固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动影响分析

通过建立计算机数值模型模拟固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动规律,观测不同工作面推进距离上覆岩层移动特征,对比长壁开采与充填开采关键层移动,分析充填开采关键层运动与上覆岩层移动特征。由于采空区被矸石和粉煤灰等材料所充填,充填工作面矿压显现和上覆岩层移动规律与一般垮落法管理顶板明显不同。研究表明：胶结充填开采工作面周期来压步距大,来压强度不明显;关键岩层弯曲下沉,不会出现岩层破断现象。上覆岩层移动范围明显减小,对地表变形能有效控制。     

浅埋深薄基岩中厚煤层矿压显现规律

针对浅埋深薄基岩中厚煤层矿压显现规律问题,采用UDEC数值模拟软件和现场实测2种方法对李家壕煤矿3-1煤层的矿压规律显现进行研究。研究表明,工作面初次来压步距20m,周期来压步距10 m;周期来压期间,来压猛烈,历时短,工作面中部相对于两端部来压大,来压早,持续时间长;工作面前方支承压力集中不明显,影响范围较小;工作面发生台阶下沉,顶板破断运动波及地表,工作面上覆岩层中只存在垮落带和裂隙带"两带",不存在弯曲下沉带;顶板岩梁在工作面推进方向上传递载荷的能力大大下降。数值模拟结果和现场实测数据基本吻合。     

巨厚砾岩层下工作面过断层覆岩运动规律研究及应用

采用数值模拟的方法,研究了工作面过断层时上覆巨厚砾岩层运动规律,分析了上覆巨厚砾岩层周期性破断步距、断层面砾岩破断形式及工作面超前集中应力状态.研究认为,巨厚砾岩层的垮落失稳与断层块体铰接的动态失稳是导致采场应力异常,诱发冲击矿压的主要因素.对此,采取深孔卸压爆破、开设卸压硐室、煤层注水和加强巷道支护等预防冲击矿压的技术措施,在实践中较好地消除或减弱了冲击矿压的发生,对于矿井安全生产具有重要指导意义.     

采场上覆巨厚砾岩层运动对冲击地压诱因的实验与理论研究

采用相似模拟试验和理论计算的方法,对采场上覆巨厚砾岩层的运动规律进行研究,并分析其运动对冲击地压诱发因素的影响。下位巨厚砾岩层的大面积悬顶下沉会在工作面前方煤体及巷道围岩中增加静载荷的积聚,提高了冲击地压诱发的机率;下位砾岩层达到极限悬顶步距断裂垮落时,会通过煤层释放其积聚的弹性变形能并在采空区后方产生较大的冲击荷载,在该动载荷的扰动下有可能诱发能级较大的冲击地压事件。上位巨厚砾岩层能在21141工作面开采范围内保持稳定,岩层弯曲下沉量较小,对特厚煤层开采所引起的上覆岩层冒落、下沉、离层起屏蔽和缓冲作用,因此对冲击地压诱发因素的影响较小。     

厚黏土层对薄基岩工作面矿压规律的影响

薄基岩厚黏土层煤层开采时具有与普通薄基岩厚松散层工作面不一样的矿压显现规律,基于赵固二矿的具体地质条件通过UDEC4.0模拟研究了当基岩厚度为0m,30m和60m时工作面初次来压步距、周期来压步距、支承压力分布和上覆顶板岩层垮落形态等,通过模拟得知,黏土层顶板有较小的来压步距,能缓和工作面煤壁前方的支承压力,并能与薄基岩共同成拱或独立成拱用以承担上覆岩层的重量,且厚黏土层以弯曲下沉为主,对于防止地表水侵入工作面也是有利的。     

