巨厚松散层下防水煤柱合理留设及其数值模拟

防水煤柱合理留设是巨厚松散层下煤炭开采设计的基本参数。通过对东欢坨矿第四系巨厚松散层地质特征分析,揭示了本区第四系巨厚松散层中的含、隔水层厚度及其结构分布特征和对煤炭开采充水的影响,建立了巨厚松散含水层下防水安全煤柱计算模型和理论,提出了在巨厚松散层下的防水煤柱留设的非线性计算方法,计算东欢坨矿8煤层防水煤岩柱的高度为65.62 m。根据流-固耦合理论,应用FLAC3D数值模拟计算软件,模拟了东欢坨矿8煤层开采过程中上覆岩层变形破坏规律,揭示了煤层顶板岩体冒落带、导水裂隙带和弯曲下沉带的分布规律,获得了防水煤柱高度及相关工程技术参数,验证了巨厚松散层下防水煤柱留设的非线性设计方法和计算模型的可靠性,为巨厚松散层下防水煤柱合理留设探索了可行途径。

厚松散层开采条件下地表移动规律研究

为了研究厚松散层开采条件下地表移动变形规律，根据开滦矿区地表移动观测站实测资料，通过拟合分析方法，得到了厚松散层下概率积分法参数，给出了各参数与地质采矿条件之间的关系。并借助于UDEC数值模拟软件，探讨了厚松散层开采条件下地表移动变形规律。研究结果表明：松散层厚度是影响地表移动变形的主要因素。在厚松散层开采条件下，地表移动变形剧烈，大部分观测站的下沉系数大于0．90，拐点偏移距为7—55m，地表极易出现剧烈的非连续变形，对矿山开采造成较大威胁。在厚松散层开采条件下，应采取加大留设安全煤岩柱尺寸等开采技术措施，保证“三下”采煤的安全进行。

基于光纤光栅监测的松散地层深部注水试验

为了探索厚松散地层深部失水层位的钻孔注水特性,采用一种新型的光纤光栅传感系统实现了某矿松散层注水过程中应变的在线监测。介绍了在深度+115.83～+135.15 m处松散层注水实施过程,及通过2个钻孔对注水层位应变和水位监测的光纤Bragg光栅系统及水位监测系统,注水试验注水压力值依次为0.1,0.2,0.3 MPa和总注水量达到4226.84 m3。分析了注水压力、注水量和松散层应变变化的关系,松散层在注水前后和过程中松散层应力应变状态。试验表明,随着注水压力升高和注水量增加,松散层压缩状态得到改善,较注水前,注水后注水层位呈明显拉伸状态。光纤光栅监测系统灵敏、稳定,能够实现对松散层深部注水的过程实时监测,试验为进一步实施松散层地区沉降治理提供了重要的依据。

深部厚松散层破碎围岩大巷支护参数优化研究

为了解决陈四楼矿深部厚松散层破碎围岩大巷支护难题,在对该矿-720 m辅助水平回风大巷地质条件和支护形式研究的基础上,采用数值模拟、理论分析和现场观测等方法对巷道支护的锚杆锚固长度、预紧力、锚杆长度、锚杆间排距等参数进行了优化研究,并进行了工业性试验。结果表明:-720 m辅助水平回风大巷合理的支护参数为锚杆的锚固长度至少应为锚杆长度的1/3、预紧力应达到锚杆承载力极限的50%~70%、锚杆长度为2.5 m、间排距为0.7 m×0.7 m,通过实施该优化方案有效地控制该回风大巷围岩变形,达到了预期的目标。

多孔低压注水过程松散层沉降研究

为改善因水位降而导致的地层持续沉降,采用多孔联合长期注水的方法使松散层失水沉降得到控制。用地层光纤光栅监测系统对地层应变进行实时监测,提出了松散层压缩量计算的应变量模型,由此可以掌握注水对地层沉降的影响效果。介绍了编号Z2,Z4,Z5,Z6四个注水孔在深度138.80～171.40 m区间的注水过程,以及编号Q下-1,Q下-3,Q下-4,Z1四个水文观测孔在深度114.00～176.40 m区间的水位变化,和对应地层应变的光纤光栅监测的结果。随着注水量的增加,松散层压缩状态得到改善,由压应力向拉应力状态发展,光纤光栅传感器波长变化与同层位的水位变化趋势具有同步对应关系,注水量每增加1 000 m3,松散层微应变增大1.715。监测表明,注水单孔流量3.79～6.00 m3/h,年注水量达到132 973.23 m3,可以控制松散层的沉降发展。

松散承压含水层载荷传递机理的实验研究

利用专门设计的实验模拟装置,首次就松散承压含水层的载荷传递机理进行了实验研究.通过实验结果的对比分析,得出由于承压水的流动性和补给作用,松散承压含水层对载荷的传递起很大作用.有松散承压含水层时,上覆表土层的载荷通过松散承压含水层均匀地作用于下部基岩上,开挖过程中,基岩顶界面上的载荷基本保持恒定;无松散承压含水层时,基岩顶界面上的表土层载荷随煤层开挖而显著降低.结果表明,有松散承压含水层时两关键层复合破断,无松散承压含水层时,两关键层由下而上分步破断.

