沟谷区浅埋煤层重复开采下地裂缝发育规律研究

为探究沟谷区浅埋煤层高强度开采下地裂缝发育规律,以红柳林煤矿芦草沟过沟开采工作面为研究背景,采用相似材料模拟和数值模拟的方法,依次模拟开采4^(-2)和5^(-2)煤层,分析地裂缝静、动态发育规律及应力特征。结果表明:重复采动下,覆岩裂隙直接发育至地表,形成贯通裂缝,地表总体发育张开状、隆起状、台阶状地裂缝,发育密集程度相近,反向坡地裂缝相比正向坡地裂缝两侧落差明显;地裂缝呈明显的阶段性发育特征,正向坡地裂缝呈开裂阶段—闭合阶段—活化扩展阶段,沟底地裂缝呈开裂阶段—闭合阶段—活化隆起阶段—稳定阶段,反向坡地裂缝呈开裂阶段—缩小阶段—活化扩展阶段—稳定阶段;覆岩及地表的拉、压应力集中区呈周期性消失和出现,引起地裂缝阶段性发育特征。重复采动使拉应力集中区延伸至正向坡老采空区,反向坡老采空区出现二次压应力集中明显。研究成果为沟谷区浅埋煤层开采下地裂缝灾害预测与防治奠定基础。

浅埋煤层重复开采导水通道渗流特征研究

为了研究陕北浅埋煤层在重复开采条件下导水通道的渗流特征,以陕北某矿区为研究对象,采用相似材料模拟与数值模拟相结合的手段,对固液耦合状态下浅埋煤层重复开采时导水通道的渗流特征进行模拟。结果表明,浅埋双煤层开采结束后导水裂隙带高度发育至地表,含水层与隔水层受到扰动破坏,含水层中水体突破隔水层发生大量下渗,并且在工作面中心、切眼侧与终采线上方岩层含水率较高,其他区域含水率相对较低。根据含水率测定结果得出浅埋双煤层开采结束后含水层与土岩结合面的含水率的预测公式。实验结果对煤矿安全高效开采、矿区生态环境保护有重要意义。

松散层下覆岩裂隙采后闭合效应及重复开采覆岩破坏预测

为研究开采覆岩裂隙发育的时间效应和为残煤复采评价提供依据。采用彩色钻孔电视、冲洗液漏失量观测、岩芯RQD指标等对厚松散含水层下煤层开采15 a后的覆岩裂隙闭合效应进行了研究。结果表明:距煤层顶板较远的岩体裂隙张开度、裂隙率均较小且易闭合,距煤层顶板较近的岩体裂隙张开度大、裂隙率大且未能闭合,开采15 a后覆岩导水裂隙高度比煤层开采结束时的最大导水裂隙带高度降低了近40%,垮落带高度稍有降低。对比分析发现,开采后的覆岩岩块平均强度比开采前降低了约20%,采用Hoek-Brown经验公式换算得到破碎岩体单轴抗压强度仅为0.237 MPa,破碎岩体抗压强度已小于自重应力值,处于"潜塑"状态。因此,残留煤层的重复开采覆岩破坏高度计算时,覆岩应按软弱岩类型考虑。计算表明,杨庄煤矿3号煤层复采厚度2和3 m时,分别留设15.7和18.2 m的防砂安全煤柱即可起到防溃砂作用。

煤柱群下重复开采覆岩与地表沉陷数值模拟实验

为研究煤柱群下重复开采覆岩与地表移动变形规律并揭示其形成机理,以某矿8104工作面地质采矿条件为工程背景,采用有限差分程序FLAC3D建立了其三维地质采矿模型,分别开展了2种情况下(采用刀柱式采煤方法仅开采上层煤和在煤柱群下进行重复开采)覆岩与地表沉陷数值模拟实验。结果表明:仅开采侏罗纪煤层时,覆岩与地表不会发生明显沉陷;在煤柱群下重复开釆时,覆岩破坏形成“四带”发育特征,即由下往上依次为垮落带、断裂带、弯曲带和切冒带;研究区地表下沉系数小、下沉盆地范围较大以及地表沉陷容易形成非连续移动变形。

