采动覆岩破坏演化特征模型实验与分析

采动覆岩破坏演化特征研究对煤炭安全开采具有重要指导意义。以新疆哈密大南湖一矿1303工作面为研究对象,根据开采技术条件,构建采动覆岩破坏演化特征实验模型;分析覆岩运移特征与声发射监测信息,揭示了采动覆岩单次破裂及来压过程中多次破裂的能量耗散与演化特征,其历程分别为"释放-积聚-释放"与"裂隙扩展-破裂-垮落"。借助钻孔电视判定覆岩破坏演化高度,结果表明:工作面开挖后,覆岩破坏高度随模型开采持续增加,但受下方煤岩体碎胀效应影响,覆岩破坏高度增幅随来压次数增加而逐渐降低。工作面推进至246.4 m时,破裂岩块间形成稳定的挤压平衡结构,工作面达到充分采动状态,采动覆岩破坏高度峰值为96.0 m.相关研究成果为指导工程实践提供了定量依据。

岩梁变形监测的分布式光纤传感技术

在模拟矿山开采引起的岩层运动时,将光纤传感器埋入模型的岩层中,研究采用光纤传感技术监测岩体变形的理论和技术。提出一种基于光时域反射技术的分布式光纤传感系统和一种新的测试方法,设计出新型光纤微弯传感器,该传感器既可以实现微弯,又可以实现宏弯。通过 2 m 相似材料模型实验,验证了光纤测试岩梁变形的可行性。

复合岩体支护巷道破坏规律的试验系统研制与应用

介绍了地下岩石复合材料支护巷道破坏规律的模拟试验系统的组成、功能与应用．研制本装置系统目的在于对开采引起裂隙演化规律的全过程模拟，通过对全过程监测信息统计、推断，寻找裂隙演化的应力、位移，时空关系及其稳定性影响因素，为在复杂山体建筑物下煤层群开采时上覆岩层变形的研究提供理论依据．

急斜煤层顶板应力叠加效应致灾特征综合分析

针对乌鲁木齐矿区急斜煤层粉砂岩顶板可能面临的突然性断裂垮落所引发的动力灾害问题,采用现场调研、理论分析、数值计算和联合分析方法,综合分析综放短壁工作面顶板集中应力叠加效应诱致动力灾害特征。根据煤岩层赋存条件和开采布局,考虑采场裂隙分布规律和开采扰动影响,采用分区组合方法构建三维有限差分数值计算模型。计算结果表明:(1)43号和45号煤层顶板均以其深部区域岩体为"支点"产生倾向和走向撬压效应,两者在空间上的叠加效应加剧了局部岩体的应力集中程度,使顶板岩层破断呈现"破断—平衡—破断"周期规律性;(2)两煤层顶板集中应力分别位于其相应工作面南巷南帮的左下方和左上方,距南帮中点20.5和13.7 m;(3)顶板应力集中区走向长度分别为68.2和61.5 m,集中应力峰值分别位于工作面前方28.5和25.3 m,顶板对巷帮应力集中影响系数分别为0.52和0.81。基于研究成果制定了"注水-爆破"耦合致裂顶板防控措施,动力灾害得到有效控制,这为急斜煤层开采顶板动力灾害防控提供借鉴。

急斜煤层顶板裂隙扩展诱导能量时-空演变特征

水平分段综放开采面顶板断裂失稳预测对急斜煤层开采动力灾害防治至关重要。以碱沟矿495 m水平B1+2煤层综放工作面为背景,基于现场开采条件分析,开展顶板能量演变理论计算,构建急斜煤层顶板裂隙扩展能量演变物理平面模型实验,采用声发射与红外热像综合监测手段,揭示急斜煤层顶板裂隙扩展诱导能量时-空演变特征。研究表明:急斜煤层顶板积储的可释放应变能大于耗散能,采动作用致使顶板岩体内部损伤加剧,裂隙扩展诱导能量释放速率必然骤增;采动岩体裂隙动态扩展过程中声发射信号与红外热量同时变化,其中声发射事件数与能率呈缓慢与快速演化特征,红外热像出现热量异常(区)迁移;顶板破裂过程中"声-热"时序演变特征的实质为裂隙扩展诱导能量非均匀释放,形成缓慢与加速释放迁移的时-空演化过程,能量加速释放易造成顶板断裂失稳并诱发动力灾害。这为现场灾害预报与防治提供科学依据。

渗流对坚硬复合岩体巷道环境断裂失稳影响分析

本文在借鉴孔隙介质渗流过程的细观实验与理论研究的基础上 ,从宏观上分析了渗流对复合坚硬岩石材料支护的巷道环境断裂失稳的影响 ,提出相应工程治理措施 ,这对以坚硬岩石复合材料支护为骨架的锚注支护塌陷区是一个大胆的尝试。

