上行开采单体面控顶方式的模拟分析

基于新庄矿上行开采三2煤层的顶底板状况及力学参数,运用相似材料模拟试验,模拟上行开采覆岩垮落特征,并结合RFPA2D模拟出不同控顶方式的支护效果。研究结果表明:上行开采三2煤层,来压步距减小,来压强度降低,顶板支承压力减小,确定工作面为三二排控顶作业,有利于矿井的高产高效。     

我国西北煤炭开采中的水资源保护基础理论研究进展

围绕西北煤炭开采中水资源保护基础理论研究中的关键科学问题,介绍了西北煤田地层结构特征、采动覆岩结构与隔水层稳定性时空演变规律和水资源保护性采煤机理与控制理论等方面的研究进展情况。构建了西北矿区不同生态地质环境类型生态-水-煤系地层空间赋存结构模型,分析了浅表层水分布特征与水循环运移规律;提出了覆岩裂隙表述和重构方法,构建了上位隔水层-中位阻隔层-下位基本顶结构协同变化模型和渐序变化模型;构建了该区初/复采煤层保水开采技术适用性分类方法体系,探索了新式短壁保水采煤方法,为构建基于水资源保护的西北煤炭科学开采方法体系奠定基础。     

采动覆岩裂隙体系统耗散结构特征与突变失稳阈值效应

将覆岩裂隙体作为系统来考虑,分析了采动覆岩裂隙体系统动态演化过程中的耗散结构特征,采用分形维数描述了采动裂隙发育过程及系统演化、涨落与跃迁;引入孔隙压力熵研究了采动覆岩裂隙体系统耗散结构演化中的熵变过程,并在近平衡态广义力与广义流的基础上明确了远离平衡态非线性区的超广义力及其驱动的广义流,依据超熵临界判据分析了以开采尺度为指标的动力失稳阈值。结果表明:可以通过耗散结构理论描述覆岩裂隙化程度与采空空间之间关系;孔隙压力熵可以描述采动覆岩裂隙体系统在由自然状态向采动状态逐步演化的熵减现象;孔隙压力熵的二次变分随开采尺度演化曲线的斜率为系统在远离平衡态非线性区的超熵产生,并以此为指标可判断系统在外界约束条件变化下的3种演化趋势,揭示了系统隔水性能在临界开采尺度下的失稳阈值效应。     

神东矿区浅埋煤层开采覆岩移动与裂隙分布特征

以神东矿区3类典型的煤层赋存条件为主要研究对象,采用实验室相似材料和计算机数值模拟的方法,分析了浅埋煤层长壁开采覆岩移动与裂隙在水平方向和垂直方向的扩展与分布的动态演变特征.研究表明,随工作面的推进,覆岩会出现与地表同步垮落现象;工作面推进越快,裂隙扩展的时间越短,裂隙闭合也越快;覆岩强风化带的存在,有利于消解部分采动裂隙.     

采动覆岩固液耦合三维无损监测系统与应用

针对以往三维固液耦合相似模拟试验中埋设传感器造成的破坏岩层原有应力状态和围岩完整性,甚至造成次生裂隙的问题,将并行电法、氡气探测、红外监测应用到三维固液耦合相似模拟实验当中。通过探测氡气浓度的变化推演裂隙发育特征,并行电法监测视电阻率异常系数分析水运移规律,红外系统探测模型正表面温度的变化实现突水预警。三者分工协作、互不干扰而又相互印证,实现了三维固液耦合条件下覆岩渗流场、裂隙场变化的实时、动态、无损监测。以伊犁四矿21103工作面为工程背景,监测工作面推进过程中氡气浓度变化、电阻率异常系数分布、正表面温度分布,检验了该系统的可靠性。     

浅埋煤层采动导水裂隙动态演化规律模拟分析

针对单一关键层浅埋煤层,采用实验室物理模拟揭示了采动导水裂隙动态发育规律.模拟结果表明,采动导水裂隙的演化分为发展期、贯通期和压实闭合期3个阶段;导水裂隙的动态发育受基本顶关键层控制;通过分析得出了防止工作面涌水溃沙的基本原理,能解决西部矿区保水防溃采煤的安全问题.     

厚砂层薄基岩浅埋煤层矿压显现规律研究

为解决厚砂层薄基岩浅埋煤层矿压控制问题,对宝山煤矿6101综采工作面(首采)进行现场实测。通过对顶板活动规律和来压机理的分析,揭示了宝山煤矿6101综采工作面的矿压显现规律,得出了该工作面的初次来压、周期来压步距。在此基础上,利用UDEC软件对采场覆岩的顶板破断、应力分布情况进行了模拟,模拟结果与实测结果基本相符。     

大倾角工作面特殊开采时期支架稳定性分析

大倾角条件下综采支架稳定性控制一直是综采在大倾角煤层中应用的难题之一,本文以高庄矿3上509大倾角大采高工作面具体地质条件为基础,分别从倾向和走向方向对工作面特殊开采时期(工作面冒顶或过断层)支架稳定性(倾倒和滑移)进行了力学分析。分析结果表明,3上509工作面支架保持稳定的最小工作阻力应不小于4743 kN,工作面支架选型选择支护阻力为6600 kN支架较为合理。另外,在力学分析基础上,提出了提高工作面支架初撑力、在支架底座增设底调千斤顶装置、支架顶梁上安装防倒装置连接座及改变工作面支架移架方式等技术措施,可以有效地防止工作面生产过程支架发生下滑和倾倒,大幅提高工作面支架的整体稳定性。     

采动覆岩固液耦合物理模拟实验系统开发与应用

将荧光检漏剂和实验紫外灯应用到物理模拟系统中,开发出新型采动覆岩固液两相运移可视化模拟系统,解决了以往固液耦合实验中开采覆岩裂隙及地下水流场演变不可视或可视程度差的难题。同时,以单轴抗压强度和渗透系数作为相似材料的关键指标,试制出新型的固液耦合相似材料,并基于SPSS软件分析了材料组分对相应指标的影响显著度。将此相似材料实验模拟系统应用于新疆伊犁一矿首采区覆岩移动规律分析中,检验了相似材料的适用性及该模拟开发系统的可靠性。     

一种氡气地表探测覆岩采动裂隙综合试验系统研制与应用

 在概述现有关于覆岩采动裂隙发育特征方面研究现状和总结氡气现有工程应用领域的基础上,首次尝试将氡气的地球物理化学特性应用于采矿工程领域,将放射性测量方法引入到地下煤炭开采覆岩采动裂隙发育过程及其含水性方面的探测,并独立自行研制氡气地表探测覆岩采动裂隙综合试验系统。该综合试验系统具有拆装简便,物理模拟模型铺设方便,在同一物理模拟试验台架上可快速实现二维或三维物理模拟试验等优点。将该综合试验系统应用于神东矿区大柳塔煤矿11203工作面开采二维相似物理模拟试验中,模拟得出覆岩采动裂隙动态演化特征及其与氡气浓度变化二者之间的对应规律。同时,该试验也进一步地验证采用氡气地表探测覆岩采动裂隙的可行性。