硬厚岩层下覆岩裂隙演化特征及其致灾机理分析

针对上覆岩层赋存硬厚岩层,采用相似材料模拟试验的方法,制作了工作面上覆硬厚岩层的相似模型,研究了硬厚岩层下覆岩结构和裂隙演化特征,分析了硬厚岩层破断致灾成因。研究结果表明,工作面推进后,上覆岩层走向断面上逐渐形成梯形结构,硬厚岩层的存在屏蔽了梯形结构的纵向发育|硬厚岩层下最大离层裂隙发育呈跳跃式上升,占据了煤层开采的大部分空间,为瓦斯积聚创造了空间|破断裂隙和离层裂隙相互贯通,在工作面侧和切眼侧的形成了双向互通的竖向破断裂隙区,为瓦斯运移提供了路径。开采煤层附近释放的瓦斯顺着两侧竖向破断裂隙区进入上覆岩层最大离层裂隙,最终积聚在占据了煤层开采大部分空间的硬厚岩层下最大离层裂隙。硬厚岩层破断后瓦斯空间急剧减小,瓦斯压力快速上升,瓦斯经两侧竖向破断裂隙区涌向工作面,易诱发瓦斯突涌等灾害。     

千米深井特厚煤层卸压巷合理位置的确定

以开滦矿业集团赵各庄煤矿为工程背景,采用理论分析和数值模拟方法对埋深-1 100m水平的2338工作面距采空区不同位置卸压巷两侧煤柱的应力分布和卸压巷的变形量进行了对比和分析。研究表明:卸压巷能够释放煤体高应力,对回采巷道的支护具有重要的意义,卸压巷的最佳布置位置为煤层中分层留设煤柱宽度为15 m处。     

复杂坚硬岩层特厚煤层综放开采工作面液压支架适应性研究

针对15 m以上特厚煤层综放开采扰动强烈、矿压显现明显、液压支架工作阻力难以确定的问题。以大同矿区特厚煤层千万吨矿井为研究对象，采用理论计算、数值模拟和现场实测的方法，建立了特厚煤层综放开采“近场悬臂结构+远场砌体结构”覆岩系统模型，确定了该条件下液压支架工作阻力确定方法，揭示了控制远场砌体结构的中高位坚硬岩层结构失稳是液压支架工作阻力异常的关键原因。建立了基于FLAC的液压支架工作状态和支护阻力数值模拟分析方法，对比分析了中高位坚硬岩层处理前后，大同矿区特厚煤层开采四柱式液压支架的适应性，并采用液压支架工作阻力实测数据对其进行了验证。实测结果表明：中高位坚硬岩层压裂处理后，来压期间液压支架整体平均工作阻力可降低约15%，增强了现用支架的适用性。研究成果提出了一种液压支架适应性分析方法，可为支架选型、设计提供参考。     

巨厚岩浆岩下充填开采的动力灾害控制

工作面上覆硬厚岩浆岩大范围运移可能诱发冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害,且易导致地表突然下沉。以某煤矿首采工作面为背景,对巨厚岩浆岩下垮落法与充填法开采进行了离散元数值模拟,分析了充填开采对岩浆岩运移与采动应力的控制效果。研究表明：垮落法开采时,岩浆岩初次运动前支承压力迅速增加,最大峰值达到45.97 MPa,易引起冲击地压等动力灾害;初次运动后上部岩层发生同步运移,下沉速度显著增大,最大下沉量达1.21 m。充填法开采时,支承压力变化不大,最大峰值为25.88 MPa;与垮落法相同推进步距时,岩浆岩上覆岩层下沉量仅为0.044 4 m。充填法开采有效降低了围岩应力和地表下沉,降低了动力灾害的危险程度。     

上覆煤柱下工作面支承压力分布特征

为研究上覆煤柱下工作面开采支承压力动态变化规律及分布特征,采用FLAC3D软件对下煤层工作面由采空区下向上煤层煤柱下推进过程中煤体垂直应力场进行了模拟。通过对工作面推进过程中走向支承压力、倾向支承压力的动态演化特征分析得出:当工作面在采空区下向煤柱下推进时,随着工作面不断接近煤柱边缘,走向支承压力分布形态由"双峰"变为"单峰",且峰值不断增大。