大倾角综采放顶煤开采裂隙非稳态演化规律

大倾角综采放顶煤岩层控制技术是煤炭开采与岩层控制的重点研究内容之一。利用非平衡断裂统计方法 ,以某矿综采放顶煤工作面开采的围岩破断规律为研究对象 ,结合相似材料模拟实验与现场应用情况 ,对在非对称载荷作用下的围岩裂隙非稳态运动及演化规律进行了分析 ,为工作面顶部围岩非稳态演化趋势、采空区控制的关键层位与范围的选择、围岩失稳的时空演化规律、支架稳定性的有效控制提供正确理论和科学依据。

采空区动力灾害监测的非平衡信号的子波变换分析

子波变换分析对大采空区动力灾害声发射监测的信号特征分析有很大的优势 ,本文尝试将子波变换技术应用在采空区动力学破坏监测的非稳态信号分析中。基于现场的工程分析与评价 ,结合统计力学的理论 ,对大采空区围岩非稳态破坏位置进行了统计推断以及对断裂位置正确定位。这为工程信号中奇异点的探测与识别和矿山采空区动力灾害声发射监测信号识别提供先进。

软弱层状岩石巷道顶板破坏过程模拟研究

本文对模型实验原理进行了阐述 ,结合现场实际破坏特征 ,对软弱层状岩石巷道的破坏过程进行了相似模拟实验 ,结合试验结果和计算机仿真结果 ,对软弱层状岩石巷道的破坏过程进行了分析 。

路基下大采空区动力灾害监测预报

路基下采空区动力灾害监测是西部矿山多年来一直关注的焦点问题。将子波变换技术应用在路基下空区动力学破坏监测的非稳态信号分析中,基于现场的工程分析与评价,结合数值计算和统计力学的理论,对空区围岩非稳态破坏位置进行了统计推断以及对断裂位置正确定位。结果表明,该方法和技术是可行的。

急倾斜特厚煤层顶板非对称平顶型拱结构对比分析

急倾斜特厚煤层(倾角大于45°)水平分段综放开采与缓倾斜煤层综放开采后的悬空顶板在赋存状态和受力环境上均存在明显差异,导致2种情况下顶板失稳垮落后所形成的顶板结构区别较大。以乌鲁木齐矿区急倾斜特厚煤层顶板结构演化规律为研究目标,采用理论分析、数值计算和现场监测等综合方法,揭示急倾斜特厚煤层非对称平顶型拱结构随煤岩层赋存角度变化的演化规律。结果表明:急倾斜特厚煤层顶板垮落后能够形成平顶型拱结构,并且随煤层倾角增大,非对称平顶型拱结构的拱高、高跨比和半拱跨度比均减小,拱顶位置向地表浅部方向移动,顶板垮落范围和垮落岩体的体积减小,支架承受载荷降低。

采空区非线性动力灾害数字化过程监控及分析

采空区的稳定性监测分析是矿山开采中的一项基础性研究。采空区非线性动力灾害监测的数字化过程监控是实现矿山安全的关键技术之一。

综放面覆岩运动“时-空-强”演化规律分析

综放面覆岩运动是制约安全开采的关键问题之一。以新疆大南湖一矿1303综放工作面开采为工程背景,基于对工作面覆岩运动"横三区"与"竖三带"经典理论的理解,将区块链式演化思想应用于综放覆岩运动数值模型构建与链式演化过程精细计算,构建开采扰动区覆岩物理与数值计算模型,并将其植入三维有限差分计算FLAC^(3D)程序,揭示综放面覆岩运动"时间-空间-强度"链式演化与失稳破坏规律。结果表明:大南湖一矿综放面覆岩垮落带与裂隙带分别约为16.8 m与115 m.具有承载性的岩层受到外力破坏,均会出现应力集中;岩层垮落根据承载层和开挖尺寸不同,出现"分离-协同"运动现象,应力呈现"集中-分离-集中"规律,重合后的应力演化集中,造成工作面强矿压作用,这对现场安全开采提供了科学指导作用。

蠕变对坚硬岩体的地应力测量的影响分析

在不同的围岩和应力条件下,尤其是含有多种其它介质夹杂的坚硬围岩,钻进速度对地应力测量有直接影响。一般来说,钻进速度对地应力测量产生影响的主要原因是岩石的蠕变特性。针对不同岩性、不同应力条件下的复杂围岩体,提出了在地应力测量的不同阶段,钻进速度应遵循的原则。

