深部条带老采空区覆岩破坏多参量监测研究

针对深部条带老采空区覆岩移动变形问题,确定了裂隙发育、拉压应变、岩层物性等主要参量指标,采用钻孔电视法、分布式光纤感测法、井间电法CT、微震法构建了采空区覆岩“点-线-面-体”多参量监测模式;运用该监测模式对工程实例进行实测分析,获取了采空区覆岩全方位、多层次的移动破坏特征,得出覆岩裂隙多集中在465 m以下,少量空洞位于垮落带及煤柱上方靠近采空区侧,煤柱塑性区范围约8 m的结论,综合判定采空区覆岩结构可在长时间内保持相对稳定。结果表明:“点-线-面-体”多参量监测模式在内容上能够有效涵盖条带采空区覆岩移动变形的各参量指标,时空上可实现点(静态)、线(动态)、面(静态)、体(动态)相互结合的全过程监测,监测结果间能相互验证,可满足深部条带采空区覆岩移动变形监测要求。

河流下综放工作面覆岩破坏特征和陷落柱防水煤柱留设研究

目的长平矿Ⅲ2317工作面在开切巷处揭露陷落柱,地表丹河流向与工作面推进方向一致,受采动影响,陷落柱内部水体及河水可能通过开采裂隙导入回采空间,从而造成工作面突水。针对以上问题,方法本文采用理论分析、数值模拟和现场观测等方法,对回采工作面覆岩“两带”高度、覆岩破坏特征和陷落柱煤柱留设宽度进行研究。结果结果表明:工作面顶板垮落带与导水裂隙带最大发育高度分别为18.38,93.85 m,河水对工作面不构成突水威胁;无煤柱开采时,陷落柱一侧顶板裂隙沿陷落柱胶结面向上高度发育;结合理论计算和数值模拟分析,确定煤柱宽度为35 m。工作面在留设35 m煤柱条件下安全完成回采,地表变形特征符合预期,最大下沉量达到4000 mm,回采过程中工作面未发生突水事故。结论研究结果可为类似条件下的煤层安全开采提供理论和经验支撑。

厚松散层薄基岩综放开采覆岩破坏与地裂缝发育规律

开采引起的覆岩移动、破坏及地表变形裂缝的研究对于煤矿安全生产和采动损害保护具有重要意义。以郑煤集团某矿12203工作面为工程背景,采用理论分析、现场实测与数值模拟等方法分析了覆岩受采动影响演化机制,给出了回采距离与覆岩发育高度之间的函数关系以及覆岩充分破坏埋深与回采距离之间关系,分析了该地质情况下的地裂缝分布特征。结果表明:①厚松散层薄基岩覆岩破坏演化可分为开始、快速增加阶段、缓慢增加及稳定4个阶段;覆岩破坏高度与回采距离存在Logistic函数关系、与煤层厚度存在线性函数关系,该地质条件下覆岩充分破坏时,回采距离等于埋深;②覆岩裂隙演化中,基岩部分比松散层部分破坏程度剧烈;③地裂缝形态主要为拉伸裂缝与台阶裂缝,二者交互存在,工作面边缘裂缝整体随工作面回采呈现椭圆形—圆形—椭圆形动态变化;地裂缝发育超前工作面一段距离出现,动态超前裂缝距为84.07 m,动态超前裂缝角为73.15°。

西部高强度开采矿区覆岩破坏发育高度分析

导水裂缝带是煤层顶板水害的主要通道,准确预测计算其发育高度是保障矿山安全生产的重要任务。在实测资料的基础上,通过采用理论分析和相似模拟等方法,揭示了西部高强度开采矿区采动覆岩的破坏类型、破坏关系及导水裂缝带的发育特征。结果表明:在薄基岩厚煤层高强度开采条件下,覆岩破坏类型为严重损坏类型。在采动覆岩中只存在“两带”形式,在采空区上方不存在岩层破坏后的具有一定隔水性的弯曲带,导水裂缝带直通地表,地表严重受损。覆岩以组合关键层的形式发生运移。在采动过程中组合关键层以滑落失稳的方式在岩层两端产生切落式破断,导致上覆基岩和松散层切落破断,地表产生台阶状裂缝。地表实测台阶状裂缝沿工作面推进方向的间距与井下周期来压步距相一致。综合考虑覆岩破坏的开采厚度与基岩厚度等关键性因素,提出了高强度开采导水裂缝带发育高度预测计算公式,其可靠性得到了现场实测与相似材料模拟结果的验证,研究结果对于神东矿区煤矿安全开采具有一定的指导意义。

