浅埋近水平煤层采场覆岩压力拱结构特性及演化机制分析

通过分析浅埋近水平煤层开采覆岩结构及破坏的特点,在压力拱和关键层理论的基础上建立了浅埋近水平煤层采场覆岩压力拱结构模型;认为该压力拱结构在工作面长度和推进方向上具有左右对称特征,压力拱发育至关键层后若关键层破断则基于破断位置重新起拱,若不破断则拱顶位于关键层附近,该压力拱结构模型能较好描述浅埋近水平煤层开采覆岩破坏形态。基于上述模型,分析了压力拱结构层和覆岩破坏区演化的突发性和阶段性特点,推导出了结构层压力拱轴线方程和覆岩破坏范围计算判据,分析了压力拱的极限变形量,给出关键层破断对压力拱发育影响的分析计算方法;通过对大柳塔矿52505工作面采场覆岩数值及理论分析,关键层破断后没有形成完整压力拱结构,导致地表出现塌陷。     

采动影响下断层面应力与滑移特征研究

为了研究工作面开采结束后断层面的应力与滑移特征,以峰峰矿区某矿实际地质条件为背景,通过理论计算和数值模拟的方法,建立了断层面应力和滑移力学模型,得到了采动影响下的断层滑移力学判据及断层滑移的主要影响因素,研究了工作面推进结束后的断层面应力特征和断层滑移情况并进行了实例验证。研究结果表明:开采造成断层面正应力和剪应力的变化是断层滑移的主要影响因素;断层面岩性参数相近时,断层面正应力和剪应力与至断层露头的垂直距离近似呈线性关系,并且正应力变化幅度远大于剪应力变化幅度,正应力增加速率为剪应力增加速率的19倍左右;煤层开采后,距离断层露头较近的断层面岩体有向下滑移趋势,距离断层露头较远的断层面岩体有向上滑移趋势。     

基于支架载荷的矿压双周期分析预测方法

矿压动态预测是顶板管理和顶板灾害防治的重要手段,也是矿山压力与岩层控制领域的难点问题,目前国内外缺乏成熟、可靠的动态预测方法。采用现场实测、数据挖掘以及理论分析方法,从支架载荷在时间和空间2个方面周期性变化规律入手,构建了矿压双周期动态分析预测模型。从时间角度,基于覆岩结构及支架围岩关系分析,通过理论推导得到了3类液压支架载荷时序增阻函数,主要包括指数函数、线性函数、对数函数,通过实测数据验证,认为12401工作面支架载荷时序曲线由单一函数和分段函数构成,主要分为4种类型:单纯指数函数,单纯对数函数,对数+线性函数,对数+指数函数,采用滑动窗口动态预测方法和最大拟合优度的准则,建立了采煤循环内液压支架载荷拟合预测模型。从空间角度,分析了循环末阻力随工作面推进度的周期性变化特征,采用系统聚类和K-means两种聚类方法对周期性曲线进行分类并建立模板曲线,采用延伸窗口动态预测方法和最大匹配度准则,建立了循环末阻力模板曲线匹配预测模型。通过软件开发,实现了电液控制系统中立柱压力数据的采集、预处理、矿压特征指标分析、拟合预测、匹配预测等功能,以神东上湾煤矿12401工作面支架载荷数据进行初步预...     

单水源分级多压式井下导高探测系统的研发与应用

传统井下导高探测仪普遍使用两条独立管路进行胶囊封胀和探测段充水工作,实际应用中钻杆与充气管极易缠绕或挤堵,而且现有观测设备只能实现单项压力状态下钻孔漏失量的观测,数据单一且无对比性,为解决上述问题,研究一种单水源分级多压式井下导高探测系统,观测系统包括Ⅰ级高压注推一体化系统、Ⅱ级高压胶囊胀封系统、Ⅲ级低多压递进探测系统...     

基于应力波理论的断层对覆岩移动变形和应力传递阻隔效应研究

为了研究断层对开采沉陷影响机制,将工作面开采对覆岩的扰动视为应力波在岩层介质中的传递,建立了应力波在软弱岩层和坚硬岩层间双向传递的应力表达式。采用理论和数值计算分析了软弱岩层介质对应力波传递的影响,揭示了断层对覆岩移动变形和应力传递阻隔机制并通过相似模拟进行验证,最后利用数值计算分析了不同断层特征参数对覆岩移动变形阻隔作用的影响程度。结果表明：工作面开采产生的应力波波速越大,采动对覆岩的扰动越大|断层带岩体作为破碎带存在,应力波在断层带岩体多重反射作用下穿过断层带后波速下降明显,开采盘与非开采盘应力波最大波速之比为4.68～35.61,断层对采动应力传递具有阻隔效应,覆岩移动变形主要发生在开采盘|由于应力波穿越断层后在浅部波速衰减小于深部,浅部断层带岩体先于深部断层带岩体发生非连续变形|断层特征参数对覆岩移动变形传递阻隔作用排序为断层带宽度＞断层落差＞断层倾角＞断层带岩体内摩擦角＞断层带岩体黏聚力。     

基于关键层理论的地表偏态下沉影响因素分析

将工作面上覆岩层分为关键层下部软弱岩层、关键层、松散层3部分,根据关键层理论建立了地表偏态下沉模型。通过引入地表下沉偏态程度分析了各种因素对地表偏态下沉的影响并利用数值模拟分析了松散层厚度对地表偏态下沉的作用。研究结果表明:(1)关键层下部岩层碎胀系数越小,偏态程度越明显;关键层距煤层顶板高度越小,偏态程度越明显;煤层厚度越大,偏态程度越明显;当采空区长度达到一定值后,偏态程度不随采空区长度的增加发生改变;关键块平均长度越大,偏态程度越明显;松散层厚度越大,偏态程度越明显。(2)松散层厚度的增加只可以使地表下沉具有连续性,但不会抵消地表下沉的偏态程度。