近距离煤层采空区覆岩裂隙演化规律研究

矿井井田及周边巷道、采空区分布等导致地质条件复杂,给矿井安全生产带来不稳定因素。针对上述问题,采用理论建模方法建立采空区顶板力学模型,推导解析顶板弯曲下沉挠度函数,运用数值模拟软件模拟研究采空区覆岩裂隙演化规律。在实际煤矿井下进行钻孔探测,结果表明,覆岩层裂隙发育高度为1.3~3.4 m,覆岩出现损伤但影响范围较小,煤层之间稳定岩层的最小厚度为12.2 m,裂隙具有完整性和一定的承载能力。

不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律研究

在采动影响下浅埋煤层综放工作面上覆岩层垮落形成与地表贯通的裂隙,这些裂隙导致的地表垂直漏风对采空区煤自燃有重要影响。为研究不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律,分别在冬、春、夏、秋4个季节利用SF_(6)气体示踪法对陕西陕煤曹家滩矿业有限公司122108工作面进行地表垂直漏风测定,分析了不同季节地表和井下采空区的温度、大气压强及漏风速率变化规律。结果表明:①冬季工作面地表和井下采空区之间的温差相对较大,最大温差可达37.7℃,夏季工作面地表和井下采空区之间的温差相对较小,最小温差仅为0.9℃;冬季工作面地表和井下采空区之间的最大气压差达40.37hPa,夏季工作面地表和井下采空区之间的最大气压差为22.47hPa;春季和秋季工作面地表和井下采空区之间的温差、气压差则相差不大。②冬季漏风速率相对较大,平均最大漏风速率达8.364m/min;夏季漏风速率相对较小,平均最大漏风速率为6.918m/min;春季与秋季的漏风速率相差不大。③距工作面较近时,漏风速率较大。根据地表垂直漏风规律,可采取井下均压、进回风隅角封堵及地表裂隙覆盖等措施,以保证122108工作面安全开采。

背景噪声成像在倾斜煤层采空区变形中的应用研究

大沫电厂由于煤层采空引起的地表变形,对厂房、蓄水池结构造成破坏,严重影响电厂的安全运行,为准确预测地表变形规律,提交采空区治理方案,运用背景噪声成像技术对采空区进行拟波阻抗成像,结合钻孔资料对冐落带、裂隙带和弯曲变形带进行了准确划分,采用摩尔-库伦模型对采空区覆岩的变形进行数值模拟,预测了采空区地表近10年的地表变形特征,并结合INSAR数据对数值模拟成果校验,为采空区变形评价、治理提供依据。

隧道开挖对下伏水平薄煤层采空区地层的扰动及衬砌受荷特征

为探明下伏薄煤层采空区地层中隧道施工对地层的扰动以及衬砌结构受荷特性,采用离散元颗粒流软件,从细观角度对隧道开挖引起的地层应力变化特性进行了模拟分析,同时在室内开展模型试验量测了下伏煤层采空区地层隧道衬砌背后土压力以及二次衬砌结构内力(轴力、弯矩),分析了特定围压下间距对土压力和二次衬砌受力的影响。结果表明,下伏煤层采空区地层因隧道开挖引起的围岩松动区呈"O"形分布,隧道下伏围岩颗粒接触力反而小于隧道上覆围岩;洞周允许位移越大,颗粒接触力链间断区域越大;间距越小,颗粒接触力链间断区域越大,当间距大于2.0D(D为隧道跨度)时,下伏采空区对隧道围岩颗粒接触力影响逐渐消失,降低了地基反力,间距越小,降低程度越高;二次衬砌内力分布有一定的离散性,二次衬砌裂缝最先出现在拱底,是隧道主体结构的薄弱环节。

上覆薄煤层采空区公路隧道开挖稳定性试验研究

隧道下穿煤层采空区施工将对周围地层产生扰动,影响隧道围岩及初期支护的稳定性.进行了上覆薄煤层采空区隧道开挖的室内相似模型试验,试验中通过测量隧道开挖过程中采空区地层、隧道拱顶的沉降及初期支护内力等参数,对上下台阶法和单侧壁导坑法进行了对比分析.测试结果表明,隧道开挖引起的采空区地层沉降受开挖方法的影响显著,上下台阶法开挖引起的采空区地层沉降高于单侧壁导坑法,沉降槽曲线较陡、沉降范围更宽.两种开挖方法中,围岩压力的最大值均位于右拱脚处,钢拱架最大弯矩出现在拱脚处,最大轴力位于拱腰或拱肩处.其它条件相同时,采用单侧壁导坑法开挖时初期支护背后的围岩压力、钢拱架内力和偏心距等普遍大于上下台阶法开挖.研究表明在隧道下穿倾斜煤层采空区施工时,采用单侧壁导坑法开挖可以显著减小对采空区地层及围岩的扰动,但同时需增强初期支护的刚度,确保围岩及隧道结构的整体稳定性.

