采动应力监测系统的设计

提出了采动应力监测理论,开发研制了采动应力监测系统,并进行了采动应力场监测实践,针对冲击危险工作面进行了监测和预测。监测实践表明,采动应力监测系统能够准确监测采动影响条件下工作面前方煤岩体的应力变化,据此能够有效评价工作面前方冲击危险区的冲击危险等级,为冲击矿压预测与防治提供了先进、适用手段。     

谢一矿51采区保护层开采卸压规律数值模拟研究

文章以淮南矿区谢一矿51采区地质条件和开采技术条件为背景,建立FLAC3D三维计算模型,深入系统地研究了B9b及B10保护层分别开采情况下,临近煤层应力分布规律。研究成果表明:①保护层开采情况下,被保护层工作面垂直应力SZZ可分为卸压区、增压区和稳压区;②B9b和B10作为下保护层分别开采条件下,对于上覆B11b被保护层工作面,深部卸压效果弱于浅部;B9b和B10作为上保护层分别开采条件下,深部卸压效果优于浅部;③B9b煤层和B10煤层作为下保护层分别开采,层间距对上覆煤层垂直应力的卸压效果影响不明显,但对增压区影响显著;④B9b煤层和B10煤层作为上保护层分别开采,层间距对下伏煤层垂直应力的卸压幅度和对增压区影响显著。     

大采高综采工作面压架原因分析及防治对策

为得到干河煤矿工作面压架事故的原因,利用顶板动态监测系统实时监测支架工作阻力,依据矿压理论分析工作面压架前后支架初撑力、循环末阻力、安全阀开启率的变化情况,同时采用工程力学基本原理分析了掩护梁受力情况。分析表明压架事故的主要原因为:工作面推进速度缓慢,支架处于长时间高负载状态;支架间安全阀设定值相差较大;顶板下沉量大,采高显著降低,支架掩护梁受剪切力显著增加;工作面上覆砂岩裂隙水致使工作面顶板岩层间摩擦因数降低,加剧工作面矿压显现程度。针对以上原因提出了优化支架设计,加强工作面水文及矿压观测,加强工作面顶板管理,提高推进速度等措施。     

坚硬顶板厚隔水层条件下底板突水致灾机理及全周期治理技术

峰峰矿区九龙矿4号煤层顶板为厚3.5 m的坚硬野青灰岩,煤层底板岩层组合为“厚隔水层夹薄层灰岩+奥陶系灰岩”,九龙矿开采4号野青煤以来,发生多起底板奥灰突水事故。针对煤层底板存在厚隔水层且传统井下底板加固甚至区域治理仍无法完全消除奥灰突水的现状,笔者基于零位破坏理论,建立了考虑顶板压力传递的煤层底板采动破坏力学模型,分析了顶板压力传递和承压导升作用下的底板突水致灾机理,提出底板水害“采前-采中-采后”全周期治理技术并通过井下底板验证孔-工作面涌水量-奥灰水位动态变化“三位一体”立体化监测对治理效果进行评价。研究结果表明：(1)坚硬顶板条件下,采空区悬露面积大,周期来压强烈,导致底板破坏深度增加,在煤层底板导水构造阶梯式导升作用下容易发生滞后突水;(2)通过采前区域治理对煤层底板进行全面加固消除致灾因素,采中对煤层底板微震事件多发、构造发育区域进行重点加固达到减水开采,采后补强加固实现保水开采,创建了工作面底板奥灰水害全周期治理模式;(3)治理后,工作面底板薄层灰岩与奥灰无水力联系,奥灰水位与工作面底板涌水量随工作面来压发生变化,但变化幅度较小,工作面涌水量仅为0.46～1.12 m3/...     

条带充填坚硬顶板与充填体组合系统力学特性试验研究

为研究条带充填坚硬顶板-充填体组合系统的力学特性,进行了粗砂岩-充填体组合体试样单轴压缩试验,结合组合体试样压缩破坏力学模型(将粗砂岩抽象为弹簧体),研究了其强度及破坏特征。结果表明:组合体试样的单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变均大于单一充填体试样而小于单一粗砂岩试样;组合体试样的整体强度不仅仅是由其内部充填体强度决定的,更重要的是受到粗砂岩与充填体相互作用的影响,粗砂岩压缩变形减小了轴向应力对主要承载体-充填体的损伤作用,相当于提升了其强度,从而增大了组合体试样的整体强度,较充填体强度增大了38.27%;粗砂岩回弹变形加剧了充填体进一步破裂和破坏,在一定程度上削弱了其强度,进而降低了组合体试样的整体强度,但在回弹变形前粗砂岩已发生压缩变形而适应了轴向应力的增加,因此该强度削弱作用是有限的;组合体试样的破坏主要发生在充填体内,主要以张拉破坏为主,伴随着局部剪切和剥落破坏,而粗砂岩未发现明显破坏。     

