薄基岩下浅埋煤层开采地表沉陷预测方法

综合分析榆神府矿区薄基岩下浅埋煤层综采工作面上覆基岩的断裂下沉机理,以及基岩控制层破断与工作面周期来压及地表沉陷之间的动态关系。根据基岩控制层破断下沉的分布函数,利用随机介质理论导出此类条件下地表沉陷的预计模型,并提出参数的确定方法。该模型直接建立起工作面周期来压步距与地表移动分布的数学关系,适用于榆神府矿区薄基岩下浅埋煤层开采的地表沉陷预计。     

近浅埋薄基岩煤层季节性地表水体下分段限厚开采研究

基于近浅埋薄基岩煤层矿压显现规律介于普通工作面与典型浅埋煤层工作面之间,因此其覆岩破坏规律具有一定的特殊性~([1-2])。为了实现东胜煤田高头窑煤矿近浅埋薄基岩煤层在季节性地表水体下的安全开采,通过理论计算和现场实测的方法,对矿井G3~(-1)101,G3~(-1)103工作面近浅埋薄基岩煤层开采的覆岩破坏高度进行预计,结合季节性地表水体大哈它土沟水文地质特征研究,确定3-1煤在大哈它土沟下开采的安全煤岩柱类型及尺寸,最终根据开采上限计算结果进行工作面的分段限厚开采研究。研究结论认为,将G3~(-1)101,G3~(-1)103工作面大哈它土沟范围内分别限定开采厚度为3.5m和3.6m,即可以实现近浅埋薄基岩煤层在季节性地表水体下的安全开采。     

浅埋深薄基岩综放覆岩运移规律的埋深效应研究

采用相似模拟实验的方法,研究了浅埋深薄基岩条件下综放开采覆岩运移规律的埋深效应,结果表明:浅埋深薄基岩条件下,虽然埋深不同,综放采场覆岩均形成了稳定的"悬臂梁+铰接岩梁+拱"结构,松散层和地表会随着"铰接岩梁"周期性失稳而滞后工作面成整体切落式垮落,地面出现台阶式下沉,工作面与地表沟通,进而直接破坏覆岩含水层和地表水系,生态环境遭受严重的破坏;随着埋深的增加,地表最大下沉值增加,最大下沉量位置距工作面的距离增大。     

浅埋薄基岩煤层覆岩应力效应及变形破坏分析

研究浅埋薄基岩煤层开采后在采空区上方形成的导水裂隙带范围对保水开采具有重要意义。基于煤层开采后地表移动和岩体内部移动的内在联系,采用随机介质方法,将地表移动的基本参数应用于岩体内部移动规律的研究中,建立了上覆岩层移动变形力学模型,推导了煤层开采后采空区上方岩层内的位移、应变和应力的数学表达式,分析了上覆岩层变形破坏的影响因素和破坏力学机理。在此基础上,给出了浅埋薄基岩煤层开采覆岩隔水层的破坏判据,为浅埋薄基岩煤层保水开采提供理论依据。     

厚土层薄基岩高强度开采覆岩破坏高度与特征

为研究厚土层薄基岩高强度开采覆岩破坏特征,以千树塔煤矿12305工作面为研究背景,综合运用UDEC数值模拟、现场实测和理论分析等方法研究了工作面开采后厚土层薄基岩类似地质条件下覆岩移动破坏规律。结果表明：随着工作面不断推进,覆岩破坏高度变化呈现出缓增、突增、稳定3个阶段,缓增和突增阶段主要发生在薄基岩中,而稳定阶段则发生在厚土层中,同时厚土层存在一定的液性指数,导致地表下沉滞后;通过冲洗液漏失量观测和注水试验得到该工作面导水裂缝带发育高度为84.5～86.5 m,裂采比为7.9～8.1,数值模拟及理论计算结果均与实测结果较为接近;阐述了厚土层薄基岩“两带”破坏模式,该模式中薄基岩和厚土层分别起到支撑和施荷的作用,薄基岩易被采动裂缝贯穿,而厚土层对采动裂缝的上向发育具有抑制作用。研究结果可为类似条件下矿井的安全生产提供参考。     