上覆水平煤层采空区衬砌受荷模型试验研究

隧道近接上覆水平采空区地层施工易扩大上覆围岩松动范围,增大松动荷载,为探明隧道衬砌结构受荷特性,采用室内相似模型试验量测了上覆水平煤层采空区地层隧道二次衬砌结构内力(轴力、弯矩),分析了不同边界压力作用下位移、轴力和弯矩的变化情况和特定压力下间距对二次衬砌受力的影响。结果表明:上覆采空区对洞周位移和二衬内力造成了一定影响,采空区底板与隧道间距越小,位移越大,当竖向压力为1000 k Pa时,与无采空区工况相比,0.5D工况最大位移增加93.73%,1.0D工况增加27.90%;弯矩和轴力的增加越明显,当竖向压力为500 k Pa时,与无采空区工况相比,间距0.5D工况最大弯矩增加139.68%,间距1.0D工况最大弯矩增加34.39%,采空区的存在导致轴力分布形态变化较大,间距0.5D工况平均轴力增加78.39%,间距1.0D工况平均轴力增加37.81%;最大偏心距出现在仰拱部位,承载能力相对较低,是隧道主体结构的薄弱环节;二次衬砌仰拱位置最先开裂,煤层采空区对裂缝展开顺序有一定影响。

长江三峡链子崖危岩体煤层采空区的治理

介绍了长江三峡链子崖危岩体防治工程煤层采空区的治理情况。针对危岩体地质条件及变形特征，结合煤层采空区的实际情况，工程采用承重阻滑键的治理方案，将所有的承重阻滑键连接起来，使危岩体底部构筑成一个完整的混凝土支撑结构体系，实现承重阻滑的目的，从而阻止危岩体的滑动及下沉。

倾斜煤层采空区瓦斯运移规律实验研究

运用自制的倾斜煤层采空区瓦斯流场实验平台进行相似模拟实验,研究倾斜煤层采空区瓦斯流场有、无挡风帘情况下的3区划分,确定强渗流区、渗流区、非渗流区的具体范围,进一步比较分析,确定上、下两巷采空区自然发火的具体范围。

煤层采空区铁路工程地质综合勘察技术研究

研究目的:在高速铁路、客运专线和铁路路网配套建设中,线路经过地段往往难以绕避一些时间久远、分布无规律且地面痕迹不明显的小煤窑等古老采空区。此类采空区对铁路建筑物的危害极大,如何准确地查明其空间位置、塌落、回填和充水情况、残留的有害气体成分和分布情况等,一直是困扰铁路工程地质勘察的一大难题。本文以赣龙复线铁路小密隧道出口段为工程实例,采用综合勘察技术查明采空区复杂的工程地质条件,取得合理的岩土参数,为采空区加固处理设计提供可靠依据。研究结论:(1)采用地质调绘、综合物探、结合必要的地质钻探、综合测试,并通过综合分析、研究等综合勘察技术可准确查明采空区复杂的工程地质条件,取得合理的岩土参数;(2)小密隧道施工已近四年,经施工验证,采空区地质勘察成果与实际地质条件相当吻合;(3)提出了铁路工程采空区综合勘察存在的问题和相关建议;(4)本研究结论可为类似采空区工程地质勘察提供一定的指导和参考。

隧道穿越倾斜煤层采空区段施工力学特征分析

为研究隧道穿越倾斜煤层采空区段时,采空区围岩的力学变化对隧道超前加固措施及支护结构的影响,采用Flac 3D软件模拟计算隧道穿越采空区的各施工阶段,分析采空区围岩施工力学特征的动态变化过程及隧道支护结构的受力特征。结果表明:1)隧道在穿越上覆煤层采空区时,采用超前小导管注浆加固能有效阻止围岩的变形破坏;2)中隔壁拆除后,初期支护结构承担了大部分围岩应力,拱腰及拱脚部位最小主应力值分别增加了13%、41.3%,改善了隧道结构的受力条件;3)在采空区段锚杆轴力最大值为226 kN,发挥了很好的锚固作用;4)隧道穿越下伏煤层采空区时,采用填石注浆的加固改善比例为154.3%,治理措施较为合理。隧道二次衬砌结构的施作更是隧道安全的保障。

局部正压通风技术防治上部煤层采空区CO涌出

针对龙华煤矿3-1煤层30106、30107工作面上部2-2煤层采空区高浓度CO气体有从工作面大量涌出的危险,采用灌注高分子发泡材料、注氮与局部正压通风技术,消除了高浓度CO的威胁;介绍了局部正压通风技术的实施步骤以及通风系统的调整方案;通过风压、风量以及上隅角CO浓度监测,综合评价了局部正压通风技术的实施效果。现场应用发现,采用局部正压通风技术可将本煤层与上部煤层采空区的压能差保持在约200Pa,能保证上隅角CO体积分数不超过24×10-6。