下保护层开采上覆煤层顶板破断规律研究

为研究下保护层开采上覆煤层顶板破断规律,以贵州某矿为工程背景,建立基本顶破断不同时期力学分析模型,推导破断临界条件及破断步距,构建物理相似模型反演顶板破断下沉历程,现场监测工作面顶板来压破断步距。研究表明：下保护层开采时上覆煤层直接顶随采碎冒,基本顶初次来压破断步距为20m、周期来压破断步距10m,破断角55°～65°;采空区上覆岩层塑性破坏区呈“梯形”结构,基本顶在空间上依次经历“离层-破断-垮落”有规律交替运动;顶板下沉时依次经历“稳定-加剧-饱和”3个阶段,最大下沉量21 mm,同一水平位置顶板下沉时呈“边坡”状分布;现场监测结果与理论分析、相似模拟结果基本吻合,工作面来压时需适当加快工作面推进速度以避免发生压架事故。     

高位巨厚覆岩运移规律及矿震触发机制研究

矿震是由矿山开采引起的非天然地震活动，鄂尔多斯矿区侏罗纪煤层上方常见白垩系巨厚层状砂岩组，巨厚砂岩组破断、滑移容易诱发巨厚覆岩型矿震，研究揭示高位巨厚覆岩的内部活动演化规律与动力响应特征是巨厚覆岩型矿震灾害防控的基础。笔者基于符拉索夫厚板理论，结合地面探测孔、地表沉降以及微震监测技术，研究了鄂尔多斯某矿综放开采巨厚覆岩结构演化规律及覆岩内部活动特征，揭示了高位覆岩运动诱发矿震机制。结果表明，综放实体煤回采阶段，采空区面积较小，低位顶板垮落较为迅速，顶板破断角64°～72°，高位巨厚覆岩结构无明显裂隙产生，地表下沉量较小；邻空回采阶段，顶板破断高度向巨厚覆岩层扩展，巨厚覆岩层产生裂隙，巨厚覆岩下顶板破裂角有所增加，并且地表沉降量快速增加呈台阶式下沉。白垩系巨厚砂岩层厚较大、强度较高，推导得出邻空回采阶段工作面推进约324.3 m时，巨厚覆岩结构具备发生初次破断的条件，开始出现强矿震事件；并且其周期破断步距为83.7 m。巨厚覆岩结构破断触发矿震机制为：随采空区面积增加，顶板破裂高度逐渐扩展至高位巨厚砂岩层，该巨厚砂岩层发生竖“O-X”型初次破断、滑移以及周期性破断易诱发强矿震事件。研究结...     

大采高工作面覆岩运移规律及矿压显现特征特殊性研究

针对大采高工作面矿压控制难题,利用相似模拟材料对覆岩运移过程中矿压显现特征特殊性进行研究。试验结果表明,大采高工作面初次来压步距可达到90 m,在开采初期周期来压步距较稳定,强度较小;工作面推进190 m之后,周期来压步距及强度离散性较大,易发生强矿压显现事故;工作面的超前支承压力峰值可达到40 kN,与覆岩垮落厚度呈线性正相关关系。     

浅埋煤层采场覆岩运动及来压规律研究

针对浅埋煤层采场覆岩运动特征及来压规律问题的研究,以万利一矿42303工作面的浅埋煤层为工程背景,通过物理模拟和数值模拟开展分析和研究。研究表明：42303工作面初次来压垮落步距为60 m,其压力峰值为14.7 MPa,覆岩初次周期来压步距为90 m,其压力峰值为15.97 MPa。此后周期垮落步距平均为12 m,最终呈现出垮落带高度为22 m,裂隙带高度为169 m的梯形结构。采空区上覆岩层呈现为梯形垮落结构,随工作面向前推进,采空区上覆岩层的梯形垮落结构影响范围逐渐增大。     

“三软”煤层上覆岩层移动破坏规律相似模拟

针对明业煤矿3#煤层采煤工作面具体地质条件,采用相似材料模型实验,分析研究了"三软"煤层上覆岩层的移动破坏规律,为回采工作面管理提供科学依据,结果表明:"三软"煤层的上覆岩层具有从下往上分层破坏的特性,直接顶的初次垮落步距为12 m,老顶初次来压步距23 m,周期来压步距为10~14 m;上覆岩层的不规则垮落带为24 m,规则垮落带在距煤层顶板24~36 m的范围,在距煤层顶板36 m处形成了稳定的老顶结构;开采完成后,上覆岩层最大下沉量为5.043 m,下沉系数为0.84。     

