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Study on the movement and fracture of "isolated island" working face overburden by numerical simulation
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作者 吴士良 《Journal of Coal Science & Engineering(China)》 2007年第4期439-443,共5页
关键词 隔离岛 数字模拟 地下运动 煤矿
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小断层影响下的采空区瓦斯运移规律研究
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作者 张学博 王攀 王豪 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期214-230,共17页
在煤矿开采过程中,小断层会导致采空区瓦斯聚集形成瓦斯富集区,对生产安全具有很大威胁,因此有必要研究小断层影响下的采空区瓦斯运移规律。通过UDEC数值模拟采空区上覆岩层破坏过程,从而计算小断层影响下采空区上覆岩层的空隙率,并利用... 在煤矿开采过程中,小断层会导致采空区瓦斯聚集形成瓦斯富集区,对生产安全具有很大威胁,因此有必要研究小断层影响下的采空区瓦斯运移规律。通过UDEC数值模拟采空区上覆岩层破坏过程,从而计算小断层影响下采空区上覆岩层的空隙率,并利用FLUENT软件数值模拟开采过程中考虑小断层影响的采空区瓦斯运移规律。研究表明:①工作面距离小断层20 m远处,小断层从顶部首先出现滑移现象,采空区上覆岩层的位移开始受到断层的影响;工作面到达断层时,由于断层滑移,上盘岩体在断层面滑移产生回转现象,支撑着采空区岩层,覆岩垮落位移量出现大幅度减小,并且岩层垮落出现滞后现象;小断层的影响范围有限,工作面过小断层60 m之后,采空区上覆岩层位移规律逐渐恢复正常。②通过分析含小断层采空区上覆岩层位移特征,得到了采空区上覆岩层位移及其拟合公式,计算得到了三维空隙率分布规律:垮落带范围内,覆岩空隙率在4个隅角位置最大,并且断层靠近进回风巷的位置也出现了空隙率增高;裂隙带范围内,除断层靠近进回风巷的位置空隙率较大,其他位置空隙率相对较低且变化不明显。③获得了小断层影响下的采空区瓦斯运移规律:在工作面距离断层50 m远处,采空区瓦斯运移几乎不受断层的影响;在工作面推进至断层时,瓦斯沿着断层及其附近的高空隙率覆岩产生的优势逃逸通道向采空区深部运移,同时上盘的瓦斯也向深部转移导致大量瓦斯积聚在断层下盘,可能导致瓦斯随漏风流入工作面及回风巷;在工作面过断层50 m时,采空区瓦斯继续向上隅角附近转移;工作面过断层100 m时,采空区上覆岩层瓦斯运移出现回转现象,上隅角和下盘垮落带瓦斯体积分数高。 展开更多
关键词 小断层 瓦斯运移 覆岩移动 采空区
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倾斜煤层群覆岩“三场”非对称特征及靶向抽采机制
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作者 冉启灿 梁运培 +1 位作者 邹全乐 张碧川 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期177-192,共16页
倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获... 倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获得了覆岩应力演化特征,分析了覆岩位移分布和移动方向特征,阐明了采动裂隙分布特征。进而探究了三场演化规律对瓦斯运移的影响,并开展了定向钻孔瓦斯抽采现场试验进行验证。研究结果表明:倾斜煤层群多重采动下,采动裂隙矩形梯台呈现明显的非对称特征。低位侧覆岩应力变化较大,随开采次数增加,卸压效应更为明显,而高位侧覆岩应力变化较小;结合重力−倾角效应,高位侧覆岩更易破坏,垮落次序优先,呈非对称特征。覆岩位移分布呈非对称特征,高位侧位移显著且移动方向变化较大。高位侧裂隙区网格内采动裂隙频数明显高于低位侧;高位侧裂隙区破断裂隙分布更多,且开度较大;采动裂隙呈“高位扩展−低位压缩”的非对称特征。多重采动使得“三场”非对称特征更为显著。此外,覆岩贯通度存在“慢速减小−快速减小”的现象。基于“三场”演化特征和瓦斯运移的关系,揭示了瓦斯抽采靶向优选机制。结合试验结果,构建了基于“三场”演化规律的裂隙带瓦斯抽采靶点区判定流程。现场瓦斯抽采效果良好,保证了工作面安全高效回采。研究结果为倾斜煤层群卸压瓦斯精准抽采提供了理论参考,旨在提高倾斜煤层群瓦斯抽采量,防止上隅角瓦斯超限,实现倾斜煤层群安全高效开采。 展开更多
