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。

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。

房柱式采空区下开采覆岩变形与矿压显现规律研究

为研究房柱式采空区下工作面开采覆岩变形破坏与矿压显现规律,以郭家湾煤矿51207工作面为研究背景,定义岩石本构模型为应变软化模型,采用FLAC3D对房柱式采空区下工作面覆岩竖向位移和塑性区以及液压支架的变形和工作阻力变化特征展开了数值模拟研究分析,得到了以下结果:51207工作面的开采虽然会导致工作面前方30 m范围的房柱式采空区煤柱发生较大的变形并出现不同程度上的屈服破坏,但不会出现整个煤柱都发生屈服的现象;房柱式采空区下51207工作面开采过程中液压支架的最大竖向位移不会超过274.1 mm,小于液压支架的有效支护行程,不会出现压架的风险;房柱式采空区下51207工作面开采初次来压步距约为40 m、周期来压步距为10~15 m。

采场覆岩破坏和运动规律的实验研究

本文在相似材料模拟实验的基础上，分析了采动后覆岩离层发生的位置及其扩展规律；探讨了覆岩组合运动的条件以及组合结构在推进方向上裂断和失稳的规律；从覆岩运动的规律出发。

典型地质条件下采动覆岩变形破坏规律的试验研究

为了研究典型地质条件下厚煤层采动过程中的覆岩运移规律和顶板破断机理,以某矿16223典型地质工作面的厚煤层开采为工程背景,基于相似原理和量纲分析理论,运用相似模型试验系统分析工作面采动期间的顶板破断过程、垮落形态、覆岩变形特征及应力演化规律。研究表明:采动覆岩具有初始破坏的突发性、中期破坏的阶段性和后期破坏的延展性特征,裂隙发育和贯通过程呈现方向性和区间性特点,覆岩的失稳变形表现出非线性和不连续性,顶板应力在岩层活动的不同时期存在明显的应力分区和不均匀特性。研究结论可为典型地质条件下的煤层开采技术研发和岩层控制措施制定提供借鉴和参考。

南屯煤矿九采区覆岩采动破坏特征EH4探测研究

根据南屯煤矿九采区地质采矿条件 ,初步预计 93上 0 1工作面导水裂隙带高度的基础上 ,利用连续电导率剖面测量系统 ,通过大地电阻率反演断面色谱图分析研究了 93上 0 1工作面综采放顶煤开采条件下覆岩导水裂隙带形态和范围 ,为深入研究类似条件下覆岩破坏特征提供了参考依据。

基于底板突水对采动覆岩破坏规律研究

为了对义棠煤矿011005回采工作面1#煤层开采状态下底板突水对采动覆岩的破坏规律进行研究,以相似模拟试验为手段,通过对煤层底板岩层进行注水使底板与原生开采工作面达到相似,以不同开采工作面长度对覆岩破坏进行研究,研究结果表明:工作面推进至25 cm(50 m)时,采空区上部覆岩发生初次垮落,垮落厚度2 cm(4 m),垮落长度16 cm(32 m),来压步距26 cm(52 m);采掘工作面推进到140 cm(280 m)时,总共大约出现了8次来压情况,最大沉降值为37.68 mm(7.536 m)。

重复采动工作面覆岩移动规律的数值模拟研究

文章以布尔台煤矿42105综放工作面为研究背景,采用CDEM数值模拟软件,就重复采动条件下综放工作面覆岩移动规律进行了模拟研究,得到了工作面矿压显现的主要特征：4-2煤层破断步距为40 m;周期来压步距范围为14~24 m,平均步距为18 m。42105工作面下位关键层在直接顶跨落后物质的充填作用下,极限垮落距小于允许下沉量,从而形成砌体梁结构。

采动过程中覆岩离层发育规律的研究

采动过程中上覆岩层的离层发育是有一定规律的，正确掌握这一规律对合理进行离层带注浆具有重要意义．通过实测资料和理论分析提出，当岩层移动达到拐点即最大下沉速度时，离层迅速发育；当岩层移动达到最大负曲率时，岩层处于悬空状态，离层完全形成；之后，随着工作面的推进，离层逐渐变小，直至压实．

