倾斜采场覆岩突水危险性分布式光纤监测研究

掌握采场覆岩导水裂隙带情况是顶板水害防治的重要依据,通过在恒晋煤矿E9103倾斜工作面上覆岩层布设分布式光纤,监测分析E9103倾斜采场覆岩导水裂隙带的基本信息。监测结果表明:E9103倾斜工作面冒落带发育高度13.5~18.13 m,导水裂隙带发育高度60.6~62.2 m,发育至上部泥岩层中,基本不受老空区积水影响,回采过程中应注意富水异常区。

厚煤层采场覆岩裂隙发育规律及高位钻孔参数优化研究

为了改善某矿现有高位钻孔瓦斯流量大、浓度小的情况,采用关键层理论和数值模拟相结合的方法,对该矿3207工作面覆岩"竖三带"进行了研究。研究表明:上覆岩层冒落带最高达15 m,裂隙带通过主关键层在整个基岩层发育,高位钻孔合理位置应在第二亚关键层之上。

采场覆岩中三铰拱结构的稳定性

为了解决采场覆岩垮落时岩块间相互咬合形成的"三铰拱"式结构的稳定性问题,采用ANSYS有限元计算方法,分析了不同跨厚比和不同载荷强度对结构稳定性的影响。结果表明:当顶板"三铰拱"结构的跨厚比大于4时,覆岩载荷强度的增加只会导致结构的变形失稳;当跨厚比等于4或小于4时,结构只会在拱脚处出现滑落失稳。该成果对井下支护、提高开采的安全性具有一定的参考价值。

采场覆岩破坏流固耦合的数值模拟分析

为了分析浅埋煤层中渗流场与应力场相互影响,在理论分析的基础上建立了厚松散层富含潜水浅埋煤层开采的数值模型.浅埋煤层开采过程中采场覆岩破坏的流固耦合模拟表明,渗流场与岩体应力场耦合对覆岩的破坏有很大影响.在基本顶岩层悬梁达到接近极限破断距时,岩层破坏受水压的扰动十分敏感,在渗流影响下很容易失稳;在上覆岩层发生整体破断时,岩层的渗透系数、潜水流量及潜水水头都将发生突变,这些渗流参数的突变进而影响上覆岩层的稳定性.

采场覆岩应力及垮高的柱宽效应三维相似模拟研究

基于采场应力分布的动态性特点,以谢桥矿1151(3)综放工作面地质和开采条件为背景,采用实验室相似材料模拟方法,研究不同煤柱宽度条件下采场覆岩应力分布和垮落特征。研究表明,不同煤柱宽度上覆岩层应力分布及垮落高度有所不同。随煤柱宽度的增大,倾向方向工作面前方应力峰值区由原来的煤体上方逐渐向煤柱上方转移,且峰值逐渐增大,工作面后方煤柱承载上覆岩层主要荷载和压力,且随煤柱宽度增大应力峰值也增大。工作面上覆岩层垮落形成由高应力束组成的应力壳,应力壳对上覆岩体的荷载和压力起主要支撑和传递作用,随着煤柱宽度的增大,应力壳的高度逐渐减小,在煤柱及煤体内形成的壳基也逐渐发生变化和转移,壳基在煤柱内从无到有,壳基的应力集中程度也逐渐增强,煤柱内单位体积的岩块承载的荷载和压力也从小到大,再由大变小。

采场覆岩两带高度与覆岩硬度的函数关系

采用单一长壁式全部垮落法开采缓倾斜和倾斜煤层时，影响两带高度的主要因素有煤层采厚和覆岩硬度。煤层采厚与两带高度的关系已有成熟的计算公式。本文给出了该式中系数与覆岩硬度的关系曲线和计算公式，使覆岩硬度的影响更直观，计算结果更准确。

采场覆岩两带与采空区自燃三带相关关系研究

为研究采煤工作面覆岩两带(冒落带、裂隙带)与自燃三带(散热带、窒息带、氧化带)的关系,通过建立覆岩运移模型,应用CDEM软件模拟分析了试验工作面采动空间上覆岩层两带的扩展过程,分析垂向方向覆岩两带分布对水平方向上垮落煤岩堆积状态的影响情况。通过现场埋管实测的手段以及氧体积分数法进行了采空区煤自燃三带的划分。研究表明,冒落带高度稳定情况下,采煤推进距离(48 m)与采空区散热带和氧化带的分界线(进风侧采空区以里50 m左右,回风侧采空区以里40 m左右)有较好的吻合关系。裂隙带高度稳定情况(顶板150 m处的岩层最大下沉值趋于基本稳定)下,采煤推进距离(126 m)与采空区氧化带和窒息带的分界线有较好的对应关系。

