河流下综放工作面覆岩破坏特征和陷落柱防水煤柱留设研究

目的长平矿Ⅲ2317工作面在开切巷处揭露陷落柱,地表丹河流向与工作面推进方向一致,受采动影响,陷落柱内部水体及河水可能通过开采裂隙导入回采空间,从而造成工作面突水。针对以上问题,方法本文采用理论分析、数值模拟和现场观测等方法,对回采工作面覆岩“两带”高度、覆岩破坏特征和陷落柱煤柱留设宽度进行研究。结果结果表明:工作面顶板垮落带与导水裂隙带最大发育高度分别为18.38,93.85 m,河水对工作面不构成突水威胁;无煤柱开采时,陷落柱一侧顶板裂隙沿陷落柱胶结面向上高度发育;结合理论计算和数值模拟分析,确定煤柱宽度为35 m。工作面在留设35 m煤柱条件下安全完成回采,地表变形特征符合预期,最大下沉量达到4000 mm,回采过程中工作面未发生突水事故。结论研究结果可为类似条件下的煤层安全开采提供理论和经验支撑。

近距离煤层群多重采动覆岩破坏特征及应力传递规律研究

近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11#煤层、14-2#煤层、14-3#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群开采时顶底板围岩的覆岩破坏特征及应力传递规律。研究结果表明:近距离煤层群下行开采过程中,随着采动次数增加,顶板横向裂隙超前发育和纵向裂隙穿层效果更为明显,垮落块度明显减小,来压规律不明显;煤层顶板覆岩因采动产生的应力峰值随采动次数增加而降低;初次采动影响下,稳定后的覆岩应力要明显小于原岩应力,而多次采动稳定后的覆岩应力与该次采动前相近;上覆岩层在多重采动影响下,破坏更彻底,形成台阶式的岩层切落。研究结果可为条件相似的近距离煤层群开采顶底板围岩控制、采空区积水及瓦斯防治提供参考依据。

考虑岩石应变软化的厚煤层综放开采覆岩破坏特征研究

为了分析裴沟矿31采区的煤炭开采对上部魔洞王水库的影响,以及评价水体下开采的安全性,首先分析了岩土体材料在三轴压缩试验中表现出来的应变软化现象,认为岩石峰后的软化能够说明覆岩破坏后的力学特性;然后介绍了FLAC3D中应变软化模型;最后分别建立Mohr—Coulomb理想弹性模型和应变软化模型的数值模型,针对工作面推进过程中覆岩移动破坏的特征以及顶板导水裂隙带发育规律,分析了两者计算结果的差别,计算结果表明:应变软化模型对覆岩移动破坏特征的计算更加准确,能够说明工作面推进过程中覆岩移动规律,通过其计算得到的导水裂隙带高度的预计对水体下采煤的安全性评价有一定的参考价值。

急倾斜特厚煤层水平分段综放开采覆岩破坏特征

本文通过相似材料模拟对急倾斜特厚煤层水平分段综放开采覆岩破坏特征进行分析,发现了覆岩破断形态为"倾斜梯形",随着采深不断增加受到前部开采垮落角的影响逐渐增大。给出了不同高度的岩层的下沉率与岩层距煤层顶板高度的关系式。总结出急倾斜煤层水平分段综放开采覆岩破断、运移总体的趋势是岩层沿层面向下移动,最大下沉值位于工作面的中上部区域。

综放开采覆岩破坏特征与导水断裂带高度模拟研究

为了研究煤矿综放开采覆岩破坏规律与导水断裂带高度,通过数值模拟分析了采动覆岩破坏过程,采用理论分析方法建立了直接顶破坏与基本顶砌体梁失稳力学模型,揭示了直接顶与基本顶失稳机制。基于盛泰煤矿15201综放工作面采矿地质条件,研究了不同采高、工作面倾向长度、煤层倾角条件下导水断裂带最大高度。研究结果表明:导水断裂带高度与煤层采高、工作面倾向长度、煤层倾角呈正相关关系;导水断裂带高度数值模拟结果位于《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中经验公式计算结果范围之内,验证了该数值模拟模型及岩性参数的合理性。

