长壁工作面开采上行裂隙混合型裂纹扩展机理

为揭示长壁工作面开采的上行裂隙发育机理,得到其发育高度的确定方法;基于断裂力学混合型裂纹扩展理论,运用断裂力学分析了上行裂隙发育顶端岩层受力状态,分析了上行裂隙发育的判据,提出了上行裂隙发育高度的确定方法;基于混合型裂纹σ(θ)_(max)理论,建立了上行裂隙岩层裂纹扩展理论模型,提出了裂纹扩展与上行裂隙发育的判据。研究表明:随长壁工作面推进,上行裂隙发育可以分为上行裂隙产生段、发育延伸段和稳定段3个阶段,裂纹的扩展表现为混合型裂纹;工作面充分采动后,岩层顶面产生的裂纹在拉应力的作用下沿裂隙带方向向下扩展,若与上行裂隙贯通,导致该岩层完全破断;若外力作用不足以使裂纹扩展贯通该岩层,则上行裂隙不再发育。

浅埋煤层局部充填开采上行裂隙发育高度研究

采用长壁局部柔性充填开采方法是实现浅埋煤层特殊保水开采的有效途径,通过走向长壁局部充填开采的物理相似模拟实验,分析了等间距充填2条带情况下隔水岩组的稳定性规律,得出了在充填体强度、弹性模量不变的情况下,不同的充填间隔宽度和充填宽度直接影响上行裂隙的发育高度,最终影响隔水岩组的稳定性。基于物理相似模拟实验,建立了特殊保水开采区局部充填隔水岩组稳定性力学模型,确定了上行裂隙发育高度计算公式。

西南岩溶矿区采动影响下溶洞对导水裂隙发育规律研究

黔西南矿区为我国典型的岩溶发育矿区,采动影响下岩溶顶板导水裂隙高度异常发育,雨季大气降水极易通过超高导水通道进入井下工作面,造成工作面涌水灾害,严重影响矿井的正常生产。为此,以新田煤矿煤层开采的导水裂隙为研究对象,在分析矿区溶洞赋存特征基础上,采用现场实测、室内模拟及理论分析等手段,研究了工作面开采过程中溶洞下顶板导水裂隙带的发育规律,揭示了超高导水裂隙的发育机理,结果表明:①研究区域顶板溶洞在地表—玉龙山段—长兴组等层位由上而下具有明显的分带现象,地表沿沟谷处落水洞发育,玉龙山段强含水层中上部溶洞发育,且呈现不同形态的串珠状,长兴组仅局部赋存直径较小的溶洞;②岩溶含水层中溶洞对导水裂隙有着重要的影响,无溶洞条件下,导水裂隙发育高度为43.1 m,裂采比为14.4,含溶洞条件下,导水裂隙发育异常,其高度可达173.1 m,裂采比高达57.7,与玉龙山段灰岩强含水层沟通;③溶洞下顶板导水裂隙由采动上行裂隙和溶洞失稳下行裂隙两部分构成,采动影响下,溶洞在集中应力和采动附加应力的共同作用下发生失稳,并容易形成下行裂隙,与采动上行裂隙沟通,最终形成黔西南矿区特殊的超高导水裂隙。

浅埋煤层裂隙发育规律研究

对浅埋煤层进行相似模拟研究并且对采动所产生的开采损害进行实测,利用模型测定上行裂隙与下行裂隙带的发育深度。上行裂隙与下行裂隙是否导通决定着隔水层的隔水性。通过对浅埋煤层覆岩裂隙发育规律进行研究,为浅埋煤层保水开采提供依据。