担水沟煤矿特厚煤层开采底板导水破坏带深度实测研究

为了研究特厚煤层开采对工作面底板破坏深度的影响,通过在担水沟煤矿9204工作面底板2个观测钻孔,运用直流电法观测分析工作面回采过程中底板岩体视电阻率的变化特征,结合工作面与测点的空间位置关系,得出采动影响下的底板破坏深度,并将其与未考虑煤厚因素影响的统计公式和理论公式的计算值进行比较分析。结果表明,工作面实测底板破坏深度为17.3 m和18.3 m;实测底板最大破坏深度小于统计公式值7.81%~12.90%,大于理论公式值24.81%。探讨其机理认为,相对于工作面斜长、采深等因素,煤厚因素对底板破坏深度影响较低;且工作面底板下17 m赋存有一厚层隔水砂质泥岩,不易产生导水裂缝,降低了底板导水破坏深度。

缓倾斜煤层开采底板破坏深度数值分析研究

研究煤层开采过程中底板破坏深度对防治矿井底板水害具有重要意义,数值模拟避免了因现场条件复杂而无法进行实测的情况,可以在煤层开采前模拟和预测破坏深度,为开采工作提供参考。以梁北煤矿32021工作面为例,基于统计规律的经验公式进行了理论计算,得到的底板破坏深度分别为27.05 m、25.63 m、23.56 m,其中,考虑采深和煤层倾角的27.05 m更接近实际情况。使用FLAC^(3D)进行数值模拟,模拟并分析了工作面推进过程中的应力变化规律和底板破坏深度。在数值模拟的过程中,煤层底板的垂直应力变化结果表明,随着工作面不断推进,顶底板应力增大,采空区两端出现应力集中现象,影响范围不断增大,同时底板破坏深度也会随之增加;煤层底板的塑性破坏结果表明,底板破坏深度随工作面的推进而不断增大,当工作面推进至100 m时,底板破坏深度达到最大,之后破坏深度保持不变,破坏范围会一直随之增加;工作面推进100 m时,煤层底板下不同深度的塑性破坏结果表明,随着深度增加,破坏范围不断减小,可判断出煤层底板最大破坏深度约为25.9 m。

近距离煤层采空区下开采底板破坏规律研究

为研究近距离煤层上层煤采空区对下层煤采动底板破坏的影响,以塔山矿8199工作面为例,通过统计公式和塑性力学公式预计工作面底板破坏深度;采用双向加载相似模拟试验分析顶板有无采空区对底板破坏的影响;利用“专门电极电缆直流电法”现场观测采动过程中底板视电阻率变化,获得底板最大破坏深度。结果表明:8#煤底板破坏深度受顶板采空区和底板岩性组合的双重影响;顶板采空区的存在使8#煤开采时底板初始应力减小,应力集中程度减弱,回采过程中直接顶垮落步距减小,易形成“短砌体梁”结构,顶板周期来压伴随着底板裂隙的扩展;工作面底板实测最大破坏深度17.1 m,相比于统计公式和塑性力学公式,预测值分别减小11.4%和7.8%,塑性力学公式相对适用性更好。

极近距离煤层群不同层间距下回采巷道支护技术研究

针对高家庄煤矿极近距离煤层群采空区下方4201工作面轨道巷掘进过程中,由于层间距不断变化,导致局部顶板破坏严重、裂隙发育等问题,采用理论计算和现场实测方法研究底板最大破坏深度和层间距变化规律,将顶板层间距大小划分小于2.8 m、2.8~3.8 m和大于3.8 m三个支护分区,分别制定了工字钢架棚+锚杆支护、短锚索网支护和长短锚索网支护3种支护方案。现场应用结果表明,4201轨道巷掘进期间顶板完整性提高,围岩变形量小于100 mm,满足使用要求。

倾斜煤层底板破坏特征的微震监测

带压开采是承压水上采煤的主要方法,底板采动破坏深度的确定是实现带压开采的关键和前提。针对底板采动破坏深度现场测量方法的局限性,特别是倾斜煤层(煤层倾角在25°～45°之间)底板采动破坏深度的现场测量。以桃园煤矿1066工作面为例,利用高精度微震监测技术,对承压水上倾斜煤层底板的采动破坏特征进行了连续的、动态监测。监测结果表明:(1)工作面运输巷(下顺槽)附近的底板比工作面回风巷(上顺槽)附近的底板破坏深度更深,破坏范围更大;(2)倾斜煤层工作面底板破坏形态整体呈现为一个下大上小的非对称形态。根据微震监测结果,确定了1066工作面回风巷和运输巷附近底板的最大破坏深度,划分了倾斜煤层工作面底板突水危险区域。将微震监测的倾斜煤层底板破坏深度与经验公式计算的底板破坏深度进行了对比,指出了经验公式存在的不足。