关键词 倾斜煤层群 覆岩移动 采动裂隙 非对称特征 瓦斯抽采
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榆神矿区多层厚硬顶板强矿压显现及覆岩破断运动规律研究
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作者 刘江斌 刘晓刚 +3 位作者 刘茂福 张震 程磊 刘前进 《中国煤炭》 北大核心 2024年第4期46-56,共11页
针对榆神矿区多层厚硬顶板条件下工作面强矿压和邻空侧巷道变形严重问题,综合采用理论分析、数值计算和微震监测方法,分析了多关键层结构下顶板覆岩破断和邻空侧巷道围岩应力特征。研究结果表明:多层厚硬岩层条件下,顶板破断垂向位移和... 针对榆神矿区多层厚硬顶板条件下工作面强矿压和邻空侧巷道变形严重问题,综合采用理论分析、数值计算和微震监测方法,分析了多关键层结构下顶板覆岩破断和邻空侧巷道围岩应力特征。研究结果表明:多层厚硬岩层条件下,顶板破断垂向位移和能量均呈现明显的“低、中、高”分区特征,中高位岩层破断明显滞后于低位岩层,这构成了工作面“大、小周期”的重要结构基础;本工作面开采时,相邻采空区破碎顶板大能量微震事件增多、破断强度较高,并可对邻空回风巷围岩形成强二次采动影响,这是邻空侧回风巷高应力、强变形的主要诱因。同时,高低位多关键层组合破断可导致“大周期”来压发生强度和风险上升,对关键层顶板破断运动规律进行控制是降低“大周期”强度和频率的有效途径之一。 展开更多
关键词 多关键层 大、小周期来压 厚硬顶板 覆岩运动 微震监测
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不同破断距下开采覆岩裂隙网络分形特征研究
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作者 刘俊熙 张士川 +3 位作者 沈宝堂 肖越 李杨杨 张有成 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第1期11-21,共11页
为研究神东矿区不同破断距下开采覆岩裂隙网络分形特征,分析了基本顶周期破断距影响因素,选取大柳塔煤矿52505和上湾煤矿12401工作面进行物理相似模拟实验,探究了不同破断距影响下覆岩裂隙网络分布特征,借助Matlab软件获取不同覆岩裂隙... 为研究神东矿区不同破断距下开采覆岩裂隙网络分形特征,分析了基本顶周期破断距影响因素,选取大柳塔煤矿52505和上湾煤矿12401工作面进行物理相似模拟实验,探究了不同破断距影响下覆岩裂隙网络分布特征,借助Matlab软件获取不同覆岩裂隙网络分布分形维数,定量描述了覆岩裂隙发育特征,进一步探讨了覆岩裂隙传播影响下不同岩层沉降规律。研究结果表明:影响基本顶周期破断距主要因素包括基本顶厚度、抗拉强度以及承载载荷;大柳塔52505工作面、上湾12401工作面模拟开采平均破断距分别为20和30.4 m;不同破断距下覆岩裂隙网络的分形维数随煤层工作面推进呈现阶梯形增长态势,分形维数可较好地表征覆岩裂隙分布。两工作面最高离层裂隙发育高度与分形维数变化趋势均近似呈非线性正相关;不同破断距对覆岩整体裂隙发育扩展趋势影响显著,工作面回采前期大柳塔52505工作面分形维数相对较低,回采中后期则相反,破断距小,覆岩整体裂隙发育程度相对较高;两工作面覆岩沉降曲线呈“凸”型,近似以采空区中部对称。 展开更多
关键词 破断距 覆岩运动 覆岩裂隙网络 分形维数 周期来压
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巨厚弱胶结覆岩深部开采大能量事件与地表沉陷关系研究
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作者 郑灿广 孙兢超 +4 位作者 汪铁宁 郭广礼 胡勇华 李怀展 刘峰建 《中国矿业》 北大核心 2024年第3期100-112,84,85,共15页
