含水溶洞对采煤工作面覆岩移动的影响规律

含水溶洞的存在使得煤层覆岩移动规律具有特殊性。为了研究含水溶洞对煤层覆岩移动的影响,以贵州松南煤矿作为工程背景,利用FLAC 3D进行数值模拟研究,对比分析溶洞有无含水作用下煤层覆岩移动规律。研究发现:随着采煤工作面的推进,含水溶洞围岩裂隙和煤层顶板裂隙不断扩展,当工作面推进至与溶洞水平距离小于10 m时,溶洞围岩裂隙和顶板裂隙贯通,形成导水裂隙;含水溶洞煤层开采情况下,溶洞围岩变形下沉量相较于无水情况增加了37.24%,随着推进距离的增加,溶洞靠近采空区侧底角出现明显的下沉现象,溶洞右帮出现向内挤压现象,溶洞围岩和煤层顶板应力集中区和破坏区逐渐贯通;相比于无水情况,覆岩运移在含水条件下得到加强,其中最大曲率增大了0.88 mm/m^(2)、最大水平变形增大了1.81 mm/m。建议该矿采煤工作面与溶洞水平距离需大于10 m。

部分充填开采工作面覆岩移动规律研究

为研究部分充填采煤技术覆岩移动规律,采用弹性地基梁理论建立顶板挠度微分方程,明确充填体弹性地基系数及直接顶弹性模量与顶板下沉的关系,并建立Phase2D有限元数值模型,研究部分充填条件下充填体刚度和充填步距对覆岩稳定性的影响规律。结果表明:充填区直接顶最终下沉量随充填体弹性地基系数增大而减小;随着顶板弹性模量增大,工作面范围内直接顶下沉量逐渐减小,而充填区直接顶下沉量变化不大;随着充填体刚度和充填步距增大,工作面前方塑性区、工作区域直接顶下沉量、工作面上方覆岩垂直位移都随之减小,且在充填步距对覆岩稳定性的影响因素中,高宽比相对于及时支护更为显著。

煤系地层覆盖下铝土矿开采覆岩移动规律数值模拟研究

以山西某煤下铝土矿为研究对象,采用数值模拟方法研究煤下铝土矿开采覆岩移动变形规律。主要研究内容和成果如下:提取了影响煤下铝土矿开采覆岩沉降的主要控制因素,利用FLAC 3D数值模拟软件,分析煤下铝矿块式采场分区放顶开采条件下,不同主控因素的影响及控制作用。揭示了不同采场宽度、采场高度、放顶范围崩落体性质、上覆岩层性质条件下的覆岩移动规律。数值模拟的计算结果以及覆岩移动规律,为构建煤下铝协调开采覆岩裂隙带均匀沉陷控制技术体系提供了依据。

急倾斜中厚煤层顶板破断特征及覆岩移动规律研究

为了研究急倾斜中厚煤层综采工作面开采过程中顶板破断特征、覆岩垮落规律及支架受力情况,以石洞沟煤矿31111工作面为工程背景,采用相似模拟实验研究了急倾斜中厚煤层矿山压力与岩层移动规律,获得急倾斜煤层开采顶板、底板、支架的应力分布规律,顶板岩层断裂与移动规律,并揭示了急倾斜煤层开采基本顶断裂的“厂”型结构;同时还进行了采动影响下采区巷道矿山压力与显现研究,获得急倾斜煤层群开采下部煤层采区巷道合理布置的区域。研究成果为该矿31111工作面综采液压支架选型、工作面岩层控制以及下部煤层采区巷道位置选择提供了重要参考依据。

