采空区垮落顶板形态及其演化特征

揭示采空区垮落顶板形态特征对于近距离煤层上行开采、含水层下开采以及废弃采空区瓦斯分布等具有十分重要的意义。从开滦矿区12;号煤层开采后垮落顶板的现场地质雷达探测结果出发,综合运用材料力学、矿压理论与UDEC数值模拟的方法,对采空区垮落顶板形态的典型特征、形成机理进行了充分研究,描述了采空区"正-倒置三角形"垮落顶板形态动态演化特征,给出了采空区"正-倒置三角形"垮落顶板形态的概念。研究结果:(1)通过地质雷达探测反演结果可知,煤层顶板分层明显,采空区垮落顶板呈现正置三角形区域与倒置三角形区域交替出现的形态,其中正置三角形区域内下位岩块堆砌整齐、上位岩块堆砌杂乱,而倒置三角形区域内下位岩块堆砌杂乱、上位岩块完整性好;(2)采空区垮落顶板形态的出现是基本顶及其控制的上覆岩层周期破断与已破断的关键岩块再次破断共同作用的结果,当各关键岩块的极限抗弯强度小于受到的最大弯矩时即发生再次破断,且基本顶岩块与上覆岩层发生再次破断的位置不同,2者再次破断位置的差异导致采空区垮落顶板被分为正置三角形与倒置三角形区域;(3)提出了采空区垮落顶板"正-倒置三角形"形态的概念,当基本顶及其控制的上覆岩层分层明显时,在煤层开采工作面周期来压后,基本顶及其控制的上覆岩层关键岩块在最大弯矩的作用下发生再次破断,周期破断与再次破断位置将采空区垮落顶板呈现正置三角形与倒置三角形区域,形成"正-倒置三角形"的垮落顶板形态;(4)运用UDCE模拟获得了采空区垮落顶板的形态特征,一定程度上验证了采空区"正-倒置三角形"垮落顶板形态的存在性与合理性。

坚硬难垮落顶板的处理方式研究

阐述坚硬难垮顶板岩层力学性质、坚硬难垮顶板的工作面的矿压显现特征、坚硬难垮落顶板的处理方法,对于实现国内坚硬难垮顶板的矿区安全高效开采具有重要意义。

坚硬难垮落顶板处理方式浅析

我国的多数矿区都有坚硬难垮落顶板,在回采过程中容易形成较大面积悬顶,对安全管理极为不利。文章阐述了坚硬难垮落顶板岩层力学性质、坚硬难垮落顶板工作面的矿压显现特征、坚硬难垮落顶板的处理方法,对实现国内坚硬难垮落顶板的矿区安全高效开采具有重要意义。

大倾角工作面难垮落顶板运动规律

文章通过现场实测的方法,取得了7202工作面在初放及正常回采期间的有关矿压参数,并与理论计算值相比较,从而得出了该面的顶板运动规律,同时有针对性地提出一些建议及控制措施。

国外难垮落顶板控制技术综述

难垮落顶板控制是采矿学研究的重要组成部分,在综合国外难垮落顶板控制技术的基础上,文章针对难垮落顶板控制技术,对前苏联、波兰和印度三个国家进行了归纳、总结和概述,希望对国内存在难垮落顶板的矿区提供参考和借鉴。

采空区顶板垮落摩擦诱发瓦斯爆炸试验研究

大采高工作面采空区顶板垮落时岩体相互撞击摩擦产生火花已成为诱发采空区瓦斯爆炸事故的主要隐患。为研究砂岩摩擦速度、摩擦力、瓦斯体积分数、SiO_(2)含量等因素对砂岩摩擦诱发瓦斯爆炸的机制,采用岩石摩擦效应引燃瓦斯试验系统对各因素进行定量试验研究。结果表明:瓦斯体积分数为7.0%~11.5%时,砂岩摩擦诱发瓦斯爆炸时间随瓦斯体积分数增加先缩短后延长;砂岩摩擦高温热表面是诱发瓦斯爆炸的主要原因;摩擦诱发瓦斯爆炸分为砂岩摩擦面燃烧瓦斯与瓦斯爆炸扩散2个阶段;摩擦诱发瓦斯爆炸时间随摩擦力增大而缩短,随砂岩中SiO_(2)含量增大而缩短;摩擦低于最低临界速度不会诱发瓦斯爆炸,高于最低临界速度且低于最高临界速度时最大摩擦速度与摩擦诱发瓦斯爆炸时间呈负相关。