陕蒙矿区是我国重要的煤矿开采基地,区域侏罗系煤层覆岩中普遍存在巨厚弱胶结覆岩,虽然覆岩岩性总体呈中硬偏软弱,但实测地表下沉相对较小,且伴随频繁的大能量事件发生,给工作面安全高效开采带来了较大安全隐患。为研究巨厚弱胶结覆岩... 陕蒙矿区是我国重要的煤矿开采基地,区域侏罗系煤层覆岩中普遍存在巨厚弱胶结覆岩,虽然覆岩岩性总体呈中硬偏软弱,但实测地表下沉相对较小,且伴随频繁的大能量事件发生,给工作面安全高效开采带来了较大安全隐患。为研究巨厚弱胶结覆岩深部开采大能量事件与地表沉陷的关系,对石拉乌素煤矿1203工作面与1208工作面进行了地表沉陷实测与矿震资料分析,获得了该地区地表移动变形规律和矿震数据,通过对比分析研究发现:巨厚弱胶结覆岩地表移动变形下沉分布集中,最大下沉处均位于工作面中部偏向已采工作面侧,整体地表下沉盆地形态及下沉增加过程与中东部相似,但在未达到充分采动时,西部巨厚弱胶结矿区地表下沉值相比中东部明显偏小;巨厚弱胶结矿区煤层回采过程中均存在微震事件的活跃期,该阶段微震事件的能量和次数较高,同时伴随着105 J≤E的大能量事件发生,105 J≤E的矿震事件虽然频次较低,但在能量释放上占据重要地位;弱胶结矿区地表沉陷与能量事件之间存在着关联性,随着工作面的推进,最大下沉值突变往往伴随着大能量事件的发生。 展开更多
关键词 弱胶结覆岩 深部开采 地表沉陷 岩层移动 矿震
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基于覆岩运动规律的煤矿开采工程关键层断裂机理研究
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作者 王英杰 《能源与节能》 2024年第5期47-49,共3页
随着煤矿开采工程的推进,煤矿区域矿震严重威胁着工人的安全。为了监测煤矿开采工程的安全性,对古城煤矿矿井顶板覆岩层的移动规律进行了分析,在此基础上,通过深入研究古城煤矿煤层顶板上覆岩层的移动对煤层关键层位的影响,从而挖掘出... 随着煤矿开采工程的推进,煤矿区域矿震严重威胁着工人的安全。为了监测煤矿开采工程的安全性,对古城煤矿矿井顶板覆岩层的移动规律进行了分析,在此基础上,通过深入研究古城煤矿煤层顶板上覆岩层的移动对煤层关键层位的影响,从而挖掘出煤层顶板裂隙与采掘工程的关系。数值模拟分析结果表明,从整体上看,沉降速率曲线先增后减。在早期的监测时段内,沉降速率较大,2月为6.28 mm/d。后期沉降速率约为5.37 mm/d,沉降速率仍较高,沉降率呈下降趋势。沉降速率曲线初期比较陡,后期渐趋平缓,这表明地面沉降量随时间增加而降低,最终进入缓沉期。深部煤层顶板常形成多个关键层位,煤层开采容易引起多个关键层位的协同活动。采动区域上覆百米以内无巨厚岩层,采区采动后,覆岩破断、下沉、移动充分,与正常地层移动规律相吻合,总体上无大面积悬顶发生的可能。研究对煤矿开采工程中安全问题的解决有一定的借鉴价值。 展开更多
关键词 覆岩运动规律 煤矿开采工程 关键层 断裂机理
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磷矿采场矿压及覆岩活动规律研究
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作者 蔡鸿宇 王佳文 +3 位作者 李小双 滕琳 王燕 李帅 《当代化工研究》 CAS 2024年第5期47-50,共4页
本文以云南晋宁磷矿为工程背景,系统研究了磷矿采场矿压及覆岩活动规律。试验结果表明,在开挖过程中,采场覆岩未产生大规模破坏和沉降,主要破坏模式为局部冒落,上覆岩层和顶板是主要应力重新分布区,顶板受压破坏导致上覆岩层产生位移。... 本文以云南晋宁磷矿为工程背景,系统研究了磷矿采场矿压及覆岩活动规律。试验结果表明,在开挖过程中,采场覆岩未产生大规模破坏和沉降,主要破坏模式为局部冒落,上覆岩层和顶板是主要应力重新分布区,顶板受压破坏导致上覆岩层产生位移。试验结果可为磷矿安全开采提供理论依据,对降低磷矿开采风险有一定参考价值。 展开更多
关键词 磷矿开采 覆岩活动 应力 位移 相似理论
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单双目近景摄影测量联合监测弱胶结覆岩叠合式相似材料模型研究
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作者 张国建 臧耿晨 +4 位作者 郭广礼 李怀展 杨向升 王荟钦 于承新 《中国矿业》 北大核心 2024年第3期113-123,共11页
相似材料模型是研究矿山开采岩层运动的重要手段,随着采深的增大,多采区采动联合影响的区域变形响应问题逐渐成为关注的焦点。为了克服常规相似材料模型研究深部开采问题的结果失真,以及常规监测技术在观测相似材料模型整体动态变形及... 相似材料模型是研究矿山开采岩层运动的重要手段,随着采深的增大,多采区采动联合影响的区域变形响应问题逐渐成为关注的焦点。为了克服常规相似材料模型研究深部开采问题的结果失真,以及常规监测技术在观测相似材料模型整体动态变形及任意点动态变形的不足,本文提出叠合式相似材料模拟的新思路,并采用单双目近景摄影测量联合监测新技术研究弱胶结覆岩运动规律。实验结果表明,叠合式相似材料模拟充分考虑了相似原理及覆岩中的关键层结构,研究结果更加可靠,基于等距虚拟面的数字摄影技术监测精度达到0.12 mm,能够满足大几何相似比物理模型的监测精度。通过研究深部矿区覆岩破坏规律发现,宽深比为0.85是白垩系砂岩的临界破坏点,采空区面长大于临界尺寸时将导致显著的冲击地压甚至矿震。单双目近景摄影测量联合监测新方法为研究深部开采区域性岩层移动响应过程提供了技术支持。 展开更多