综采面区段煤柱宽度预测GRNN模型构建与应用

以近水平煤层综采工作面区段煤柱合理宽度预测为目标,分析了近水平综采工作面煤层内聚力、煤层厚度、弹性模量、内摩擦角、容重、泊松比、埋深、工作面长度、煤层倾角对区段煤柱留设的影响因素与关系。基于广义神经网络算法构建了近水平综采工作面区段煤柱留设宽度的神经网络预测模型。以某矿典型工作面为背景,运用所构建的广义回归神经网络进行预测并运用四折交叉验证算法对光滑因子进行优化,消除了模型构建参数选择的人为影响。预测结果表明与工作面实际区段煤柱仅有1%左右的误差。为验证广义回归神经网络的优越性,建立了普通BP神经网络模型进行对比,得出GRNN模型对于多种影响因素非线性耦合预测结果具有较好稳定性与精确性,为实现近水平综采工作面的精准开采提供了参考依据。

坚硬顶板特厚煤层综放面区段煤柱合理宽度研究

针对坚硬顶板特厚煤层条件下综放面区段煤柱的留设问题,以宽沟煤矿W1123工作面为工程背景,基于理论分析、数值模拟和工程实践等方法,确定了区段煤柱的合理宽度。研究表明:基本顶破断与重复采动对煤柱的稳定性影响较大,当煤柱宽度为5～10m时,煤柱内部应力较高,塑性区出现了联通现象且面积较大;当煤柱宽度达到13～20m时,煤柱内部应力分布状态较为平缓,应力峰值逐渐降低,塑性区占比迅速减小为28%、16%与6. 3%。在考虑巷道稳定性以及提高煤炭资源回收率等因素的基础上,最终确定区段煤柱的留设宽度为15m,并且提出了"锚杆+锚索+锚网+钢带"的联合支护方式。研究成果对类似工程条件下区段煤柱的留设具有一定的参考价值。

基于非线性规划的拉斗铲作业平台参数优化

为了提高拉斗铲作业效率,降低倒堆工艺系统生产成本,需要对拉斗铲作业平台参数进行优化。但由于拉斗铲作业平台高度与平台宽度之间相互影响、相互制约,不能对单个参数进行独立优化,而需要以2者为变量,建立优化模型,提出拉斗铲作业平台参数的综合优化方法。为此分析了拉斗铲单向走行、往返走行情况下的挖掘范围,分别推导了各种情况下的拉斗铲挖掘深度、正向及反向走行距离计算公式,提出了拉斗铲走行时间及作业周期的计算方法,建立了拉斗铲生产效率与作业平台高度、作业平台宽度之间的关系模型。利用抛掷爆破爆堆的三维扫描数据,建立平面直角坐标系,拟合得到爆堆曲线方程,进而提出了有效抛掷率、拉斗铲重复倒堆率、辅助剥离率、拉斗铲倒堆率等变量的计算方法,以倒堆工艺系统年剥离总费用最小为目标函数,综合考虑技术、经济、安全3个方面的因素,构建了基于非线性规划的拉斗铲作业平台参数优化模型,并全面分析了作业平台参数的约束条件,包括影响拉斗铲作业安全、高台阶稳定等的作业安全约束,影响拉斗铲倒堆距离、挖掘深度等的拉斗铲线性尺寸约束,以及拉斗铲、辅助设备等的生产能力约束,提出了模型的求解方法。通过计算可知,黑岱沟露天煤矿的拉斗铲作业效率随着作业平台高度、作业平台宽度的增大先增大后降低,作业平台高度为13.30 m,宽度为118.10 m时,拉斗铲作业效率最大,为4043.02 m^3/h;其最优作业平台高度为14.60 m,作业平台宽度为118.00 m,优化后每年可节省剥离费用371.70万元。

深埋大采高综采面采动巷道底鼓机理及控制研究

围岩稳定性是影响煤矿巷道正常使用的关键,巷道底鼓是制约矿井高产高效的关键因素之一。以宁东矿区梅花井煤矿232204辅运顺槽地质条件为背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的方法研究了巷道底鼓机理。研究发现巷道底板无支护和采动影响是巷道底鼓的根本原因,在原支护条件下巷道围岩呈不均匀收缩状态,顺槽发生挤压流动型底鼓。提出了巷道优化支护方案并进行验证。结果表明:巷道底板最大破坏深度为3.2 m,优化支护后,巷道底鼓量由原支护条件下的1150 mm减小到350 mm,两帮对底板软岩产生的“挤压”效应得到了有效缓解,整体围岩系统在“顶-底-帮”优化支护后能实现长期稳定。