地表厚土层浅埋煤层开采模拟实验研究

南梁煤矿工作面设计连续推进距离为23m,回采率也仅为69%,使矿井高产高效难以实现。本研究课题旨在通过相似材料模拟实验,掌握厚粘土层下浅埋煤层开采的矿压显现规律,为改进设计提供理论依据。实验选用的5m平面模拟架,主要由角钢座、调高块、立柱、传感器和顶梁组成,其精度误差仅为0.5%,实现了支架-围岩作用与原型的相似;模型与原型相似比为1:50,实验模拟尺寸为5000mm×200mm×1500mm;根据相似原理与量纲分析,容重、时间和应力相似常数分别确定为1.56,7.1,7.8;岩层模拟材料为河沙、石膏、大白粉,分层材料为云母粉。实验表明:当工作面连续推进距离提高到50m时,工作面也未出现台阶下沉,从而为制定更加合理的开采方案提供了可靠依据。

浅埋厚土层覆岩煤矿矿压规律研究

通过对某厚土层覆岩的煤矿在开采前进行数值试验,为该矿的开采工艺及设备选型提供依据,然后对首采工作面进行矿压观测,分析了工作面顶板的断裂破坏、来压强度,压力分布状态等,对研究该地区浅埋厚土层覆岩的煤矿开采提供可靠的参考依据。

厚土层浅埋煤层保水开采模拟

在分析以榆树湾煤矿为代表的厚土层浅埋煤层的地质资料的基础上,采用岩石破裂过程的分析软件RFPA进行数值模拟.得出了冒落带高度为31m,裂隙带带高度为90m,弯曲下沉带为35m左右,研究结果表明:该矿的上覆岩层的采动变化与常规矿相似,并没有出现浅埋煤层的上覆岩层"三带合一"的现象;通过经验公式计算的导水裂隙带高度为70～100m,裂隙带并未沟通含水层,研究结论厚土层浅埋煤层可以达到保水采煤的目的.

厚土层薄基岩高强度开采覆岩破坏高度与特征

为研究厚土层薄基岩高强度开采覆岩破坏特征,以千树塔煤矿12305工作面为研究背景,综合运用UDEC数值模拟、现场实测和理论分析等方法研究了工作面开采后厚土层薄基岩类似地质条件下覆岩移动破坏规律。结果表明:随着工作面不断推进,覆岩破坏高度变化呈现出缓增、突增、稳定3个阶段,缓增和突增阶段主要发生在薄基岩中,而稳定阶段则发生在厚土层中,同时厚土层存在一定的液性指数,导致地表下沉滞后;通过冲洗液漏失量观测和注水试验得到该工作面导水裂缝带发育高度为84.5~86.5 m,裂采比为7.9~8.1,数值模拟及理论计算结果均与实测结果较为接近;阐述了厚土层薄基岩“两带”破坏模式,该模式中薄基岩和厚土层分别起到支撑和施荷的作用,薄基岩易被采动裂缝贯穿,而厚土层对采动裂缝的上向发育具有抑制作用。研究结果可为类似条件下矿井的安全生产提供参考。

厚土层覆盖浅埋煤层支架适应性分析

分析了陕西榆树湾煤矿浅埋煤层开采支架的适应性,揭示了厚土层覆盖浅埋煤层开采条件下覆岩层的破坏规律;模型实验表明工作面初次来压步距为70～75m,工作面初次来压步距相对较大;组合关键层的破断形成大周期来压现象,支架动载系数平均为1.21,支架阻力能平衡顶板压力,满足工作面正常开采时对支护阻力的要求。研究成果对指导工作面采前准备工作具有重要意义。

巨厚土层一维固结方程的解析解及其在预测非稳定地面沉降过程中的应用

追踪一维固结方程的推导过程，可见方程中的固结系数和含水层导压系数是同一物理量的两个名称．在固结上层巨厚条件下，用把偏微分方程变换为常微分方程的方法，求得上述方程的解析解，原来与水库蓄水后库岸壅水方程相同。利用此解和压缩性关系，预测了砂层和土层的非稳定地面沉降过程。

有限厚土层上大直径扩底桩的端承力计算

从分析大直径扩底桩的承载机理入手，提出了有限厚土层上大直径扩底桩的端承力计算方法。

厚土层厚基岩大采高综采面矿压规律

以小保当煤矿2-2煤层300 m埋深5 m大采高综采面地质条件为背景,采用理论分析和相似模拟相结合的方法,对厚土层厚基岩工作面上覆岩层结构、来压步距和支架工作阻力等进行研究.结果表明:2-2煤上覆岩层存在"双关键层"结构,亚关键层和主关键层共同作用导致工作面的大小周期来压现象,大、小周期来压步距分别为23,12 m.动载系数1.31,工作面来压较为剧烈.来压过程中支架工作阻力平均为12 643 k N,最大工作阻力为13 633 k N.工作面煤壁支承压力峰值为14.73 MPa,峰值位于采场煤壁前方5.5~20 m,支承压力增幅剧烈的区域为煤壁前方50 m范围内.小保当矿2-2煤厚土层厚基岩大采高综采面矿压规律与榆神府矿区近浅埋煤层矿压特点相似,为小保当煤矿2-2煤安全开采提供依据.

