综放开采下煤层底板采动破坏深度预测

以淮南顾北煤矿12121工作面为工程研究背景,收集了22个综放工作面地质资料和底板破坏深度实测值,通过线性回归分析建立新的预测模型,得出了底板采动破坏深度的拟合公式,准确计算出底板采动破坏的深度,并将计算值及3个传统统计公式计算结果与现场实测值进行对比分析,得出新预测模型拟合公式比传统统计公式预测精度更高、误差更小,更接近实测值,基本可以满足现场需要。研究成果对淮南矿区煤层综放开采水害防治具有较高的实用价值,为类似工作面的水害防治提供更为科学的依据。

底板采动导水破坏带深度求取方法研究

准确预测底板采动导水破坏带深度是合理设计底板防水安全煤岩柱,解决煤矿底板突水问题的关键。综合分析了开采深度、煤层倾角、煤层开采厚度、工作面斜长等地质采矿条件对底板采动导水破坏带深度的影响。以27个典型工作面实测数据作为训练和测试样本,通过合理选择SVM中核函数、不敏感损失系数、惩罚因子等参数,建立了底板导水破坏深度与各影响因素之间的SVM回归模型。最后进行了测试分析,测试结果表明,采用SVM所建立的关系模型可以较好地根据各影响因素求取底板采动导水破坏带深度,获得的底板导水破坏带深度精度可靠、能够满足设计需要。研究成果表明:采用SVM的方法计算底板采动导水破坏带深度是可行的,该方法可以综合考虑对底板采动导水破坏带深度影响的多种因素,为今后快速准确地计算底板采动导水破坏带深度提供了一种新的方法。

底板采动破坏深度实测与模拟

针对煤矿底板突水问题,确定底板采动破坏深度是评价底板是否突水的重要因素之一.以山东东山矿业王楼煤矿11 301工作面为工程背景,采用钻孔双端堵水设备对工作面底板破坏深度进行了现场实测.基于FLAC3D数值模拟软件,根据王楼煤矿11 301工作面地质条件建立了数值模型,对该工作面底板应力场变化及底板变形破坏规律进行了数值仿真.研究结果表明:现场实测工作面开采后底板采动破坏深度为12.9 m,模拟结果显示底板破坏深度在12~15 m.实测结果与数值模拟结果相吻合,说明所建模型可以为相似条件下工作面开采底板破坏深度进行预测,为底板承压水上安全开采提供基础资料,对预防底板水害有一定的指导意义.

大水矿区底板采动“两带”实测方法研究

依据底板采动"两带"不同工程特征,提出底板采动"两带"深度的确定方法,即利用底板钻孔注水法或底板钻孔视电阻率变化法测定底板导水破坏带;采用微震监测技术测定力学损伤带。通过在赵固二矿11050工作面运用底板钻孔视电阻率变化法,实测了底板导水破坏带的深度;在赵固一矿16001运用微震监测技术发现了力学损伤带受到采动破坏和底板高水压破坏的形态,具备关键含水层上部能量分布相对于下部更为密集的特点。研讨了底板采动"两带"的划分在大水矿区底板承压水害防治中应用的工程意义。底板采动"两带"划分的研究成果对于大水矿区矿井底板水害治理工程优化具有指导性作用。

近厚松散层开采煤层底板采动破坏研究

以祁东煤矿7131工作面为例,采用FLAC3D模拟了厚松散层覆盖下的煤层开采底板破坏特征,并与经验公式计算结果进行对比分析。结果显示:厚松散层覆盖下的煤层底板岩层由于受到上覆高自重应力的影响,破坏深度和形式与基岩覆盖下煤层开采存在一定的差异。

薄煤层底板采动影响深度规律研究

煤层底板破坏深度规律是承压水上安全开采决策的重要依据。以往的研究过程主要通过压水试验、数值模拟和相似材料试验等方法探测其深度。近年来，CT探测等物理学手段不断被引入到矿井岩体的破坏程度探测研究中。剪切波速测试作为一种原位测试手段，过去仅在地表条件下适用。在兖州田庄矿平均煤厚1.2m，煤层底板距十四灰20～25m，距离奥陶系灰岩含水层50m的条件下，通过数值模拟、采前采后2个测点的底板破坏声波测试综合分析了11703面底板采动拉应力、塑性区、塑性状态变化的基本规律，得到了薄煤层采后严重扰动区、明显扰动区和影响区的分区规律。声波测试结果表明：明显扰动区与声波测试破坏下限深度基本一致，且研究结果已应用于11703工作面开采决策。

