厚煤层采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对崔家沟煤矿2303综放工作面瓦斯涌出量高易造成瓦斯超限的安全难题,应用采动裂隙椭抛带理论,在分析特厚煤层综放开采覆岩破坏特征的基础上,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟试验研究了采空区覆岩"三带"演化规律,建立了采动裂隙椭抛带数学模型,确定出了覆岩裂隙瓦斯抽采有利区,提出了低-中-高位钻孔相组合的瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:2303综放工作面垮落带高度为33 m,断裂带高度为110 m,距离煤层底板35 m以上55 m以下与外椭抛面交集的范围为瓦斯抽采的有利区域;通过低-中-高位钻孔抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度小于0.6%,回风巷瓦斯浓度小于0.5%,有力保障了工作面的安全高效回采。     

大采高工作面过断层构造覆岩移动规律研究

针对王庄矿8101工作面采高达6.3 m,并且工作面回采过程中,必须正过断层构造等具体情况,采用相似模拟试验的方法,研究了大采高工作面过断层构造前的覆岩移动规律。结果表明,过断层构造时冒落带高度比普通中厚煤层高,岩层下沉量大;断层倾向与工作面推进方向一致导致支架受力和来压步距显著增加;8101工作面进入断层前10 m范围是压力快速增加区,应注意顶板变化并及时采取应对措施保障工作面安全生产。     

覆岩破坏裂缝探测技术的新进展

离层注浆技术是近几年提出的控制开采沉陷的新方法,尽管这一方法在多个矿区进行了应用,取得了一定的效果,但由于缺少对离层位置等的准确描述,使得注浆效果难以控制,从而影响了该技术的推广应用.介绍了覆岩破坏探测技术新的发展,为采煤造成的覆岩离层位置的探测提供了新的观测方法.重点介绍了应用较为成功的几项新的探测方法,包括利用EH4电导率成像系统探测地层构造和覆岩破坏形态;用钻孔彩色电视系统观测覆岩中裂缝形态和宽度.     

含水层下“三软”煤层首采工作面覆岩破坏与矿压显现规律研究

针对新疆某矿含水层下"三软"煤层首采工作面可能存在的顶板垮落沟通含水层造成工作面突水灾害的问题,通过现场钻孔冲洗液漏失量观测、钻孔电视探测和岩芯资料,确定了首采工作面覆岩破坏"两带"分布规律。在此基础上结合工作面矿压观测和UDEC数值模拟,分析了覆岩破坏发展与矿压显现的关系。研究表明,B10煤层B1003W01工作面的"两带"垮采比为2.75~2.81,垮落带高度18.7~19.7m,裂采比为11.39~13.59,导水裂缝带高度为77.4~82.26m;首采工作面周期来压步距为10.8~14.7m,巷道变形影响区域为超前工作面50m,煤体应力开始变化在超前10m范围,峰值距离煤壁2m位置。首采工作面在"三软"条件下,"两带"发育高度达到含水层,周期来压步距短对工作面形成较频繁的动载作用,以及煤体应力峰值离煤壁近的综合作用是造成工作面容易出现淋水,发生煤壁片帮和架前冒顶的原因。     

大采高工作面覆岩运移规律及灾变机理研究

针对大采高工作面矿压控制难题,利用相似材料模拟对大采高工作面覆岩破断特征与灾变机理进行研究。分析了覆岩运移特征与声发射监测信息。     

大采高工作面覆岩运移规律及支架工作阻力确定

针对某矿8402首采大采高工作面特殊的地质开采条件,通过理论分析、数值计算,得出了基本顶初次与周期来压步距参数。由于大采高工作面存在一次采出空间增大的问题,因此着重对支架承载状态进行研究。通过动载荷法计算得出工作面的最大支架工作阻力为9 420 k N/架,ZZ9900/29.5/50型液压支架能够满足工作面顶板支护强度要求。     

孟村矿首采工作面开采沉陷监测研究

为了解决孟村煤矿开采沉陷及岩移参数问题,结合首采工作面进行监测点布设、沉陷监测和数据计算分析。总结了首采工作面地表沉陷规律,计算了地表沉陷岩移参数,包括边界角、移动角、充分采动角等,并获取了概率积分法预计参数。为后续工作面开采、保护煤柱留设和建构筑物保护提供了指导。     

极近距离薄煤层同采工作面覆岩移动规律研究

应用FLAC3D建立数值力学模型,通过研究极近距离薄煤层同采时,在上、下层工作面不同错距时,工作面覆岩位移场、塑性区及应力场的变化,并揭示其应力传递规律,并结合现场工业试验,得出合理的同采工作面错距公式.利用这一规律进行现场工程实践,取得了较好的技术经济效果.结果表明:运用建立数值力学模型及现场工业试验相结合的方法来解决极近距离薄煤层同采问题,较传统方法更可靠、更有效.数值模拟分析及工业试验相结合的方法在处理极近距离煤层开采时,值得进一步探讨和应用.     

