厚黄土层煤层开采沉陷规律研究

为了解黄土层对开采沉陷规律的影响,结合彬长矿区厚黄土层的采矿地质条件,基于分层传递理论,采用分阶段求解的方法,对地表沉陷的概率积分公式进行了修正,从土层对基岩的加载角度给出了厚黄土的定义。以大佛寺煤矿的地层条件为模型,通过物理材料相似模拟和FLAC3D数值模拟的方法,得到了彬长矿区的矿井开采地表移动的主要参数,并利用分阶段求解的方法,计算了该矿区亭南煤矿的地表移动等参数,利用地表移动参数设计了亭南煤矿建筑物群下宽条带开采的方案。结果表明:采用地表沉陷分段求解的方法预测厚黄土覆盖层地表沉陷是有效的。

亭南煤矿深埋大采高综采工作面矿压规律研究

针对亭南煤矿深埋大采高综采工作面冒顶、煤壁片帮事故频发问题,对该矿205工作面、回采巷道矿压分布规律和工作面煤壁片帮、冒顶情况和回采巷道支护效果进行了系统的观测。观测结果表明:205深埋大采高工作面矿压显现剧烈,且冒顶片帮集中发生在工作面中部位置;回采巷道超前支承压力和超前支承压力影响范围较大,回采巷道收敛变形大,且有冒顶片帮发生;工作面周期来压时工作面与回采巷道有明显的来压现象。根据观测结果分析,提出控制工作面冒顶片帮的建议,并给出了回采巷道的支护方案。

王家沟煤矿条带充填开采导水裂隙发育规律研究

为探索陕北榆神矿区王家沟煤矿萨拉乌苏组含水层下保水开采方法,在分析该矿1301、1302综采工作面地质采矿条件的基础上,基于充填条带与关键层协调作用原理,分别采用物理相似模拟实验和FLAC3D数值模拟计算方法,对比研究了综采一次采全高全部垮落法和条带充填两种开采方法开采后覆岩导水裂隙的发育规律。试验模拟结果表明,1301全部垮落法开采导水裂缝带最大高度达110.4m,1302条带充填开采导水裂缝带最大高度约55.4m;覆岩导水裂隙随直接顶、基本顶的初次来压和周期来压以及覆岩主关键层的破断失稳呈间歇性变速向上发育,应用条带充填可以起到支撑关键层的协调控制作用,能够有效控制覆岩导水裂隙带的发育高度,实现王家沟煤矿含水层下保水采煤的目的。

虚拟现实技术在采矿工程中的应用

针对煤矿地下开采系统的特点,探讨了井工开采虚拟现实系统的开发思路和技术路线,包括系统构成、数据处理流程和应用软件等,给出了实现井工开采虚拟现实系统计算机立体模型可控可视化的技术方法和途径。井工开采虚拟现实系统不仅可以供采矿工程专业的学生实习和矿区的工人、技术人员进行上岗前的教育培训,而且对指导生产施工和科学技术研究提供了先进、快捷的手段,也为进一步实现数字矿山奠定了基础。

河流下限高协调开采方案

为解决杉木树煤矿河流下安全采煤问题.采用物理相似材料模拟和RFPA2D数值模拟方法,研究采后覆岩破坏规律及导水裂隙到高度并得出防水安全煤岩柱须为40倍采高.应用限高协调开采原理制定了局部限高协调开采方案.使用地表沉陷预计软件YLH-12预计采后地表变形情况,最大下沉值为1 500 mm并出现在采区中部,整条河道水平变形值为0^-11 mm/m.同时开采实践测得地表未出现大范围沉陷,河道下沉值小于水平变形值,工作面涌水量较小且变化不大.结果表明:限高协调开采理论正确可靠,并成功指导河流下安全开采.