承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征

为研究承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征,以岱庄煤矿11607工作面的采场条件为工程背景,基于FLAC^(3D)数值仿真软件,建立承压水上膏体充填开采流-固耦合数值模型,对充填工作面回采过程中煤层底板的破坏特征进行了研究分析。研究表明:充填开采采动底板的承压水导升高度不明显,煤层底板破坏深度在工作面推进至12.4 m后趋于平缓,且当工作面推进至100 m时达到底板最大破坏深度仅为6 m,理论计算了充填工作面采动底板的最大破坏深度范围为3.83~5.27 m,采用单孔恒定水压法对11607工作面底板进行现场实测,测得底板最大破坏深度为6.50 m,与理论计算、数值模拟所得结果基本吻合。

含断层煤层底板采动破坏规律研究

以潘二矿11223工作面3#煤层开采为例,采用FLAC3D模拟软件研究含断层煤层工作面先期开采顺序对底板采动破坏规律的影响。结果显示,先期开采断层上、下盘时底板采动破坏深度分别为20、14 m,上盘采动破坏程度明显大于下盘,故建议先期开采工作面布置在下盘较为安全合理。

煤层底板采动破坏深度预测方法与应用

在对现有煤层底板采动破坏深度研究方法对比分析的基础上,采用FLAC^3D数值模拟方法,对平煤十二矿某工作面煤层底板采动破坏过程进行模拟,分析煤层底板破坏规律.破坏深度模拟值为19m,与实测值相吻合。

煤层底板采动变形破坏规律的数值模拟研究

以贵州河边煤矿12煤开采为例,利用FLAC3D软件模拟煤层开采后底板采动变形破坏规律,得到了12煤层底板采动破坏深度。模拟结果表明:12煤层底板采动破坏深度为8m左右,大于底板隔水层厚度,因此认为开采12煤层极有可能引起下部茅口灰岩含水层突水。

煤层底板采动变形破坏规律的数值模拟研究

以贵州河边煤矿12#煤开采为例,利用FLAC3D软件模拟煤层开采后底板采动变形破坏规律,得到了12#煤底板采动破坏深度。模拟结果表明:12#煤底板采动破坏深度为8m左右,大于底板隔水层厚度,因此认为开采12#煤极有可能引起下部茅口灰岩含水层突水。

基于未确知聚类法的底板采动破坏深度动态预测

根据微震监测结果,利用未确知聚类优化法,选取采深、煤层倾角、采厚、构造影响程度4个主要影响因素作为判别指标,建立煤矿底板采动破坏深度动态预测模型。利用微震实测的18组数据作为训练样本,以样本均值为聚类中心,采用信息熵理论确定各判别指标的权重,通过计算样本的多指标综合测度与所属类别样本均值乘积之和获得底板采动破坏深度的预测值,并对样本数据进行逐一检验。为进一步验证该方法的可靠性,另选5组样本进行预测,将预测值与微震实测结果做了比较。研究结果表明:底板采动破坏深度的预测值与实测值的平均相对误差不超过1%,底板采动破坏深度动态预测模型是可靠实用的,可以在同类矿山进行推广应用。

缓倾斜煤层采动底板破坏空间特征研究及应用

以灵新煤矿061405工作面为工程背景,基于弹性力学理论和数值模拟软件研究采动缓倾斜底板应力分布及空间破坏特征,并提出考虑底板破坏空间特征的突水危险性评价方法。结果表明:采动缓倾斜底板最大破坏深度解析值为21.5 m;沿工作面倾向采动底板破坏形态呈现“非对称倒马鞍”形且具有“靠近采空区上侧破坏深度小、下侧破坏深度大”的特征;采动缓倾斜底板破坏空间特征整体呈现从采空区中心区域向四周断层式增长的不对称变化趋势。考虑底板破坏空间特征的突水危险性评价结果与开采实践情况一致。

煤层底板采动应力分布及破坏特征

基于弹性理论建立了沿煤层走向采动底板受力力学模型,计算了煤层回采过程中底板内任一点处的剪应力大小。根据武所屯煤矿16105工作面采场条件,利用FLAC^(3D)数值仿真软件对工作面回采过程中底板的应力分布规律进行流固耦合数值模拟。研究表明:煤层回采后,采空区底板垂直应力等值线呈"椭圆型"分布,采空区底板垂直应力向底板深部先迅速减小后缓慢增加,且增加的幅度越来越小。工作面两侧采动底板剪应力等值线大致呈"泡型"分布,当工作面推进至工作面见方(工作面推进距离等于其斜长)期时,底板剪应力达到峰值12 MPa,此时底板剪切破坏最为严重,同时还模拟计算了16105工作面底板的最大破坏深度为15 m。

煤层底板采动破坏特征流固耦合分析

以山西龙矿盘道煤业有限公司2~#煤层的采场条件为工程背景,基于FLAC^(3D)数值仿真软件对工作面回采过程中煤层底板采动破坏特征进行流固耦合数值模拟。研究表明:煤层回采后,采空区底板垂直应力呈"半椭圆"形。采空区底板垂直位移呈"环状"分布,且采空区底板下方10m内垂直位移受采动影响较大,采空区底板塑性区大致形成了一个平底"碗状"破坏形态,采空区中部底板岩体受水平采动应力影响较大,以剪切破坏为主。采空区两端煤壁附近底板受支承压力影响较大,以拉张破坏为主。