奥陶系石灰岩推覆体含水层下煤层开采覆岩破坏特征研究

采用相似模型试验和数值模拟相结合的方式,分析了奥陶系石灰岩推覆体含水层下煤层开采的覆岩破坏及地表沉陷特征.经验公式计算,相似模型试验和数值模拟的对比分析表明：该特殊地质条件下,不考虑渗流场影响时,垮落带高度为采厚的2.2-4.5 倍,导水裂隙带高度为采厚的14.0-19.1 倍;渗流场的存在使导水裂隙带及垮落带高度增加,此时垮采比为4.8,裂采比为20.6.因此,从偏安全的角度考虑,煤层的实际开采过程应考虑渗流场的影响,以渗流场-应力场耦合作用下的导水裂隙带高度作为安全煤（岩） 柱合理留设的依据.

新元矿综采工作面覆岩破坏特征研究

为研究新元煤矿31006综采工作面覆岩破坏特征,采用理论计算、数值模拟研究方法,对工作面开采过程中覆岩“上三带”发育高度以及顶板应力演化规律进行了深入研究。不同研究方法得出“两带”发育高度结果为:冒落带高度为19.2 m,裂隙带高度为42.55±5.6 m,数值模拟结果得出“两带”高度结果为:冒落带高度为18 m,裂隙带发育高度为48.6 m,两种研究方法所得的结果基本一致,计算结果可靠性较高;研究结果表明:工作面推进过程中,受煤层开挖扰动影响,在距离工作面前后端煤壁处会出现应力升高、集中现象,且超前工作面10~15 m的范围,研究结果可为新元矿高抽巷合理层位布置提供理论指导。

厚土层薄基岩高强度开采覆岩破坏高度与特征

为研究厚土层薄基岩高强度开采覆岩破坏特征,以千树塔煤矿12305工作面为研究背景,综合运用UDEC数值模拟、现场实测和理论分析等方法研究了工作面开采后厚土层薄基岩类似地质条件下覆岩移动破坏规律。结果表明:随着工作面不断推进,覆岩破坏高度变化呈现出缓增、突增、稳定3个阶段,缓增和突增阶段主要发生在薄基岩中,而稳定阶段则发生在厚土层中,同时厚土层存在一定的液性指数,导致地表下沉滞后;通过冲洗液漏失量观测和注水试验得到该工作面导水裂缝带发育高度为84.5~86.5 m,裂采比为7.9~8.1,数值模拟及理论计算结果均与实测结果较为接近;阐述了厚土层薄基岩“两带”破坏模式,该模式中薄基岩和厚土层分别起到支撑和施荷的作用,薄基岩易被采动裂缝贯穿,而厚土层对采动裂缝的上向发育具有抑制作用。研究结果可为类似条件下矿井的安全生产提供参考。

海底采矿覆岩变形破坏特征及临界开采上限的物理模拟试验研究

海底赋存大量未开采的矿产资源,利用前景广阔。与陆地采矿相比,海底采矿受上覆水体威胁巨大。因此,准确掌握采空区上覆围岩变形破坏规律,设置合理的顶部预留隔水矿柱,对海下采矿工程安全、高效生产具有重要意义。本文以山东三山岛金矿新立矿区这一典型的海底矿床为研究对象,基于滨海矿山复杂的工程地质特征,采用室内地质力学模型试验的方法,重现了海下充填开采过程,阐明了动态开采条件下海底矿山采空区围岩变形破坏规律和特征。试验结果表明,三山岛新立矿区的临界开采高度为-85 m,顶部预留隔水矿柱的最小厚度为50 m。若开采超过该临界值,采空区和顶部含水层将发生贯通性破坏,其失稳模式为断层活化。研究成果可为新立矿区预留矿柱高度的选取提供理论基础,也可为相似地质条件下矿山安全开采提供参考。