膏体充填开采覆岩移动特征研究

为了提高煤炭资源的回采率,解决大同矿区云岗矿压煤严重的问题,释放更多的“三下”压煤,采用膏体充填开采工艺对工作面煤层进行开采。将该煤矿的煤矸石作为充填骨料,以粉煤灰、水泥为胶结剂制备胶结料浆;设计煤矸石、粉煤灰、水泥胶结充填体强度试验,确定充填材料质量分数81%为本次研究的固定含量;通过测得养护龄期为28 d的煤矸石∶粉煤灰∶水泥质量比为30∶3∶2配比,在满足膏体充填材料的流动性能的前提下,其充填体早期抗压强度为0.75 MPa,龄期28 d抗压强度为5.37 MPa,达到膏体充填抗压强度要求;采用3DEC数值模拟软件对8401工作面膏体充填开采前后上覆岩层位移变化情况模拟分析,采用膏体充填开采后,顶板下沉量减小至200 mm左右,地表沉陷控制取得了良好的效果。

巷式胶结充填开采覆岩移动研究

本文以寸草塔矿村庄下压煤为背景,选择充填方式和充填材料,确定采用胶结巷式充填开采的工艺,结合巷式充填开采工艺,研究了护巷柱体的组成结构。其次,理论分析了巷式充填开采中的护巷柱体,建立了顶梁的力学模型,运用3DEC数值模拟,分析了巷式充填开采条件下覆岩运动的规律,对比分析发现,巷式充填开采相比垮落法开采对上覆岩层的控制效果更加明显。

龙口矿区地下开采覆岩移动和地表变形研究

对于地表有大量建筑物、农田和各种生活设施的矿区,地下开采引发地表变形会导致地表设施损伤。采用现场调研和数值模拟的研究方法与技术手段,预测矿区地下充填开采过程中岩移的演化特征。选择具有代表性、典型性的剖面,通过MIDASGTSNX数值模拟技术,开展岩层移动研究,揭示井下充填开采对上覆岩层移动和地表变形的影响。研究结果表明,充填采矿可以有效降低围岩体的变形,随着矿体开采深度的增加,覆岩移动沿上盘矿岩接触带倾斜于地表水平线向上发展;开采活动引起的地表变形较小,地表建筑物损伤等级为I级。

赵固二矿11050工作面矿压显现与覆岩移动规律

为研究赵固二矿深埋煤层在上覆薄基岩条件下的工作面矿压显现规律,以赵固二矿11050工作面为研究对象,采用相似模拟和现场实测相结合的方法,得到不同采高条件下工作面的矿压显现规律。研究结果表明,采高为3.5 m时,基本顶的初次来压步距为32 m,周期来压步距为10.4m,覆岩破坏高度为172.8 m;采高为6 m时,基本顶的初次来压步距为35 m,周期来压步距为16.6 m,覆岩破坏高度为143 m。根据支架工作阻力分析得到,工作面的周期来压步距为19.3 m,工作面中部矿压显现更剧烈,来压强度大时,煤壁片帮和冒顶较为严重。研究结论为赵固二矿煤层矿压治理提供指导。

南山煤矿大倾角煤层群开采覆岩移动破坏规律

为了掌握南山煤矿大倾角煤层群开采时基本顶破断规律、下部煤层开采覆岩移动破坏规律及其对上覆煤层的影响,理论计算了基本顶破断步距,采用理论计算、数值模拟和相似模拟实验研究了下部B4煤层开采覆岩破坏规律及其对上覆B8煤层的影响。研究表明,将弹性双向板简化为固支梁和悬臂梁计算B4工作面基本顶初次断裂步距为46.4 m,周期破断步距为18.9 m,与相似模拟实验结果相近;B4煤层覆岩破坏范围受倾角影响呈现不对称特性,工作面上端部覆岩破坏高度明显大于下端部;B4煤层开采会影响B8煤层,但影响程度不同,在最小层间距时影响最大,此时B8煤层工作面上端部区域会处于B4煤层覆岩裂隙带上部;B4煤层回采时采场来压强度属于明显—强烈,动载系数为1.28~1.53。