相邻工作面开采扰动下覆岩破坏及地表沉降特征研究

为研究相邻工作面开采扰动下工作面上方覆岩破坏及地表移动特征,以新疆某矿地质条件为基础,采用相似材料模拟试验研究了相邻工作面开采扰动下工作面上方覆岩破坏特征,并结合数值模拟分析地表沉降规律。研究表明:受相邻工作面采动影响,工作面上方覆岩非贯通裂隙左侧和左下方各发育有两段微小横向非贯通裂隙,导水裂缝带高度由74.5 m发育至78.2 m;相邻工作面开采后中间区段煤柱由于支撑压力叠加,覆岩产生较高的剪切破坏,工作面覆岩破坏高度受二次扰动影响提高12.35%,整体破坏形态呈“马鞍形”;结合地表沉降监测数据,单工作面开采地表沉降值2.85 m,移动下沉曲线呈“V”形,受相邻工作面采动影响,地表下沉系数增长6.7%。研究结果可为类似矿井工作面安全开采提供参考依据。

非均匀顶板岩层对覆岩破坏的控制作用模拟研究

松散含水层下采动顶板覆岩破坏问题受到广泛关注,但现有数值模拟成果普遍将顶板覆岩简化为均匀层状结构,不能反映出不同岩性的岩层分布对覆岩破坏的控制作用,具有一定的局限性。以孙疃矿101采区1010工作面为例。首先依据相关资料基于GOCAD软件建立精确三维地质模型,其次通过转换接口将模型导入FLAC^(3D)软件中模拟采动,分析顶板非均匀岩层对覆岩破坏的控制作用。结果表明:非均匀顶板煤岩层及四含松散层对覆岩破坏具有一定控制作用;软弱岩层越厚,塑性区最大高度越高,发育速度越快,反之高度越低,速度越慢;塑性区发育至软弱煤岩层时,高度增长明显。而发育至坚硬煤岩层时,高度增长较小甚至不增长;四含松散层厚度越大,塑性区最大高度越高,发育越快,反之最大高度越小,发育越慢。

榆树泉矿煤层开采覆岩破坏物理模拟试验研究

为研究煤层开采覆岩破坏情况,以榆树泉矿为工程背景,采用物理相似模拟试验,分析了煤层开采过程中覆岩的破坏规律,结合经验公式计算,确定了煤层开采覆岩导水裂隙带高度。结果显示,随着煤层开采,覆岩裂隙在纵向上的发育速度减缓,横向裂隙发育速度加快,范围扩大,且近工作面处的裂隙逐步向破碎型裂隙发展。覆岩形态在横向、纵向以及整体上呈现出先扩展延伸而后趋于稳定的特点,覆岩形态最终趋于“马鞍形”。覆岩位移量随着距煤层工作面垂直距离的增加而减小,并且位移量由两侧向中部递减。模拟导水裂隙带的发育最大高度为65 m,与经验公式计算的结果吻合,裂采比约为16。研究结果可为榆树泉矿顶板水害防治提供科学依据。

滕县煤田太原组薄煤层开采覆岩破坏高度及规律研究

滕县煤田下组煤为典型的深埋薄煤层,导水裂隙带发育规律不明显,高度难以预测。为研究滕县煤田导水裂隙带发育情况及覆岩破坏规律,以滨湖煤矿21603工作面为研究对象,采用理论公式与3DEC数值模拟的方法,对采掘扰动后的覆岩破裂高度及规律开展研究,并采用“双端封堵侧漏”实测法进行了验证。3DEC数值模拟通过分析覆岩裂隙发育特征、塑性区变形特征、顶底板应力分布特征以及位移监测,多方位确定采掘扰动对导水裂隙带发育高度的影响。研究结果表明:滨湖煤矿21603工作面覆岩导水裂隙带实测高度为22.98 m,3DEC模拟结果相较于传统经验公式准确率较高,达91.92%,3DEC模拟的多方位分析方法对滨湖煤矿以及滕县煤田开采扰动下导水裂隙带发育高度的预测具有指导意义。

