高位硬厚岩层采动覆岩结构演化特征及致灾规律

针对工作面赋存高位硬厚岩层的地层条件,采用相似材料模拟试验方法,制作了工作面上覆单层和两层高位硬厚岩浆岩的相似模型,研究了开采过程中的覆岩结构及其演化特征;通过力学理论分析,揭示了上覆岩层的破断规律及覆岩结构的形成机制;分析了典型采动覆岩结构的致灾规律,并采用工程实例进行验证。研究结果表明:单层硬厚岩层初次破断前、周期破断阶段分别形成"梯"型、"Γ"型覆岩结构;两层硬厚岩层条件下,下位硬厚岩层破断前形成"梯"型覆岩结构,上位硬厚岩层破断前后分别形成"梯-Γ"型复合覆岩结构、"F"型覆岩结构;工作面上覆岩层破断角α在(45°,90°)区间内,破断迹线总是与岩层层面成一定夹角。高位硬厚岩层条件下集中应力高、积聚能量大,易诱发静载型动力灾害;"梯"型覆岩结构失稳易诱发动力灾害及离层水(气)突涌现象;"Γ"型覆岩结构失稳易诱发动力灾害,但不易发生离层水或瓦斯突涌。

建筑载荷作用下采空区覆岩结构稳定性判据及应用

采煤沉陷区的合理利用是解决城镇化建设和土地资源短缺之间矛盾的重要途径之一,沉陷区范围内采动覆岩结构的突然失稳将导致煤矿沉陷区新建建筑物破坏。采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法对新建建筑物载荷作用下采动覆岩结构稳定性进行了探讨与研究。采用理论分析方法对采动覆岩结构特征和地表载荷引起的岩体中附加应力分布特征进行了分析,建立了“载荷作用下采动覆岩结构力学模型”;对该模型进行了力学条件分析,并结合“砌体梁”结构失稳条件,得到地表载荷作用下采动覆岩随载荷增大是否产生滑落失稳的判据;当铰接岩块的回转角度和块度符合i<0.5sinθ_(1)或i>sinθ_(1)时,采动覆岩结构随着地表载荷的增大,失稳的可能性逐渐增大;铰接岩块的回转角度和块度符合0.5sinθ_(1)<i<sinθ_(1)时,采动覆岩随载荷增大不会发生回转失稳。在理论分析的基础之上,将建立的力学模型应用于某矿长壁老采空区地表工程建设实际,建筑施工前期采用数值模拟和理论分析相结合的方法,对拟建建筑载荷作用下采动覆岩结构的稳定性进行了分析评价,确定了拟建工程的安全性;并在建筑物完工以后,采用PSInSAR技术对新建建筑区域地表沉降特征进了监测,结果显示建筑物自建成1 a来地表未发生突然沉降,表明采动覆岩结构未发生失稳,验证了“载荷作用下采动覆岩结构力学模型”及其稳定性判据的合理性。

鄂尔多斯深部典型煤矿冲击地压发生机制与防治实践

鄂尔多斯矿区深部多个工作面发生破坏性冲击地压事故,被列为该地区煤矿开采的主要灾害,影响的煤炭产量占该地区总量的近1/3。采用理论、试验和实测等综合方法,系统研究了冲击地压类型及发生机制,提出防冲关键对策。针对矿区深部开采典型条件,提出基于应力优化减冲和应变控制防冲技术原理的"采前、采中、采后"防冲技术对策,并在现场成功应用。实践表明,采取的防冲对策不仅提高了资源回收率,理顺了采掘接续关系,而且实现了有效防治冲击地压的目的,可为类似条件矿井冲击地压防治提供参考。