采动覆岩破坏演化特征模型实验与分析

采动覆岩破坏演化特征研究对煤炭安全开采具有重要指导意义。以新疆哈密大南湖一矿1303工作面为研究对象,根据开采技术条件,构建采动覆岩破坏演化特征实验模型;分析覆岩运移特征与声发射监测信息,揭示了采动覆岩单次破裂及来压过程中多次破裂的能量耗散与演化特征,其历程分别为"释放-积聚-释放"与"裂隙扩展-破裂-垮落"。借助钻孔电视判定覆岩破坏演化高度,结果表明:工作面开挖后,覆岩破坏高度随模型开采持续增加,但受下方煤岩体碎胀效应影响,覆岩破坏高度增幅随来压次数增加而逐渐降低。工作面推进至246.4 m时,破裂岩块间形成稳定的挤压平衡结构,工作面达到充分采动状态,采动覆岩破坏高度峰值为96.0 m.相关研究成果为指导工程实践提供了定量依据。

基于微震监测的深埋煤层顶板导水裂隙带发育特征

导水裂隙带发育高度是矿井水害预测的重要技术参数之一。以彬长矿区文家坡煤矿4103工作面为研究对象,利用井–地联合微震监测技术对顶板导水裂隙带发育特征进行研究。研究结果表明:深埋煤层开采时,微震事件超前工作面回采位置发育,超前影响角最大为35°,最小为28°;断层的存在降低了覆岩稳定性,相较于正常基岩,更易在回采影响下发生应力集中和破坏;断层加大了微震事件发生的超前距,而采空区则使微震事件的高密度区向其所在部位发生偏移,加剧覆岩破坏程度,增大导水裂隙带发育高度;垂向上,4103工作面监测区内的微震事件高密度区域主要集中在高程+400^+520 m,结合微震事件数量和能量分布特征,判定4103工作面垮落带发育高度为50 m,垮采比13.16,导水裂隙带发育高度为117 m,裂采比为30.79。该成果可为彬长矿区类似煤矿深埋煤层顶板导水裂隙带发育高度研究及顶板水防治提供重要依据。

矿井综合防治水技术应用研究

为提高矿井防治水效果,结合实际,分析常见的煤矿水害原因,探讨矿井的充水通道类型,揭示矿井充水的过程,并提出针对性的矿井防治水技术,以期有效减少和预防矿井水害。

巨厚松散层薄基岩厚煤层采动裂隙发育抑制机理

针对郭屯煤矿巨厚松散层薄基岩厚煤层开采后覆岩的破坏特征,通过工作面浅部区域的地层赋存特征分析,建立与其条件相似的数值计算模型,对比分析了不同采煤工艺覆岩的破坏特征,研究了深井提限开采覆岩的变形破坏特征,分析了裂缝发育抑制作用机制。研究表明:煤层厚度为9 m,分别采用自下而上分层开采、预采顶分层网下综合机械化放顶煤开采和综合机械化放顶煤开采,导水裂缝带最大发育高度分别为40.7、45.1、70.0 m,垮落带最大高度分别为16.2、26.3、36.2 m;垮落带高度符合传统条件开采一般规律,但由于基岩薄且风化削弱岩层强度,采空区上覆岩层下沉较快,上部采动得不到充分发育且很被快压实愈合,且工作面新近系底界为巨厚粘土层,塑性强,很好地抑制冒落带和导水裂隙带的发育,从而导致巨厚松散层薄基岩区开采导水裂缝带高度较一般条件下要小。

超薄基岩采场矿压显现规律与调控技术研究

以皖北矿区厚含水松散层下超薄基岩开采工作面实测矿压资料与实验数据为依据,论述了超薄基岩工作面顶板的风化变异特征。首次提出了厚含水松散层下超薄基岩开采工作面无老顶控制关键层、无自承能力,有效导水裂隙带与冒落带基本一致以及静压大、动压小,移动快、变形大、下沉大、回缩压密快和破坏影响范围小等一系列变形移动破坏新特征。分析了矿压显现与覆岩破坏移动演化特征产生的机理,着重阐述了为确保在超薄基岩内安全开采,应加大开采高度。采用“护—让结合”以及实行“采空区滞后控水、煤水分流、物探预测、地质弱面预先加固”等控制顶板与防止水患的调控技术保障措施。突破了水体下开采“降低并控制采高”的开采原则;取得了安全、高效的开采效果。