特厚煤层综放采动底板变形破坏规律的综合实测

为了探究兖州煤田兴隆庄煤矿特厚煤层综放开采对底板岩层的变形破坏规律,应用钻孔应变感应法和超声成像技术对该矿某综放工作面进行了综合实测,获得了底板下不同深度应变增量随工作面推进的变化曲线和工作面推进过程中不同深度钻孔超声成像图片资料。通过5个应变传感器监测数据和大量钻孔超声成像图片的关联对比分析,基本确定了该工作面采动底板扰动深度和矿压作用下支撑压力的影响范围。研究结果表明:①该工作面底板采动扰动深度约为19 m,具有较明显分带性,即可分为采动扰动破坏带和采动扰动变形带,带厚分别约为16 m和3 m;②采动扰动破坏带属于整体塑性变形,其强度条件已基本丧失,但采动扰动变形带仍以弹性变形为主,具有良好的承载条件和较强的抗渗强度;③采动矿压超前和滞后显现明显,其对底板影响程度具有由浅及深而减小的特征。该综合实测方法的成功应用不但为综放开采巷道支护、老空水防治等提供重要信息,而且对深部即将开采的下组煤能否安全带压采掘研究也将具有重要参考价值。

超化煤矿“三软”煤层采动底板变形破坏的实测研究

通过现场应变实测系统研究了郑州矿区超化煤矿"三软"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。得出了在正常采动情况下厚的软煤和软底对应力和变形的传播具有一定的缓冲作用,受超前应力集中的影响,竖直应力的变化比水平应力大。揭示了中段灰岩组对应力分布和变形破坏的重要控制作用,为豫西煤炭资源向深部开采所引起的底板水防治提供了部分参考的依据。

采动底板横观各向同性岩体应力解析解

针对采动煤层底板应力计算中将底板层状岩体视为各向同性介质这一问题,通过把横观各向同性弹性理论引入到采动煤层底板应力解析解中,根据开采煤层上覆载荷分布特点,利用半无限横观各向同性弹性体表面受垂直集中力作用的应力分量计算公式,推导出采动横观各向同性底板中的附加应力解析解,并与FLAC3D数值解进行对比验证。在此基础上,分析了横观各向同性底板与各向同性底板中的附加应力在水平方向上的变化规律。算例显示,在煤层底板同深度下,横观各向同性底板垂直附加应力在采空区的卸载程度要小于各向同性底板,而水平附加应力则与之相反;在工作面两侧的底板中的垂直附加应力与水平附加应力的集中程度横观各向同性底板皆小于各向同性底板;横观各向同性底板的附加剪应力要小于各向同性底板。当底板为横观各向同性岩体,按各向同性岩体计算其应力分布是不合理的,需作必要的修正。

采动底板力学特征及其对回采巷道稳定性影响

应用理论分析、计算机模拟和现场实测,分析了采动底板应力传播规律及其对底板巷道稳定性影响规律。研究表明:煤壁前方应力增高区附近底板压应力分布呈现"球根"状,随着埋深的增加,垂直应力先增加后减小,剪应力浅部采场边界高度集中,是引起层状底板剪切滑移的根本原因。张集矿1113(1)工作面回采过程,活化了已回采稳定的两工作面层间似连续-非连续-散体结构,导致非连续结构的剪切滑移失稳,和散体冲破相互咬合摩擦力的移动,引起了1113(1)工作面轨道巷广距离失稳。相邻采区开采顺序由上下煤层间隔同采调整为上下煤层顺序开采后,巷道表面位移显著降低,技术经济效益显著。研究成果可为煤层群开采采区设计、底板巷道稳定性控制提供理论基础。

倾斜煤层底板采动应力分布规律及破坏特征

为探究倾斜煤层采动底板应力分布规律,根据弹性力学中的半元限体理论推导建立了沿煤层倾斜方向底板应力求解力学模型,计算了倾斜煤层采动底板内任一点处的水平应力、剪应力大小。基于FLAC^(3D)数值仿真软件对陈四楼煤矿21110工作面回采动过程中底板的应力变化规律和破坏特征进行了数值模拟。研究表明:1)当工作面推进90 m时,煤壁下方底板垂直应力开始大于水平应力,采空区煤层下方30 m范围内底板岩层中水平应力大于垂直应力,采空区煤层下方10 m范围内水平应力的减小幅度远小于垂直应力的减小幅度;2)当工作面推进至工作面"见方"(推进距离与工作面宽度相等)期时,煤壁后方10 m处采空区底板垂直应力开始大于水平应力,并且其减小幅度小于水平应力的减小幅度;3)采用钻孔双端封堵测漏装置对21110工作面进行现场实测,测得底板最大破坏深度为16.2 m,与理论计算、数值模拟所得结果基本吻合。