煤矿高强度长壁开采覆岩破坏充分采动及其判据

煤矿长壁开采引起的覆岩破坏高度对于水体下采煤、保水开采以及瓦斯治理的解放层开采等均具有重要意义。采用理论分析和数值模拟方法对煤矿高强度长壁开采引起的覆岩破坏高度及其达到覆岩破坏充分采动的判据进行了研究。基于覆岩破坏充分采动的定义,分析了覆岩破坏充分采动的特征及其影响因素,包括工作面开采厚度、开采尺寸(走向、倾向长度)、开采深度与覆岩岩性;提出了以“梯形-面积”“四棱台-体积”为依据的覆岩破坏充分采动理论判别方法,并将煤矿长壁开采三维覆岩破坏及地表下沉简化为4类采动影响体积(采空区长方体体积、上覆岩层预破坏四棱台体积、覆岩破坏后的体积与地表下沉体积)之间的关系,得到了工作面达到覆岩破坏充分采动时的覆岩破坏高度理论表达式与覆岩“两带”破坏模式的判别式;基于某高强度开采工作面,建立并校核了考虑现场最大、最小水平主应力方向与工作面推进方向夹角的三维数值模型,采用离散元数值模拟方法分析了高强度开采工作面不同开采厚度、开采尺寸与开采深度对覆岩破坏充分采动的影响。结果表明:高强度长壁开采工作面达到覆岩破坏充分采动时的推进距离与工作面倾向长度、深厚比成反比,研究给出了高强度长壁开采覆岩破坏充分采动的判据及其适用条件。

基于覆岩破坏传递的超前自卸压区影响宽度研究

为确定超前自卸压区的宽度,将其更好地应用于边采边抽钻孔布置中,探讨影响超前自卸压范围的主要因素,揭示卸压区宽度与工作面超前支承压力的内在联系,根据压力拱曲线平移特性,提出在覆岩破坏传递过程中,冒落带随回采周期性垮落,造成超前支承压力重分布,简化工作面开采模型,推导计算卸压区宽度的理论新方法并进行现场试验验证。结果表明:通过实测采面前方顺层钻孔的瓦斯抽采纯量,确定超前自卸压区宽度为28~30 m;距工作面>20~40 m范围为卸压瓦斯高效抽采区,平均瓦斯抽采纯量0.074 m^(3)/min,为卸压前的3.89倍;考虑覆岩破坏传递的超前自卸压区宽度计算值为29.97 m。计算值与实测结果较吻合,验证该方法的可行性,为井下卸压区高效抽采提供借鉴。

寺河矿区地面采动区L型煤层气井抽采技术研究

根据采动覆岩移动破坏规律,应用物理模拟、数值模拟、理论分析等方法,研究确定了煤矿采动区地面L型井井位、层位和最优井身结构等参数,并对定向技术、完井工艺、安全抽采技术进行了研究,形成完善的煤矿采动区地面L型井抽采技术,实现了采动区瓦斯连续抽采,为解决上隅角和回风巷瓦斯超限问题提供了技术支撑。创立了煤矿采动区地面L型井抽采回采工作面瓦斯的全新抽采模式。抽采周期涵盖工作面回采全过程,取得了良好的抽采效果。实现了回采工作面采动区地面L型井抽采技术在一定程度上替代高抽巷,缩短了采掘接替周期,降低了成本,可解决上隅角和回风巷瓦斯超限,保障了煤矿的安全生产。优化了CH4、O2、CO、负压等主要抽采参数,形成了监测监控安全抽采技术。煤矿采动区地面L型井在晋煤集团寺河矿投运后,连续抽采6个月,纯量最高达35 m3/min,平均22 m3/min,抽采纯量达3万m3/d,浓度最高达96%,平均78%,累计抽采纯量约350万m3,取得了显著的安全和经济效益。