杭来湾煤矿富水厚土层斜井快速掘进技术与应用

针对杭来湾煤矿主、副斜井井筒富水厚土层的井筒支护与施工难题,通过力学性能测试试验和围岩破坏模拟实验,在分析富水厚土层渗透规律、围岩位移变化规律、斜井掘进工艺、工艺流程组织管理等技术的基础上,提出了以关键耗时分析法为核心的富水厚土层快速掘进的关键技术体系,采取平行作业管理方式,提高了掘进速度。

铜川特厚土层覆盖区开采沉陷特点与保护对策

铜川矿区“三下”压煤量1.5亿 t,其中村镇压煤量占2/3。由于村镇分散,给采掘布置带来许多困难,严重影响生产的正常接续。因此,特殊条件下地表移动规律的研究,解放“三下”压煤,已成为当前急待解决的问题。地下开采的地表移动与变形预计,是“三下”开采设计的重要依据。目前国内对地表移动规律的研究及“三下”压煤实践。

有限厚土层上大直径扩底桩的端承力探讨

有限厚土层上大直径扩底桩的端承力探讨杨同新（长沙冶金设计研究院４１０００７）１问题的提出随着高层建筑的发展，大直径桩越来越广泛地被应用，当桩不是落于基岩而只落在坚硬土层上时，为了提高桩的承载力，桩底常常做成扩大头。这种扩大头的大直径桩习惯上称为大直径...

厚土层薄基岩浅埋煤层“支架-围岩”关系实验研究

依据陕西南梁煤矿首个综采面煤层赋存特征及覆岩力学参数,对厚土层覆盖层下薄基岩浅埋煤层开采进行了大比例相似材料模拟实验研究,分析了额定工作阻力6000 kN支架的运行特性,揭示了厚土层浅埋煤层开采上覆岩层的破坏规律及“支架-围岩”关系,研究认为厚土基浅埋煤层裂隙带高度比一般赋存条件下的煤层大,在实验支架初撑力频率分布与生产实际相似的情况下,实验得出的支架额定工作阻力比按一般赋存条件计算公式得出的支架阻力大许多,说明一般计算公式不适宜用于厚土层浅埋煤层．实验首次采用了力学特征与原型相似的恒阻模拟支架控制系统,研究为南梁煤矿综采面支架选型及开采提供了重要的科学依据．图5,表3,参8．

南梁厚土层浅埋单体长壁工作面矿压规律实测分析

在南梁煤矿首采工作面20105采前实验研究的基础上进行了现场观测,实测了活柱的下缩量、工作面顶板的移近量、顶板的来压强度以及巷道变形破坏参数,总结了厚土层覆盖层浅埋煤层单体长壁工作面的矿压显现规律.实验和观测表明,厚土层覆盖浅埋煤层工作面初次来压步距大,矿山压力显现剧烈,周期来压台阶下沉量大.针对目前顶板的支护状况和顶板灾变危险,提出了提高支柱初撑力等改善措施,为实现厚土层覆盖浅埋煤层单体长壁工作面安全开采提供了可靠依据.图7,参8.

厚黄土层深部开采覆岩和地表移动规律研究

为了揭示黄土层深部开采条件覆岩和地表移动规律,基于孟村矿401101工作面开采地质条件,采用地表实测和数值模拟相结合的方法,分析了煤层开采过程中地表移动盆地的分布和变化特征,计算确定了下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形最大值;揭示了厚黄土层深部开采地表沉降量小、移动变形集中、地表移动前期具有突发性沉陷特点,确定了地表活跃阶段下沉量占沉陷总量的66.8%;确定了该矿地表移动角量参数和概率积分预计参数;研究了采动覆岩的位移和应力变化规律。研究成果可为该采区后续工作面和类似采矿条件矿井的开采规划设计和采动损害控制提供有益参考。

西安地区不同厚度土层土壤CO_2释放量的差异研究

根据N aOH溶液吸收CO2的原理,对西安地区夏季不同植被下不同厚度土层土壤CO2释放量进行了观测,并对不同厚度土壤CO2释放规律及其影响因素进行了探讨。资料表明,从当日早晨到次日早晨,夏季不同植被下不同厚度土层土壤CO2释放量均呈现由低到高再到低的变化规律;植被对厚土层土壤CO2释放量有一定影响,植被发育好,土壤CO2释放量大,但是对薄土层影响较小;薄土层土壤CO2释放量变化相对于气温的变化几乎是同步的,而厚土层土壤CO2释放量变化相对于气温的变化具有明显的滞后性,表明土壤CO2释放量变化受土壤温度制约。厚土层CO2释放量均大于薄土层释放量。

