采动影响下煤矿顶板岩层三维应力变化规律研究

煤矿采动过程中,由于应力集中密切会造成煤矿顶板岩层变形,从而导致三维应力发生变化,产生冲击地压等灾害。首先分析煤矿基本概况与地质环境条件,其次根据煤矿顶板岩层移动破坏分带构建煤矿顶板岩层三维应力变化数学模型,最后利用FLAC^(3D)有限差分软件数值模拟三维应力变化。实验结果表明,随着工作面推进,z轴正应力变化大于x轴、y轴正应力;x轴沉降值差距大于y轴、z轴沉降值差距;工作区推进至50 m时地表水平位移变化较大。研究成果可为缓解冲击地压,探寻优质矿产资源提供理论依据。

复杂顶板岩层大直径高位定向钻孔装备与技术

针对目前综放工作面复杂顶板岩层定向钻进成孔困难,卡钻、塌孔事故频发,以及大直径钻孔扩孔难度大,缺乏配套专用扩孔机具,高位定向钻孔成孔深度浅、钻进效率低、有效孔段少等问题,提出基于无线泥浆脉冲随钻测量系统、螺旋型钻具组合、多动力扩孔用双级双速钻头、煤矿井下护孔膨胀管等专用设备机具的复杂顶板岩层大直径高位定向钻孔技术,实现复杂顶板岩层成孔及扩孔的可靠性,改善工作面采空区瓦斯抽采的稳定性。实践表明:大直径高位定向钻孔单孔抽采纯量3.2 m^(3)/min,是常规定向钻孔的3倍,累计抽采瓦斯纯量1 300 m^(3),应用效果显著。

顶板岩层特性对煤体冲击影响的数值模拟

利用离散元程序UDEC4.0对煤层上覆顶板岩层的物理、几何属性及运动状态对煤体冲击矿压危险性的影响规律进行了模拟研究.结果表明,煤层上方岩层的悬顶长度、岩层厚度和强度对冲击矿压的危险性均有影响.从周期来压步距的一半开始,煤体的冲击危险性显著升高;顶板释放的能量与岩层强度呈对数关系、与顶板厚度呈指数关系,坚硬、厚层顶板岩层相对较软弱、较薄岩层会对煤体产生更为强烈的扰动,致使冲击矿压危险性升高;另外,处于运动态的顶板岩层的诱冲能力远超过处于稳态的顶板岩层.可通过弱化顶板岩层强度、缩短悬顶长度等措施防止或降低冲击危险性,济三煤矿6303工作面通过顶板爆破进行防冲的工程实践证明了研究结果的有效性.

利用矿井瞬变电磁法探测工作面顶板岩层含水性的研究

煤层顶板水害对煤矿安全生产构成了严重威胁,为保证工作面正常回采,必须在开采前查明顶板岩层含水性。介绍了矿井瞬变电磁法在煤矿井下探测的基本原理、工作方法和技术特点,给出全空间条件下磁偶源晚期视电阻率表达式和不同瞬变延时所对应深度表达式,结合工作面顶板岩层含水性探测实践,探讨了资料解释方法和效果。研究表明,矿井瞬变电磁法能够有效地确定工作面顶板岩层富水位置和范围,可为矿井水害防治提供可靠依据。

深部侧空条件下顶板岩层分区破裂探测研究

采用YTJ20型岩层探测记录仪,对新汶孙村煤矿埋深1300m、侧临采空的2222东回风巷内顶板破裂分区进行探测研究,结果表明:深部高应力是深部岩层分区破坏的根源;在侧空开采条件下,处于深部高支承压力集中的区域,顶板岩层内分区破裂数量将大于处于卸荷、大变形区域岩层分区破裂数量,但受岩层沉降大变形的影响,沿着卸荷、大变形区域岩层内原宽裂缝或离层的下部,在张裂作用下破裂区将进一步扩展,因此可以通过观测离层来确定深部较大尺度岩层分区破裂的位置;同时,岩性对分区破裂有一定的影响,粉砂岩比砂岩更易出现分区破裂现象。研究结果为进一步研究深部关键层结构及其力学特征,深部岩层分区破裂和深部岩石力学致灾机制之间的关系提供依据。

顶板岩层“三带”划分的综合分析法

对顶板岩层“三带”进行定量划分 ,在生产实践中具有重要的意义。通过综合运用组合岩梁理论、顶板岩层破断裂隙计算以及有限元数值分析 ,对顶板岩层“三带”