恒昇煤矿采场覆岩应力分布与导水裂隙带高度研究

依据恒昇煤矿9301工作面水文地质资料,建立9301工作面采动覆岩数值计算模型,模拟分析工作面采场覆岩应力分布、破坏特征及导水裂隙带发育高度。并利用分布式光纤测试技术,在9301回采工作面上方布设分布式光纤,监测9301工作面回采过程中采场覆岩离层破坏区域应变数据,分析得出9301工作面采场覆岩变形、破坏特征及导水裂隙带发育高度。研究结果表明:9301工作面回采后,采空区上方出现应力降低区,呈"拱型"分布形态;沿工作面推进方向和倾斜方向,采场覆岩卸压拱基本呈对称分布形态。9301工作面覆岩冒落带高度与工作面推进距离关系不大,随工作面推进距离的增加而缓慢增加。导水裂隙带发育高度随着工作面推进距离的增加而快速增加,在工作面一次见方后,导水裂隙带发育高度趋于平缓,基本保持在一个稳定值。光纤应变分布与采场上覆岩层岩性具有很好的对应关系,光纤应变值在弹性模量较高岩层中相对较小,而在弹性模量相对较低岩层中则相对较大,证明煤矿回采过程中上方软弱岩层易发生变形破坏。通过数值计算及现场分布式光纤实测综合确定9301工作面冒落带发育高度为13.1~16.33 m,导水裂隙带发育高度为58~60.6 m。

红泥坡铜矿采场覆岩变形破坏规律试验研究

为探讨红泥坡铜矿采场上覆岩层变形破坏、岩层冒落演化规律,采用相似模拟试验开展了相关研究。研究结果显示:在空场条件下,当开采至第三分段时,采场直接顶板发生冒落,冒落高度达8~10m,上覆岩层位移0.1~0.3m,若继续开采,采空区冒落高度达29m左右,上覆岩层最大位移达到0.6m;当矿体开采第一分段时,上覆岩层应力状态变化已发展至近地表覆盖层的局部区域,开采第二分段时,地下采动作用对近地表覆盖层应力场的影响范围逐渐增大且覆盖层呈现出不均匀的变形状态,若继续开采,上覆岩层应力场将受到明显影响,研究结果对矿山生产规划及岩层控制具有理论指导意义。

采场覆岩结构下的极近距离煤层开采技术研究

掌握围岩运动规律和矿压显现规律,顶板的运动步距,顶、底板移近量,分析支架与围岩的受力关系,进行顶、底板分类、控制设计。找出基于采场覆岩空间结构下极近距离煤层松软顶板的"支"与"护"的最佳方案,解决极近距离煤层松软顶板的控制方法,找出适合于极近距离煤层松软顶板条件下采场顶板控制技术。

露天转地下采场围岩及覆岩变形破坏特征研究

以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿为依托背景,借助数字照相量测技术,通过相似材料模拟试验,对20°、50°两种不同倾角条件下,露天转地下开采后,地下采场围岩与覆岩的变形破坏特征及动态演化过程进行了系统研究。结果表明:(1)地下采场围岩及覆岩的变形演化过程可划分为局部小范围微动、线性持续增大以及整体非线性剧烈垮塌3个阶段;(2)矿体倾角由20°增至50°后,边坡与地下采场围岩及覆岩的变形整体趋缓,采动影响范围小幅度缩减,沉降曲线则由非对称槽型变为碗型;(3)采场矿柱回收过程中,地下采场围岩及覆岩发生突发性失稳,呈现出明显的"多米诺骨牌效应"。

覆岩采动裂隙椭抛带动态分布特征研究

在综放开采富含瓦斯厚煤层条件下 ,分析了采动后覆岩关键层活动特征对裂隙带分布形态的影响 ,首次提出上覆岩层中破断裂隙和离层裂隙贯通后在空间形成椭抛带分布 ,为合理确定瓦斯抽放方法及参数提供了理论依据。

基于采动覆岩裂隙三维分布形态的地面L型抽采钻孔合理位置研究

高瓦斯矿井使用地面L型钻孔代替高抽巷抽采瓦斯,能够节省大量巷道掘进工程,减缓采掘接替紧张状况。为了研究L型钻孔的最优布置位置,以新景矿3213工作面为例,采用相似模拟和三维数值模拟,确定了采场上方覆岩的运移规律和裂隙带三维分布形态。根据采动三维裂隙分布形态建立三维裂隙场模型,导入COMSOL模拟软件,对不同位置的L型地面定向钻孔,模拟抽采过程中的瓦斯运移规律和富集分布区域。结果表明,抽采钻孔能有效降低采空区的瓦斯体积分数,钻孔布置在回风巷上方的"O"型裂隙区中上部时抽采效果最好。根据新景矿3213工作面实际情况,定向钻孔最优布置位置为垂直方向在回风巷上方距煤层顶板20~30 m,水平方向在回风巷内错平距15~30 m。经现场5个月的抽采试验,地面L型钻孔平均抽采瓦斯体积分数78.5%,抽采瓦斯纯量8.58 m^3/min,日抽采纯量达到11 953 m^3,占工作面总瓦斯涌出量的42.60%,有效地解决了工作面瓦斯的控制问题。