厚土层下浅埋煤层开采覆岩倾向结构分区与下沉预计模型

为探究厚土层下浅埋煤层开采的覆岩与地表下沉预计方法,以柠条塔煤矿1^(-2)煤层开采为背景,结合理论分析与物理模拟的方法,揭示了厚土层下浅埋薄基岩煤层采场覆岩倾向结构分区及其特征,建立了分区下沉力学模型,提出了覆岩与地表下沉预计方法。研究表明:厚土层薄基岩浅埋煤层长壁开采后,沿覆岩倾向方向的垮落和移动可以分为边界煤柱顶板F形岩柱区、采空区顶板梯形垮落区和区段煤柱顶板倒梯形岩柱区,采空区顶板梯形垮落区上部基岩与土层下沉量最大,边界煤柱顶板F形岩柱区的下沉量和区段煤柱顶板倒梯形岩柱区下沉量较小。基岩关键层对上覆岩层及表土层的下沉起控制作用,土层下沉取决于基岩与土层交界面处下沉盆地的形态;通过建立分区下沉力学模型,得到了覆岩与地表下沉量曲线方程。分析得出:采空区顶板梯形垮落区上部基岩下沉量主要与采高和垮落顶板碎胀系数有关,边界煤柱顶板F形岩柱区和区段煤柱顶板倒梯形岩柱区上部的基岩下沉量主要与采高及岩柱结构分布载荷有关。物理模拟实验与理论计算得到1^(-2)煤层开采地表最大下沉量分别为1.1 m和1.07 m,与实测最大下沉量基本相符,验证了下沉预计理论模型准确性,为厚土层下浅埋煤层采场覆岩与地表下沉预计提供了新方法。

厚覆盖土层地区根式基础应用与试验研究

针对厚覆盖土层地区地基承载力低的难题,提出了一种新型基础形式——根式基础。为了研究根键的加固效果及根式基础的适应性,以马鞍山长江大桥为背景,开展了根式基础的竖向承载力试验研究。试验采用自平衡测试法。研究内容包括普通沉井基础与根式基础的竖向承载能力与承载变形特性,两种基础形式在不同持力层条件下的承载特性及适应性等。试验结果表明:根键带动周围土体共同发挥作用能显著提高基础的竖向承载能力。根式基础在以砂土层和卵石层作为持力层时,竖向极限承载力分别提高了约100%和63%;根式基础在厚覆盖土层中具有很好的适应性,在加载初期便表现出提高基础竖向承载能力的效果,且随着加载值的增加其提高效果更加明显。在厚覆盖土层地区可以考虑用根式基础替代传统沉井基础或摩擦型桩基础,在大跨径桥梁建设中进行推广应用。

厚表土层薄基岩条件下村庄压煤条带开采试验

为了确定临涣煤矿厚表土层薄基岩下合理的村庄压煤条带开采方案,采用离散元数值模拟方法研究厚表土层薄基岩下条带开采地表沉陷特征.结果表明:当临涣煤矿四采区的薄基岩厚度小于条带采宽所引起的垂直应力增高区域高度时,地表沉陷将急剧增加;并得出了四采区条带采宽与垂直应力增高区域高度的线性增加关系.鉴于此优化了临涣煤矿村庄压煤条带开采方案,经过两个条带工作面的成功试采,已安全采出煤炭约11万t,地面移动变形最大值均小于建筑物Ⅰ级损坏临界值,建筑物未采取任何加固措施保护完好,留设煤柱能够保持长期稳定,取得了显著的经济效益.

特厚表土层钢板混凝土复合井壁竖向承载力试验研究

通过模型试验和理论分析,对特厚表土层双层钢板高强混凝土复合井壁的竖向受力特性进行了研究。首先,根据相似理论,进行了双层钢板高强混凝土复合井壁结构的模型设计和试件加工;然后,通过加载试验,得到了井壁结构在竖向荷载和侧压共同作用下的竖向应力、变形和强度特性。结果表明:由于内、外钢板筒的约束作用,井壁结构中的混凝土完全处于三向受压应力状态下,其抗压强度提高了1.73～1.92倍,且井壁破坏时混凝土的竖向极限压应变达到-3.9×10-3,表现出较好的延性特性。通过钢板与混凝土的相互约束,改善了各自的力学特性,使井壁竖向承载力显著提高,远比钢板筒和中间混凝土层的竖向极限承载力之和大,并根据理论分析和试验结果推导出了井壁竖向承载力的计算公式,对理论研究和工程应用具有一定的参考价值。

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。