工作面倾向覆岩垮落形态的面长效应及力链拱特征研究

采用理论分析结合数值模拟的方法,提出了倾向复合力链拱结构,并对面长效应影响下的力链拱特征进行了分析。研究结果表明:倾向垮落岩层呈现上窄下宽的"梯形"垮落形态,面长增加,垮落高度随之增大;坚硬岩层中强力链呈扁平拱或半拱形态分布,形成复合力链拱结构,该结构与两侧煤柱共同构成采场上方的承载大结构;工作面倾向中部裂隙稀疏,空隙率较低,而两侧裂隙密集,空隙率增高,裂隙场及空隙率整体呈现"O"形圈特征;复合力链拱结构将覆岩应力转移至两侧煤柱,面长增加,煤柱裂隙愈加发育,应力集中系数增大。

复杂条件下上提蹬空工作面矿压显现特征研究

为了解决蹬空对巷道围岩变形影响严重等问题,针对张集矿1410(1)工作面复杂的地质条件,采用计算机数值模拟(UEDC)系统和现场工程实践相结合的方法,对工作面推进不同距离时上覆岩层垮落形态、初次来压步距、周期来压步距、液压支架受力以及巷道围岩的变形特征进行研究。研究表明:工作面老顶初次来压步距约为32 m左右,周期来压步距约为16 m左右。工作面液压支架所需支撑的最大岩层高度约为25m。在工作面每天正常推进8m的情况下,工作面压架的危险性较小。

大倾角煤层俯斜开采顶板破坏机理研究

以葛亭煤矿2317工作面大倾角煤层俯采采场为研究对象,采用相似材料模拟和理论分析的方法研究了顶板运动规律、采场覆岩离层的产生、直接顶破坏规律以及基本顶结构动态演化规律。结果表明:大倾角俯斜开采基本顶初次来压步距约50m,周期来压步距约25m,比同等条件下工作面沿倾向布置时的来压步距较长;采场离层带呈"锐角三角形状",离层由下位岩层开始产生,形成组合结构向上有规律地运动;直接顶不规则冒落的岩石滑向工作面,对工作面不利,同时使原来是基本顶的岩层在工作面推进到一定距离后变成了直接顶,使直接顶位置上移,基本顶结构发生明显运动的区域主要处于倾斜中上部,其在垂直岩层层面内顶板的破断和运动是稳态的,并沿倾向向上位岩层发展呈"阶梯状"。

断层赋存条件下采场矿压显现规律研究

通过相似模拟研究了2条断层赋存条件下采场的矿压显现规律,并从应力与应变速率角度解释采动与断层相互作用规律。研究结果表明:工作面未进入断层影响范围时,上覆岩层垮落形态与无断层影响时基本相同。当覆岩裂隙与断层贯通之后,工作面进入断层影响范围,老顶周期垮落步距变小,断层处底板应力达到峰值。第1条断层的影响范围为150 m,且与工作面相距70 m时断层出现较大裂隙,相距40 m时断层整体大规模滑动,上盘悬空;第2条断层的影响范围为80 m,与工作面相距30 m时,断层出现明显滑动迹象,相距10 m时,断层整体滑移失稳。相似模拟结果揭示了动压影响下断层滑移与上覆岩层运移规律,断层影响区域内煤层上方100 m以内的覆岩受到较大扰动,位移明显。工作面过第2条断层时对第1条断层有明显扰动,在现场生产实践中,应当防范多断层赋存时的耦合致灾。

水力耦合条件下近距离煤层采动裂隙动态演化规律探究

为了研究水力耦合条件下近距离煤层下覆岩破断特征及采动裂隙演化规律,以沙曲一号煤矿为研究对象,采用理论分析、相似模拟及数值模拟研究相结合的研究手段,分析了受水力条件影响下伏煤层回采过程中覆岩裂隙动态演化规律,指出了水力条件对于覆岩垮落及采动裂隙发育的影响。结果表明:工作面回采过程中上覆岩层的垮落形态及采动裂隙的演化规律不受水力条件的影响,然而受到水力条件的影响覆岩初次来压步距减小10m,其周期来压步距减小3m,且工作面回采相同的距离受水力条件影响的工作面覆岩垮落强度较为剧烈,其位移量及来压强度也相对较大,因此在对工作面覆岩进行支护时应加大支护强度或增加支护密度。

神州煤业初采前深孔预裂爆破顶板弱化技术研究

以神州煤业下组煤8102工作面为背景,采用理论分析与现场实验相结合的方法,对初采前工作面顶板深孔预裂爆破弱化技术进行了研究。结果表明,工作面92%的液压支架载荷显著升高,8102工作面推进约8 m时,工作面中部顶板开始垮落;在推进至18 m时,机头、机尾处的顶板基本全部垮落,老顶初次来压步距均保持在8~15 m,顶板弱化效果良好。该研究对类似条件下的工作面初采前顶板弱化具有借鉴意义。

大倾角中厚煤层伪俯斜采场顶板破断及其充填实验研究

为了研究大倾角伪俯斜采场顶板破断及其垮落充填规律,以四川绿水洞煤矿3222工作面为研究对象,采用三维物理相似模拟实验及现场实测的方法,分析了走向、倾向、垂向及时间维度下大倾角伪俯斜采场不同区域的顶板破断规律、工作面采空区形态及垮落顶板的充填特征。结果表明:大倾角伪俯斜采场顶板破断呈时序性特征,直接顶一般在工作面后方5~6 m范围内发生垮落,在伪俯斜工作面初次来压前,初次破断顺序为“倾斜中部—倾斜上部—倾斜下部”,基本顶初次破断轮廓呈非对称“O”型。随着工作面的开采,倾斜中上部垮落顶板在倾斜中部区域堆积,与顶底板之间形成稳定铰接结构,并随工作面推进在中部沿走向延伸,约束了顶板的破断且限制了倾斜中上部垮落顶板的倾向下滑,致使基本顶周期性破断顺序变为“倾斜上部—倾斜中部—倾斜下部”,且破断轮廓呈不规则“月牙”型。沿工作面倾斜方向不同区域顶板及垮落顶板形态不同,采空区矸石充填呈明显非均衡性特征。在工作面基本顶初次破断前,倾斜下部采空区矸石充填程度高于倾斜中部和上部;基本顶初次破断后,工作面倾斜中上部垮落顶板堆积充填量及充填范围远高于倾斜下部区域。大倾角伪俯斜采场倾斜中部堆积充填影响因素有工作面煤厚、顶板岩性及工作面伪斜布置等。现场实测和物理模拟结果相互印证,大倾角伪俯斜采场存在倾斜中部垮落顶板充填程度最大,倾斜中上部充填程度高于倾斜下部的非对称特征。

厚黏土层对薄基岩工作面矿压规律的影响

薄基岩厚黏土层煤层开采时具有与普通薄基岩厚松散层工作面不一样的矿压显现规律,基于赵固二矿的具体地质条件通过UDEC4.0模拟研究了当基岩厚度为0m,30m和60m时工作面初次来压步距、周期来压步距、支承压力分布和上覆顶板岩层垮落形态等,通过模拟得知,黏土层顶板有较小的来压步距,能缓和工作面煤壁前方的支承压力,并能与薄基岩共同成拱或独立成拱用以承担上覆岩层的重量,且厚黏土层以弯曲下沉为主,对于防止地表水侵入工作面也是有利的。