综放开采顶板离层裂隙变化研究

应用理论分析等手段研究综放开采过程中采场上方覆岩离层裂隙发育变化规律,阐述采场上方离层裂隙带的范围,分析了采空区离层裂隙带的空隙渗流特性。研究结果应用于工程实践取得了良好的经济技术效果。

1262(1)工作面导水裂隙带发育高度的数值模拟研究

分析了1262(1)工作面煤层赋存特征,建立了工作面的三维地质模型;以煤层顶板岩石的力学试验结果为参数,利用FLAC3D软件对开采引起的煤层覆岩运移进行了数值模拟;分析了开采过程中煤层覆岩的位移和应力分布规律,讨论了工作面煤层顶板的破坏形式及变形特征。

基于FLAC的导水断裂带分布规律模拟研究

为了掌握煤层开采后上覆岩体导水断裂带的分布规律,采用FLAC有限差分程序分析不同开采宽度采空区上方应力变化。根据摩尔-库仑准则,以开采上边界起到模型单元应力状态屈服区的最高点处的距离作为导水断裂带的高度。对某矿首采工作面建立FLAC模型,模拟不同采宽条件下导水裂缝分布,结果表明:随着工作面的推进,导水断裂带先呈扁平拱形,后呈马鞍形;导水断裂带高度初期随工作面宽度增大而增大,当工作面宽度大于一临界值后不再增加;所模拟导水断裂带高度与实测吻合。回归分析表明,在相同采厚条件下,导水断裂带高度与开采宽度呈二次函数关系。

超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填技术

为了解决传统覆岩离层注浆减沉技术实施后离层区内大量承压可流动水体所带来的问题,结合超高水材料基本性能,以岩层控制的关键层理论为指导,提出了超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填技术。该技术将超高水材料浆液充满关键层下的离层空间、冒落带垮落矸石间缝隙以及裂缝带裂隙,凝固后的充填体控制上覆岩活动。根据以往覆岩离层注浆实践结果及超高水材料注浆充填技术在假想工作面的应用可知:超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填的减沉率在80%～90%,有助实现"三下"压煤开采的高产高效。

富水覆岩特厚煤层综放开采相似材料模拟研究

为研究综放工作面在不同采高情况下富水覆岩破坏特征,以胡家河矿首采401101工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验的方法,通过三次不同采高(10m、8m、6m)的实验,研究当工作面推进到180m时上覆岩层在不同采高下的破坏状况,导水裂隙带高度能否到达含水层。在此基础上,分析了采动岩体的周期破断和裂隙发展过程,以及支承压力分布的变化。结论可以为胡家河矿首采面提供可靠的采高参照,以避免发生大范围的顶板透水灾害。

采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究

为得到薄基岩厚风积沙地区采场裂隙带发育高度及演化特征,基于采场覆岩'三带'的划分,对薄基岩地区厚风积沙煤层采动过程中裂隙发育特征进行相似材料模拟试验研究,得到开采过程中上覆岩层垮落破坏特征及运移规律,岩层内部压力分布规律,分析采动裂隙带发育高度及存在形态与工作面推进速度的关系。结果表明:补连塔煤矿12406工作面周期来压步距为22.5~30.0 m;上覆岩层的破断角在采空区侧为64°,在煤壁侧为61°;裂隙带高度为157.1 m,为工作面采高的26.18倍;工作面上覆岩层下沉趋势呈非线性曲线,移动形态具有非对称性。

大采高长工作面地表移动变形规律研究

为研究大采高长工作面地表移动变形规律,采用数值模拟、理论分析及现场实测的方法分析大采高工作面长度变化时对地表移动变形规律的影响,得到大采高工作面覆岩压力平衡拱达到极限状态而发生失稳破坏的临界条件和地表移动变形特征参数。研究结果表明:随着工作面长度的加大,在工作面倾向方向上由于覆岩离层导致冒落带高度范围、地表移动变形量、开采影响范围逐渐扩大,地表最大下沉量和最大水平移动量与工作面开采长度呈线性关系。

高强度综采中至坚硬覆岩裂缝带发育规律研究

为了研究中硬偏坚硬覆岩高强度综采条件下覆岩裂缝带发育规律,根据潞安矿区王庄煤矿6206工作面开采地质条件,利用现场实测、数值仿真、相似材料模拟等手段综合研究确定了中硬偏坚硬覆岩综放一次采全厚导水裂缝带的发育高度。结合潞安五阳煤矿分层综采裂缝带高度观测资料,分析表明中硬偏坚硬覆岩高强度综采条件下(分层综采和综采放顶煤)覆岩裂缝带高度与M/n成正比更符合现场实际情况,裂高采厚比达到20.2倍,所得经验公式可以用于类似条件下开采覆岩破坏高度预计,获得的裂高可以作为潞安矿区水体下采煤留设保护煤柱及保水采煤方案制定的参考依据。

由冒落孔导高预报煤层顶板导高的回归分析研究

介绍经验回归函数的建立，回归系数的显著性检验及回归预测方法，并以实际冒落孔探测资料为例，分析了“导高”与地质参数之间存在的相关性。

基于简单梁计算方法的煤矿采空区覆岩移动变形分析探讨

煤矿采空区覆岩移动与裂隙演化特征直接影响采空区场地稳定性。通过将裂隙椭抛带理论引入简单梁计算模型来确定岩层移动性状,并结合UDEC数值模拟,对覆岩移动与离层裂隙演化特征进行验证性描述。结果表明:简单梁计算模型与关键层理论具有一致性,岩层下沉整体表现为抛物线型。岩层移动过程中,伴随着裂隙椭抛带的形成,离层裂隙形态在岩层破断垮落前,表现为抛物线型;垮落后,转变为马鞍型。理论分析与研究成果可为采空区治理设计与施工提供理论参考。

坚硬主控覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度机制研究

煤矿顶板水害防控与水资源保护的核心是控制导水裂缝带发育高度,降低煤层开采对上覆含水层扰动。基于覆岩破坏控制技术和顶板预裂弱化控制矿山压力显现方面研究现状,提出通过主动预裂弱化坚硬主控岩层,在不影响开采效率和资源回收率的情况下控制采动导水裂缝带发育高度的低损害开采技术构想。采用相似模拟,理论分析和数值模拟分析相结合的研究方法探究预裂弱化坚硬主控岩层控制导水裂缝带发育高度作用机制,并根据数值模拟结果提出含水层下坚硬覆岩预裂层位确定方法。研究结果表明:坚硬岩层相较于软弱岩层采动破断块度较大,采动破坏后整齐堆积于采空区,采动破坏膨胀量较小;不同层位坚硬岩层预裂弱化条件下采动响应存在显著差异,因此预裂层位选择将直接决定预裂弱化控制导水裂缝带高度效果;数值模拟结果显示中位岩层预裂和中、低位岩层同时预裂时导水裂缝带发育高度控制效果较好。研究成果为含水层下煤炭资源安全、高效和绿色开采提供了新的技术途径。

仰斜开采覆岩应力分布及裂隙演化规律物理模拟试验

为揭示仰斜开采过程中采场覆岩应力及裂隙演化规律,采用物理相似模拟试验进行了研究,得到了仰斜开采工作面底板支承压力沿推进方向的区域划分,支承压力峰值的变化,以及采场覆岩"三带"高度与卸压裂隙区宽度等随着工作面推进的变化规律。