基于微震监测的近距离煤层重复采动覆岩裂隙发育特征研究

针对下石节煤矿近距离煤层重复采动的工程实际,采用微震监测、数字钻孔窥视、理论计算的方法,对重复采动作用下的覆岩裂隙发育规律进行研究。研究结果表明：随222工作面的推进,夹层经历失稳、破断、垮落的过程,其破裂位置为距切眼14.3 m与53.2 m,且主要以拉伸破裂为主。由微震监测可得,222工作面上覆岩层大于1 000 J的大能量微震事件分布于60.8 m垮落带范围内,100～1 000 J微震事件分布于128.3～158.9 m的裂隙带范围内。研究结果揭示了重复采动条件下覆岩裂隙演化特征,根据其演化机理提出采空区卸压瓦斯治理工程对策,可为类似矿井的瓦斯防治工作提供借鉴。     

高瓦斯多煤层大采高工作面覆岩裂隙演化规律研究

高瓦斯多煤层矿井运用大采高技术以实现矿井高产高效,开采工艺不同导致工作面瓦斯涌出规律的变化。以沁水煤田15#煤层大采高工作面煤层赋存条件和覆岩分布特征为背景开展采动覆岩裂隙演化规律研究,运用UDEC数值模拟大采高工作面在不同推进距离时覆岩裂隙形态发育及位移量,并提出基于示踪原理的实测覆岩裂隙发育规律的验证方法。研究表明:大采高工作面推进至120m时,煤层上覆岩层裂隙极限发育高度为65m,大采高工作面上邻近层8#煤层处于采动卸压范围,示踪气体法现场测试数据验证了数值模拟的准确性。由于大采高工作面覆岩裂隙发育范围扩展至上邻近层8#煤层,所以工作面回采过程中应增加上邻近层瓦斯抽采工艺。     

首采工作面覆岩矿压显现特征研究

运用UDEC数值模拟、现场矿压实测等综合研究手段,对12326工作面矿压显现及覆岩移动破坏特征进行研究。研究表明:工作面煤壁前方周期来压时支撑压力集中系数最大值为2.36;切眼位置与工作面位置下沉曲线呈现不对称;超前支护范围控制在35 m左右。     

厚煤层大采高综放工作面覆岩断裂演化规律研究

大采高综放开采易形成强烈的矿压显现,上覆岩层的断裂演化规律对工作面安全生产至关重要。以羊场湾煤矿160206工作面为工程背景,运用相似模拟试验、数值模拟和理论分析的综合研究方法,对大采高综放工作面覆岩的断裂过程与覆岩运移规律进行系统研究。研究表明：导水裂隙带内岩层随工作面推进表现为“台阶下沉”,同层岩层下沉趋势沿走向表现为“急剧下降—稳定（最大值）—快速上升—稳定（最小值）”。工作面覆岩运动场由两区分布（加速下沉区、缓慢下沉区）演化为三区分布（加速下沉区、缓慢下沉区、稳定区）。对离层演化与地表下沉规律进行了定量描述,运用理论计算表达式深入地剖析了地表的动态下沉机理及其相关因素。结合相似模拟与数值模拟的试验结果,提出了覆岩断裂演化的形态变化特征：覆岩断裂形态由“单等腰梯形”演化为“双等腰梯形”,表土层影响区由“矩形”演化为“倒梯形”。分析了覆岩中垮落区、离层区、压实区、裂隙富集区的动态演化过程：垮落区逐渐增大至一定程度,高度小幅度降低并趋于稳定,离层区由下至上逐渐发育并随工作面向前移动,离层区逐渐闭合形成压实区,且压实区逐渐增大并最终保持稳定,裂隙富集区位于采空区前后端部并随工作面向前移...     

