浅埋深薄基岩矿井综放工作面导水裂缝带发育规律研究

转龙湾煤矿首采工作面煤层埋深160 m左右,基岩厚度60～120 m,属于浅埋薄基岩开采。本文分析了转龙湾煤矿II-3煤层覆岩特征,井下现场探测了首采试验区的采动覆岩破坏导水裂缝带发育高度,采用有限差分数值仿真方法模拟了薄基岩浅埋煤层综放开采条件下的覆岩运移破坏过程。研究表明,采动覆岩塑性破坏区的形态经历了"马鞍形"—"拱(箱)形"的演化发育过程;随着采动空间的增大,采空区两端超前破坏裂隙扩展速度较中部变慢,最大导水裂缝带发育高度位于采空区中部,裂采比为20。     

隔水层裂隙演变机理与过程研究

以神东矿区浅埋煤层采矿地质条件为例,研究采动覆岩中软弱隔水岩层裂隙演变的力学机理与规律.在分析浅埋煤层薄基岩顶部风化带岩层的隔水性和覆岩裂隙发育规律基础上,建立平板力学模型,采用薄板理论中的差分法,应用应变分析原理,结合下伏垮冒岩层的弹性地基特性,研究了薄基岩浅埋煤层长壁工作面覆岩活动规律和软弱隔水层板的裂隙演化机理及...     

浅埋煤层开采覆岩“三带”分布规律研究

针对原万利矿区厚风积砂层、薄基岩、浅埋深的煤层赋存条件,为探明采动覆岩破坏规律,利用经验公式对垮落带和裂隙带高度进行预测,采用钻孔冲洗液法进行覆岩破坏观测,从而确定了上覆岩层"三带"的高度,为确保在第四系含水砂层下安全开采提供了科学依据.     

浅埋薄基岩煤层覆岩应力效应及变形破坏分析

研究浅埋薄基岩煤层开采后在采空区上方形成的导水裂隙带范围对保水开采具有重要意义。基于煤层开采后地表移动和岩体内部移动的内在联系,采用随机介质方法,将地表移动的基本参数应用于岩体内部移动规律的研究中,建立了上覆岩层移动变形力学模型,推导了煤层开采后采空区上方岩层内的位移、应变和应力的数学表达式,分析了上覆岩层变形破坏的影响因素和破坏力学机理。在此基础上,给出了浅埋薄基岩煤层开采覆岩隔水层的破坏判据,为浅埋薄基岩煤层保水开采提供理论依据。     

电法测试技术在覆岩破坏监测中应用

介绍了电法测试技术在覆岩破坏监测中的应用。从煤层开采引起的覆岩破坏的一般规律出发,分析了覆岩破坏与其电阻率和供电电流之间的关系,设计了现场探测覆岩破坏的方案,并进行了煤层开采覆岩裂隙演化规律和覆岩破坏范围的动态探测。通过对采动过程中覆岩视电阻率和电极供电电流的综合分析,得出1116(1)工作面开采后采空区上方0~13m为垮落带,13~43.5m为裂隙带。研究成果为煤矿安全生产提供了直观有效的技术参数。     

采空区顶板裂隙带发育高度判定方法

基于煤层上覆岩层参数,利用关键层理论判别上覆岩层的关键层:即第一亚关键层、第二亚关键层和主关键层,结合裂隙带判别方法,确定了某矿2027工作面覆岩破坏裂隙带的上边界为煤层上方46.24 m处。冒落带高度为6.59 m,裂隙带下边界为煤层上方6.59 m处,最终确定采动裂隙带范围为煤层上方6.59~46.24 m。     

榆神府矿区双煤层开采覆岩破坏及地面沉降特征研究北大核心

为研究双煤层开采条件下浅埋煤层覆岩破坏特征及地表沉降规律,以榆神府矿区典型浅埋煤层地质条件为基础,采用数值模拟方法,分析了6种不同工况下双煤层开采时覆岩破坏与地表沉降特征,并用物理相似模拟实验加以验证。结果表明:浅埋煤层覆岩破坏方式为全厚切落,留煤柱开采时隔水层中采动破坏呈现“泥盖效应”,不留煤柱开采时采空区两侧形成离层裂隙发育区,裂隙沿采空区两侧上方呈约45°发展;煤层开采时地表呈台阶式下沉,随着工作面推进,地表沉降中心不断前移,隔水层重量对地面沉降的影响逐渐减小,煤层厚度与地表沉降值呈正相关性;煤层开采过程中存在应力集中现象,上覆岩层中垂直应力沿煤层开采方向依次出现应力集中区、应力卸压区和应力集中区。     