关键词 弱胶结覆岩 叠合式相似材料模型 近景摄影测量 岩层移动 动态监测
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基于GLScene采场基本顶三维精细化参数建模研究
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作者 王巍 《煤炭技术》 CAS 2024年第3期62-66,共5页
为建立基本顶的三维计算机模型,用于精细化分析基本顶的运动情况。基于矿山压力控制理论,分析采场上覆岩层基本顶的空间运动状态,实现采场基本顶三维精细化建模从物理模型、数学模型向计算机参数建模的转化。将采场基本顶的模型分为基... 为建立基本顶的三维计算机模型,用于精细化分析基本顶的运动情况。基于矿山压力控制理论,分析采场上覆岩层基本顶的空间运动状态,实现采场基本顶三维精细化建模从物理模型、数学模型向计算机参数建模的转化。将采场基本顶的模型分为基本顶的初次来压运动模型和周期来压运动模型,通过分析基本顶初次来压、周期来压与采煤工作面进尺间的空间关系,描述基本顶来压运动结束后形成的多岩块空间结构,建立各阶段来压过程的数学模型,实现对采场顶板各阶段、各岩块几何尺寸的定量描述;建立三维笛卡尔坐标系,实现对基本顶运动前岩层与运动后岩块的精确建模,运用GLScene的3D组件,实现对采场基本顶各岩层、各岩块的三维动态立体建模,可以实现随采煤工作面的不断推进,采场上方基本顶发生挠曲、裂断与下沉的动态演化过程,更直观地表达采场上覆基本顶的运动规律与运动状态,为预测与控制基本顶来压时引发的安全隐患提供技术支撑。通过31214综采面的建模实例,验证了采场三维精细化参数建模的技术可行性。 展开更多
关键词 矿山压力 来压运动 三维精细化模型 GLSCENE 上覆岩层
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Experimental research on overlying strata movement and fracture evolution in pillarless stress-relief mining 被引量:22
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作者 Junhua Xue Hanpeng Wang +3 位作者 Wei Zhou Bo Ren Changrui Duan Dongsheng Deng 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI 2015年第1期38-45,共8页
关键词 多煤层开采 岩层运动 断裂演化 无底柱 采空区侧 实验 减压 煤层瓦斯含量
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Investigation of overburden behaviour for grout injection to control mine subsidence 被引量:8
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作者 Shen Baotang Poulsen Brett 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI 2014年第3期317-323,共7页
This paper describes a field and numerical investigation of the overburden strata response to underground longwall mining, focusing on overburden strata movements and stress concentrations.Subsidence related high stre... This paper describes a field and numerical investigation of the overburden strata response to underground longwall