近距离煤层上行开采围岩应力分布及覆岩移动规律

为了研究近距离煤层群上行开采对工作面围岩应力分布规律及覆岩破坏演化特征的影响,采用PHASE 2D有限元软件建立数值模型,分析了近距离煤层群上行开采过程中工作面煤壁塑性区发展规律、覆岩垂直位移、工作面前方支承应力分布规律。数值模拟结果显示,工作面煤壁塑性区呈现上部宽、下部窄的特征,随着工作面不断推进,煤壁塑性区宽度也随之增大,其中下层煤和上层煤工作面煤壁塑性区最大宽度分别为4.23 m、2.85 m;下层煤和上层煤覆岩最大竖向位移都发生在模型中部,最大竖向位移分别为28 mm、62 mm;支承压力呈现出先增大再减小、最后趋于稳定的发展趋势,支承压力系数峰值为1.59。研究结果表明,在上行开采实践中,当下层煤完成开采后,上层煤的围岩塑性区和位移均有所增大,覆岩稳定性降低。

矿山覆岩移动特征与安全开采深度

对采矿引起的矿山覆岩移动特征研究成果及工程实践进行了总结,以此为基础,就受众多因素制约的重要问题—矿山安全开采深度问题形成了几点认识与建议。

固体密实充填采煤覆岩移动弹性地基薄板模型

固体充填采煤覆岩移动规律与传统垮落法开采相比发生了本质的变化,为准确地计算固体充填入采空区后上覆岩层的移动规律,在分析固体密实充填采煤覆岩移动特征的基础上,采用弹性地基薄板理论,建立了固体密实充填采煤充填体-基本顶力学模型,推导出了采场基本顶挠度、应力方程以及基本顶发生破断的临界条件,分析得出弹性地基系数是影响顶板移动变形的关键因素,并结合相关参数给出了基本顶最大下沉量和最大应力值随弹性地基系数的变化规律。平煤十二矿己15-13080充填采煤工作面工程实践结果表明:实测基本顶最大下沉值为347 mm,与理论计算结果相符。

深部采动覆岩移动变形致灾的试验分析

针对深部开采条件下覆岩移动变形引起的安全问题,采用理论分析、相似材料模拟试验结合的方法,通过监测相似材料模拟深部煤炭开采过程中覆岩位移、应力变化情况及覆岩的断裂破坏、弯曲和移动变形的过程,对比分析了采场覆岩体的移动变形、应力场演化过程和采动应力的影响区域。试验结果表明:在深部倾斜煤层开采过程中,沿着采煤工作面形成了应力升高区、应力降低区和原岩应力区;对孤岛工作面进行开采时,新旧采空区容易因上覆岩层的垮落塌陷连通成整体,极易发生矿井动力灾害;布置孤岛工作面的巷道位置时建议考虑布置在采空区的应力降低区内,并且煤柱宽度不应大于10～12m,最佳选择为6～8m。

多煤层开采中间岩层对覆岩移动的影响研究

针对西部地区多煤层开采下组煤覆岩移动的问题,采用理论分析、数值模拟和现场验证的方法,研究了下组煤开采过程中,中间岩层厚度与岩性、中间岩层硬岩比例、上覆岩层与中间岩层厚度之比3个因素对覆岩移动的影响。通过理论分析计算了覆岩移动量,为工作面顶板裂隙发育高度理论计算提供了参考依据;利用数值模拟对覆岩移动及破断规律的模拟,验证了理论计算中采场裂隙发育高度及工作面硬岩破断距;最后通过现场实测顶板来压及破断数据验证了理论计算及数值模拟的有效性。研究结果表明:①提出了通过最大挠度与自由空间对比来计算裂隙带高度的方法。②工作面采高决定了顶板覆岩裂隙的发育高度,采高越大,其裂隙发育高度越大,且覆岩的性质对裂隙的发育也有明显影响。③下组煤开采过程中,上覆岩层与中间岩层厚度之比并不是控制覆岩移动的决定性因素,若中间岩层存在厚而硬的岩层,其覆岩移动剧烈程度将降低。④作为中间岩层,厚而硬的岩层的破断对上覆岩层移动起决定性影响。