红泥坡铜矿采场覆岩变形破坏规律试验研究

为探讨红泥坡铜矿采场上覆岩层变形破坏、岩层冒落演化规律,采用相似模拟试验开展了相关研究。研究结果显示:在空场条件下,当开采至第三分段时,采场直接顶板发生冒落,冒落高度达8～10m,上覆岩层位移0.1～0.3m,若继续开采,采空区冒落高度达29m左右,上覆岩层最大位移达到0.6m;当矿体开采第一分段时,上覆岩层应力状态变化已发展至近地表覆盖层的局部区域,开采第二分段时,地下采动作用对近地表覆盖层应力场的影响范围逐渐增大且覆盖层呈现出不均匀的变形状态,若继续开采,上覆岩层应力场将受到明显影响,研究结果对矿山生产规划及岩层控制具有理论指导意义。     

大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理

特厚煤层开采形成的采场空间大,覆岩扰动范围广,采场顶板来压具有明显的大小周期来压及强矿压显现特点。大空间采场覆岩扰动层位多、岩层间作用机制复杂,顶板破断块体间的作用力及方向多变,导致大空间采场覆岩结构理论分析存在较大难度。为从理论上揭示特厚煤层大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理,在实测分析得到大空间采场覆岩结构特征基础上,基于能量变分原理建立了大空间采场覆岩结构力学模型,揭示了大空间采场覆岩结构的矿压作用机制;建立了大空间采场覆岩结构条件下的“煤体-支架”协同承载模型,得到了采场支架围岩的相互作用关系。研究表明,特厚煤层开采形成的大空间采场覆岩具有显著的“低-中-高”层位结构特征,是采场复杂矿压显现的直接诱因,“中-低”位顶板结构失稳形成采场大小周期来压,高位顶板结构的失稳联动是诱发大空间采场强矿压显现的主要因素;覆岩结构的失稳运动还受到采空区矸石支撑、顶板有效位能作用及高位顶板悬长等的制约,是采场来压强弱的重要影响因素;大空间采场条件下“煤体-支架”协同承载,所得理论研究成果与基于实测反演分析得到的支架围岩关系研究结论具有较好的一致性,验证了大空间采场覆岩结构理论的正确性。     

基于微震监测的千米井采场地压监测与预警技术研究

哈图金矿千米井矿区深部开采过程中,易发生冒顶、片帮等地压灾害,对后续采矿的进度与安全影响较大。本文通过微震事件时空演化规律,分析了围岩变形特征,划分出了地压活动较强的重点区域。通过微震事件累积视体积-能量指数变化规律分析岩爆和大尺度岩体破裂的预警前兆信息,根据预警信息及时采取加强支护等保护措施,取得了很好的效果。     

急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律

急倾斜煤层综采工作面"支架-围岩"系统动态稳定性控制难度大,而顶板的行为状态会直接影响该系统稳定性,从而制约该类煤层高效机械化生产,故研究急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律十分必要.综合采用相似材料试验法、理论分析法,研究分析工作面覆岩破坏及矿压分布、演化规律.研究结果表明,急倾斜中厚煤层综采工作面上、下端头顶板...     

大采高长工作面地表岩层移动规律

寺河矿工作面采高为6.2 m,长度为300 m,开采强度大,地表岩层移动及矿压显现与普通综采工作面相比较为明显。通过建立4301工作面地表观测站对岩层移动进行观测。文章对观测数据进行分析,得到了大采高长工作面地表岩层移动的基本规律。     