相似材料模拟在研究煤层底板采动破坏规律中的应用

为研究煤层底板采动破坏规律,以邯邢地区9号煤层为原型,采用室内相似材料模拟技术,对煤层开采过程中煤层底板的应力分布、位移、破坏规律及破坏深度进行模拟和观测研究。结果表明,工作面推进0～70cm时底板应力分布曲线呈V形,工作面推进70～150cm时底板应力分布曲线呈W字形。并提出邯邢地区9号煤层埋藏深度为600m之内的煤层底板破坏带深度的经验公式为h=0.04367H-2.7315M+12.6117。

杨村煤矿综采条件下薄煤层底板破坏深度的实测与模拟研究

通过2个监测钻孔8个应变传感器探头组成的现场应变实测系统实测应变增量的变化曲线,研究了兖州煤田杨村煤矿下组煤16上薄煤层底板采动变形破坏的深度及其受采动煤壁前方影响的范围。结果表明:16上煤底板破坏深度介于8.4～10.1 m;而运用FLAC3D进行底板变形破坏数值模拟得出的底板下塑性区破坏深度为9.1 m,与实测结果差别不大。

煤层底板采动破坏特征研究

根据地应力测量数据 ,研究了显德汪煤矿 9号煤层底板岩体应力分布规律 ,并进行了三维有限元数值模拟 ,得到了 9号煤层底板最大破坏深度值。研究结果将为煤矿安全生产提供科学依据。

复杂结构薄煤层工作面煤壁破坏规律及应用

含结核及夹矸薄煤层综采设备研制及开采工艺设计需依据矿山压力规律。采用理论分析、数值模拟、井下实测等方法，研究了薄煤层支承压力与煤壁破坏规律、支架阻力与煤壁破坏的关系，提出了利用矿山压力作用的合理截深与支护强度。研究表明：薄煤层工作面煤壁非弹性区宽度小，支承压力峰值位置距煤壁近，煤壁破坏深度仅0．5-0．6m；深度0．6m处的煤体抗压入强度是0．2m处1．5倍；利用矿山压力降低截割难度的小截深为0．4～0．6m；支架阻力对煤壁破坏深度有明显影响，利用矿山压力破煤的合理工作阻力为2600kN。通过应用实现了结核及夹矸的有效截割或剥落。

显德汪煤矿9号煤层底板破坏规律的研究

根据显德汪煤矿三维地应力测量数据,利用3D-σ程序模拟了不同水平煤层的开挖效应,计算了各水平回采后围岩应力、位移和破坏区的分布状况,分析了9号煤层底板变形破坏规律,得到了煤层底板最大破坏深度计算公式.显德汪煤矿9号煤层底板最大破坏深度为9 15m.

煤层底板采动破坏特征的研究

根据地应力测量数据 ,研究了显德汪煤矿 9# 煤层底板岩体应力分布规律 ,并进行了三维有限元数值模拟 ,得到了 9# 煤层底板最大破坏深度值。研究结果将为煤矿安全生产提供科学依据。

不同条件下带压开采煤层底板破坏深度研究

为了预防工作面底板突水,保证矿井的安全生产,以梁北煤矿11141工作面为工程背景,采用数值模拟研究了带压开采工作面推进距离、埋深、煤层厚度、断层及断层位置等不同条件对底板破坏深度的影响。研究结果表明,工作面推进距离越大底板破坏深度越大,但推进至60m后,底板破坏深度保持不变趋于稳定;埋深越大底板破坏深度越大,400m埋深增加到800m埋深,每增加200m埋深,增大速度由50%降至12.25%,增大速度逐渐减小;煤层厚度越大,底板的破坏范围越大,对底板的破坏深度无影响;存在断层则底板破坏深度越大,底板最大破坏深度增加18.2%,断层位于初次来压影响范围内比位于周期来压影响范围内对底板破坏深度的影响要剧烈。

煤层底板采动导水破坏深度计算的神经网络方法

在综合分析影响煤层底板采动导水破坏深度因素的基础上 ,应用人工神经网络方法 ,建立了底板破坏深度的计算模型。该模型利用现场观测资料作为学习训练样本和测试样本 ,对模型的测算结果、理论计算值和实测值进行了对比分析。结果表明 :用神经网络方法计算底板破坏深度考虑的因素更加全面 ,结果更接近于实际。笔者研究的计算模型和测算方法 ,为承压水上安全采煤决策提供了科学依据。