覆岩破坏视电阻率变化特征研究

基于同时满足力学参数相似和稳定电场参数相似的物理模型, 应用电阻率测深法详细研究了煤层上覆岩层在采动过程中的破坏过程与视电阻率的动态变化特征, 并通过反演计算得到了覆岩裂隙带、冒落带产生的视电阻率变化的倍数关系． 现场实测结果进一步证明了这一关系的正确性．     

基于时移高密度电法的覆岩精细探测方法研究

地下煤层开采引起上覆岩层变形破坏，对变形破坏范围进行精细探测，可以为煤矿安全 高效绿色开采提供技术保障。 本论文分析了基于时移高密度电法的覆岩精细探测原理，建立了 采前和采后三维地质地球物理模型并进行了数值仿真计算。 结果表明:覆岩变形破坏在电阻率 变化率断面图中呈沙漏形异常，孔口位置约为裂隙带和弯曲下沉带的分界线，裂隙区相对压实 区为电阻率变化率高正异常区。 同时，进行了现场试验，发现电阻率变化率断面图中浅部异常 主要受沉陷裂隙和降水影响，沉陷裂隙形成电阻率变化率正异常，降水形成电阻率变化率负异 常；结合沙漏形异常形态和关键层层位，确定了裂隙带发育高度为９８ｍ，探测结果得到了钻探 结果验证。     

浅埋煤层高强度开采覆岩(土)破坏演化及溃沙控制技术

随着我国煤炭资源的大规模和高效开采,薄基岩浅埋深的矿区常发生切冒、抽冒、台阶下沉,造成水资源和环境破坏严重。但是,赋存于萨拉乌苏组含水层下伏的连续黏土层的存在,使得基岩及其黏土隔水层组合结构下采动破坏规律不同于传统的基岩岩层,这将为防治矿井突水和实现保水采煤提供了条件。论文采用数值模拟和理论分析的方法,模拟了“黏土隔水层-基岩风化带-基岩”结构特征下不同黏土层与基岩厚度条件下覆岩(土)裂隙发育、顶板破断运动的基本特征,获得了浅埋深条件下采动覆岩(土)的破坏变异规律与发育高度,分析了溃沙的致灾因素和预测判据,并据此提出防治突水溃砂的技术手段。研究结果表明：浅埋煤层“沙土基型”覆岩(土)结构条件下,由于不同基岩与土层厚度的控制作用,使得覆岩(土)破坏发育高度和特征产生变异;水砂源、通道、动力源和空间是近松散含水层溃砂的主要致灾因素,并提出了预测溃沙发生的判据;可通过防止顶板切冒、含水砂层水头压力疏降、局部注浆固沙和合理留设防砂(塌)煤岩柱等技术控制浅埋煤层溃砂灾害发生。     

薄基岩突水威胁煤层开采覆岩变形破坏演化规律研究

针对赵固一矿11011工作面大埋深薄基岩厚覆盖层下煤层开采难度大,存在涌水涌砂威胁的现状,采用现场调研与统计分析方法,论述了薄基岩突水威胁煤层涌水涌砂的条件.其基本顶关键层周期性破断后形成“砌体梁”结构.此文利用“短砌体梁”及失稳后呈“台阶岩梁”的理论解析验算后认为,该面顶板结构极易产生回转及滑落失稳,进而形成突水通道.在此基础上还采用相似模拟试验的方法,分析了采场上覆岩层破坏、运移演化规律,确定了该面项板垮落带高约17m,导水垮裂带高约48 m,故若在此范围内存在含水层或流砂层,应及时采取措施.课题组还用实测法验证了工作面采后覆岩破坏高度,并制订了预防顶板突水开采方案,为类似条件下煤矿防治顶板突水安全开采提供参考.     