浅埋薄基岩煤层快速推进工作面矿压显现规律研究

基于神东矿区1-2#煤层的赋存条件和开采技术条件,采用FLAC3D数值模拟方法,研究浅埋薄基岩回采工作面快速推进过程中的矿压显现规律,为工作面支架阻力确定和岩层控制提供依据。结果表明,随着推进速度的增加,顶板压力呈现减小趋势;推进速度越快,工作面前方应力集中程度越高,峰值应力距工作面距离越小,应力集中影响范围呈减小趋势;推进速度不同时煤层上部的薄基岩和厚松散层破断都直接波及地表,地表下沉量明显高于相同条件下的正常采深煤层工作面;浅埋采场上覆松散层变形移动过程中难以形成承载结构,荷载估算时不能采用传统的普氏压力拱理论。

单动双管取芯技术在松散、破碎地层中的应用

研究目的:在津秦客运专线地质勘察过程中,当遇到松散、破碎或者软弱夹层,采用常规钻探手段时,由于岩芯受到冲洗液的冲刷、钻具振动、岩芯管内的摩擦,岩芯采取率极低,甚至导致岩芯烧坏、污染、原结构破坏等情况,不能满足地质勘察和规范要求,因此必须改进钻探工艺。研究结论:(1)经钻孔生产试验证明,单动双管金刚石钻具能防止冲洗液冲刷、减少钻具振动,保持岩芯原结构,从而避免岩芯污染、烧坏;(2)采用单动双管金刚石钻进方法,提高了岩芯采取率,最高达91%,使岩芯采取率全部达到地质规范设计要求;(3)在单动双管钻具使用过程中,仍存在一定问题,还需进一步在生产试验中摸索改进。

巨厚松散层下煤层开采薄基岩变形及矿压显现研究

以赵固一矿12051综采工作面为研究对象,采用UDEC数值模拟软件对巨厚松散层条件下煤层开采薄基岩变形及矿压显现进行了研究。结果表明:(1)工作面初次来压步距为55 m,周期来压步距为15m;开采后上覆薄基岩出现垮落带和裂隙带,垮落带高度为12.4 m,垮采比为3.54,裂隙带高度为36.7m,裂采比为10.48。(2)随着工作面推进距离的不断增加,工作面前方支承压力影响区范围、支承压力峰值和塑性区范围均增加;当基本顶初次来压后,工作面前方支承压力处于稳定状态,主要表现为最大应力集中系数和塑性区范围基本保持不变。研究结果可为类似地质条件下综采工作面围岩控制提供依据。

松散含水层下粘土层采动变形模拟及作用分析

在疏放控水初步降低水位后,采用模型试验和数值模拟分析第四系底粘土的采动变形破坏特征和隔水性。总结了底粘土采动变形、裂隙发育及裂隙粘土渗透性规律,提出微裂隙底粘土仍作为保护层一部分的主要结论。

厚松散层覆岩下大采高综采工作面矿压规律研究

为研究石炭-二叠纪煤系厚松散层覆岩下煤层开采时工作面矿压规律和支架选型的合理性,采用YHY60(B)矿用本安型数字压力计对磁窑沟矿首采10101工作面支架工作阻力进行实测分析,结果表明:工作面初次来压步距为56.5 m,平均周期来压步距11.1 m;工作面初次来压和周期来压动载系数分别为1.33和1.23,周期来压动压较明显;来压期间支架载荷沿工作面呈中部大、两端小的特征。采用砌体梁理论计算和实测统计分析2种方法,计算出10101工作面所需支架合理工作阻力分别为7 346、7 057 kN,应用表明ZY8000/24/50D型液压支架适应性良好。

浅埋薄基岩工作面覆岩活动规律3维物理相似模拟研究

针对浅埋采场在开采活动中常出现矿压显现剧烈、顶板和地表台阶下沉等问题,以神东矿区为背景,采用3维物理模拟试验研究浅埋深薄基岩工作面覆岩活动规律。模型试验尺寸长×宽×高为1 050 mm×2 000 mm×1 130mm,几何相似比为1∶100,容重相似比为1∶1.67,时间相似比为1∶10,应力比为1∶1.67,监测模型地表位移变化和顶板位移变化规律。结果表明:浅埋薄基岩煤层开采过程中,上覆岩层只出现冒落带和裂隙带,煤层直接顶随采随冒,基本顶初次来压步距为40 m,周期来压步距为20 m;上覆岩层及松散层出现台阶下沉现象,裂缝贯通地表,切眼和停采线附近出现溃沙现象,地表形成塌陷坑;上覆岩层运动以垂直运动为主,随工作面向前推进,顶板位移增加;靠近煤柱的上覆岩层出现搭桥结构,靠近煤柱的上覆岩层位移变化量较小,而远离煤柱的测点上覆岩层位移变化量较大;地表位移变化和上覆岩层位移变化整体上具有正相关性,但地表位移变化幅度较小,具有滞后性,且受到溃沙现象的影响,切眼和停采线附近地表形成塌陷坑且地表位移变化量增大。

