近距离煤层群下煤开采覆岩运动规律研究

针对近距离煤层群开采条件下的某矿6207N工作面和5105N工作面进行了理论分析并结合数值模拟和现场矿压监测结果,研究此类条件下的下煤开采时的覆岩运动规律,对近距离煤层群下煤开采的矿压控制工作具有指导和借鉴意义。     

开采覆岩运动和破坏规律的实验研究

在总结现场观测结果和相似材料模拟实验研究结论的基础上，对有要场上覆岩层组合结构的形成机理，组合结构在推进方向上运动和破坏的机理，组合结构运动的基本形式和失稳条件作了较为深刻的探讨，提出了相应的物理力学模型，得出了相应的准则和判据，是对“以岩层运动为中心”的矿压理论的补充和发展。     

浅埋煤层开采覆岩“三带”分布规律研究

针对原万利矿区厚风积砂层、薄基岩、浅埋深的煤层赋存条件,为探明采动覆岩破坏规律,利用经验公式对垮落带和裂隙带高度进行预测,采用钻孔冲洗液法进行覆岩破坏观测,从而确定了上覆岩层"三带"的高度,为确保在第四系含水砂层下安全开采提供了科学依据.     

深部采场覆岩稳定性的微地震监测

简单介绍了微地震监测的原理,结合监测工作面的具体应用情况,应用矿山压力理论建立了采场顶板运移规律模型,并计算得出了直接顶和老顶的厚度。与微地震监测结果比较,结果基本一致,证明微地震监测可以用于预测覆岩运动规律。微地震监测技术对于确定采场覆岩高度、预报采场顶板破坏、预测煤与瓦斯突出从而预防灾害发生、保证煤矿安全生产并提高资源回采率等都具有重要意义。     

特厚煤层综放开采工作面覆岩运动规律研究

针对大同塔山煤矿石炭二叠纪特厚(9.8 m～29.21 m)煤层复杂地质条件,运用矿压理论分析和现场矿压观测的方法对综放开采工作面覆岩运动规律进行分析研究.通过对两种方法所得工作面初次来压和周期来压等结果的对比,分析得出存在差异的原因.     

东风煤矿43002工作面覆岩规律的数值分析

根据东风煤矿地质及生产条件,通过RFPA2D软件,建立了43002工作面采场模型,模拟分析煤层采出后覆岩应力演化规律、塑性区扩展规律、顶板破断垮落规律;分析了倾斜薄煤层开采覆岩断裂机理。     

榆神矿区中深埋厚煤层开采覆岩破坏规律研究

中深埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征与煤矿安全开采密切相关。为揭示陕北侏罗纪煤田中深埋工作面高强度开采下的覆岩破坏规律以及导水裂隙带发育规律,以榆神矿区小保当一号煤矿112201工作面为研究区域,采用数值模拟和现场实测相结合的方法开展了风沙滩地区中深埋煤层高强度开采下的煤层覆岩破坏规律研究。研究表明:112201工作面的初次来压步距约为100m,2-2煤充分采动后,导水裂隙带最终发育高度为169.2m,裂采比为29.27。根据高密度三维地震探查,导水裂隙带发育高度为178.42m,裂采比为30.87。研究成果可为中深埋煤层开采矿井水害防治和水资源保护提供指导。     

采场覆岩破坏和运动规律的实验研究

本文在相似材料模拟实验的基础上，分析了采动后覆岩离层发生的位置及其扩展规律；探讨了覆岩组合运动的条件以及组合结构在推进方向上断裂和失稳的规律；从覆岩运动的规律出发，探讨了导水裂隙带高度的主要影响因素和计算方法。     

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。     

小浪底水库下开采覆岩破坏规律研究

在借鉴国内外覆岩破坏研究经验和分析新安煤矿水文地质条件基础上,采用 FLAC 3D数值模拟、钻孔漏失量监测和井下仰孔并行网络电法cT探测技术对小浪底水库下开采覆岩破坏规律进行了分析,并获得了回归关系武和全煤厚开采导水裂隙带分布预测图,为大型水库下防治水决策提供了科学依据.     