大埋深煤层开采地表最大下沉值计算方法

为研究大埋深煤层开采的地表沉陷规律,基于关键层理论和弹性薄板小挠度弯曲理论,建立了大埋深煤层开采地表最大下沉值的力学计算模型,提出了一种计算地表最大下沉值的方法,认为大埋深煤层开采覆岩、地表沉陷特性与浅部开采有所差异,其地表最大下沉值应为弯曲下沉带下部岩层(即覆岩主关键层以下岩层)的最大挠度值与其下部垮落带、裂隙带的压缩沉降值之和。工程实例计算结果表明:该方法的计算结果与实测值相近,对于预计大埋深煤层开采引起的地表最大下沉值有一定的参考价值。     

深埋厚冲积层薄基岩煤层开采地表沉降特征与预测方法

煤炭地下开采导致上覆岩层的破断和运动,岩层运动传递至地表引发地表沉陷,改变地表形态,破坏地表连续性和生态环境。为降低采矿活动的负外部性,以赵固二矿为工程背景,综合运用室内试验、理论分析和现场实测等方法研究深埋厚冲积层薄基岩煤层开采地表沉陷与覆岩运动的关系、地表沉陷演化特征和地表沉陷预测方法。结果表明：深埋薄基岩厚煤层开采覆岩运动存在关键层控制和厚冲积层主导2个阶段,第1阶段薄基岩呈现层状破断特征,关键层下缘离层现象明显,厚冲积层保持稳定;第2阶段采动裂隙萌生于高位厚冲积层,下行扩展导致薄基岩全厚破断,层间离层现象消失;得到了工作面推进过程中不同层位覆岩沉降曲线动态演化特征,发现厚冲积层对覆岩运动和地表沉陷具有强烈控制作用,冒落拱失稳导致覆岩沉降曲线呈现周期性突变现象;薄基岩全厚破断后整体下沉,厚冲积层冒落体下向压实,采动裂隙快速闭合,导致采空区上方垮落带和裂隙带岩层破坏后的碎胀系数小,地表下沉速度快,沉降系数高,最大下沉量达到开采厚度;将地表沉陷区划分为直接沉降和间接沉降2个区域,深埋厚冲积层薄基岩赋存条件下间接沉降区范围增大,构建了地表沉陷分区预测模型;对赵固二矿地表沉陷特征进行了预...     

薄基岩浅埋煤层工作面地表动态移动规律研究

为了有效控制和治理采动薄基岩浅埋深煤层地表动态移动,以神府东胜矿区上湾煤矿51101工作面为例,通过为期6个月的现场地表移动监测,深入研究了薄基岩浅埋深煤层下开采地表动态移动特征,对开采引起的地表裂缝形态及闭合的原因进行了分析,得出起动距、超前影响角、地表最大下沉速度及最大下沉速度滞后角等岩层移动参数。研究结果表明:薄基岩浅埋深煤层下综放开采具有地表移动剧烈、持续时间短、地表下沉速度大、起动距偏大等特点,且地表动态移动表现出初始期、活跃期短而衰退期较长等特点,地表裂缝发育的平面几何形态呈椭圆形,采空区外受开采影响的范围约60 m。     

浅埋深薄基岩地表水体下重复开采危险性分析

煤层重复采动的覆岩破坏规律较为复杂,尤其是面临浅埋深薄基岩层下地表水体下的安全开采。以某矿实际地质情况为基础,通过构建数值模拟模型及现场实测反演确定出2-3煤层开采时的覆岩力学参数,在此基础上,进行3-1煤层重复开采的数值模拟分析,最终确定了重复采动影响下的覆岩破坏高度,并论证了该区域的重复开采的安全可行性。     