强富水含水层下综放开采水砂灾害防控关键技术

弱胶结煤层覆岩抗采动变形能力差,高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,在近距离强富水含水层下综放开采具有极大的危险性,常发生突水溃砂事故。为了实现强富水含水层下综放开采水砂灾害的安全防控,研究了基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测与监测、煤层采放高度设计与实时调整的突水溃砂灾害防控关键技术。提出基于网络并行电法和井下加密钻探的精细化探查组合方法以查明工作面开采的水文地质条件;采用经验公式预计、数值模拟计算、钻孔注水法实测以及电-震一体化监测等手段获取动、静态综放开采的覆岩破坏高度特征;通过控制煤层采放高度、优化工作面两巷在煤层中的位置、电-震一体化监测覆岩破坏高度反算煤层采放高度等方法达到及时调控煤层采放高度的目的。以应用工作面为例,采用并行电法、钻探验证,覆岩破坏高度实测以及煤层采放高度的精准控制等方法,基于地质条件探查与分析,动态控制了煤层覆岩的采动破坏范围,实现了工作面在近距离强富水含水层下的综放安全开采。研究表明,物探、钻探探测可有效获取水文地质信息以及综放开采覆岩破坏的关键参数,将采动裂隙场与水文地质条件相结合,控制煤层采放高度,对不同含水层采取疏或保的不同对策...     

浅埋深综放工作面矿压规律及支架工作阻力确定

针对浅埋深综放工作面矿压显现剧烈、安全阀开启频繁的问题,对平朔井工三矿39107浅埋深综放工作面支架工作状况进行分析研究.采用矿压监测系统现场实测液压支架工作阻力,得到工作面基本顶初次来压步距为33.7 m,平均周期来压步距20.7 m,周期来压期间液压支架循环末阻力平均为9 700 kN,安全阀开启率平均为3.7％,工作面液压支架初撑力水平整体较低,分析表明液压支架存在3种不合理工作状态:安全阀调定压力不合理,前后立柱受力不均衡,部分支架串液.结合现场实测数据进行理论计算,得出39107工作面支架合理工作阻力应不低于12 000 kN.     

采煤沉陷区建设用地综合治理成套技术及应用

以淮北矿业集团拟建办公中心在采煤沉陷区进行建设为例,提出了针对老采空区的综合勘察技术;基于老采空区残余空间、破裂岩体裂隙分布规律、建筑荷载作用下老采空区的变形破坏规律及地表变形的时间效应,提出了采煤沉陷区建设用地地基稳定性评价方法;基于工程实践,提出了老采空区注浆治理的设计和检测方法,并初步形成老采空区治理效果检验标准;最终形成了包括老采空区勘察技术、采煤沉陷区地基稳定性评价技术、老采空区注浆治理技术、注浆效果检测及后评价技术的采煤沉陷区建设用地综合治理成套技术。该技术的应用为采煤沉陷区土地资源利用提供了新途径。     

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...     

大采高综采工作面采空区垮落矸石刚度实验

为了揭示采空区垮落矸石刚度的变化规律,针对大采高综采工作面采空区矸石刚度取值缺乏依据的研究现状,自主设计和研发了矸石压缩实验装置,以灰岩、中砂岩、粗砂岩为样本,结合岩石力学伺服试验机,设计18组实验方案,按照矸石破碎→粒径筛分→样本装入实验装置→试验机压缩→清理压缩后的碎渣→再次盛装的实验步骤,测试(1)岩性相同但粒径(10～20,20～25,25～35 mm)不同情况下;(2)粒径组合相同、岩性组合(组合灰岩中砂岩、组合粗砂岩中砂岩)不同情况下;(3)粒径组合相同、不同单一岩性情况下破碎矸石载荷与压缩位移的关系式。然后根据相似材料实验原理,对得出的曲线关系进行转换,拟合出了采空区不同单一岩性、不同组合岩性、不同破碎程度时的矸石刚度取值公式。研究表明,当垮落带矸石产生相同的压缩位移时:(1)岩性为灰岩的垮落带矸石刚度>岩性为中砂岩的垮落带矸石刚度>岩性为粗砂岩的垮落带矸石刚度;(2)大粒径的灰岩矸石刚度>组合大中小粒径的灰岩矸石刚度>中粒径的灰岩矸石刚度>小粒径的灰岩矸石刚度;(3)组合岩性的矸石刚度介于两种岩性刚度之间,其中组合岩性中较硬的岩性刚度>...