特厚煤层重复开采覆岩与地表移动变形规律研究

为研究大同矿区特厚煤层重复开采覆岩与地表沉陷问题,以塔山煤矿8103和8104工作面的地质采矿条件为工程背景,沿倾向主断面建立了二维相似材料模型。反演分析了仅开采上覆侏罗系煤层时覆岩沉陷规律、两煤层重复开采时覆岩沉陷规律、离层发育规律、煤柱群垮塌规律以及地表塌陷规律,揭示了该地质采矿条件下覆岩与地表沉陷机理。研究结果表明:采用刀柱式采煤法开采侏罗系煤层,上覆岩层未发生显著的破坏和变形;在特厚煤层重复采动影响下,覆岩以一定的角度向上垮落和裂隙发育,当侏罗系煤层采空区受到下组煤开采扰动时,采空区中煤柱群受扰损伤,支撑能力降低,导致其上覆岩层沉陷加剧,在弯曲下沉带上方形成新的导水裂缝带,覆岩沉陷呈现“四带”发育特征。结合实测数据,分析了工作面沿倾向方向地表移动变形规律,基于Origin 8.0平台和概率积分法进行了二次开发,对倾向观测线上山方向实测下沉数据进行了拟合求参,获取了部分概率积分预测参数。研究结果可对大同矿区开采沉陷治理工程提供参考。

长壁重复开采岩层移动规律研究

结合长壁开采岩层移动特点， 建立起采时力学模型和采后力学模型，

厚松散层重复开采地表移动变形特征比较与分析

根据某矿厚松散层、大采深、长工作面、机械化采煤条件下2个初采和1个重复开采工作面观测站实测资料,通过移动变形计算和规律分析,获取了基于概率积分法的地表移动变形预计参数,从地表移动持续时间、下沉状态、地表移动盆地特征、概率积分法参数等方面总结了重复开采与初采时地表移动变形规律的差异,为类似地质采矿条件下的重复开采地表移动变形规律分析提供参考。

重复开采“活化”主要因素分析

文章对重复开采沉陷“活化”作了明确的定义，通过力学原理、冒落带形成、孔隙守恒以及现场实测的钻孔离层情况多角度地分析了开采沉陷“活化”的主要影响因素。着重总结出了不同岩性结构类型、不同开采次数和不同重复开采类型的“活化”影响特点。

复杂特厚煤层重复开采条件下上覆岩层变形数值模拟分析

针对采矿工程所处地质环境往往具有较强的非均质特性和复杂性,难以对复杂特厚煤层重复开采条件下上覆岩层的变形特征进行明确解释的问题,以抚顺矿业集团老虎台矿井田东部原生煤体区域为实例,采用MIDAS&FLAC3D数值模拟方法,研究复杂特厚煤层重复开采条件下上覆岩层的变形和破坏规律。研究结果表明,复杂特厚煤层重复开采条件下,工作面回采形成垮落带与裂隙带等破坏范围将受到断层、岩层分界面等结构的制约,在临近断层的断层面和2种不同岩性分界面处产生离层结构,研究成果为该矿及相近条件矿井的防水及顶板维护工作提供了现实依据。

巨厚松散层下重复开采地表沉降规律研究

根据14021(3)观测站资料分析、研究,总结出巨厚松散层下重复开采地表移动变形规律,对于潘集矿区留设保安煤柱、解决“三下”采煤及青苗赔偿、拆迁等问题具有重要意义。

峰丛地貌浅埋煤层重复开采地表变形规律试验

为了揭示峰丛地貌下浅埋煤层重复开采诱发工作面覆岩破断运移、峰丛移动变形规律,以贵州典型峰丛地貌为工程背景,借助相似模拟、UDEC数值模拟及理论分析等手段,对工作面覆岩运动及地表移动演化规律进行研究。结果表明:随着煤层开采,山峰坡体左右两侧先后出现裂缝,随工作面的推进,裂缝逐渐缩小;重复开采对峰体左右两侧岩体结构破坏较小,而对内部岩体结构破坏较为严重;煤层开采结束后,采用UDEC模型分析峰体垂直应力以及垂直位移发展情况,发现垂直应力主要集中在峰体中央部分,垂直位移数值较大的区域同样为峰体中央部分;同时,在煤层开采结束后,相似模拟模型与UDEC模型均出现了一定程度的下沉情况,下沉量最大区域为峰丛山峰部分。

浅埋深薄基岩地表水体下重复开采危险性分析

煤层重复采动的覆岩破坏规律较为复杂,尤其是面临浅埋深薄基岩层下地表水体下的安全开采。以某矿实际地质情况为基础,通过构建数值模拟模型及现场实测反演确定出2-3煤层开采时的覆岩力学参数,在此基础上,进行3-1煤层重复开采的数值模拟分析,最终确定了重复采动影响下的覆岩破坏高度,并论证了该区域的重复开采的安全可行性。