基于微震监测技术的煤矿顶板水害预测

以亭南煤矿307工作面为工程背景,通过模拟分析导水断裂隙带高度来验证微震监测数据实时监测导水断裂带高度的可靠性,并利用数理统计方法分析了微震事件与顶板涌水量的关系。研究结果表明:307工作面在不同推进距离条件下,微震事件集中分布于覆岩破坏严重区,能够反映覆岩破坏情况及导水裂隙带发育高度;工作面回采数值模拟结果与微震监测事件变化规律基本一致,导水裂隙带高度发育特点为“前期增长快,中期增长慢,后期达到平衡”;307工作面微震监测数据事件数与同时间段内的涌水量相关性显著,涌水事件和微震事件的发生具有特定的滞后效应,采用合适的滞后微震数据做预测能更好地提高涌水量预测准确度。

采动和渗流共同作用下覆岩破坏形态研究

覆岩破坏高度和形态的研究对水体下安全采煤至关重要。提出了把σ_1>σ_t作为模拟研究导水裂隙带范围的判据,针对大平煤矿S2S9工作面工程地质资料及开采条件,应用有限元软件ADINA模拟研究了煤层工作面开采过程,分析了在采动和渗流共同作用下覆岩的破坏特征及导水裂隙带形态,并利用现场实例对其进行反演计算。数值模拟的导水裂隙带的高度为160 m,与实测数据相符,为覆岩导水裂隙带高度的确定提供了一种可行的方法。

承压含水层下综采工作面调斜开采覆岩破坏模拟研究

针对祁东煤矿松散承压含水层下采煤压架突水问题,结合8_222工作面的地质采矿条件,对初采期调斜开采过程中的覆岩破坏特征进行了模拟。结果表明:在初采期调斜开采情况下,顶板关键层悬露形状为三角形,开采尺寸较大的区域悬露到一定程度后,首先发生破断并造成工作面局部来压,随着调斜尺寸的增加,工作面基本顶能够分区域破断,使得局部来压区域逐步向工作面中部和机尾转移,从而避免了高水压作用下采场顶班初次破断引发的大面积同时来压甚至压架问题。因此在条件允许情况下,高承压含水层下开采时可将切眼布置为伪斜状态。

近距离煤层群上行开采相似材料模拟试验研究

基于某矿上行开采的要求,为获得下组煤开采后覆岩破坏高度及裂隙带发育高度,进而研究特定地质条件下近距离煤层群上行开采的可行性,采用物理试验的方法对下组煤开采后覆岩的破坏高度及裂隙带发育高度进行了模拟研究,并分析了受采动影响的顶板矿压显现规律、覆岩破坏特征、围岩应力场及位移场的变化规律。结果表明:覆岩破坏高度约为18.4 m,裂隙带发育高度约为49.3m,上组煤处于下组煤裂隙带的中上部。因而,以上覆岩层"三带"判别法为依据,初步判定采取一定安全措施后该矿上行开采方案可行。

风化软顶采场矿压显现与控制

以百善煤矿风氧化带内开采工作面实测矿压资料与实验数据为依据,论述了上覆岩层的变异特征;首次提出了风氧化带内开采的工作面无基本顶关键层;无自承能力;无冒落带以及静压大、动压小;移动快、变形大、下沉大、回缩压密快和破坏影响范围小等一系列变形移动破坏新特征;分析了矿压显现特征产生的原因;着重阐述了为确保在风氧化带内安全开采,加大开采高度,采用“护-让结合”以及实行“采空区滞后控水、煤水分流”等控制顶板与防止水患的关键开采技术措施;突破了水体下开采“降低并控制采高”的开采原则;取得了安全、高效的开采效果。

井下煤层重复开采与司家营拟建第二尾矿库区的相互影响

在分析司家营铁矿尾矿库区地质特征的基础上,讨论了煤层采空区对尾矿库区的影响。随着煤层开采深度的增加,开采厚度的相对稳定,分年度、工作面计算了地表变形值相对浅部呈变小的趋势。对井下煤层重复开采对尾矿库坝体的影响以及第二尾矿库对井下煤层采掘生产的影响进行了探讨,结果表明,司家营矿区拟建第二尾矿库的方案是可行的。