mining, focusing on overburden strata movements and stress concentrations.Subsidence related high stress concentrations are believed to have caused damage to river beds in the Illawarra region, Australia. In the field study, extensometers, stressmeters and piezometers were installed in the overburden strata of a longwall panel at West Cliff Colliery. During longwall mining, a total of1000 mm tensile deformation was recorded in the overburden strata and as a result bed separation and gaps were formed. Bed separation was observed to start in the roof of the mining seam and gradually propagate toward the surface as the longwall face advanced. A substantial increase in the near-surface horizontal stresses was recorded before the longwall face reached the monitored locations. The stresses continued to increase as mining advanced and they reached a peak at about 200 m behind the longwall face. A numerical modelling study identified that the angle of breakage(i.e., the angle of the boundary of caved zone) behind the longwall face and over the goaf was 22–25° from vertical direction. This is consistent with the monitoring results showing the high gradient of stresses and strains on the surface150–320 m behind the mining face. 展开更多
关键词 矿区塌陷 行为调查 控制 注浆 覆土 长壁开采 应力集中 覆岩运动
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不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律 被引量:3
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作者 陈绍杰 刘瑞 +3 位作者 徐贞社 哈列少科·阿列克谢·阿列克谢耶维奇 邵海波 冯帆 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第1期38-48,共11页
断层破坏覆岩地层的整体性,影响岩土体的强度特性和变形性质,导致开采沉陷规律更为复杂。为研究不同覆岩地层与正断层共同影响下煤层开采地表沉陷规律,构建不同覆岩地层正断层下盘煤层开采覆岩运动与地表变形的理论模型,数值模拟分析不... 断层破坏覆岩地层的整体性,影响岩土体的强度特性和变形性质,导致开采沉陷规律更为复杂。为研究不同覆岩地层与正断层共同影响下煤层开采地表沉陷规律,构建不同覆岩地层正断层下盘煤层开采覆岩运动与地表变形的理论模型,数值模拟分析不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律与特征,结合实例进行了对比分析。结果表明:地表移动变形范围与松散层厚度密切相关,随松散层厚度的增加,相较于无断层一侧,地表下沉盆地在断层一侧的移动变形范围先减小后扩大再减小,最终与无断层一侧相同;厚基岩地质条件下,随松散层厚度增加,地表产生裂缝的位置由断层露头先向采空区偏移后向断层上盘偏移;厚松散层地质条件下,松散层吸收了断层诱发的非连续变形,随松散层厚度增加,地表由偏态下沉盆地逐渐变为对称的下沉盆地。 展开更多