山区下开采覆岩移动规律及破断机制研究

以海石湾矿山地下开采为背景,借助基于连续介质力学的离散元方法——CDEM数值模拟计算方法,对山区下煤层开采过程中不同采动影响模式下覆岩的移动和破坏进行了模拟分析,并结合相似模拟试验与现场岩移监测所得结果,得到了顺坡推动式采动影响模式及逆坡牵引式采动影响模式下,覆岩的移动和破坏形式,并从数值分析和实际观测上验证了高顺坡开采转低逆坡开采时覆岩悬臂梁结构的存在,解释了坡底局部隆起的现象。研究表明,在相同地质条件下,顺坡开采坡顶易发生张拉及剪切破坏,坡底有剪切蠕滑的可能,因此,较逆坡开采对边坡稳定性影响更大。所以在实际生产中宜将上工业广场建于低矮的坡体较完整的逆坡上。

巨厚岩浆岩下开采覆岩移动规律及采场压力变异性分析

应用UDEC2D计算软件,对济宁二号煤矿巨厚岩浆岩下煤层开采的覆岩移动规律及采场压力变异性进行了数值模拟,揭示了在开采过程中采场覆岩移动规律、工作面支承压力和支架阻力的变异性,系统分析了岩浆岩层作为关键控制层对覆岩移动和采场压力的影响。

浅埋近距煤层采空区覆岩移动规律相似模拟

浅埋近距煤层采空区坚硬顶板覆岩与煤柱破坏易导致动力灾害,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉降,为确保此类矿井的安全高效开采,结合冯家塔煤矿1402综采工作面实际,对该煤矿进行了煤柱破坏与覆岩移动规律的物理相似材料实验模拟研究,试验是以1-1采区的开采为模拟对象,模拟在工作面长度为270 m的单一走向长壁开采后,上覆岩层的移动和变形规律。研究结果表明:随着浅埋近距煤层采空区的增大与时间的推移,开采时大面积来压是由于保护煤柱逐渐被压垮引起覆岩大面积冒落,致使近距煤层之间采空区导通,垮落从直接顶开始,逐步扩散至地表,上覆岩层的运移以垂直为主,水平运移并不明显,形成梯形状下沉,上部煤层开采后其覆岩关键层破断块体结构的稳定性是影响下部煤层开采时工作面矿压显现强烈程度的重要因素。

浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析

利用RFPA岩石破断过程分析系统软件,对神府东胜矿区活鸡兔煤矿厚松散层浅埋煤层首采工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态数值模拟。并根据模拟结果,分析了随着工作面采动和推进,上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。模拟结果表明,卸荷变形是引起浅埋煤层直接顶初始离层的主要因素之一,浅埋煤层老顶岩层破坏的主要顺序仍为“离层——断裂——垮落”,厚松散层浅埋煤层开采时,当关键承载层完全垮落后,覆岩会发生直达地表的整体切落现象。

巨厚砾岩层工作面覆岩移动规律数值模拟研究

基于义马矿区千秋煤矿工作面的采矿地质条件,采用离散元分析软件UDEC,建立了巨厚砾岩工作面覆岩移动的数值模型,模拟研究了上覆巨厚砾岩层的位移变化、塑性区分布和应力分布规律,结果表明:随着工作面的推进,砾岩层逐渐弯曲变形,接着上覆岩层总体均发生屈服,巨厚砾岩层与下方的岩层离层加大,到达一定距离后工作面左侧的岩层弯曲下沉强烈,岩层底部塑性屈服区域发生破坏,如果继续开采岩层会发生断裂,容易引起冲击矿压危险。

不整合地层下开采覆岩移动变异性研究

根据采区地层不整合特点,通过相似材料模拟和数值模拟方法对不整合地层下开采覆岩运动与破坏特征进行了研究。研究发现,不整合面附近地层存在"应力屏蔽"现象,采空区上部压力拱形态发生畸变,呈现出非对称、非规则的压力拱结构形态。覆岩移动变形出现明显差异,导致地表移动盆地反向偏移。研究给出不整合地层下开采覆岩移动破坏与导水性特征分区。