不规则采场应力分布特征的面长效应

为了研究煤层开采过程中采场覆岩破坏与超前应力之间的关系,采用FLAC3D软件对不同面长条件下采场前方支承压力与水平应力的分布特征和动态演化过程进行数值模拟,并从理论层面分析了不等长工作面力学效应与岩层活动存在的规律。结果表明：工作面推进长度直接影响采场前方的应力分布,当工作面推进到＂见方＂期或推进距离是工作面斜长的整数倍位置时,应力急剧增大;采场覆岩的变形与破坏是水平应力和支承压力共同作用的结果;不规则工作面推进过程中,在对接面前后20~30 m的范围内应力过度集中,数值波动较大;等长工作面在顶板管理与围岩控制效果方面较不等长工作面有着明显优势。工程实例验证了结论的可靠性。

杨柳煤矿1252工作面覆岩位移变化数值模拟分析

通过对杨柳煤矿1252工作面1#地面瓦斯抽放钻孔的简化,建立数值模拟平面模型,模拟采场覆岩应力和位移变化。模拟研究结果表明,煤壁前方顶板随着推进距离的增大,主应力增大区域有所增大,直接顶和基本顶中的断裂带区域也相应增大;钻孔不同深部的水平位移有增大的趋势。该研究对了解地面瓦斯抽放钻孔的破坏机制和钻孔布设具有指导意义。

采空区瓦斯地面抽采钻井稳定性因素分析

以淮南矿区张北矿地面钻井抽采采空区瓦斯试验为背景,通过对比分析淮南矿区各试验钻井抽采数据,运用数值模拟的手段,分析讨论了采空区上覆岩层在采动影响下的时空运移、破坏规律,在此基础上对影响地面抽采钻井稳定性的主要参数进行了分析,并总结出提高地面抽采钻井稳定性的相关建议,对采空区瓦斯抽采技术的研究和推广应用具有一定的指导意义。

特厚煤层综放开采矿压显现规律的采厚效应研究

针对特厚煤层综放工作面矿压显现强烈,且对于矿压显现与煤层采厚间关系认识不足的问题。以芦子沟煤矿3106特厚煤层综放工作面为背景展开研究,首先对采厚为17 m和30 m两种特厚煤层高强度开采条件下支架工作阻力进行了监测分析,研究结果表明:2种条件下矿压显现规律具有一定的相似性。通过室内物理相似模拟试验建立了2种采厚条件下大空间采场覆岩结构力学模型,并分析了其对矿压显现的作用机制,指出采厚30 m时覆岩呈"下位直接顶悬臂梁-上位直接顶简支梁-基本顶铰接岩梁"的结构特征,使得直接顶和基本顶回转变形对支架作用力不增反减,导致矿压显现规律并没有随煤层厚度增加而变得强烈。

岳城矿预抽地面井采动影响数值模拟研究

为提高地面井抽采效率及优化地面井井位选择,基于岳城矿1301下工作面概况、岩层参数及综合柱状图,采用FLAC 3D构建岳城矿综采工作面数值计算模型,对采场覆岩运移规律进行模拟计算分析。通过模拟1301下综采工作面回采情况,分析了采动过程顶底板塑性区变化及覆岩应力变化规律,得到了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,并进一步分析了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,为预抽井井位优选提供了理论依据。

基于三铰斜拱的不同宽度区段煤柱下底板应力变化规律研究

为获取上保护层充分采动后,区段煤柱影响下的上覆岩层结构及底板应力传递规律,基于三铰斜拱理论推导了合理拱轴线方程;数值模拟了不同宽度区段煤柱的保护层底板应力分布规律;基于三铰斜拱和弹性力学理论2种方法得到了保护层底板应力分布的解析解,并通过现场实测验证。研究表明:三铰斜拱形态参数与留设煤柱宽度、煤层开采高度、采空区卸压宽度等动态相关;当煤柱宽度大于15 m时,采空区底板重新压实区将产生三铰斜拱结构引起的附加应力,并且应力极值点随煤柱宽度增加而向采空区中心移动。现场试验得出被保护层回采巷道应内错布置,合理错距为10~20 m。

Fractal characterization for the mining crack evolution process of overlying strata based on microseismic monitoring technology

In order to study the evolution laws during the development process of the coal face overburden rock mining-induced fissure,we studied the process of evolution of overburden rock mining-induced fissures and dynamically quantitatively described its fractal laws,based on the high-precision microseismic monitoring method and the nonlinear Fractal Geometry Theory.The results show that:the overburden rock mining-induced fissure fractal dimension experiences two periodic change processes with the coal face advance,namely a Small→ Big→ Small process,which tends to be stable;the functional relationship between the extraction step distance and the overburden rock mining-induced fissure fractal dimension is a cubic curve.The results suggest that the fractal dimension reflects the evolution characteristics of the overburden rock mining-induced fissure,which can be used as an evaluation index of the stability of the overburden rock strata,and it provides theoretical guidance for stability analysis of the overburden rock strata,goaf roof control and the support movements in the mining face.