大空间坚硬顶板地面压裂技术与应用

坚硬顶板强度高、破断步距大,矿压作用强烈,是煤矿顶板控制的一大难题,特别是特厚煤层开采条件时,因开采扰动范围广,大空间坚硬顶板破断失稳,造成采场矿压显现更加复杂、强烈。研究表明,坚硬顶板特厚煤层开采,高位厚硬岩层的破断失稳是造成采场强矿压的主要因素,但现有井下预裂技术无法控制。为此,提出了煤矿坚硬顶板地面压裂控制采场矿压的方法,开展了大型真三轴原位试件(2 060 mm×1 200 mm×1 200 mm)水力压裂试验研究,揭示了水压裂缝扩展形态及压裂全过程试件应力应变演化规律;给出了地面压裂关键层位范围,综合工作面采位、压裂层位、覆岩应力及裂隙发育特征,建立了压裂位置确定的理论模型及选取准则;给出了压裂面积-流量-时间的关系模型,得到压裂面积随压裂时间、流量的变化关系;研发了水压裂缝井上下微震一体化联合监测技术,综合前述研究,形成了大空间坚硬顶板地面压裂控制技术体系,并进行了垂直井、水平井压裂工程实践。结果表明,地面压裂裂缝扩展范围大,垂直井分级压裂裂缝扩展长度达250,218 m,裂缝宽度30～120 m,水平井分段压裂裂缝扩展长度196～216 m,裂缝高度43～50 m,裂缝扩...     

长壁矸石充填开采上覆岩层移动特征模拟实验

长壁矸石充填工作面采空区由于被充填材料占据,上覆岩层移动特征将不同于垮落法管理顶板,采用相似模拟和数值计算模拟工作面回采和矸石充填过程。通过改变支架初撑力和工作阻力、充填材料的夯实力,模拟不同充填率情况下上覆岩层应力变化和岩层移动特征,结合现场实测结果认识长壁矸石充填开采上覆岩层移动规律。研究发现：支架工作阻力对充填效果影响显著,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证足够的时间使更多的充填材料充进采空区,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。采空区内充填材料限制直接顶的变形、下沉以及冒落,直接顶以断裂和冒落为主,冒落后整齐地排列在采空区矸石上。基本顶以弯曲下沉形式随直接顶移动,上覆岩层冒落高度显著降低。     

加大综采工作面几何参数对大采高支护设备发展的新要求

提高综采工作面单产主要靠加大工作面几何参数和提高配套设备能力及可靠性,而工作面采高加高、长度加长、推进速度加快、巷道断面加大后,特大采高工作面矿压具有鲜明特征,由于单位时间采动影响范围扩展,使大采高工作面上覆岩层呈大体积的运动,导致工作面矿压显现变得十分强烈。为此,特大采高支架设计应从其围岩立体动态、矿压显现强烈出发,对特大采高支架设计支护强度、支架结构高度上限、防片帮机构、支架稳定性、防止煤壁片帮和工作面设备整体稳定性等方面都提出新要求。由于巷道断面加大和工作面采高加高,推进速度加快等使回采巷道超前支承压力范围发生变化,对其超前支护提出新要求,因此研制特大采高工作面超前支护支架迫在眉睫。     

开采覆岩运动特征及动力响应的数值模拟研究

以地质单元勘查研究报告为背景,应用计算机对某煤矿厚岩浆岩下煤层开采时覆岩移动规律及其动力响应进行了数值模拟分析,得到:①由于岩浆岩这种特殊岩层的存在,使采空区上覆岩层的运动规律发生变异;②岩浆岩存在时,岩体内的应力、变形及位移的变化趋势,揭示了工作面开拓过程中岩体内应力的重新分布过程、工作面支承压力和支架阻力的变异性。     

综放开采沿空留巷围岩变形特征

为研究综放开采沿空留巷围岩变形特征,以山西铺龙湾煤业有限公司4102综放工作面为工程背景,从理论层面分析了沿空留巷围岩大变形机理,发现4102综放工作面沿空留巷围岩发生大变形主要原因是基本顶关键块体断裂回转使留巷位置由低值应力区变为高值应力区,在此基础上采用FLAC3D软件对沿空留巷围岩应力分布规律及变形特征进行分析。结果表明在支护初期巷旁支护体垂直应力为1.5 MPa,巷道围岩水平位移极小,当基本顶发生断裂后,巷旁支护体垂直应力增加,最大达3.22 MPa,此时的变形速率也达到最大,随着上覆岩层触矸,巷道围岩垂直应力及两帮变形速率也逐渐稳定。