沟谷地形浅埋煤层开采覆岩形态演化规律研究

以转龙湾煤矿231采区公涅尔盖沟区域Ⅱ-3煤层开采为研究背景,基于岩层控制的关键层理论,运用相似物理模拟实验研究浅埋煤层开采覆岩破坏场、位移场及采动裂缝演化规律。研究结果表明:受沟谷地形载荷分布影响,主关键层周期破断距随着载荷层厚度的增大而减小,模型1、模型2、模型3中主关键层周期破断距分别为7~17、12~24、11~23 cm;模型1、模型2、模型3中主关键层垂直位移最大值分别为22.77、24.42、20.98 mm,结构缺失的关键层破断后不易形成稳定的“砌体梁”承载结构,是导致模型2主关键层垂直位移最大值大于模型1和模型3的主要原因;随着工作面的推进,覆岩运移影响范围在竖直和水平方向逐渐增大;主关键层处于周期破断阶段,采动裂缝形成和发育进入活跃期,其数量和间距与主关键层破断规律有关;采动裂缝具有动态变化特征,沟谷底部及两侧坡脚裂缝容易受挤压影响,裂缝宽度较小甚至闭合,地表平坦区域裂缝形态相对稳定。

厚煤层大采高综放工作面覆岩断裂演化规律研究

大采高综放开采易形成强烈的矿压显现,上覆岩层的断裂演化规律对工作面安全生产至关重要。以羊场湾煤矿160206工作面为工程背景,运用相似模拟试验、数值模拟和理论分析的综合研究方法,对大采高综放工作面覆岩的断裂过程与覆岩运移规律进行系统研究。研究表明:导水裂隙带内岩层随工作面推进表现为“台阶下沉”,同层岩层下沉趋势沿走向表现为“急剧下降—稳定(最大值)—快速上升—稳定(最小值)”。工作面覆岩运动场由两区分布(加速下沉区、缓慢下沉区)演化为三区分布(加速下沉区、缓慢下沉区、稳定区)。对离层演化与地表下沉规律进行了定量描述,运用理论计算表达式深入地剖析了地表的动态下沉机理及其相关因素。结合相似模拟与数值模拟的试验结果,提出了覆岩断裂演化的形态变化特征:覆岩断裂形态由“单等腰梯形”演化为“双等腰梯形”,表土层影响区由“矩形”演化为“倒梯形”。分析了覆岩中垮落区、离层区、压实区、裂隙富集区的动态演化过程:垮落区逐渐增大至一定程度,高度小幅度降低并趋于稳定,离层区由下至上逐渐发育并随工作面向前移动,离层区逐渐闭合形成压实区,且压实区逐渐增大并最终保持稳定,裂隙富集区位于采空区前后端部并随工作面向前移动。

水力耦合条件下近距离煤层采动裂隙动态演化规律探究

为了研究水力耦合条件下近距离煤层下覆岩破断特征及采动裂隙演化规律,以沙曲一号煤矿为研究对象,采用理论分析、相似模拟及数值模拟研究相结合的研究手段,分析了受水力条件影响下伏煤层回采过程中覆岩裂隙动态演化规律,指出了水力条件对于覆岩垮落及采动裂隙发育的影响。结果表明:工作面回采过程中上覆岩层的垮落形态及采动裂隙的演化规律不受水力条件的影响,然而受到水力条件的影响覆岩初次来压步距减小10m,其周期来压步距减小3m,且工作面回采相同的距离受水力条件影响的工作面覆岩垮落强度较为剧烈,其位移量及来压强度也相对较大,因此在对工作面覆岩进行支护时应加大支护强度或增加支护密度。