顶板垮落的微破裂前兆信息微震监测技术研究

了解岩体内部裂纹扩展特征及其演化模式是评价岩体稳定性的基础。微震监测技术在裂纹识别领域具有巨大的潜力,机器学习的应用为裂纹分析和预测提供了有效的工具。应用无监督机器学习技术对采空区顶板垮落过程中记录的微震事件进行高斯聚类分析,从而在复杂裂纹条件下区分单个裂纹发育位置。通过计算单个裂纹簇的置信区间,建立椭球体模型并基于形状参数对区域稳定性进行了评价。根据监测结果建立了地表与采空区顶板之间的裂纹连通模型,对顶板垮落前的裂纹演化进行了研究。研究结果表明,当微震事件聚集在一个平面上时,可认为是岩石不稳定的前兆信息。裂纹簇的不同形态反映了裂纹发育的复杂程度,这一过程包括在成核位置的独立发展,相邻位置之间的相互影响,以及裂纹的扩展和贯通。通过对椭球体模型的分析,可以为预测裂纹方向提供理论依据。

厚煤层采场顶板垮落控制技术在采煤中的应用

采煤过程中,采场顶板由于受到采空区和覆岩压力的影响,顶板往往会发生变形、破裂等情况,从而导致顶板垮落,给安全采煤和覆岩移动保护带来严重安全隐患。厚煤层采场顶板垮落控制技术应用对于保障采煤安全、提高采煤效率和保护煤炭资源具有重要意义。对厚煤层顶采场板垮落的成因进行了比较深入的分析,在此基础上,进一步探讨了厚煤层采场顶板垮落控制技术,并结合案例对其在采煤中的应用进行探讨,最后论述了厚煤层顶板垮落控制技术的优化与发展趋势,有助于推动厚煤层采场顶板垮落控制技术水平的不断提高,进而为安全采煤提供可靠保障。

房柱式采空区顶板垮落冲击对下层煤开采的影响评估研究

为了研究上层煤房柱式采空区顶板失稳垮落后对下煤层开采的影响,以某矿3-1煤层房柱式采空区下5-2煤层长壁综合机械化开采条件为研究背景,采用理论分析、数值模拟、实测数据对比等手段,分别对房柱式采空区顶板垮落冲击荷载及其在底板内的影响深度、下层煤开采覆岩破坏高度进行分析,并以上层煤顶板垮落冲击荷载影响范围是否波及下层煤开采覆岩破坏范围为判据评价上层煤对下层煤开采的影响程度。研究方法及判据可为类似条件房柱式采空区下煤层下行开采影响评估提供有益借鉴。

孤岛工作面岩层地应力分布及顶板垮落规律分析

为了孤岛工作面的安全回采和支护方案的设计,以许厂煤矿4303孤岛工作面为研究对象,在孤岛工作面工程地质条件的基础上,对孤岛工作面岩层力学特性及渗透性进行了测定,并通过应力解除法获得岩层地应力大小。研究结果得到了孤岛工作面地层最大最小主应力的分布规律以及地层应力场的屈服状态,并最终确定了孤岛工作面顶板的垮落规律。

申南凹煤矿工作面初采期顶板垮落特征及高位钻孔动态布孔研究

为了有效解决工作面初采期因顶板大面积垮落而导致的瓦斯超限问题,采用现场实测和离散元数值模拟的方法,对申南凹煤矿20106工作面初采期的瓦斯涌出规律和顶板垮落特征进行了研究,提出了高位钻孔动态布孔工艺及其技术参数,并进行了现场应用考察。研究结果表明:20106工作面初采期瓦斯涌出量为14.4 m^(3)/min,需要抽采的最小瓦斯量为7.20 m^(3)/min;采空区顶板初次发生大面积冒落后,裂隙带发育最大高度为12 m,上邻近层1下煤层将垮落进入采空区,并释放大量瓦斯;随着工作面持续推进顶板垮落高度不断增大,覆岩破裂线以“乁”形向外扩展;当工作面推进长度等于工作面长度时,覆岩裂隙带发育高度达到最大,为48 m,约为13倍的采高;初采期180 m范围内共设计5个动态高位钻场,各钻场终孔目标高度依次增大,分别为11、16、22、31、38 m;采用抽采措施后上隅角及回风流的瓦斯浓度分别为0.42%、0.40%。

浅埋极近距离煤层采空区垮落顶板活化结构及支架阻力研究

以霍洛湾煤矿5~7 m极近距离煤层采空区下开采为研究对象,采用物理相似模拟实验,揭示了下煤层初采阶段初次来压步距为20 m,周期来压步距为5.0~7.5 m,较上煤层来压步距明显减小。在采空区压实阶段,上煤层垮落顶板的结构出现活化,呈现台阶式下沉,动载明显,具有"台阶岩梁"结构特征。工作面来压出现周期性"高压区"和"低压区",高压区长度平均为16 m,高压区周期步距平均为25 m,上煤层顶板结构活化是形成下煤层高压区强矿压的主要原因。采空区煤柱下的支架载荷是高压区平均载荷的1.07倍,是低压区平均载荷的1.48倍。基于"台阶岩梁"理论计算得出,该工作面支架工作阻力应大于8 731 k N。