采动厚湿陷性黄土破坏数值模拟研究

针对厚覆盖湿陷性黄土地表受采动损害的特殊性,在应用FLAC3D模拟计算蒲白矿区白水河下开采煤层地表移动变形中,对黄土层和煤岩体均采用莫尔-库仑准则,及分别采用虎克-布朗和莫尔-库仑两种准则组合的理论计算模型。两种计算结果和实测值比较表明,对黄土采用莫尔-库仑准则,煤岩体采用虎克-布朗准则,地表各种移动变形值误差较小(-12.5%～1.2%);而黄土和煤岩体均采用莫尔-库仑准则,地表各种移动变形值误差相对较大(-31.3%～13.5%)。因此,前一种组合准则理论模型的应用,是提高厚湿陷性黄土覆盖地表损害计算精度的有效方法之一。

采动区公路路基和路面的协同作用模型

针对开采引起地表沉陷对高等级公路的危害,分析了地下开采引起地表移动变形规律,建立开采引起公路路基与路面的协同作用理论模型,确定了起关键作用的协同作用参数,分析了开采影响区的路基与路面协同作用的关系,并简要地分析了应用协同作用计算理论进行矿区公路设计和保护开采的方法。结果表明,通过改变开采方法和改进结构,能够有效地减小采动对公路的影响。

巨厚黄土层宽条带开采地表移动规律及参数优化

为了有效地控制地表移动变形以保护地表建筑物,保证煤炭资源的采出率,最大限度地减小开采损害的影响,应用宽条带开采方案,以彬长矿区的采矿地质条件为工程背景,研究厚黄土层下开采的地表移动规律。通过在开采区域地表布设监测点的方法,结合亭南煤矿现场观测实测数据并对其进行理论分析,描述了深部大采深宽条带开采的地表移动规律,给出了彬长矿区地表移动变形的重要参数,主要影响半径为295 m,主要影响范围角正切值为1.93,地表沉陷范围343 m,边界角为58.96°。运用概率积分和威尔逊理论得出该矿区多个条带工作面开采时,煤柱宽度和采出宽度的最佳匹配计算方法,基于协调开采原则得出了合理的条带开采参数。结果表明,将研究得到的地表移动参数应用于生产实践取得了良好效果,所得的地表移动参数对该矿区具有一定的参考价值。

大采高工作面区段窄煤柱合理尺寸研究

以亭南煤矿二盘区大采高工作面及区段煤柱为研究背景,采用理论计算、现场实测分析了煤柱中部核区宽度及破坏范围,并通过数值模拟分析了盘区已采工作面侧向应力的影响范围及四种不同尺寸煤柱塑性破坏情况。研究结果表明：煤柱破坏情况受采动影响较大;在距煤柱边缘0-3m范围内为破碎区,距煤柱边缘3-6m范围内发生不同程度的破坏,但仍具有一定的承载能力;采空区侧向低应力区为4-20m;当宽度为10-12m时煤柱中部破坏小,结构稳定,最终确定适合亭南矿区段窄煤柱合理尺寸为10-12m。

采场上覆厚硬岩层的结构稳定性分析

采用托板理论对厚硬岩层的结构稳定性进行分析,结合地表沉陷中"三带"理论对托板进行分类,给出了不同类型托板的力学判断准则,结合相似模拟试验结果与托板判定准则分析评价,表明这种分类判断准则在开采损害工程中具有较好的应用价值。

特厚煤层分层综放开采覆岩破坏规律数值模拟

以华亭陈家沟煤矿综放采场实测导水裂隙带发育高度成果数据为基础,应用FLAC3D反演计算模拟分层综放开采引起的煤层覆岩破坏规律,并与实测数据进行了对比分析得出:分层综放开采后覆岩移动破坏形成"拱"式承载结构,拱脚压应力高度集中;导水裂隙带发育形态也近似为"拱形",与实际探测高度拟合度较好;分析了开采过程中覆岩的位移场、应力场和塑性破坏区分布规律。

机械化开采条件下导水裂隙带发育高度研究

导水裂缝带高度是保证水体下采煤安全的重要参数,为了能够科学的预测机械化开采条件下导水裂隙带发育高度,对影响导水裂隙带发育高度的因素进行分析,并在之前专家学者大量观测数据基础上进行归纳总结,采用线性拟合的方法给出机械化开采条件下导水裂隙带发育高度的预计公式。预计公式与《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中给出的相应的预计公式进行比较,发现通过规程中给出的公式进行预测导水裂隙带高度值小于实测值,对这一问题进行具体分析,给出造成规程中预计值偏小的具体原因。同时,所得出的预计公式是通过全国大量开采实测数据得出,源于实际故更适用于对机械化开采条件下导水裂隙带发育高度的预计。

