综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析

为研究综采工作面采动覆岩压实区演化综合因素影响效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同采高(2,4,6 m)、不同推进速度(3,5,7 m/d)以及不同煤层倾角(0°,15°,30°)条件下的采动覆岩压实区裂隙演化规律研究,得到了压实整体形态随工作面采高、推进速度以及煤层倾角变化的演化规律。结果表明:采空区覆岩"三带"高度随着工作面采高的增大、推进速度的减小以及煤层倾角的增大呈线性增大趋势。采空区上覆岩层离煤层顶板越远,其贯通度越小,并在达到一定高度后,出现迅速减小的现象。受更高层位岩层的挤压以及两侧煤壁的支撑作用,覆岩离层率呈现两侧高于中部的"马鞍形"。构建出以覆岩贯通度突减、覆岩离层率突增以及断裂带发育高度为依据的综采工作面覆岩压实区边界判定准则,得到不同开采条件下覆岩压实区整体发育形态,进而发现采高对压实区影响主要表现在高度方面,煤层倾角对压实区宽度和对称度的影响较大,推进速度对压实区的高度与宽度都有较为明显的影响。基于采动裂隙椭抛带理论,结合物理相似模拟试验结果,构建了多因素影响下的采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型,并结合工程实践,有效提高了现场瓦斯治理效果,保证了工作面的安全回采。

裂隙发育过程对采动裂隙椭抛带压实区的影响研究

采空区瓦斯抽采的关键是了解工作面上覆岩层裂隙的演化过程。为了研究综采工作面覆岩采动压实区演化规律,高效进行煤矿采空区瓦斯抽采工作,以神东某矿区2207工作面为原型,通过物理相似模拟实验,利用自主研发的覆岩裂隙监测系统将图像进行直方图均衡化增强和中值滤波去噪处理,获得二值化裂隙图像后利用分形理论定量描述裂隙率,对典型周期来压覆岩垮落裂隙率进行统计分析,建立了裂隙发育程度受工作面推进时间的时空函数和采动裂隙椭抛带压实区演变修正模型。结果表明:覆岩平均裂隙率变化符合DoseResp函数关系,裂隙的发育过程包括产生、扩展蔓延、压实闭合3个阶段,裂隙在产生、闭合这2个阶段发育速率较平缓,而在扩展阶段发育速率陡增。采空区上覆岩层裂隙场形成旧裂隙区、压实区和新裂隙区3个区域,裂隙发育周期的不同导致旧裂隙区与新裂隙区在发育状态、压实程度和空间形态上有着明显差异,这些差异导致了采空区覆岩非对称性下沉现象的发生。通过分析覆岩应力恢复与覆岩内部裂隙演变关系,进一步验证了采用DoseResp时间函数曲线可以很好的表现采空区上覆岩层裂隙异速演变特征。最后建立了考虑覆岩裂隙异速演变效应的采动裂隙椭抛带压实区修正模型,并结合现场工程实践,有效提高瓦斯抽取高位钻孔布置的准确性,为工作面的安全开采提供理论指导。