煤层底板破坏的断层效应模拟及其在防治水中的应用

梁北煤矿已发生5次寒武系灰岩底板突水事故,造成重大经济损失。根据矿井的水文地质条件,建立了煤层开采的FLAC数值模型,利用岩石力学及渗流力学理论,分别模拟了无断层和有断层条件下煤层底板采动破坏带的演化规律,重点讨论了断裂深度及断层空间位置对底板破坏深度的影响。结果表明,断层的存在可使底板采动破坏深度增加20%~33%,断层是突水重点防范区域,遇断层前10m直到过断层15m须加强防治水工作。根据模拟结果设计了梁北矿11041,11151,11111三个工作面底板的注浆加固工程,重点注浆层位分别为底板破坏范围和寒武系顶部裂隙发育带,注浆工程增强了底板的阻水能力,实现了工作面的安全回采。

膏体充填开采底板破坏规律充填效应及实测研究

为了研究膏体充填底板破坏规律的充填效应,以岱庄矿2153膏体充填工作面为工程背景,分别采用Midas/GTS-FLAC3D耦合模拟技术、滑移面理论力学分析和钻孔注水法实测方法对该工作面底板破坏深度进行了研究。结果表明,充填工作面底板破坏深度的数值模拟解约为3m,底板岩层破坏模式为以拉为主的拉剪破坏,充填开采煤层底板最大应力为初始应力的0.5倍;采用滑移面理论得到底板破坏深度的力学解析解为2.5~3.0 m,与钻孔注水实测平均值3 m基本吻合,充填开采底板破坏深度是垮落法开采的0.2倍。

损伤变量在煤层底板开采破坏深度计算中的应用

针对煤层底板破坏深度的计算很少考虑实际存在的采动损伤的现状,以某矿A组煤开采为背景,提出一种基于数值模拟与理论计算的底板岩层损伤变量,进而确定底板破坏深度的方法。通过在该矿工作面巷道特定位置施工井下钻孔,采用并行电法探测技术验证该方法的有效性。结果表明:底板应力在推进至断层附近时达到峰值19.70 MPa,底板岩层等效损伤变量D'=0.79;基于损伤变量计算得出的底板岩层的最大破坏深度为20.27 m,对比井下实测结果,其准确率达到93.32%。研究结果为快速准确地确定底板采动破坏深度提供了一个新思路。

刘桥一矿663工作面底板破坏深度分析及监测

为了研究刘桥一矿663工作面底板破坏深度,采用了理论计算和钻孔压水试验法。理论公式计算获得工作面底板破坏深度为16.27m,最大破坏深度距工作面端部的水平距离为10.57m,采空区内底板破坏区沿水平方向的最大长度为86.54m;通过钻孔压水试验的三个钻孔测试获得底板破坏深度在16m左右,结合经验公式计算最终确定底板破坏深度为18.88m。该研究成果为其他的工作面底板破坏深度提供了重要的参数依据。

浅埋煤层长壁工作面矿压规律及关键块失稳分析

为研究浅埋煤层长壁工作面的矿压规律和顶板结构稳定性,以榆阳煤矿1307长壁工作面为工程背景,设计了矿山压力观测方案并进行了现场观测。总结分析了浅埋煤层长壁开采时矿压显现规律和浅埋煤层上覆岩层破坏规律,得出初次来压步距为78m,二次来压是在工作面推进至93m处,工作面周期来压步距范围在6.4～8.1m;通过对关键块的失稳分析,得出最大开采高度应小于2.31m,关键块不发生滑落失稳的系数要求大于等于1。

浅埋煤层开采顶板移动规律及强制放顶技术

为了给200 m浅埋煤层地质条件下的顶板灾害防治提供理论依据和技术基础,基于榆阳煤矿2301工作面的开采实践,采用了现场实际资料总结和理论分析等方法,对该地质采矿条件下的基本顶初次来压和周期来压进行了分析和计算。研究得出,榆阳煤矿工作面顶板是板式结构的破断,基本顶初次来压步距大,其坚硬顶板在采空区形成大面积顶板来压并造成飓风,对工作面安全生产构成严重威胁。因此,在初采期间需对顶板实施强制性放顶,放顶措施采用的是深孔预裂爆破技术,以此保证初采初放期间工作面顶板安全。

采动底板的岩性组合效应研究

采用FLAC3D软件建立了3种软硬岩不同组合形式的底板采动效应数值计算模型,探讨了不同岩性组合类型底板的应力分布、位移以及破坏深度变化规律。研究结果表明:软-硬-软组合底板破坏区在采掘工作面下方最大,贯穿硬岩夹层,而硬-软-硬组合底板类型由于存在软岩夹层,使得整体受到破坏,其底板破坏深度略低于均质硬岩底板。硬岩层内则易形成高应力集中区。