祁东矿6163工作面松散承压含水层下安全回采研究

受松散承压含水层影响,祁东煤矿曾多次发生工作面压架突水事故,而具有类似含水层赋存特征的6163工作面在里段开采过程中实现了安全回采,通过现场实测和理论分析,从基岩厚度、覆岩关键层结构特征和顶板破断形态等方面与同煤层且发生过压架突水事故的6130工作面进行了对比研究,结果表明:6163工作面里段基岩厚度大,主关键层与煤层间距大是其未发生压架突水事故的主要原因;初采期工作面的调斜开采使顶板岩层能够产生区域性破断、来压,一定程度上降低了来压强度,也是实现安全开采的有利因素。

新型双动双管钻具在松散、破碎地层的应用

本文重点介绍了新型双动双管钻具的工作原理以及在松散破碎地层的应用情况。经试验证明该钻具能有效地解决此类地层取心率低,钻头寿命短,进尺慢等问题,从而提高钻探质量。

厚松散层薄基岩工作面导水裂隙带高度预计方法

为了保障义桥煤矿6304工作面厚松散层下安全开采,在松散层拱理论基础上,揭示了采动覆岩裂隙场演化规律,提出了厚松散层下基于松散层拱结构的导水裂隙带高度预计方法。6304厚松散层工作面的裂隙带预计高度为33.82~40.05 m,探测高度为35.6~42.3 m,预计结果与探测结果基本一致。6304工作面共计开采煤炭资源35万t,实现了含水层下安全采煤。

渤海蓬莱区块松散破碎地层取心实践与认识

对渤海蓬莱区块取心难点进行了分析:明下段、馆陶组地层岩性疏松,潜山风化壳地层破碎,软硬交错频繁,这是取心收获率低的主要原因。针对取心难点,对取心工具进行了改进,并优化了疏松地层取心工艺技术措施,最终获得了满意的取心效果。

高承压松散含水层下支架合理工作阻力的确定

在承压松散含水层下采煤时,由于含水层可传递上覆表土层的载荷,导致该条件下覆岩关键层易形成复合破断,极易发生压架、突水事故.为了避免发生压架及突水事故,提高支架的工作阻力是主要手段之一,但目前对于如何合理确定关键层复合破断条件下的工作阻力则显得研究不足.为此,结合祁东煤矿7_114工作面的实际条件,依据岩层控制理论,采用理论分析对该条件下的支架合理工作阻力进行了研究,提出了关键层复合破断后使"砌体梁"结构不发生滑落失稳的支架工作阻力的计算方法.研究结果表明:当支架工作阻力提高至10 MN时可保证此面不发生压架突水事故.该结论得到了数值模拟的验证.

基于光纤光栅技术的井筒变形监测

利用光纤光栅传感技术原理,采用适合的光纤光栅系统监测井筒变形,对监测系统数据进行详细变形分析,且与地层水文动态进行综合对比分析,预测出最容易发生井筒破坏的地层区间。光纤光栅波长变化与松散地层变形以及地下水位变化有着良好对应关系,当地层压缩和地下水位降低时,波长值减小,当地层压缩缓和和水位上升时,波长值增大。

上提工作面支架围岩关系及其对矿压显现的影响

针对淮南矿区提高回采上限工作面易于发生压架事故,采用理论分析和现场实测对上提工作面特殊的覆岩结构及其压架机制进行研究。建立不同覆岩结构围岩–支架力学模型,推导出上覆基岩及松散层作用在关键层上的载荷,确定了支架临界工作阻力,并提出相应的工作面压架防治措施。研究结果表明:以直接顶充填系数、覆岩关键层结构、基岩面表土层水文地质结构为判据,可将上提工作面覆岩结构分成4大类6种。单一关键层结构上提面压架危险性要比多层关键层结构高。对于单一关键层结构,当工作面临近松散承压含水层时,关键层距离含水层越近,水压越大,则作用在关键层上的载荷越大,关键层"砌体梁"结构越容易发生滑落失稳;当基岩面为厚黏土层时,采动影响下黏土层内部形成自然平衡拱结构,在"拱"结构保护下,"砌体梁"不易发生滑落失稳。

含水松散层下厚煤层采掘溃砂危险性分析

针对含水松散层下厚煤层采掘溃砂工程难点,对含水松散层的岩性、厚度和富水性等水文地质条件进行研究,探讨了厚煤层分层开采留设安全煤岩柱合理尺寸,并确定了相应的开采方法;预计了(垮落带和导水裂隙带)"两带"高度,基于GIS的强大数据处理功能,对多因素引起的采动溃砂危险性进行了量化评价,分析得出了分层开采条件下顶板溃砂危险性分区图。