近距离煤层群多重采动覆岩破坏特征及应力传递规律研究

近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11#煤层、14-2#煤层、14-3#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群开采时顶底板围岩的覆岩破坏特征及应力传递规律。研究结果表明:近距离煤层群下行开采过程中,随着采动次数增加,顶板横向裂隙超前发育和纵向裂隙穿层效果更为明显,垮落块度明显减小,来压规律不明显;煤层顶板覆岩因采动产生的应力峰值随采动次数增加而降低;初次采动影响下,稳定后的覆岩应力要明显小于原岩应力,而多次采动稳定后的覆岩应力与该次采动前相近;上覆岩层在多重采动影响下,破坏更彻底,形成台阶式的岩层切落。研究结果可为条件相似的近距离煤层群开采顶底板围岩控制、采空区积水及瓦斯防治提供参考依据。

孟村矿特厚煤层开采覆岩破坏高度研究

为探明孟村矿特厚煤层开采覆岩的破坏和发育程度,本文以401101工作面为研究背景,采用理论计算和现场实测等方法分析导水裂隙带的发育特征。结果表明:导水裂隙带高度为288.68m,裂采比为18.58,垮落带高度为74.41m,垮采比为4.25,传统经验公式不适用于特厚煤层开采条件。工作面涌水量经历快速增加—平缓增加—缓慢下降过程,白垩系洛河组含水层是矿井未来主要充水水源,对矿井安全生产影响最大。该研究结果为孟村矿工作面安全生产提供了理论依据。

浅埋煤层重复采动覆岩破坏规律研究

为深入研究浅埋煤层复采条件下覆岩破坏规律,以马道头煤矿8404工作面为背景,采用理论推导、现场实测和数值模拟相结合方法,分析8404工作面覆岩垮落带和导水裂隙带的演化特征。研究表明:在理论公式推导时,只考虑开采厚度的影响,在预测“两带”发育高度存在局限。通过钻探压水试验和瞬变电磁探测得到覆岩垮落带高度为35.6 m,导水裂隙带高度为73.5 m,分析了近距离厚煤层一次采全高综采时覆岩破坏高度、围岩应力场变化和位移场变化,“两带”高度数值计算结果与试验探测结果相符。研究结果为矿井地质条件相类似工作面施工提供相应技术数据。

常村煤矿综放开采覆岩破坏及地表移动规律研究

为研究常村煤矿S6-7工作面覆岩破坏和地表移动规律,通过数值模拟和理论分析,并结合地表岩移观测站数据,对采空区地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形值进行了详细分析。运用曲线拟合法和理论分析法得出了一系列预测参数,如地表下沉系数、水平移动系数等,揭示了地表下沉的规律和特点:下沉盆地的陡峭程度较高,变形分布呈集中趋势;在拐点内侧及附近下沉值较大、曲线较陡;在下沉盆地边缘,沉陷变形曲线的收敛速度相对较慢,影响范围向外扩展较远。同时指出,主要影响角的正切、拐点偏移距离等相关参数对地表沉陷具有显著的影响。此研究为常村煤矿S6-7工作面的安全生产提供了有力的支持,同时希望可以为类似工作面的岩层破坏和地表移动问题提供实用的参考和借鉴。

榆神府矿区双煤层开采覆岩破坏及地面沉降特征研究

为研究双煤层开采条件下浅埋煤层覆岩破坏特征及地表沉降规律,以榆神府矿区典型浅埋煤层地质条件为基础,采用数值模拟方法,分析了6种不同工况下双煤层开采时覆岩破坏与地表沉降特征,并用物理相似模拟实验加以验证。结果表明:浅埋煤层覆岩破坏方式为全厚切落,留煤柱开采时隔水层中采动破坏呈现“泥盖效应”,不留煤柱开采时采空区两侧形成离层裂隙发育区,裂隙沿采空区两侧上方呈约45°发展;煤层开采时地表呈台阶式下沉,随着工作面推进,地表沉降中心不断前移,隔水层重量对地面沉降的影响逐渐减小,煤层厚度与地表沉降值呈正相关性;煤层开采过程中存在应力集中现象,上覆岩层中垂直应力沿煤层开采方向依次出现应力集中区、应力卸压区和应力集中区。

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。

大巷煤柱回收工作面覆岩破坏及应力演化规律研究

以赵家梁煤矿大巷煤柱回收为研究背景,用物理相似模拟实验和现场监测等方法,对大巷煤柱回收工作面覆岩破坏及应力演化规律进行研究。结果表明:3101工作面采空后,靠采空区侧保护煤柱应力峰值为5.12 MPa,距采空区7 m;3102工作面采空后,靠采空区侧保护煤柱应力峰值为5.2 MPa,距采空区8.5 m;大巷煤柱回收工作面回采完成后,保护煤柱上方应力分布呈马鞍形,两侧采空对大巷煤柱回收工作面影响较小。现场实测数据与物理相似模拟实验所得数据相符,验证了相似模拟实验用于类似问题研究的可行性。