基于微震监测的双系煤层开采覆岩运动与矿压显现关系

以大同矿区双系煤层开采为研究背景,基于高精度微地震监测技术,研究石炭系特厚煤层8104综放工作面开采过程中上部侏罗系煤层群复杂采空区影响下微震事件时空演化特征,得到双系煤层影响下覆岩运动与矿压显现的关系。结果表明:8104工作面接近和进入上部侏罗系煤层采空区对应区域,8104工作面覆岩运动加剧,侏罗系煤层的开采是工作面覆岩运动加剧的主要原因;侏罗系煤柱重叠区域微震事件密集分布,在工作面的开采扰动和重叠煤柱应力传递的共同作用下,微震总能量和能量大于10~5J的震动次数均处于较高数值,覆岩运动更加剧烈。临近采空区对8104工作面的强烈覆岩运动起到了关键作用,在临近采空区和侏罗系覆岩共同作用下,工作面超前微震事件集中,矿压显现剧烈。工作面开采扰动、临近采空区覆岩运动和侏罗系重叠煤柱的耦合作用,是石炭系综放工作面矿压显现剧烈的根本原因。     

厚煤层开采覆岩移动规律的现场监测研究

现有的监测大多在巷道顶板5～8 m深的范围展开,本文通过深孔多点位移计实时监测了工作面回风巷和运输巷顶板岩层0～20 m深处范围内的岩层移动规律.获得了不同回采阶段覆岩移动变形规律,并根据监测曲线获得了周期来压步距.     

基于微地震监测的近水平厚煤层上覆岩层运动规律研究

为了研究煤矿井下工作面采动对上覆岩层运动规律的影响,以察哈素煤矿近水平厚煤层31313工作面为工程背景,分别从微震事件整体分布范围、岩层中的不同高度分布、微震频次与周期来压关系等方面对岩层移动规律,以及采动影响下煤体破裂范围进行研究,并运用数值模拟软件3DEC进行验证。研究结果表明：发生在不同高度层位的破裂事件具有不同的周期性,一般高位岩层的周期包含若干个中位岩层的周期;采场上方岩层18 m内为直接顶,18~60 m内为基本顶;由微震事件分析得到的周期来压步距是实际来压步距的2倍;采用微地震监测技术可真实有效反演采场上覆岩层的运动规律。研究结果能为微地震技术判识岩层运动规律提供参考。     

山区地貌下浅埋煤层工作面开采覆岩运动及地表沉陷规律研究

为了提高山区地貌下浅埋煤层工作面开采的安全性,减少山体滑坡等地质灾害的发生,以纳雍县普洒煤矿11101工作面为工程背景,应用数值模拟和物理模拟的方法,研究山区浅埋煤层综采工作面覆岩运动及地表沉陷规律。结果表明:(1)工作面直接顶初次垮落步距为30m,基本顶初次来压步距约为50m,基本顶周期来压步距平均约为20m;(2)工作面推进至50m左右时,工作面开采影响波及到地表;(3)基本顶下沉量最大为2.13m,地表下沉值最大为1.45m,地表水平移动值最大为0.27m。山区地貌下浅埋煤层工作面开采显现出独特的沉陷形式,地表沉陷曲线呈现U型,工作面距地表越远,岩层弯曲变形幅度越大,工作面距地表越近,对地表的影响程度越大,研究成果可为类似工作面安全开采提供借鉴。     

条带煤柱膏体充填开采覆岩结构模型及运动规律

以岱庄煤矿2351膏体充填工作面为例,研究了条带煤柱膏体充填开采覆岩时空结构模型及运动规律。结果表明：随着工作面的推进,覆岩由“C”型空间结构逐渐转化成不等高支撑的铰接岩梁;工作面的直接顶板即为基本顶,初次来压步距33.6 m,前4次周期来压步距分别为18.3、8.8、13.7、9.0 m;覆岩重力主要作用在工作面前方煤壁和充填膏体上,顶板超前应力和影响范围较小,主要影响范围小于15 m;2351工作面在现行工艺技术条件下,最大合理控顶距为8.8 m,充填支架合理工作阻力为27 MPa、合理初撑力为21 MPa。     