关键词 开采沉陷 覆岩地层 正断层 下盘煤层 覆岩破坏 地表移动变形
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基于岩层移动理论的急倾斜煤层采后地表移动变形规律研究 被引量:3
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作者 郭文彬 《金属矿山》 CAS 北大核心 2023年第8期231-236,共6页
为了探究急倾斜煤层开采对地表沉陷的影响,以及进一步保护地表构(建)筑物,采用理论分析和数值模拟计算方法对急倾斜煤层开采后地表沉陷规律进行了系统研究。利用新修正后的概率积分法进行开采区域二重积分,得到了急倾斜煤层采空区上方... 为了探究急倾斜煤层开采对地表沉陷的影响,以及进一步保护地表构(建)筑物,采用理论分析和数值模拟计算方法对急倾斜煤层开采后地表沉陷规律进行了系统研究。利用新修正后的概率积分法进行开采区域二重积分,得到了急倾斜煤层采空区上方地表沉陷的理论计算公式,对急倾斜煤层倾角及埋深对地表沉陷影响进行了分析,同时通过FLAC软件对急倾斜煤层上覆岩层的运移规律进行了数值模拟分析。结果表明:(1)对于急倾斜煤层,当倾角相对较小时,地表最大沉降量较大,且地表下沉曲线呈现非对称特性,随着煤层倾角增大,地表最大下沉量逐渐减小,下沉曲线由非对称性逐渐向对称性转化,当倾角为90°时,下沉曲线完全对称。(2)当急倾斜煤层采深较小时,地表最大沉降值较大,但影响范围较小。随着煤层采深增大,地表沉降值逐渐减小,但影响范围增大。 展开更多
关键词 开采沉陷 概率积分法 覆岩移动 数值模拟
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断层影响下采动覆岩与地表移动特征 被引量:1
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作者 郭文兵 刘玄 +2 位作者 杨伟强 吴鹏飞 张伊辉 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期38-46,共9页
为了研究开采扰动下含有断层工作面的覆岩及地表响应情况,首先采用数值模拟、理论分析和现场实测等方法,研究临近断层工作面采动影响下覆岩及地表运移和应力响应特征;其次建立数值模拟模型,结合“裂断拱”和“应力拱”分析临近断层工作... 为了研究开采扰动下含有断层工作面的覆岩及地表响应情况,首先采用数值模拟、理论分析和现场实测等方法,研究临近断层工作面采动影响下覆岩及地表运移和应力响应特征;其次建立数值模拟模型,结合“裂断拱”和“应力拱”分析临近断层工作面开采覆岩破坏和采场应力响应特征;然后建立断层面滑移力学模型,并结合断层滑移倾向性指标Qs定量分析断层上盘开采断层面活化倾向性;最后采用现场实测方法,分析郑州矿区大平煤矿采动影响下断层上盘地表移动变形特征。结果表明:开采扰动下“裂断拱”的发育最大宽度达到2215 m,最大发育高度达到110 m,宽高比约为1∶2;含有断层工作面“应力拱”特征,呈现非对称结构;随着断层面埋深的增加,断层面滑移倾向性呈现出先增后减再增的趋势,在弯曲下沉带同等埋深滑移倾向性缓增、在裂隙带同等埋深区域呈现出先减后增、在垮落带同等埋深区域呈现出快速增加;断层上盘开采保护煤柱留设30 m断层未活化,大平煤矿的基岩移动角和边界角较郑州矿区一般地质条件下工作面上的分别偏小88和46°,较同煤矿无断层工作面基岩移动角偏小67°。 展开更多
关键词 断层影响 覆岩运移 地表移动 采场应力 滑移倾向性
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矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术进展及应用
16
作者 朱卫兵 王晓振 +3 位作者 谢建林 赵波智 宁杉 许家林 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第9期1-12,共12页