弱固结地层特厚煤层综放开采覆岩破坏及水害防控研究

为解决多重含水层下弱固结特厚煤层水害防治问题,本文采用类比分析法、数值模拟法和相似模拟法,研究了灵东煤矿采空区下Ⅱ3特厚煤层顶分层开采的覆岩破坏特征,分析了导水裂缝带发育特征,提出了“物探+钻探”的方式提前疏放导水裂缝带内含水层的控水采煤方法。研究结果表明,位于Ⅱ3特厚煤层上覆的Ⅱ2特厚煤层回采时,覆岩破坏呈现“阶梯式”垮塌特征,Ⅱ3特厚煤层顶分层回采时,在工作面初次来压后,覆岩呈现出与Ⅱ2-1煤层层间岩层同步协调弯曲下沉的现象;预计导水裂缝带未波及Ⅱ2-1煤层采空区,采用“音频电透视+瞬变电磁”探测得出一含、二含(1)的采空区的富水异常区,重点针对富水异常区进行钻孔探测,兼顾非富水异常区,最终实现了首采工作面的安全回采。

榆神矿区中深埋厚煤层开采覆岩破坏规律研究

中深埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征与煤矿安全开采密切相关。为揭示陕北侏罗纪煤田中深埋工作面高强度开采下的覆岩破坏规律以及导水裂隙带发育规律,以榆神矿区小保当一号煤矿112201工作面为研究区域,采用数值模拟和现场实测相结合的方法开展了风沙滩地区中深埋煤层高强度开采下的煤层覆岩破坏规律研究。研究表明:112201工作面的初次来压步距约为100m,2-2煤充分采动后,导水裂隙带最终发育高度为169.2m,裂采比为29.27。根据高密度三维地震探查,导水裂隙带发育高度为178.42m,裂采比为30.87。研究成果可为中深埋煤层开采矿井水害防治和水资源保护提供指导。

近距离煤层垂交工作面开采覆岩破坏规律研究

为研究近距离煤层垂交工作面下层煤开采后覆岩破坏高度以及形态变化,以金达煤业10403工作面为研究对象,通过开展相似模拟实验,阐明了近距离煤层群开采过程中覆岩破坏形态特征及高度发育规律。研究结果表明:(1)当近距离煤层开采导致煤柱失稳后,相邻工作面垮落带在水平方向上横向贯通,覆岩破坏形态呈现接近“马鞍形”形态。(2)近距离煤层垂交工作面开采覆岩破坏高度发育可分为4个阶段:孕育阶段、缓增阶段、陡增阶段、稳定阶段,呈阶梯形上涨趋势。(3)提出了近距离工作面垂交工作面覆岩破坏高度判定方法并论证其准确性。

神东矿区多煤层开采覆岩破坏及导水裂隙带高度特征研究

掌握煤层开采覆岩破坏规律及导水裂隙带演化特征,是对其进行源头减损设计及采后分区差异化地表生态修复的前提。以神东石圪台矿典型工作面为工程背景,采用自主研发的模拟试验平台开展多煤层开采覆岩破坏及其自修复特征研究,并揭示了导水裂隙带高度与工作面宽深比、深厚比的关系,得到了导水裂隙带高度的预测公式。研究结果表明:上层2-2煤开采时,覆岩破坏特征与单一煤层开采时相似;下层3-1煤开采时,由于煤层相对较厚,两煤层间的岩层破坏严重,裂隙发育,且引起2-2煤覆岩发生二次扰动破坏,裂隙进一步发育;两煤层间以及采区边界的岩层裂隙自修复程度较低,自修复难度较大。导水裂隙带高度随宽深比的增大总体呈降低趋势,随深厚比的增大总体呈上升趋势,并与实测数据进行对比验证。

张双楼煤矿坚硬顶板覆岩破坏电法监测研究

基于钻孔电法勘探手段,根据张双楼煤矿9600工作面开采条件,采用在钻孔中安设监测电法系统的技术,对该矿提高上限开采坚硬顶板覆岩破坏进行了探测。结果表明,9600工作面采空区上方垮落带高度为13 m,导水裂缝带高度为46 m,不能发育到第四系底砾层,为提高上限开采提供了依据,保证了9600工作面的安全生产,对类似条件矿井具有一定的借鉴意义。