基于瞬变电磁法的采空区含水体分布探测

为探明采空区含水体层次结构、展布范围以及富水状况,以黑龙江省鸡东县某矿为例,根据不同赋存状态下岩层、煤层、采空区及其含水层电阻率的差异,采用PROTEM瞬变电磁仪进行地面探测,分析采空区含水体的二次场变化情况,捕捉低阻异常体,进而反演成像。结果表明:测区内局部地段塌陷裂隙、断层发育明显;1、3号异常区为采空区含水体,2号异常区为断层裂隙含水体。瞬变电磁法探测结果与现场钻探结果一致。该方法为煤矿防治水工作、煤矿水害事故应急救援及煤炭资源整合提供了可靠的技术支持。

极近距离薄煤层同采工作面的时空关系

针对鸡西矿区极近距离薄煤层下层工作面顶板管理问题,研究同采工作面时空关系。根据正阳煤矿地质资料,利用ANSYS软件建立数值模型,分析27-1#和27-2#同采工作面前、后方支承压力的分布规律。运用SPSS软件对现场工业实验数据进行多元统计分析,得到极近距离薄煤层同采工作面时空关系回归方程及错距计算公式。结果表明:27-1#和27-2#同采工作面前方4～8 m内支承压力急剧增长,在工作面控顶区1～2 m内支承压力降至最低;下煤层工作面应力峰值出现在上煤层峰值前方。两煤层按错距计算公式设计,将下煤层工作面处于上煤层工作面开采所形成的减压区内可实现同采。该研究对极近距离薄煤层的安全高效开采具有借鉴意义。

矸石充填开采顶板破断结构划分及覆岩运动规律研究

针对充填开采采空区顶板破断的结构进行划分,并基于薄板理论给出采空区顶板破断的计算公式,通过理论计算与顶板钻孔实测分析判断唐山矿F5001充填工作面的顶板破断类型,且进一步地揭示了采空区顶板运动规律。研究结果表明:充填开采采空区顶板破断结构可以按照3类结构进行划分:Ⅰ类结构为直接顶和基本顶都会发生破断;Ⅱ类结构为直接顶发生破断,但是基本顶不会出现破断;Ⅲ类结构为直接顶和基本顶都不会发生破断。根据所建立的顶板弹性薄板力学模型对工程算例进行计算,确定F5001工作面的顶板破断结构类型属Ⅱ类结构;数值模拟分析表明,F5001工作面充填后,最大下沉量降低了34.4%,塑性区范围降低了74.7%,充填体支撑作用有效控制了覆岩沉降与断裂,对覆岩控制起到关键作用,顶板破断结构、覆岩破坏高度与理论计算和现场实测相符合。

双节理贯通岩石锚固机理试验研究

锚杆支护在矿山采动巷道裂隙围岩中应用范围不断扩大,揭示节理岩石锚固控制机理有利于提出科学合理的参数设计。采用声发射和数字散斑相关方法对45°倾角双节理岩石单轴压缩试验过程中的声发射数和变形场进行监测,建立了应力-应变曲线与声发射信号的对应关系,研究了曲线的变化特征以及声发射信号的分布规律,并分析了锚固作用对双节理岩石强度及变形特性影响。基于不同加载阶段双节理岩石表面散斑位移场分布特征和演化过程,总结了锚杆对节理岩石变形破坏模式和形态的影响规律。通过分析双节理岩石在不同阶段的变形演化特征与声发射数据活跃点位置及数据的对应关系,对试件破坏过程进行了划分。结合锚杆的变形形态,建立了压剪状态下锚固节理岩石力学模型,对其在不同加载阶段下进行受力分析,分析了双节理岩石破坏模式以及锚杆抗压剪、抑滑移锚固作用机理。结果表明:①锚固双节理岩石可以承受较大的轴向变形而不发生失稳破坏,其起裂强度、弹性模量、峰值应变比无锚试件分别提高了30.7%,45.0%,109.9%,而泊松比仅为无锚试件的50%;②锚固双节理岩石的破坏模式主要为断裂失稳,断裂失稳过程分为节理填充物滑动、节理面错动致裂、底部岩石起裂、上部岩石裂纹扩展、裂纹贯通5个阶段;③基于锚杆自身抗剪能力以及完整岩石的协同作用增强了锚固体抗压剪强度,锚杆抑制岩石基体相对滑动提高了节理岩石的变形能力。

矸石充填采煤工作面覆岩破裂特征及演化规律分析

为研究充填开采条件下覆岩破坏变形规律,通过现场监测的方法,在某矿F5001充填工作面不同位置布置覆岩观测钻孔,借助钻孔成像判定覆岩破坏情况,分析了充填开采覆岩破裂特征和运动演化过程。结果表明:覆岩进入离层扩展阶段后具有裂隙向破裂带,破裂带向离层转化的趋势,最快24 h内可出现3处新生破裂带;离层一般出现在不同岩性的岩层分界处,裂隙多出现在较厚岩层内部;T_3150泄水巷上方覆岩共出现3处离层、8处明显破裂带,裂隙数目较多,顶板上方最大破裂高度约14.2 m,最大离层高度约11.3 m。