建筑物下宽条带开采方案研究

针对策底河煤矿地质采矿条件及地表建筑物情况,在理论分析、地表移动变形预计的基础上,研究了建筑物下压煤宽条带开采方案及参数,并结合FLAC3D数值模拟对条带煤柱及岩梁稳定性进行了计算分析。结果表明,运用条带开采方案能有效控制地表移动变形,满足保护地表建筑物的要求,解决了该矿建下安全采煤的技术难题。

浅埋煤层覆岩切落裂缝破坏及控制方法分析

陕北神东矿区厚风积沙松散层、薄基岩条件下浅埋煤层开采引起的地表沉陷,呈非连续切落式裂缝破坏。大量研究表明,这种裂缝损害受覆岩中关键层的控制。因此,研究浅埋煤层关键层的破断规律和失稳条件是解决这种条件下采动损害控制的关键技术。以神东矿区大柳塔1203综采工作面为例,应用理论分析和数值模拟方法研究覆岩中关键结构层稳定条件与采动损害之间的关系,为神东矿区生态环境保护,确定合理、经济的保水控制开采方法提供理论依据。

大采高浅埋煤层开采地表移动变形特征研究

大采高浅埋煤层开采地表移动变形具有一定的特殊性,文章在对韩家湾煤矿2304工作面开采地表移动观测的基础上,确定了韩家湾煤矿开采岩层移动参数,分析了影响采空区地表裂缝形成的主要因素,给出了厚松散层浅埋煤层开采地表移动变形破坏规律,为今后矿井"三下"开采以及保护煤柱的安全合理留设提供科学依据。

陕北浅埋煤层绿色保水开采技术研究

王家沟煤矿为陕北典型浅埋煤层矿井,地下煤炭资源开采有可能破坏萨拉乌苏组潜水含水层。为有效的控制导水裂隙发育,最大限度保护地表含水层,基于协调开采的原理,结合力学模型和相似材料模拟试验,对比研究了一次采全高和限高留煤柱两种开采方法导水裂隙发育规律。研究表明,一次采全高条件下导水裂隙呈间歇式变速发育最大高度94m,穿过含水层;限高留煤柱协调开采导水裂隙发育平缓,最大高度60m;关键层的稳定决定着含水层的稳定,限高留煤柱能够显著的控制协调关键层挠曲下沉,有效的抑制导水裂隙发育,实现含水层下绿色保水开采。

孟巴矿强含水体下分层开采覆岩导水裂隙带发育规律

孟巴矿地质条件特殊复杂,多种灾害交织,特别是矿井水害对安全生产构成了严重威胁。导水裂隙带高度探测与保水开采密切相关,控制导水裂隙带发育高度是为了保证LDT隔水层稳定性,避免在承压水体的作用下使隔水层被击穿。结合孟巴矿特殊地质条件,给出矿井地质开采条件具有开采煤层厚、开采煤层顶板砂岩层厚硬和上覆松散含水层UDT厚的“三厚二硬一强”特征,覆岩为隔水——结构关键层结构类型,基岩中缺少有效的隔水层的结构特征,提出基岩含水层随分层开采递进疏放,保证LDT隔水层的有效隔水性能,阻滞UDT水体渗漏到井下,形成强含水体下特厚煤层分层开采的“上保下疏”安全开采模式。借助360°旋转井下电视全孔壁成像系统,分析钻孔冲洗液漏失量和水位变化情况,应用物理模拟方法和数值计算模拟方法,模拟分析了不同分层、不同采高,采用不同采煤方法,覆岩导水裂隙带发育规律和覆岩移动破坏规律,完成了钻孔探测工作和数据分析,并与物理相似模拟和数值模拟结果进行对比,证实了实验模拟与探测数据结果基本一致。研究表明,当累计开采高度为8.5 m时,分层开采导水裂隙带高度呈快速增长模式;当累计开采高度介于13~15 m时,导水裂隙带发育高度趋于平缓且不再增长;1,2分层开采对导水裂隙带高度的增长率贡献大,主要是1,2分层开采使覆岩裂缝增多,裂缝增多表现为岩性变软;1,2分层开采导水裂隙带高度与开采厚度基本呈线性增长,2分层开采导水裂隙带高度增幅为1分层的109%,随分层厚度增加导水裂隙带高度有增大趋势,导水裂隙带高度整体呈马鞍形分布。工作面分层协调开采有效降低了覆岩导水裂隙带发育高度,保护了UDT含水层不发生泄露,形成了孟巴矿强含水体下厚煤层安全开采模式。