基于板壳理论的充填开采覆岩导水断裂带发育规律

为分析充填开采时覆岩导水断裂带的发育规律,采用板壳理论分析了充填开采过程中关键层的破断力学过程,得到随着采厚的增加,导水断裂带是逐层向上发育,而不是随着采厚的增加渐进式发育;采用数值模拟的方法再现了采后不同充填高度时覆岩导水断裂带的发育规律,得出覆岩的"两带"发育随着等效采高的变化存在着临界效应,即充填体高度的量变,会引起覆岩变形破坏高度的质变。现场观测了充填工作面采后的覆岩导水断裂带发育情况,实测得到的结果与理论分析结果吻合,验证了上述理论分析和数值模拟得到的结论。     

特厚煤层开采主亚关键层活动特征及其对覆岩移动的控制规律研究

主亚关键层的活动特征及其对覆岩移动的控制规律是研究特厚煤层开采顶板控制的主要依据。本文依据老三沟井田地质条件和赋存状况,通过物理相似模拟试验的方法,分析研究准格尔中部矿区老三沟井田煤层开采中主亚关键层活动特征及其对覆岩移动的控制作用。研究表明,基本顶(亚关键层)初次来压步距在45m左右,周期来压步距在15～20m之间;当工作面向前推进约130m,主关键层弯曲下沉量增大,且在两端发育纵向裂纹,而采空区中部覆岩压实,裂隙逐步闭合;由于关键层位结构的存在,使得开采过程中覆岩的大范围剧烈活动降低了对工作面的影响。     

煤炭开采与岩层运动

采矿是从地层内获取煤炭资源的过程,是一次对矿区地层的扰动,必然引起岩层运动和地层内应力场与裂隙场的改变,从而影响矿压显现、地下水流失和地表沉陷等安全与环境问题。因此,采动岩层运动及其对安全与环境的影响规律是煤炭开采的基础科学问题,对这些规律的认识将提高煤炭开采的科学性。由于采动岩层运动的复杂性,至今仍然有很多问题没有解决。介绍了采动覆岩运动的块体结构形式、岩层运动对工作面空间维护的影响、岩层运动对覆岩裂隙演化与地下水和地表沉陷等环境问题的影响、岩层运动对采动应力场影响等方面的研究进展与存在的主要问题,明确了岩层运动研究的重点和方向。结果表明:采动岩层运动是一种坚硬岩层破断前的应力集中和破断后形成块体的力学行为,坚硬岩层的破断和块体运动具有突变和不连续性,破断块体互相咬合可能形成"大变形"结构,块体咬合结构的S-R稳定性将对矿压显现、采动裂隙和地表沉陷等产生重要影响。岩层运动是一个"黑箱",目前仅仅在控制原理上得到解释,达到"灰箱"程度。因此,岩层控制在很多场合只能是"宏观"控制。"砌体梁"结构力学模型的建立明确了支护原理和支架工作阻力估算原则。一般情况下,按照4～8倍采高岩柱自重估算支架工作阻力可以满足工程需要,在大采高或薄直接顶、浅部开采、特殊压架条件等情况下支架工作阻力估算应采用上限,个别条件下单纯提高支架阻力仍无法彻底解决压架问题,还需配套实施相关工程措施加以防范。根据覆岩关键层破断块体结构的稳定性,将我国不同表土层条件下的地表沉陷划分为3种类型,提出应根据地表沉陷的不同类型进行预测、控制与选择复垦方法。关键层的赋存与破断特性对采动应力分布影响显著。目前,由于应力集中引起的事故比瓦斯事故更难以预防,为此,深部和构造应力集中区域只能开设试验矿井。     

综放开采顶板离层裂隙变化研究

应用理论分析等手段研究综放开采过程中采场上方覆岩离层裂隙发育变化规律，阐述采场上方离层裂隙带的范围，分析了采空区离层裂隙带的空隙渗流特性。研究结果应用于工程实践取得了良好的经济技术效果。     

Modeling and simulation of strata movement for protective seam mining with large interburden

Based on simulated material scale modeling and numerical simulation, the protective seam mining method was conducted at one coal mine. After extracting the No.15 seam, the overlying strata movement and the deformation of the No.9–10 protected seam were studied. The experiment results show that it is feasible to destress the protected seams with large interburden thickness. When the face had advanced 200 m from the setup room, the No.9–10 seam was fully destressed, resulting in easy gas drainage in the destressed zone. Recommendations on mining sequence of multiple seams mining in the same coal areas were made. Supported by Ministry of Education Doctoral Foundation (20070460001) and Natural Science Foundation of Henan Province (0623021400)