多煤层开采覆岩导水通道发育规律研究

运用理论计算与数值模拟方法,研究了兴华煤矿8801工作面开采上覆岩层导水裂隙带发育特征。理论计算表明:导水裂隙带高度超过4#煤与8#煤的层间距,8801工作面开采存在水害威胁;FLAC3D数值模拟结果表明:采宽为80 m时,塑性区贯通层间岩体,形成采空区积水导水通道,采宽为200 m时,产生2条导水通道;开采至320 m处覆岩破坏产生导水通道贯穿层间岩体,开采至820 m,开切眼位置产生向断层方向延伸的塑性区,形成组合型导水通道。。

矸石充填采空区顶板沉降规律及矸石承载特性分析

为探讨矸石充填工作面采空区顶板沉降机理及演化特征,提高充填矸石对顶板的控制效果,以某矿F5001矸石充填工作面为背景,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,对采空区顶板沉降时空演化规律及矸石区域承载特性进行了研究。结果表明:F5001工作面采空区顶板沉降值为425.50mm,为工作面采高的19.34%,充填体应力稳定值为2.87 MPa,均在工作面推进100 m后达到基本稳定,且演化规律均具有明显的阶段性特征;采空区充填体压缩过程表现为压缩模量逐渐升高的应变硬化承载特性,工作面推进至100 m之后压缩模量变化基本稳定为68.39 MPa;采空区顶板沉降具有沿工作面倾向同步性、沿走向顺序性的分布特征。

建下工作面条带开采地表移动变形预计分析

针对东部矿区“三下”压煤严重及煤层开采地表损害问题,以永发煤矿为例,设计了8102工作面条带开采方案。基于概率积分法,利用相邻工作面条带开采地表移动变形监测数据,确定了8102工作面条带开采地表移动变形参数,并验证了参数选取的合理性。在此基础上,预计分析了工作面条带开采地表移动变形,并进行了地表建(构)筑物损害评估。

固体充填开采地表沉陷实测规律及控制效果分析

为研究充填开采地表沉陷特征及响应过程,以唐山矿9号煤层T3292充填工作面为工程背景,通过布置地表沉陷观测站进行长期观测,采用现场实测与理论分析相结合的方法,基于概率积分法分析地表变形参数。结果表明,充填开采地表下沉值较小,最大下沉值93mm,仅为采高的2.66%;工作面推进过程中地表超前移动,超前影响距离与超前影响角平均值分别为184.8m、75.7°,随着采空区面积的增大,超前影响范围略微增加;充填开采下沉系数为0.0283,主要影响角正切值为1.2,分别为垮落开采的3%～5%和50%～62%;地表最大水平变形0.236 mm/m、最大倾斜变形0.155 mm/m、最大曲率0.393×10-3 mm/m,对工作面进行合理的固体充填开采能有效控制地表变形,减小对地表建(构)筑物的损害。

未确知期望在顶煤冒放性分析中的应用

地下工程本身具有未确知性,预对厚煤层进行放顶煤开采,需对其顶煤的冒放性进行准确地分析,传统的平均法和经验法往往不能对客观事物进行准确地评价.通过求解影响顶煤冒放性诸多影响因素的未确知期望,可实现对顶煤冒放性进行合理的评价与分类,为厚煤层进行放顶煤开采提供科学的依据.根据计算结果所得结论与实际相符,方法在处理地下工程等未确知问题中值得进一步研究探讨.

含弱面岩石滑移破坏及锚固控制试验研究

为揭示矿山巷道破裂围岩锚固支护作用机理,对含不同角度(30°,45°,60°)弱面的节理岩石试件进行了单轴压缩试验,分析了加锚前后节理岩石破坏形态和强度特征,并采用数字散斑相关方法,研究了加载全过程变形场演化规律及锚固控制机制。研究结果表明:1)节理岩石失稳以弱面滑移为主,加锚后由连续滑动转变为间断式错动,其基体易产生压剪破坏;2)加锚提高了节理岩石峰值强度、弹性模量及极限应变量,且随弱面倾角增大(30°~60°),峰值强度呈下降趋势,而弹性模量呈上升趋势;3)根据节理岩石变形演化的弱面端部破裂、滑移面扩展、滑移变形3个阶段,锚杆支护机制可对应表现为变形协同作用、增韧抑裂作用和阻滑作用。

矸石充填开采顶板裂隙分布及演化特征分析

为了分析矸石充填条件下采空区顶板的破裂特征和运动过程,针对唐山矿矸石充填工作面条件,采用倾斜钻孔探测方法,对采空区顶板进行长期多次定点探测,通过裂隙密度定量描述顶板采动裂隙的分布规律,并采用相似模型试验的方法进行辅助分析,揭示矸石充填开采顶板裂隙发育过程。研究表明:矸石充填开采条件下,顶板中的离层和错动等结构裂隙通常出现在岩层分界处,裂隙形式与所处层位相关;随工作面开采,煤层顶板活动具有裂隙孕育、裂隙超前发育、裂隙密集发育、裂隙稳态扩展、顶板稳定5个阶段特征;离层是顶板下沉的主要组成部分,占总下沉量的一半以上。研究结果可为充填开采支护设计、工作面支架选型等提供理论依据。