覆岩内部岩移原位监测技术具备适应深井高承压水特厚煤层开采复杂地质条件、多层位动态监测、高精度远程实时在线传输等技术特点,可为矿山企业开展顶板灾害防控提供有效的数据支撑。从煤炭开采应用实践背景出发,系统回顾了采动覆岩内部... 覆岩内部岩移原位监测技术具备适应深井高承压水特厚煤层开采复杂地质条件、多层位动态监测、高精度远程实时在线传输等技术特点,可为矿山企业开展顶板灾害防控提供有效的数据支撑。从煤炭开采应用实践背景出发,系统回顾了采动覆岩内部岩移原位监测技术的发展历程、技术进展和应用效果。结合我国矿压理论及岩移监测技术发展历史,全面介绍了矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术的重要阶段,阐述了该技术在多维实时协同监测、无人在线监测和深部岩移监测3个方面所取得的理论创新与技术突破。结合补连塔煤矿、同忻煤矿、高家堡煤矿等矿井监测工程实例,展示了采动覆岩内部岩移原位监测技术在实际工程应用中的有效性,并探讨了该技术在不同类型矿区、不同研究领域的应用前景。指出矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术的发展趋势为精确化、智能化和集成化,即通过优化传感器性能和布置方案等提高监测精度和准确性,利用人工智能、大数据和物联网技术实现自动化分析和预测,将原位监测技术与其他技术相结合以形成完整的监测系统。 展开更多
关键词 采动覆岩 内部岩移监测 顶板灾害 矿压显现 冲击地压 岩层控制 关键层
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煤矿全生命周期绿色开采研究展望 被引量:1
17
作者 许家林 鞠金峰 +5 位作者 轩大洋 秦伟 朱卫兵 胡国忠 王晓振 谢建林 《绿色矿山》 2023年第1期79-90,共12页
煤矿绿色开采理念提出20 a来,理论研究与技术实践取得了重大创新进展,但在精确量化预测、提效降本控制等方面与生产实际需求仍然存在差距。阐述了煤矿全生命周期绿色开采技术框架,提出了煤矿绿色开采需要深入研究的若干方向和建议。在... 煤矿绿色开采理念提出20 a来,理论研究与技术实践取得了重大创新进展,但在精确量化预测、提效降本控制等方面与生产实际需求仍然存在差距。阐述了煤矿全生命周期绿色开采技术框架,提出了煤矿绿色开采需要深入研究的若干方向和建议。在基础理论方面,应遵循关键层理论的“全地层”学术思想,深入研究采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层移动的影响,建立自下而上涵盖煤层直至地表的全地层移动时空动态模型,实现采动应力、裂隙与沉陷的定量预测,最终形成不同地质开采条件下岩层移动的数字孪生模型。在技术方面,需充分利用岩层移动规律,研究发展适应煤矿高效生产的低成本绿色开采技术,具体而言,重点攻关方向之一是“一注五减”绿色开采解决方案,针对绿色开采中采动损害控制领域面临的煤矿充填材料不足问题与“双碳”目标,研发“煤矸石+粉煤灰+CO_(2)”覆岩隔离注浆充填绿色开采技术,实现减沉(减少地表沉陷)、减漏(减少地下水漏失)、减震(减少应力集中与矿震)、减排(减少固废排放)、减碳(减少CO_(2)排放)等“五减”绿色开采效果。另一个需要重点攻关的方向是采动破坏含水层的修复技术,特别是在西部生态脆弱矿区(尤其是浅埋煤层),需给予充分重视,建议借鉴采后土地复垦,通过相关技术与标准研究将含水层修复列为必备环节,进一步落实全生命周期绿色开采。 展开更多
关键词 岩层移动 关键层 覆岩隔离注浆充填 含水层修复 绿色开采
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深厚表土覆岩结构运移演化及高应力突变致灾机理 被引量:3
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作者 孟祥军 张广超 +8 位作者 李友 陈连军 王超 赵仁宝 陶广哲 王冬 周广磊 陈淼 栾恒杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1919-1931,共13页
覆岩运动演化是井下动力灾害孕育发生的根本原因,掌握具体地层条件下覆岩运动规律及其演化致灾机理对实现动力灾害防控具有重要意义。以3301工作面为工程背景,综合运用相似模拟、理论分析与现场实测相结合的方法,研究了表土层−基岩不同... 覆岩运动演化是井下动力灾害孕育发生的根本原因,掌握具体地层条件下覆岩运动规律及其演化致灾机理对实现动力灾害防控具有重要意义。以3301工作面为工程背景,综合运用相似模拟、理论分析与现场实测相结合的方法,研究了表土层−基岩不同厚度组合变化下基岩、表土层及地表下沉盆地的整体破坏形态与联合运移演化规律,揭示了2类典型表土层−基岩组合条件下的覆岩结构运移演化规律及采动应力传递形成机制,推导获得了巨厚表土薄基岩条件下的支承压力定量表达式,并提出了高应力突变致灾宏观判别准则,现场工程实践验证了模型合理性。