三山岛海底金矿开采充填体与顶板岩层的变形监测研究

三山岛金矿新立矿区是我国第一个从事海底基岩矿床开采的金属矿山,主要可采矿体均赋存于海底下部20~670 m的岩体中,矿体与海水间仅靠2~3 m厚的海底黏土隔水层隔离。为保障矿山安全生产,根据新立矿区具体的采矿地质条件,选择-200 m中段63线13#、71线17#和111线37#穿脉巷道,埋设了6个测点的埋入式智能记忆型位移计。每个穿脉巷道的测点均按2种方式布设：一种是上向倾斜钻孔穿过下盘围岩、充填体与下盘围岩的接触带和充填体,用以监测充填体与下盘岩体的相对变形;第二种是上向倾斜钻孔穿越F1主裂面下盘岩体和上盘岩体,用以监测断层上下盘岩体的相对变形。通过2013年9月至2014年12月的现场监测,获得了监测期间开采活动引起的充填体及顶板岩层的移动变形特征。监测结果表明,海底充填体和上盘围岩的变形量较小,表明三山岛金矿新立海底采场充填体和上盘围岩在监测期间保持了很好的稳定性。

浅埋煤层长壁开采顶板岩层的不稳定性态

针对浅埋煤层顶板关键层破断后的不平衡特性和运动特征,应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了顶板结构的不稳定性态,给出了关键层破断后顶板结构回转失稳的必要充分条件,建立了铰接体系在回转状态下的稳定性准则,确定了有无支护时顶板岩层稳定状态下的开采高度.研究发现,顶板破断后岩块的台阶下沉与回转失稳必居其一;回转失稳由两岩块相向旋转形成;岩块在铰接处出现塑性铰只是顶板结构回转失稳的必要条件,顶板结构呈瞬变体系才是体系失稳的充分条件.结果表明,根据浅埋煤层长壁工作面顶板结构的结构特征、岩体材料和上覆厚松散沙层等赋存状况,可进一步确定顶板破断后岩块的运动状态和结构呈瞬变体系时的几何特征;采高是人为控制顶板结构稳定的要素之一,单纯降低采高并不一定安全,控制最大回转角才能保证老顶破断后岩块的稳定性.

煤炭地下气化过程中顶板岩层移动特征的研究

采用热弹塑性模型,运用有限元软件,对煤炭地下气化的整个过程进行模拟,得出了煤炭地下气化过程中顶板岩层不同位置处的位移,并将其结果与传统煤炭开采的结果进行对比。结果表明:煤炭地下气化和煤炭开采过程中,顶板岩层移动曲线符合负指数函数关系;煤炭气化顶板岩层下沉速度比煤炭开采下沉速度快,且垂直位移较大;离煤层顶板越近,垂直位移越大,特别是直接顶位移急剧增大。

大倾角煤层走向长壁开采顶板岩层活动规律及其矿压控制

依据现场观测和实验室研究的成果，总结了大倾角煤层走向长壁式开采采场矿压显现和顶板岩是活动规律，介绍了工作面矿压控制方法。

沿空留巷巷旁充填体与顶板岩层的相互作用研究

本文根据沿空留巷顶板岩层活动特点、巷旁充填体的作用，建立巷旁充填体与顶板岩层相互作用力学模型，计算了巷旁充填体后期工作阻力。可缩量，理论值与现场沿空留巷试验测结果相符。

测井技术在煤层顶板岩层富水性评价中的应用

测井曲线含有丰富的地质信息,而在煤田勘探中其主要用于判别层位,未能对测井信息全面利用。本文通过研究淮南某矿钻孔测井资料,综合利用视电阻率测井曲线和自然电位测井曲线,并结合研究区的地质构造情况,对11-2煤顶板的富水性进行评价。结果表明,测井技术对煤层顶板砂岩含水性评价具有针对性强、准确率高等特点,通过测井曲线响应异常可以初步预测岩层富水区域,为工作面探放水设计工作提供技术参考。

新桥硫铁矿顶板岩层安全等级划分

根据岩层物理力学性质、岩体结构和构造、岩体质量指标RQD、水文地质条件等因素 ,采用CSIR分类法、Q系统分类法 ,将新桥硫铁矿顶板岩层划分为三个安全等级 ,对矿山安全生产有重要指导作用 。