大采高超长工作面顶板垮落规律及煤柱宽度研究

针对榆神矿区大采高长走向超长工作面煤层条件下矿井高强度开采导致的煤柱长期维护困难等问题,以小保当一号煤矿112203、112204回采工作面及其两巷为研究对象,分别采用现场实测、理论研究、仿真模拟的方法,对双掘两采巷道两次采动工作面顶板垮落规律进行分析,优化大断面长走向双掘两采巷道煤柱宽度,为双巷布置优化围岩应力环境,实现矿井综采工作面安全高效开采。

采空区顶板大面积垮落的空气冲击灾害研究

基于近年来采场顶板大面积垮落所形成空气冲击灾害的频发性与严重性,在总结以往研究结果的基础上,用矿压理论与流体力学理论的分析方法,论证了长壁采场空气冲击灾害发生的客观条件、灾害模式、研究的重点内容、解决问题的途径以及最新研究进展。主要结论有:采场空气冲击灾害的发生条件与灾害模式是存在差异的;顶板垮落的空气冲击灾害过程存在共性,均需考察冲击时间、灾害程度以及防灾工程设计与防治等;应用非稳态可压缩流体的理论研究该问题。

大倾角煤层开采顶板垮落特征及矿压显现规律

为了研究大倾角条件下的综合机械化采煤工作面矿压显现规律,采用FLAC5.02D数值模拟软件建立相应的分析模型,模拟了煤层开采过程中的顶板垮落和围岩应力分布特征,重点分析了工作面上下端头的围岩应力分布规律及变形特点;结合具体生产矿井的综采工作面现场情况,得出了综采工作面推进过程中的周期来压、采动影响范围和煤壁片帮等矿压显现特征,并针对开采中出现的问题提出了相应的安全防范措施.

采空区顶板垮落与瓦斯涌出关系的模拟实验研究

利用自制的工作面顶板垮落与采空区瓦斯涌出模拟实验装置,研究了不同倾角、不同瓦斯浓度条件下来压过程中不同范围的老顶垮落与工作面瓦斯涌出之间的关系。根据试验结果探讨了一定条件下顶板垮落对采空区瓦斯场扰动后瓦斯扩散、运移及积聚特征,分析了受扰动的瓦斯场在工作面负压流场作用下进入回采工作空间对工作面瓦斯浓度影响的程度。该实验结果对工作面来压期间的瓦斯管理有参考价值。

急倾斜煤层顶板垮落过程的RFPA数值模拟研究

以长沟峪矿15槽煤层为例,用RFPA2D软件模拟了急倾斜煤层顶板随工作面推进的垮落过程。研究结果表明,工作面顶板岩体支承压力随顶板冒落范围增大而降低;急倾斜煤层顶板垮落过程中,存在初次来压和周期来压现象,但周期来压期间矿压显现不明显。同时,随采深加大,煤层底板开始出现相应破坏,但破坏深度较小。研究结果,对矿山的安全生产有重要指导意义。

综放开采沿工作面倾向顶板垮落规律

为了研究综放工作面覆岩倾向破断规律,采用红外式综采支架压力监测仪,对灵武矿区磁窑堡二矿C142综放工作面矿压进行了监测,利用RFPA2D数值模拟软件对该工作面倾向覆岩破断规律进行了模拟。研究表明,工作面沿倾向矿压规律明显,直接顶和老顶破断均从工作面上部开始,随着工作面推进,破断位置逐步向工作面中部转移。工作面端头受压力拱保护,压力显现不明显,工作面上下顺槽煤壁支承压力规律明显。本论文对类似工作面矿压监测、生产管理提供了依据。

封闭采空区顶板垮落-空气冲击耦合模型与差分解法

基于牛顿第二定律和空气动力学原理,分析了矿山开采中突发性顶板垮落所伴随的飓风冲击灾害,建立了封闭采空区条件下顶板垮落-空气冲击的耦合模型,讨论了差分数值解法.借助数值解研究了封闭采空区条件下顶板块体运动速度的变化规律、冲击过程的作用时间,以及采空区所带巷道内压缩空气风流的速度变化规律.

厚松散层下煤层开采顶板垮落规律研究

运用松散介质力学理论和相似模拟实验研究厚松散顶板下煤层开采顶板垮落特征 ,详细分析了厚松散顶板下开采顶板垮落规律 ,得出了厚松散顶板下采煤采场支护阻力计算公式。厚松散顶板垮落特征与薄层状顶板垮落特征有着很大区别 ,顶板垮落形态似抛物线拱状 ,且随工作面推进冒落拱动态向前移动 ,其形态、大小基本保持稳定 ,靠采空区侧顶底板移近量最大 ,工作面支柱载荷前后排较小中间大 。