园子沟矿首采工作面“三带”分布及矿压显现规律研究

覆岩运移范围及运移规律是指导工作面生产的重要依据,本文围绕园子沟煤矿首采工作面具体工程地质条件,采用钻孔电视法及理论分析对其覆岩运移范围的上下界限进行了研究。研究结果表明：裂隙带发育顶部高度距煤层顶板253.34 m,约为煤层厚度的23.68倍,而控制工作面矿压显现的关键层位为22.15 m厚的砂岩;工作面布置方向上平均来压步距和最大来压步距整体分布较为一致,中间略小于两侧,工作面推进方向上来压较为同步。研究结果对保障工作面安全生产具有重要的理论价值和实际意义。     

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。     

曹家滩煤矿首采工作面地表移动规律分析

首采工作面的地表岩移参数可以为后续的安全回采提供理论指导,对覆岩中含水层、地表建(构)筑物的保护同样具有重要作用。为了对后期开采提供技术保障,曹家滩煤矿开展了首采工作面地表移动规律分析。结合首采工作面地表移动观测站监测数据,分析不同走向和倾向的下沉、水平移动曲线;基于UDEC数值模拟软件,建立数值模拟模型,探究地表裂缝发育移动规律;并采用物理模拟方法对工作面10次周期来压的覆岩移动规律分析。结果表明,地表的下沉只出现在采空区上部及附近一定范围内,且其下沉呈对称分布;地表下沉在第7次来压后就趋于稳定,最大下沉量为4.21 m,倾向模型的最大下沉量为3.36 m;物理模拟方法得出和数值模拟类似的规律,与实测结果一致。     

综采工作面覆岩破坏高度实测研究

确定导水裂缝带发育高度对于确保煤矿水体下安全生产以及地表水、地下水资源等的保护都具有十分重要的意义。陕蒙交界处某煤矿为了确保生产安全,在2201综采工作面上方,布置了2个钻孔,采用钻孔冲洗液消耗观测法和钻孔电视观测法,对覆岩破坏状态进行了实测。通过对实际观测资料的总结分析,获得了该区综采条件下的导水裂缝带、垮落带发育规律并进行了相关对比研究,研究成果为条件类似矿井缩小防水煤柱、提高采煤上限等提供了参考。     

首采面上覆岩采动应力场演化特征及瓦斯优化治理技术

为了对首采工作面上覆岩沿走向、倾向和煤层上部区域在采动影响下的应力场有直观地认识,基于FLAC3D软件模拟五轮山煤矿1801首采面上覆岩沿走向、倾向和煤层上部30 m处在采动影响下的应力场演化特征,结果表明:随着采面的推进,沿走向和倾向应力分布形态呈现梯形,煤层上部30 m处应力分布呈现椭圆形圆圈,得出两带位于卸压区内且最大高度位于开采煤层上部40 m处,结合经验公式和钻孔电视法对两带高度进行验证确定。针对采煤时上隅角瓦斯浓度频繁超限问题,结合两带高度在1801回风顺槽布置高位钻孔对采空区瓦斯进行优化治理,瓦斯浓度超限次数明显减少。因此了解采面的应力场演化特征对于顶板管理、水害及瓦斯等灾害防治极其重要。     

厚煤层采场覆岩裂隙发育规律及高位钻孔参数优化研究

为了改善某矿现有高位钻孔瓦斯流量大、浓度小的情况,采用关键层理论和数值模拟相结合的方法,对该矿3207工作面覆岩"竖三带"进行了研究。研究表明:上覆岩层冒落带最高达15 m,裂隙带通过主关键层在整个基岩层发育,高位钻孔合理位置应在第二亚关键层之上。     

钱家营煤矿1621E工作面采动覆岩破坏特征研究

工作面开采过程中上覆岩层破坏易产生安全事故,通过数值模拟的手段,得到了1621E工作面开采后煤层覆岩的位移和垂直应力分布特征,分析得出工作面开采后,上覆岩层的最大下沉量为3.1 m,上覆岩层的垂直应力下降。     

大采高工作面覆岩移动规律数值模拟

针对赵固二矿11050工作面采高6 m,工作面回采过程中矿压显现明显的具体情况,采用数值模拟方法,研究了薄基岩大采高工作面的覆岩移动规律。结果表明11050工作面直接顶及老顶初次冒落步距分别为17 m和35 m,老顶周期冒落步距为11~16 m,工作面推进到60 m时,岩层移动角在开切眼处为62°左右。该研究成果为保障11050工作面安全高效生产以及为类似条件下覆岩移动规律研究提供了依据。