基于覆岩破坏传递的导水裂缝带发育高度研究

采动影响下覆岩破坏及导水裂缝带高度对于水体下采煤、保水采煤等具有重要意义。分析了采动影响下覆岩破坏传递过程,并将其划分为传递发育阶段和终止阶段;通过理论分析建立了上覆岩层悬空完整和悬伸稳定力学模型,提出以极限悬空距和极限悬伸距为判据用于判断每层岩层破坏情况,得出了计算导水裂缝带高度理论新方法,并通过工程实例与实测值进行了对比分析。结果表明,基于覆岩破坏传递模型的导水裂缝带发育高度计算方法预计的导水裂缝带高度(158.8 m)与实测结果(150～170 m)吻合较好,验证了该理论方法的可行性。

分层开采对覆岩及含水层影响的相似模拟试验研究

以山西省长治市屯留县常村煤矿地质条件为原型,运用相似理论进行试验,对煤层开采引起的上覆岩层的移动变形规律以及对上覆含水层影响进行研究。相似试验结果表明,随着煤层开采厚度的增加,覆岩整体发生下沉,且下沉量逐渐增大;覆岩裂隙的发育与开采工作面推进距离呈现一定的规律性;裂隙随分层开采逐渐发育,虽未导通隔水层,但造成了含水层的疏干。

我国“三下”采煤技术的现状及发展趋势

从五十年代以来,我国就开始研究和应用“三下”(即建筑物下、水体下、铁路下)采煤技术,以及作为其基础的岩层与地表移动及覆岩破坏规律,经过30多年的研究与实践,“三下”采煤技术得到迅速发展和很大提高,其中有的已接近世界先进水平,有的则具有我国自己的特色。到目前为止,我国已有近百个煤矿的二千多个工作面进行了“三下”采煤。

张双楼矿7201工作面提高开采上限技术研究

为延长矿井服务年限、提高煤炭资源回收率,通过综合分析以往矿井开采实践中的水文地质资料以及新施工的探查验证钻孔等基础资料,系统评价张双楼煤矿西一采区煤层顶板含水层富水规律、顶板采动覆岩破坏发育高度等,安全确定近松散层浅部采区开采上限,预计可回收边界残煤220万t,对延长矿井生产服务年限、保障煤矿安全高效生产具有极高的经济、社会效益。

多次重复开采对围岩稳定及地表变形的影响

以马城铁矿为工程背景,采用PHASE 2D有限元软件建立数值模型,研究多次重复开采影响下的覆岩移动规律及地表破坏范围。研究结果表明:开挖初期,矿体周围围岩最先进入屈服状态。开挖结束后,矿体左上方地表处呈现倒立的三角形塑性区且浅部矿体上方的位移破坏范围直通地表;矿体开挖后在地面形成一个盆地。随着开挖厚度的增大,地表下沉量也逐渐增大。由于矿体具有一定的倾角,且上、下采区同时开采,因此地表下沉曲线并不对称。

用相似模拟物理模型研究矿山压力

在研究矿山压力的过程中,引进了相似模拟的概念,其目的是将井下巷道围岩受采动压力影响的过程用相似模拟材料直观地显现出来,并通过建立物理模型的方式,反映采煤工作面向前推进过程以及顶板围岩形成比"三带"空间的变化规律。实验证明,采动覆岩破裂高度在非充分采动阶段随工作面推进而增大,在充分采动前约为采空区短轴跨度之半,采动覆岩破裂高度受采空区短轴跨度所控制。

新书介绍

《煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用》系煤炭科学研究院刘天泉等同志,根据20多年来我国“三下”采煤科学研究最新成果而编写的一本技术性和理论性的专著。全书共分5篇,24章,约40万字。第一篇地表移动,第二篇覆岩破坏,第三篇民用建筑物受采动影响的内力分析,第四篇水体下采煤可能性和可靠性的评价方法。