榆神矿区浅埋煤层多重水体下大采高综采水害影响评价

榆神矿区3煤顶板多重水体并存,对区内浅埋深厚煤层开采构成了水害威胁。以榆神矿区某矿为例,煤层顶板赋存有3类共6重水体,通过分析覆岩水体的赋存条件,确定了不同水体的富水性特征。基于3煤覆岩结构和类似条件矿井开采实践,预计了薄基岩厚土层条件下3煤7m大采高综采的覆岩破坏高度,计算了不同类型安全煤岩柱的尺寸。根据覆岩水体的富水性特征和空间分布,分析了不同水体对3煤大采高综采的水害影响程度,得出基岩风化带含水层、顶板基岩含水层和烧变岩含水层对3煤开采构成直接充水影响;黄土孔隙裂隙含水层对3煤开采构成溃砂影响;萨拉乌苏组含水层、地表十八墩河对3煤开采不构成直接充水影响。为确保安全,在3煤开采前须对基岩风化带含水层局部富水性较好的区域提前疏放,对烧变岩含水层留设20m的侧向防隔水煤岩柱。     

浅埋厚土综放开采矿压规律实验研究

根据陕北麻黄梁矿3#煤层首个综放工作面煤层赋存特征及上覆岩层力学参数,对薄基岩厚土层覆盖条件下的综放开采进行了相似材料模拟实验研究。研究认为,麻黄梁矿3#煤层综放开采覆岩并未出现全厚度切落,厚土层在工作面初次来压后逐步呈现整体下沉;在对实验支架初撑力和最大工作阻力进行分析的基础上,确定出麻黄梁矿综放开采支架的合理工作参数。     

榆神府矿区双煤层开采覆岩破坏及地面沉降特征研究北大核心

为研究双煤层开采条件下浅埋煤层覆岩破坏特征及地表沉降规律,以榆神府矿区典型浅埋煤层地质条件为基础,采用数值模拟方法,分析了6种不同工况下双煤层开采时覆岩破坏与地表沉降特征,并用物理相似模拟实验加以验证。结果表明:浅埋煤层覆岩破坏方式为全厚切落,留煤柱开采时隔水层中采动破坏呈现“泥盖效应”,不留煤柱开采时采空区两侧形成离层裂隙发育区,裂隙沿采空区两侧上方呈约45°发展;煤层开采时地表呈台阶式下沉,随着工作面推进,地表沉降中心不断前移,隔水层重量对地面沉降的影响逐渐减小,煤层厚度与地表沉降值呈正相关性;煤层开采过程中存在应力集中现象,上覆岩层中垂直应力沿煤层开采方向依次出现应力集中区、应力卸压区和应力集中区。     

榆林矿区浅埋深厚土层薄基岩煤层开采覆岩破坏规律研究

通过对陕北地区浅埋煤层的地质采矿条件研究,揭示陕北地区新近系红土层胶结性好,隔水能力强,能够抑制导水裂缝带的发育;由数值模拟及实践开采得出陕北地区浅埋深厚土层薄基岩煤层的覆岩结构为"上软下硬",岩性属软弱,煤层开采后覆岩破坏实测高度小于经验预计数值,符合"泥盖效应"规律,为类似条件保水开采提供了技术依据。     

薄基岩厚风积沙浅埋煤层覆岩变形破坏规律研究

为了研究薄基岩厚风积沙浅埋煤层开采时覆岩移动破坏规律,根据某矿工作面开采技术条件和岩石力学参数,采用数值模拟的方法,分析了采场上覆岩层破坏变形规律以及应力分布特征;基于关键层理论,推导了导水裂隙带的发展高度。研究成果为薄基岩厚风积沙浅埋煤层保水开采提供了理论依据。     

生态脆弱矿区煤层覆岩隔水特征及保水开采实验研究

对薄基岩浅埋煤层覆岩的隔水性进行了分析,采用相似材料模拟的方法,研究了薄基岩浅埋煤层覆岩的物理力学特征和上覆岩层移动破坏规律。研究表明,覆岩的矿物成分以石英、钾长石等为主,其含量高达75.4%~92.0%;岩石的单向抗压强度远大于抗拉强度,属于典型的脆性岩石。风化岩石的膨胀性增强,塑性增加,强风化带内,结构致密的粉砂岩、细粒砂岩的物理力学性质无明显变化。相似模拟实验表明:在煤柱附近和采空区中央,沿顶板方向覆岩移动表现出明显的分区性,在同一层位水平变形引起的压缩区和拉伸区交错出现;导水断裂带最大高度约为94 m,是采高的27倍。在此基础上,对薄基岩浅埋煤层保水开采的条件进行了评价,提出了保水开采的关键技术措施。     