孟巴矿厚松散含水层下协调保水开采模式

孟巴矿的地质采矿条件具有近地表松散富含水层厚、煤层顶板厚、煤层厚的"三厚"特征,开采煤层覆岩中含有多个含水层组,矿井水害是威胁矿井安全生产的主要因素。在覆岩多水体条件下,为了有效防止近地表厚松散UDT含水层进入井下,导致淹井灾害发生,提出上保下疏的开采水害防治模式。一分层安全开采的关键技术是控制复合关键层的结构稳定,应用初始后屈曲理论解析其稳定性,得出结构关键层的极限破坏长度,通过线性回归给出分层开采覆岩导水裂缝带发育高度预计计算公式,分析确定了一分层开采工作面宽度不超过150 m,限高开采3 m;依据对UDT含水层防护的安全煤岩柱高度确定二分层开采高度,二分层开采后覆岩结构关键层发生破坏,既能够有效疏放LDT隔水层以下含水层水,又能够保证LDT隔水层的完整性,达到UDT水体不发生下泄的目的,保障了矿井安全开采;根据工作面协调减损开采原理,确定开采分层合理错距约为82 m,下分层的巷道布置在上分层开采采空区下的厚煤层分层错距协调限高开采布置模式,实现有效降低了覆岩应力的叠加效应,减轻LDT隔水层的变形破坏程度。开采结果表明:厚煤层分层协调布置开采方法,有效减轻了UDT含水层下LDT隔水层应力叠加损伤程度,保护了隔水层的完整性;一分层限高综采,二分层限高综放开采分次疏放了煤层顶板至LDT底板2个含水层组,解决了矿井排水能力较小条件下的水害防治问题;分层工作面错距协调布置开采方法,有效降低了开采边界导水裂缝带发育高度,减小了LDT变形破坏程度,同时释放了一分层区段煤柱应力,实现了覆岩整体下沉,不但有效地降低了覆岩破坏高度,而且减小了冲击矿压冲击强度,开采期间UDT水位变化幅度稳定保持在一定范围内,实现了多水体条件下上保下疏的厚煤层分层安全开采模式。

大采深综放开采覆岩移动规律离散元数值模拟研究

为研究大采深综放开采条件下地表移动变形过程中上覆岩层的演化机理,在分析陈家沟煤矿八采区8512,8513综放工作面地表移动观测数据的基础上,确定了覆岩关键层特征参数及其控制作用,并应用3DEC离散元数值模拟软件,模拟同等开采条件下,多工作面开采后覆岩移动变形特征。通过方差与回归分析法分析模拟数据与实测数据的置信度为0.95,保证了模拟参数的科学性与合理性。模拟结果表明:工作面宽深比为0.24时,关键层2以下的岩层均断裂破坏,关键层2起着控制覆岩沉陷的作用,关键层2以上岩层在移动过程中还会出现离层结构,到达地表的沉陷量小于关键层2的挠曲量;工作面宽深比为0.48时,关键层2底部破断、结构失稳,会产生下沉突变;工作面宽深比为0.72时,关键层2完全破断,但由于关键层2上覆厚泥岩的作用,抑制导水裂缝带的发育,发育高度基本趋于稳定,高度为196 m,裂采比为16.3;工作面宽深比为0.96时,覆岩关键层2与其下伏岩层之间的离层闭合,关键层2的铰接结构范围在横向扩展的同时也伴随着整体下沉,关键层2下伏岩层破断后持续密实到一定程度之后,就不再继续下沉,只是随着开采范围扩大,下沉盆地横向发育,此时地表基本达到充分采动状态。此成果能够为该矿“三下开采”评价提供理论依据,为后期开采提供科学性指导,为大采深综放开采条件下地表移动变形规律提供理论参考。

亭南矿大采高工作面矿压规律及支架适应性研究

采用现场实测的方法对亭南煤矿二盘区205大采高工作面支架进行了研究。分析得出工作面初次来压步距60 m,平均周期来压步距19.7 m,来压期间平均动载系数1.34,来压次序为工作面中部最先,机头次之,机尾最后。来压期间98.8%的支架在额定工作阻力范围内,约一半测试支架存在一定的偏载。最后通过对支架工作阻力进一步分析得出,选用ZY12000/29/65D型掩护式液压支架能满足来压期间的生产要求。