隧道开挖对上覆煤层采空区地层的扰动分析

隧道近接上覆采空区地层施工易扩大上覆围岩松动范围,增大松动荷载,为探明隧道开挖对上覆采空区地层的扰动规律,采用离散元颗粒流软件从细观角度分析了隧道开挖过程中上覆采空区地层应力变化特性,分析了采空区与隧道间距、采空区厚度及倾角对围岩应力的影响。结果表明:上覆采空区地层隧道开挖后围岩颗粒接触力链断开区域分布在隧道上方,开挖后洞周位移越大,颗粒接触力链断开区域也越大;间距越小,开采煤层越厚,颗粒接触力链断开区域越大;煤层倾角影响了松动区域位置。

浅埋煤层采空区直流电法探测水槽模拟试验研究

浅埋煤层采空区因其埋藏浅,易造成地表塌陷,给人们生产和生活带来严重影响。直流电法探测是查明其分布状况的有效手段,浅埋煤层采空区直流电法探测电性响应特征研究可有效指导野外生产并提高探测精度。以直流电法的探测理论为基础,以水槽模拟为研究手段,选用不同介质模拟充气高阻浅埋煤层采空区和积水低阻浅埋煤层采空区,根据相似准则建立了浅埋煤层采空区的地电模型,通过水槽模拟研究了直流电法温纳装置、施伦贝谢装置和单边三极装置下浅埋煤层采空区的地电场响应,通过不同图件对比分析了高阻、低阻采空区在直流电法3种不同装置上的响应特征。水槽模拟试验结果表明:浅埋煤层采空区在直流电法不同装置上均有明显的电性差异,四极测深和三极测深均能较好地反映出高、低阻采空异常体在平面上的位置;温纳装置对高、低阻采空区反应都较好,且垂向分辨率较高;施伦贝谢装置随探测深度加大分辨率会降低;单边三极装置对采空异常反应最为灵敏,但异常位置稍有偏差。

下伏煤层采空区对公路隧道影响的数值分析

下伏煤层采空区具有隐伏性强、空间分布及变形复杂等特点,对公路隧道影响大,如何评价采空区对公路隧道的影响是目前的技术难题。文中结合工程实例,采FLAC^3D三维数值软件,系统分析了煤层开采引起的覆岩塑性变形、覆岩应力分布、隧道底板水平变形、倾斜及曲率等特征。结果表明,随着煤层的逐步开挖,空区上覆岩层至地表均产生了一定程度塑性变形;隧道底板水平变形量、倾斜值、曲率值超过容许变形值,需采取工程措施处治或避让处理。

铁山隧道煤层采空区病害综合治理

结合铁山隧道煤层采空区病害治理实例,介绍采空区注浆加固的设计、施工方法、施工工艺、注浆效果及注意事项等,提出了对一些相关问题的看法。

乌奎高等级公路下煤层采空区注浆治理

对设计和施工中的一些问题如注浆压力、注浆工艺、外加剂等方面作了深入的分析，提出了一些建议，以供其他类似工程参考。

煤层采空区赋存状态及围岩稳定性分析

为保障隧道施工安全,有必要查明隧道周围采空区的赋存状态。以召泸高速公路项目隧道穿越多个煤层采空区为工程研究背景,采用瞬变电磁法对隧址区进行大面积勘探,结合现场勘查及钻探综合确定了采空区的分布范围及赋存形态。根据采空区的形态,对煤层开采过的采空区采用“三带”理论分析围岩破坏特征和力学特性,采用经验公式计算采空区垮落带及导水裂隙带的破坏高度,结合数值分析确定了围岩的破坏模式、破坏特征及围岩的稳定性。

煤层采空区“三相”的激发极化特征

激发极化法对煤层采空区、采空积水区、裂隙富水区等情况的探测,可以取得不同的响应特征,具有良好的区分效果。将该方法的物理–电学特性与土力学理论相结合,从土力学中的"三相"(固体、液体、气体)角度对激发极化法探测煤层采空积水等情况的不同特征进行理论分析,并进行了"三相"相关参数(饱和度、孔隙率)与激发极化特征(视电阻率、极化率)之间的关系实验。理论分析及实验结果表明:煤层采空区激发极化特征表现为"高电阻率、低极化率",采空积水区表现为"低电阻率、中–高极化率",裂隙富水区表现为"低电阻率、高极化率";煤层采空积水等不同情况下的激发极化特征与饱和度、孔隙率的变化密切相关。山西晋城某煤矿的工程实例,验证了理论分析成果。

乌-奎高速公路煤层采空区注浆治理工程问题

文章对煤矿采空区治理工程中的钻孔注浆问题进行了讨论。根据乌-奎高速公路上的具体实践,提出了钻孔注浆工艺的适用方法。从注浆过程、注浆材料等方面针对不同的注浆目的和地质情况,提出了改进的意见,克服了原设计在注浆施工中遇到的困难,解决了实际问题。

双源面波地震勘探在煤层采空区探测中的应用

面波勘探具有简便、快速的优点,在陕北柠条塔井田煤层采空区探测中取得良好的地质效果。利用面波的特征反映不仅可以通过单炮记录进行煤层采空区初步解释,还可通过剖面波场特征频谱特征以及频散曲线进行煤层采空区综合解释。