厚硬岩层结构调控低损开采方法及机理研究

为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性破断的厚硬基本顶分别呈现小块度破坏杂乱堆积和大块度破断整齐堆积;受采动结构特征影响,直接顶岩层采动破坏产生的体积膨胀显著大于厚硬基本顶。根据模拟得到的采动岩层破坏堆积特征构建了厚硬基本顶条件下采动覆岩下沉计算模型。根据采动作用下随采随垮直接顶岩层采动破坏膨胀量显著大于周期性破断厚硬基本顶的规律,提出对厚硬基本顶进行采前大规模水力压裂并借助采动超前支承压力进一步破坏厚硬基本顶,降低厚硬基本顶采动破坏块度,使其随采随垮、杂乱堆积并充分充填采空区以控制上覆岩层下沉破坏,实现低损开采。采用数值模拟验证了压裂弱化厚硬岩层调控其采动结构,增大采动破坏岩层体积膨胀量,降低上覆岩层下沉的有效性。提出的厚硬岩层结构调控低损开采方法可为煤矿绿色高效开采提供一定的参考。

荷载作用下老采空区“三带”变形规律的数值模拟研究

运用东北大学岩石破裂中心研制的RFPA2D软件,以山西省霍州市辛置煤矿2204工作面为试验基地,利用数值模拟方法,分析了不同开采深度、松散层厚度、荷载大小和荷载作用位置对采空区岩层"三带"下沉值的影响,系统地探讨了覆岩移动与破坏规律。试验结果表明:松散层厚度、荷载大小一定,在附加荷载的影响深度范围内,当附加荷载作用于不同的位置时,"三带"岩层的残余下沉值随着采深的增大而逐渐减小;当荷载作用位置相同时,荷载对采空区"三带"岩层的影响随着荷载的增大也不断增大;开采深度、荷载大小一定,当附加荷载作用于不同的位置时,"三带"岩层的残余下沉值随着松散层厚度的增大而增大;在附加荷载影响深度范围内,当荷载大小一定时,荷载作用对内边缘区的影响最大,其次是外边缘区,影响最小的是中间区。

梅纳旁压仪在测试坝基深厚覆盖层力学参数时存在的问题及探讨

梅纳旁压仪属于纯进口仪器,在中国水电行业应用较晚,而水电行业规范是根据中国国产旁压仪的特点及性能编制的,其能否适用于梅纳旁压仪是值得探讨的。通过对国内外规范的对比分析,阐述了梅纳旁压仪在测试坝基深厚覆盖层力学参数时存在的问题,并依据实践经验,提出了一些有针对性的建议,为以后工程提供一些借鉴。

弱胶结含厚砾岩层覆岩联动失稳机制及矿压调控研究

西部地区广泛分布弱胶结软岩,该条件下当煤层上方存在强度相对较高的厚层砾岩时,砾岩层破断对整体矿压影响显著。为解决弱胶结含厚砾岩层采场强矿压控制难题,采用现场监测、理论分析、相似材料模拟及数值模拟相结合的研究方法,获取西部弱胶结含厚砾岩层条件下采场矿压显现特征,揭示厚砾岩层对采场覆岩失稳的主控驱动作用,提出弱胶结厚砾岩层采场矿压调控技术,并进行现场应用。结果表明:(1)工作面初采阶段出现“轻微→剧烈→轻微”阶段性矿压显现趋势,结合覆岩赋存特性确定采场上方厚砾岩层为强矿压显现主控岩层;(2)建立覆岩“传递岩梁+砾岩岩板”结构力学模型,揭示砾岩层破断驱动下采场覆岩呈现空间上“基本顶→砾岩层→砾岩层上方岩层”递次联动失稳、时间上基本顶“大–小循环周期性”及砾岩层上方岩层“瞬时性”失稳特征;(3)基于分析强矿压显现影响因素提出砾岩破断位置系数ζ用于描述砾岩层破断位置向采空区转移程度,覆岩破断系数越小,对应覆岩破断位置更靠近采空区,矿压显现程度越弱;(4)提出以砾岩层破断位置调整为导向、支架初撑力及工作面推采速度优化为手段的强矿压调控关键技术,通过数值模拟及现场实际将初撑力与推采速度优化为31.8 MPa及8 m/d,现场应用效果明显。

承压含水层下综采工作面调斜开采覆岩破坏模拟研究

针对祁东煤矿松散承压含水层下采煤压架突水问题,结合8_222工作面的地质采矿条件,对初采期调斜开采过程中的覆岩破坏特征进行了模拟。结果表明:在初采期调斜开采情况下,顶板关键层悬露形状为三角形,开采尺寸较大的区域悬露到一定程度后,首先发生破断并造成工作面局部来压,随着调斜尺寸的增加,工作面基本顶能够分区域破断,使得局部来压区域逐步向工作面中部和机尾转移,从而避免了高水压作用下采场顶班初次破断引发的大面积同时来压甚至压架问题。因此在条件允许情况下,高承压含水层下开采时可将切眼布置为伪斜状态。