急倾斜薄煤层工作面推进速度对顶板岩层活动的影响

为了研究急倾斜薄煤层工作面推进速度对顶板岩层活动的影响规律,以新铁煤矿99#煤层的赋存条件及开采情况为研究背景,运用FLAC 3D数值模拟软件,分别对不同推进速度下的顶板垂直应力场以及位移场进行模拟,并分析了不同推进速度下的顶板活动情况。结果表明:工作面推进速度对顶板岩层的应力分布、下沉量有显著影响。当工作面推进速度从2.4 m/d增加到4.8 m/d时,工作面煤壁处顶板垂直应力从13.95 MPa降低到12.38 MPa,降低了12.68%;煤壁前15 m处顶板垂直应力从19.02 MPa降低到17.51 MPa,降低了8.62%;顶板最大下沉量由0.93 m降低到0.50 m。适当提高急倾斜薄煤层工作面推进速度,顶板垂直应力和下沉量均降低,有利于顶板稳定。

长山盐矿顶板岩层渗透特性的研究

用稳态法对长山盐矿顶板岩层中标志层硬石膏、泥灰岩、破碎灰岩、斑晶灰岩四种岩石的渗透系数进行了实验室测定。结果表明：四种材料的渗透系数比较接近，并且均随着注水压力的增加而线性增加。

综采工作面推进速度对顶板岩层活动的影响研究

为了研究综采工作面推进速度对顶板岩层活动的影响规律,以神东矿区上湾煤矿煤层赋存条件及开采参数为研究背景,运用FLAC3D模拟软件,对工作面不同推进速度条件下顶板岩层的应力场、塑性破坏区以及位移场进行了数值模拟;并提取了监测单元的应力值,分析了不同推进速度时顶板岩层的活动情况。结果表明,当推进速度由12m/d减小为3m/d时,煤壁处工作面中部顶板岩层的垂直应力由8.85 MPa增加到9.63 MPa,煤壁前10 m处由17.27 MPa增加到20.02 MPa;顶板岩层的最大破坏高度由7.53m增大到12.61m;顶板岩层的最大下沉量也增加19%;推进速度的减小导致顶板岩层活动频繁,煤层顶板稳定性降低。此研究结果为采场顶板的科学控制和管理提供了理论依据。

新桥硫铁矿顶板岩层安全等级划分

根据岩层物理力学性质、岩体结构和构造、岩体质量指标ＲＱＤ、水文地质条件等因素，采用ＣＳＩＲ分类法、Ｑ系统分类法，将新桥硫铁矿顶板岩层划分为三个安全等级，对矿山安全生产有重要的指导作用，可为其它矿山提供借鉴．

紧邻碎软煤层的顶板岩层水平井开发煤层气技术

煤体结构破碎和渗透率低是碎软煤层"有气难出"的主要原因。为了提高该类储层的煤层气产量,以淮北矿区芦岭井田8号煤层为例,从水平井钻井、压裂和排采控制等3个方面加以综合考虑,基于紧邻碎软煤层的顶板岩层水平井开发煤层气的思路,在对顶板水平井穿层压裂裂缝扩展规律进行研究的基础上,对顶板水平井位置进行了优化,探索形成了紧邻碎软煤层的顶板岩层水平井开发煤层气技术,并进行了现场试验。研究结果表明:(1)顶板岩层水平井穿层压裂过程中形成的垂直裂缝能够从高应力值的顶板岩层向下延伸到低应力值的煤层中,且水平井的位置对穿层压裂效果会产生重要的影响,水平井距离煤层越近,穿层压裂裂缝延伸的效果越好;(2)水平井的位置应布置在距离煤层顶界1.5 m范围的顶板内,这样才能最大限度地满足顶板水平井的增产改造要求;(3)形成了"优质、快速、安全"钻井技术,深穿透定向射孔技术,"大排量、大规模、高前置液比、中砂比"活性水压裂技术等3项关键技术;(4)工程实践取得了较好的产气效果。结论认为,紧邻碎软煤层顶板岩层水平井开发煤层气技术可行,该研究成果为碎软煤层的煤层气开发提供了一条新的技术途径。

推进速度对顶板岩层破坏高度的影响分析

工作面推进速度是影响顶板岩层稳定性的重要因素之一。为了研究综采工作面推进速度对顶板岩层破坏高度的影响,以神东矿区上湾煤矿煤层赋存条件及开采参数为研究背景,采用FLAC3D模拟软件,进行工作面不同推进速度的数值模拟计算。结果表明:随着运算时步的增大(推进速度的减小),顶板岩层破坏高度的增加越来越快,破坏高度越来越大。因此煤矿开采应尽可能地增大推进速度,保证矿井生产能够高产高效地进行。

沿空留巷巷旁充填体与顶板岩层的相互作用

根据沿空留巷顶板岩层活动特点、巷旁充填体的作用,建立巷旁充填体与顶板岩层的相互作用模型,计算了巷旁充填体后期工作阻力。可缩量、理论值与现场沿空留巷试验测结果相同,说明了这种力学模型的正确性。