浅埋深薄基岩地表水体下厚煤层重复开采研究

浅埋深薄基岩工作面导水裂缝带存在导通含水层及地表水的可能性,最终造成工作面突水的威胁。基于鄂尔多斯某矿实际地质采矿条件进行分析,对煤层开采的覆岩破坏高度进行预计,针对地表水体留设了防水煤岩柱,最终得出了地表水体下厚煤层重复开采的方案,并实现了工作面的安全开采,为鄂尔多斯地区解决类似条件下煤炭资源的回采提供了参考。     

浅埋煤层群裂隙演化规律及组合承载结构载荷研究

浅埋煤层群高强度开采导致承载岩层破断形成组合承载结构，使覆岩裂隙分布形态复杂化，并对地表造成严重损害。为了研究浅埋煤层群开采覆岩裂隙演化规律与承载岩层承载结构关系及承载岩层保持稳定的支架工作阻力，以陕西北部神府矿区韩家湾煤矿2-2和3-1煤开采为研究背景，通过现场观测及相似模拟试验得到煤层群开采裂隙演化规律、承载岩层组合承载结构及两者相互关系，采用理论计算的方法建立了组合承载结构力学模型，研究组合承载岩层保持稳定的支架工作阻力。研究表明，煤层群开采覆岩裂隙演化过程可划分为4个阶段，分别为上煤层开采快速增长阶段、上煤层开采平稳增长阶段、下煤层开采快速增长阶段、下煤层开采稳定增长阶段；不同承载结构导致地表产生不同的裂隙演化形态及沉降特征，“台阶岩梁”结构地表产生台阶下沉，“铰接岩梁”结构地表产生连续下沉；通过地表沉降形式可间接判断上煤层承载岩层破断结构，由层间岩层充填率和采高得到了下煤层承载岩层破断结构，并揭示了浅埋煤层群开采承载岩层破断组合结构分为“台阶-铰接”结构、“铰接-铰接”结构、“铰接-台阶”结构、“台阶-台阶”结构的组合形态。由承载岩层破断组合结构建立了浅埋煤层群开采承载岩层承...     

基于UDEC的浅埋煤层表土层与主关键层对地表沉陷的耦合效应分析

开采沉陷预计是矿山开采沉陷学科的核心内容之一。开采沉陷的预计,对建筑物和生态环境的保护有重要意义。利用UDEC软件对典型的浅埋煤层工作面进行了模拟研究,通过建立的4个模型对浅埋煤层表土层与主关键层对地表沉陷的耦合作用进行分析得出,在表土层很薄或覆岩中有很厚、很硬的关键层的条件下,地表沉陷的预计必须考虑表土层与主关键层的耦合效应。     

浅埋深薄基岩矿井综放工作面导水裂缝带发育规律研究

转龙湾煤矿首采工作面煤层埋深160 m左右,基岩厚度60～120 m,属于浅埋薄基岩开采。本文分析了转龙湾煤矿II-3煤层覆岩特征,井下现场探测了首采试验区的采动覆岩破坏导水裂缝带发育高度,采用有限差分数值仿真方法模拟了薄基岩浅埋煤层综放开采条件下的覆岩运移破坏过程。研究表明,采动覆岩塑性破坏区的形态经历了"马鞍形"—"拱(箱)形"的演化发育过程;随着采动空间的增大,采空区两端超前破坏裂隙扩展速度较中部变慢,最大导水裂缝带发育高度位于采空区中部,裂采比为20。     

薄基岩条件下条带开采模拟方法研究

采用工程地质力学模型实验、有限元数值模拟相结合的综合研究方法,分析了薄基岩条件下条带开采覆岩与地表移动变形及破坏的工程地质机理,揭示了薄基岩条带开采的移动变形规律,岩土层内波浪沉降发育规律及与条采尺寸、采出率、覆岩特征的相互关系等,提出了薄基岩条带开采煤柱的留设方法,为薄基岩条件下条带开采覆岩与地表移动变形的工程地质机理的研究奠定基础.