得到主要结论:①煤层开采后软弱基岩呈现非对称“类梯形”破坏形态,巨厚松散表土层呈现“倾斜漏斗形”破坏形态,表土层运移演化具有响应速度快、运移范围广、下沉系数大的特点;②表土层−基岩双层介质在不同厚度组合条件下的运移演化规律具有较大差异,厚表土层薄基岩(I型)条件下,基岩自下而上发生塑性破裂,破断岩体块度小,难以形成稳定结构;厚表土层厚基岩(Ⅱ型)条件下,基岩由塑性破裂逐渐转化为块式破断,破断步距逐步增大,关键层效应逐渐突显,破断后形成结构的承载能力提高,能阻止上覆表土层的运移和沉降,地表下沉量出现一定程度的减小;③深厚表土薄基岩条件下,工作面前方大范围表土层向采空区发生运移,载荷集中作用在工作面上方基岩和超前煤体内,同时由于基岩软弱、破断岩块尺寸较小、无法形成规模悬顶的特点,限制了载荷向煤壁前方更远处传递,致使呈现应力峰值大、影响范围小、波动性大特点;④建立了考虑深厚表土大范围运移、基岩塑性破裂特征的支承压力估算模型,获得了支承压力计算方法,并以3301工作面具体参数为例,估算出其支承压力影响范围为72 m,峰值为44.2 MPa,应力峰值距煤壁23 m,具有一定冲击风险;现场地表沉降特征与采动应力监测结果验证了理论分析与相似模拟结果的科学性。 展开更多
关键词 深厚表土层 覆岩运动 动力灾害 高应力演化 支承压力
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多重采动下大倾角上覆煤岩移动及地面井变形规律 被引量:1
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作者 王智民 梁运培 +2 位作者 邹全乐 张碧川 冉启灿 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期47-55,共9页
地面井在煤层开采引起的采动作用下极易发生变形直至失稳破坏,这也是制约采动卸压区地面井瓦斯抽采技术应用的关键性问题。以新疆1930煤矿大倾角煤层群开采为背景,开展了大倾角煤层群开采下地面井变形的相似模拟试验,通过监测覆岩移动... 地面井在煤层开采引起的采动作用下极易发生变形直至失稳破坏,这也是制约采动卸压区地面井瓦斯抽采技术应用的关键性问题。以新疆1930煤矿大倾角煤层群开采为背景,开展了大倾角煤层群开采下地面井变形的相似模拟试验,通过监测覆岩移动、煤层应力变化、地面井管道不同位置的轴向与环向变形,揭示了大倾角煤层群采动下地面井变形规律,研究表明:首先地面井在采动过程中处于剪切、挤压、拉伸的复合应力状态,但由于煤岩层倾角的存在,环向的剪切变形大多时间大于轴向的拉伸变形,即地面井受到的剪切作用占主导地位,同时采动过程中,地面井环向的剪切变形与轴向伸缩变形存在一定的负相关关系,在一定程度上说明地面井所受的剪切作用和拉压作用存在相互制约的关系;其次地面井轴向变形规律整体呈现增大趋势,但过程中出现拉缩交替的现象,与近水平煤层重复采动时的一直增大存在较大差异,而环向的剪切变形的变化趋势则与近水平煤层重复采动时较为相似,出现了反复错动的特点,但最终剪切位移的方向始终为煤层的倾斜方向;最后研究也发现在主关键层上部地面井变形规律整体呈现“增大—减小”反复三次交替,在主关键层及下部呈现“增大—减小”反复四次交替。研究成果可以为大倾角多重采动区地面井的工程应用提供一定的理论支持。 展开更多
关键词 大倾角煤层 多重采动 覆岩移动 地面井 井筒变形
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多构造三软煤层回采巷道覆岩运动及控制分析 被引量:1
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作者 苏金华 任金武 +4 位作者 张继远 田孟含 张盼 辛亚军 吴春浩 《能源与环保》 2023年第9期279-284,共6页
针对近距离多重滑动构造三软煤层回采巷道变形破坏严重支护困难的问题,采用相似模拟实验与现场调研监测相结合的研究方法,研究了多重滑动构造三软煤层回采巷道上覆岩层运动特征与回采过程中巷道围岩应力分布规律,提出了多重滑动构造三... 针对近距离多重滑动构造三软煤层回采巷道变形破坏严重支护困难的问题,采用相似模拟实验与现场调研监测相结合的研究方法,研究了多重滑动构造三软煤层回采巷道上覆岩层运动特征与回采过程中巷道围岩应力分布规律,提出了多重滑动构造三软煤层回采巷道基本支护方案。研究结果表明,在滑动构造影响下,上覆岩层随着工作面不断推进产生裂隙至裂隙叠加发展至不同岩体之间开始产生离层,随后呈台阶式下沉垮落;巷道顶板的初次来压步距为20 m,周期来压步距为15 m,顶板的最终破断形式为台阶式;巷道主应力为水平应力,应力集中出现在巷道的上下两帮,受滑动构造的影响,巷道围岩应力集中不均匀表现为上帮应力集中程度大于下帮;滑动构造影响下,巷道顶底板围岩破碎且围岩变形呈现明显的方向性,巷道上帮的变形量大于下帮;采用U型钢棚+锚索联合支护能够有效控制巷道围岩变形。 展开更多
关键词 滑动构造 三软煤层 回采巷道 覆岩运动 应力分布 围岩控制
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