厚松散层下多煤层重复开采地表移动规律

为了研究厚松散层下多煤层重复开采对地表移动的影响,结合淮南矿区地质采矿条件,在分析顾桥煤矿重复开采地表移动规律的基础上,运用FLAC^(3D)软件建立数值模拟模型,研究了重复开采地表变形规律,并建立了地表变形参数与采动次数之间的关系模型。研究表明:厚松散层下首次开采时地表下沉系数大于1,随着采动次数的增加,松散层逐渐被压实,地表下沉系数呈现线性增大的趋势,但3次开采后松散层已经压实,下沉系数趋于稳定,不再随采动次数增加而增大;达充分采动后,地表移动盆地范围不再增大,但受到采深增大的影响,主要影响角正切、边界角与采动次数之间均呈线性增大关系。该成果为研究厚松散层重复开采地表移动规律提供了理论依据和技术参考。

综采重复开采的覆岩破坏规律

以现代化矿井兴隆庄煤矿的现场实测资料为基础 ,对综采重复开采的覆岩破坏高度、范围、形态及发育特点等进行了全面分析 ,并提出 :减小初次开采厚度以降低覆岩破坏高度 ;增大重复开采厚度以提高采煤工效和矿井经济效益 ;对厚煤层采用分层与放顶煤相结合的采煤方法 ,既可控制导水裂缝带的发育高度 ,又可降低生产成本。

凌志达矿双层煤重复开采条件下地表移动变形规律研究

为研究凌志达矿下层煤(15#煤)开采对地表移动变形的影响,基于地表观测站的实测数据,分析得出了15#煤层开采的地表移动变形规律及地表移动变形特征参数。通过MSDFVS与FLAC3D对地表移动变形进行预测和模拟,进一步验证了结论的可靠性;通过与上层煤(3#煤)开采时地表实测资料的分析对比,确定了15#煤与3#煤开采地表移动变形特征的差异。

翟镇煤矿井田西部重复开采后地表移动变形规律分析

翟镇煤矿井田西翼上组煤及十一层煤已全部开采结束,工作面开采前在地表建立了地表移动观测站和斑裂线监测站,收集到了大量观测资料。通过对地表观测资料和巡查记录的整理与分析,求取出了重复开采后部分地表移动变形参数,并对断层、褶曲影响规律进行了分析、对比,完善了井田变形规律,既丰富了本矿岩移成果,又为今后工作面开采提供了宝贵的经验,对于其它类似矿井也具有指导和借鉴作用。

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。

上层煤回采后重复开采下层煤时地表岩层移动参数分析

经对东曲矿14402工作面岩层移动观测站的观测、分析,总结了上层煤回采后重复开采下层煤时地表岩层的移动规律和实践经验,能为今后煤矿村庄保护煤柱的留设提供了宝贵的基础数据。

重复开采时覆岩破坏范围的最终形态研究

该文针对采顶分层或综放时覆岩破坏范围的最终形态、重复开采时覆岩破坏范围的最终形态进行分析,提出了减小厚煤层分层开采的初次开采厚度来降低导水裂缝带发育高度、通过增大重复开采厚度以提高采煤工效和矿井经济效益的技术途径。

重复开采条件下不同工作面布置方式对开采沉陷的影响

随着深部煤炭的开发,重复开采所引起的地表沉陷严重影响着矿区的生态地质环境。为了研究重复开采条件下,工作面布置方式对开采沉陷的影响,选取山西某煤矿为研究对象,结合研究区地质环境条件,采用MIDAS GTS/NX建立三维地质模型,进行数值模拟分析,对比采动过程中各模型地表下沉值及覆岩应力应变特征,分析不同工作面布置方式下地下开采空间转化为地表下沉的转化量,总结其对开采沉陷的影响规律。结果表明:工作面垂向平行布置相较于垂向垂直布置,开采沉陷引起的地表下沉值较小;重复开采过程中,一方面,工作面垂向平行布置形成的地下开采空间小于垂向垂直布置;另一方面,工作面垂向平行布置对“应力拱”的扰动小于垂向垂直布置。因此,工作面垂向平行布置时,可以有效减少地下开采空间转化为地表下沉,降低开采沉陷造成的影响,在工况允许的条件下,应尽量采用垂向工作面平行布置,以减轻重复开采引起的地表下沉。