增加;二号测点工作面长度为126 m,底板前方扰动距离约为40.5 m,该测点底板岩层位移已达300 mm左右;而一号测点工作面长度为50 m,前方扰动距离约为92.8 m,底板岩层位移最终只有90 mm。     

近距离煤层覆岩移动相似材料模拟

为了研究近距离煤层覆岩移动和离层发育规律,通过相似材料模拟试验,模拟了近距离煤层下行开采时覆岩移动过程;应用数字图像相关法对位移测点进行测量,获得了测点位移数据;应用聚类分析对测点进行分类,得出受采动影响的三带的具体范围。分析了测点的位移过程,得出测点位移特点具有连续性和突变性;采动影响范围的扩展特点为横向扩展、纵向延伸;下煤层开采时岩层最大位移点滞后工作面的距离缩短;上煤层开采时的离层量转化为下煤层开采时的垮落量。分析了离层扩展,得出离层扩展方向为横向扩展、纵向延伸,经历了发育-扩张-突变-闭合的过程;发现行、列测线离层率曲线均呈双驼峰状。对行测线,分析了离层率曲线成因和峰值点大小关系、位置变化,得出上部岩层相对下部岩层峰值点内错,峰值点位于断裂线附近,波谷位于采空区中部;对于列测线离层率曲线,得出峰值点为离层位置,峰值点左侧为离层闭合区,右侧为离层发育区,峰值点右侧波谷为关键层位置,峰值点随煤层开采不连续右移,具有跳跃性。给出了来压时刻的判别方法,发现采动影响区测点位移曲线上存在外包络线;给出关键层的识别方法,得出下煤层开采时关键层位置上移。     

露天转地下覆盖层物料结构的移动特性及对回采指标的影响

矿山露天转地下开采时,地下开采若选用崩落法,覆盖层的物料结构(主要是物料的块度组成)对于回采指标有着重要的影响。主要针对覆盖层,研究其不同块度岩石的移动特性,以及不同块度组成对于矿石回采指标的影响。     

大柳塔煤矿多煤层开采覆岩变形破坏模拟研究

针对大柳塔煤矿远距离多煤层开采冒裂带发育及采动影响问题,通过相似模拟和数值模拟计算,系统研究了2个主采煤层开采过程中覆岩垮落、裂隙发育及地表沉陷规律。研究结果表明：浅部2-2煤覆岩主关键层破断后,顶板基岩会发生直达地表的整体切落现象,5-2煤一次采全高长壁开采冒裂带连通上部采空区,形成工作面涌水的导水通道;重复采动岩层与地表移动和变形值增大,非连续性破坏增加;采空区上覆岩体依据主应力分布可划分为双向拉应力区、拉压应力区和压应力区3个区,主应力状态对采动裂隙的形成、发育起着控制作用;采动影响与工作面几何参数密切相关,地表沉陷随着工作面斜长或采厚的降低而减小。研究成果对大柳塔及类似条件下的煤矿安全开采与设计有指导意义。     

不同倾角煤层开采覆岩破坏规律数值模拟

通过数值模拟,分析了不同倾角煤层开采对覆岩破坏及导水裂隙带发育规律的影响。根据位移等值线图分析得出,随着煤层倾角逐渐增大其沉降位移有增大趋势;根据应力图分析可知,导水裂隙带的厚度随着煤层倾角的增大,也呈现一定程度的增加趋势。该结论为工程实践和采矿安全提供了理论依据。     

超大综采工作面采动覆岩结构损伤研究

针对现代煤炭开采中地下水和地表生态保护问题,选择神东矿区补连塔矿的超大综采工作面,研究了风积沙区采动覆岩破坏规律和减损途径。研究表明：在相同开采环境下,工作面宽度和推进速度,是控制覆岩破坏程度的关键。首次采用相对损伤系数比较发现,增加工作面和推进速度,可降低采动覆岩结构相对损伤程度。这对减小采动裂隙带高度,促进采后地表生态修复都有重要作用。     

厚松散层薄基岩综采面覆岩破坏高度发育规律

为确保高承压松散含水体下缩小安全煤岩柱开采,合理回采防水煤柱内所留的煤层,在淮南煤田潘集矿区深厚松散层薄基岩条件下的综采工作面,采用地面地质钻孔、井下声波检层CT技术探测等多种现场实测手段,结合离散单元数值模拟,对深厚松散层薄基岩综采工作面覆岩破坏带高度发育的时空分布规律进行研究。研究结果表明：覆岩破坏带随工作面推进动态变化,随着综采工作面向前推进,导水裂缝带高度35.20～45.10 m,垮落带高度7.28～16.24 m;其覆岩破坏由下向上、由后向前逐步发展。     

新兴煤矿采空积水区下采煤的防水煤岩柱设计

在采空积水区下采煤的防水煤岩柱设计关系到矿井的安全生产和资源开发的合理性,需要在一定的理论指导下完成。文章以新兴煤矿的延深设计为例,通过分析覆岩破坏规律,分别计算冒落带、裂隙带的最大高度和保护层高度,最终确定以+150~+180 m水平之间煤岩柱作为防水煤岩柱,并采取必要的开采技术措施,为±0m水平的安全开采提供了可靠的科学依据。     

采高变化对覆岩移动变形的影响分析

以河南新登煤矿31071综采工作面为工程背景,建立覆岩移动变形的Flac3D数值模拟计算模型,研究开采不同采高条件下覆岩位移及应力的变形破坏情况。结果表明：上覆岩层的塌落带、裂隙带范围相应增大,且变化明显,同时,煤层顶板上方应力得以重新分布的距离随着采高增大也逐渐增加。     

唐山矿铁路煤柱覆岩离层注浆减沉开采方案分析

为了经济可靠开采唐山矿铁路煤柱,分析了开滦唐山矿铁路压煤的现状,通过理论计算和方案比选,采用了覆岩离层注浆减沉开采技术,在唐山矿铁二区实施了铁路煤柱的开采,取得了比较显著的经济效益和社会效益,为类似条件下的煤柱开采提供了一种新的技术途径.