巨厚关键层条件下远距离下保护层开采保护效果分析

文章针对登封向阳煤矿巨厚关键层条件下的远距离下保护层开采,理论分析了巨厚关键层的极限跨距,运用数值模拟的方法,模拟巨厚关键层破断前后被保护层的应力、膨胀变形的程度,计算结果表明:由于巨厚关键层的存在,登封向阳煤矿保护层开采后保护效果不太理想,即巨厚关键层从某种程度上屏蔽了保护层的保护作用。此外,开采层过薄、层间距较大也一定程度上影响了保护效果。

巨厚关键层下采动裂隙分布与瓦斯运移规律研究

针对工作面上覆巨厚关键层的开采条件,采用相似材料模拟实验方法,研究了巨厚关键层影响下采动裂隙的分布特征,并以此为根据提出了瓦斯运移富集特征。研究结果可为巨厚岩层下工作面开采瓦斯突出的预测与防治工作提供一定的理论基础。

巨厚关键层对冲击矿压动静载作用机制研究

以陕西某千米深井巨厚关键层下采场冲击矿压显现为工程背景,分析了巨厚关键层矿震发育及采场冲击显现特征,采场第4、5工作面回采时巨厚关键层内矿震发育逐渐覆盖巨厚关键层全厚范围,且巨厚关键层下冲击显现主要发生在第4、5个工作面走向中部区域并监测到高能矿震。研究了巨厚关键层下采场覆岩结构及围岩应力演化特征并揭示了巨厚关键层对围岩动静载应力的作用机制。研究结果表明:巨厚关键层下采场第4、5工作面回采时,巨厚亚关键层和主关键层分别发生破断运动,顶板形成大尺度悬臂-铰接结构,其承担上覆载荷并转移至相邻实体煤区域,导致采场周围煤岩体静载应力显著升高;采动影响下大尺度悬臂-铰接结构发生多岩层协同破断,产生高能矿震动载扰动作用,导致高应力煤体动力失稳,冲击风险显著增加。提出了巨厚关键层下冲击矿压顶板深孔预裂爆破防治方案,实践结果表明该方案能够明显减小工作面顶板来压步距和矿震活动强度,显著降低冲击风险。

非均厚“弓形”巨厚关键层动静载作用机制

巨厚关键层破裂运动是诱发矿山动力灾害的重要因素,探究其厚度变化对采动应力分布及破裂动载的影响,对明确巨厚关键层采场动、静载来源及冲击矿压孕育机制具有重要意义,是冲击矿压风险预测及灾害防控的理论基础。以陕西彬长矿区某矿非均厚“弓形”巨厚关键层为研究对象,综合理论分析与数值仿真计算,剖析了巨厚关键层“弓形”形态下伏煤岩体采动应力异常集中的力学原理,探明了“弓形”形态对巨厚关键层破裂特征的影响规律,揭示了“弓形”形态下伏区域动静载叠加致灾机制,据此提出了“弓形”巨厚关键层破裂致灾风险预测方法。结果表明,“弓形”巨厚关键层底部凸起导致下伏煤岩体垂直应力异常集中,相较于均匀厚度巨厚关键层,该区域煤岩体垂直应力额外增加22.1 MPa,增幅比例高达56%,此为下伏煤岩体高静载形成的根本原因。同时,伴随着开采范围的扩大以及非均厚“弓形”巨厚关键层运动,造成其底部内凹拐角区出现显著的高应力集中现象,导致该区域岩石发生破裂及弹性能快速释放,此为强动载形成主要原因。在上述非均厚“弓形”巨厚关键层动静载叠加作用下,煤柱大巷区域极易出现冲击矿压。基于此,准确识别并定位了非均厚“弓形”巨厚关键层影响下采动覆岩动载形成来源及发生区位,结合巨厚关键层分布式光纤原位监测结果,以光纤断裂高度为监测指标,验证了巨厚关键层破裂及动载荷形成之间的内在联系。

巨厚关键层对远程下保护层开采卸压效果的影响

以海孜煤矿为工程背景,运用FLAC3D软件,模拟巨厚关键层下远程下保护层10#煤层开采及无关键层时下保护层开采,进行对比分析,得出巨厚关键层对被保护层9#煤层卸压保护效果的影响。结果表明,在巨厚关键层时的卸压保护效果远大于无关键层时的情况,这是穿层钻孔抽采上覆远距离煤层卸压瓦斯的原因;经卸压效果考察,认为被保护层得到了有效卸压。

分布式光纤监测的采场巨厚复合关键层变形试验研究

为了深入探究采场上覆巨厚复合关键层的移动变形规律,以义马矿区的地质条件为背景,利用计算机软件(KSPB)判别覆岩关键层位置;根据高位关键层与工作面推进长度的空间位置关系,结合符拉索夫厚板理论对其进行力学分析与计算;搭建三维立体模型(3.6 m×2.0 m×2.0 m)进行物理模拟试验,采用压力传感器测试采场支承压力,分布式光纤传感技术(BOTDA)监测覆岩动态变形过程,多点位移计测试岩层内部位移,并将3种测试结果进行综合对比分析。结果表明:复合关键层破断距理论计算值与物理模型试验测量值基本一致,传感光纤频移峰值在数值、位置、形状上的变化可反映覆岩关键层弯曲变形、破断、回转的动态演化过程;当工作面1推进至960 m时,40 m厚亚关键层一细砂岩(煤层上方112 m位置)中的传感光纤V 11出现了4次频移峰值,分别为438.98,313.85,304.27和288.97 MHz,发生了4次破断,初次破断距为368 m,周期破断距为186 m,处于垮落带;160 m厚亚关键层二下组巨厚砾岩(煤层上方225 m位置)中的传感光纤V 12出现了1次频移峰值,为165.94 MHz,仅发生1次破断,初次破断距为736 m,但结构未失稳,处于裂隙带;250 m厚主关键层上组巨厚砾岩(煤层上方386 m位置)中的传感光纤V 13最大频移峰值为38.61 MHz,远远小于光纤V 11和V 12的频移峰值,仅发生微小弯曲变形,处于弯曲下沉带。工作面2覆岩变形规律与工作面1趋势基本一致,但关键层在工作面1的破断距离比工作面2大。随开采范围增大,巨厚复合关键层自下而上逐步发生破断,会出现同步和非同步破断现象,增大了采场围岩失稳的不确定及控制难度,易诱发矿井动力灾害。

关键层控制下的覆岩及地表移动变形分析

根据常村煤矿煤层上覆岩层结构特性,结合岩移观测成果,分析影响覆岩破坏及地表移动与变形大小的主要因素,在覆岩下半部发育有岩性相对软弱的砂岩与泥岩互层及上半部发育的硬度高、厚度大、整体性好的巨厚砾岩层,和在巨厚砾岩主关键层控制下的地表移动变形规律。

重复采动停采边界关键层失稳诱发灾害研究

基于岩层控制的关键层理论,分析了重复采动过程中上覆巨厚关键层岩块形态特征、冒落和移动规律.结果表明:重复采动停采边界矿震机理归结为2种形式:1)采高增加引起顶板冒落高度增加,造成高位关键岩块铰接平衡结构失稳诱发矿震;2)重复采动引起顶板岩层移动线外扩,导致采场边界顶板活动范围增加,造成高位关键层破断诱发矿震.依据此机理,提出了降低推采速度(低扰动)、优化开采边界(低应力)等防控动力灾害的技术方法.通过3下510工作面实施运用与开采实践,达到了采场边界矿震及动力灾害的防控目的,保证了工作面安全和地面稳定.