沟谷地形下开采覆岩裂隙发育特征研究

为了研究沟谷地形条件下薄基岩浅埋煤层覆岩采动裂缝发育规律,以神府矿区为研究基地,对安山煤矿5-2煤开采工作面的覆岩采动裂缝发育特征进行分析,建立弱强度覆盖层作用下的基本顶受力模型,即“非均布载荷梁”结构模型。通过对非均布载荷梁结构的力学分析,推导基岩承载结构稳定性的判别条件,确定了基本顶两端压力、剪力及垮距等参数的计算公式,揭示了弱强度覆盖层厚度及坡度变化对覆岩采动裂缝间距的影响规律。实践表明,依据非均布载荷梁模型确定的覆岩采动裂缝间距与周期来压步距近似相等|覆岩采动裂缝随基岩破断失稳而呈周期性动态发育演化特征,工作面上方地表附近塌陷型和台阶型采动裂缝较为发育,采空区上方地表裂缝逐渐演化成错动量及张开量较小的闭合型地表裂缝。     

关键层结构对保护层卸压开采效应影响分析

由于保护层卸压开采,导致覆岩结构的运动,致使上覆煤层变形,产生卸压效应,改变被卸压煤层的透气特性,为卸压瓦斯抽采创造有利条件.采用RFPA2D-Flow数值模拟软件,分析了上覆煤岩层采动裂隙演化、卸压煤层采动应力及位移分布、瓦斯参数变化等规律,结果表明:1)下保护层开采引起的上覆煤岩层采动裂隙集中分布在采场两端部,并呈竖向偏采空区方向发育,离层裂隙发育至被卸压煤层上方;2)开切眼和停采线附近区域顶板裂隙明显发育,卸压开采导致上覆煤层产生膨胀变形,透气性明显增加;3)由于被卸压煤层和保护层之间关键层结构的力学效应,使被卸压煤层透气系数增加幅度不显著,导致抽采孔瓦斯压力降低速度放缓.无关键层结构时,采动影响区内抽采孔瓦斯压力降低较快.     

山体浅埋煤层覆岩的应力分布规律

为了掌握山体浅埋煤层原岩应力场的分布规律,运用数值计算的方法,研究了山体浅埋煤层原岩垂直应力与水平应力的分布特征、上覆岩层的垂直应力分布特征、应力梯度的变化。垂直原岩应力分布形式与地表形态非常相似;水平原岩应力在埋深较大处的岩层软弱面结合处有应力集中现象。山体浅埋煤层及断裂带老顶上的垂直原岩应力呈线性变化;在埋深较大处,应力值较大,埋深较小处,应力值较小;沿煤层倾斜方向垂直原岩应力变化梯度较大。研究结果可为类似条件下工作面的支护参数的选取提供借鉴。     

Water and Sand Inrush During Mining Under Thick Unconsolidated Layers and Thin Bedrock in the Zhaogu No. 1 Coal Mine,China

Raising the upper boundary of coal mining under thick Cenozoic unconsolidated layers has brought new challenges to the prediction and prevention of water and sand inrush from overlying sand and gravel aquifers in north China. The mechanism of water and sand inrush was studied based on an incident that occurred at working face 11071 in the Zhaogu No. 1 coal mine, in Henan Province. Geological and hydrogeological investigations in overlying strata indicated that intersections of horizontal confined aquifers and inclined bedrock surfaces, defined as skylight areas, allow water and sand from the aquifers to enter the workings. Geotechnical and physical simulation tests on overlying strata showed that mining-induced fractures in weathered bedrock were gradually enhanced by water and sand flowing under high pressure, leading to inrush incidents at the working faces. The empirical formula for estimating the requisite size of coal and rock pillars were modified by incorporating a term for protective thickness under skylight areas. The modified formula was successfully applied to the extraction of neighboring faces, proving its applicability in coal mines with similar geological and hydrogeological conditions.     

大柳塔煤矿多煤层开采覆岩变形破坏模拟研究

针对大柳塔煤矿远距离多煤层开采冒裂带发育及采动影响问题,通过相似模拟和数值模拟计算,系统研究了2个主采煤层开采过程中覆岩垮落、裂隙发育及地表沉陷规律。研究结果表明：浅部2-2煤覆岩主关键层破断后,顶板基岩会发生直达地表的整体切落现象,5-2煤一次采全高长壁开采冒裂带连通上部采空区,形成工作面涌水的导水通道;重复采动岩层与地表移动和变形值增大,非连续性破坏增加;采空区上覆岩体依据主应力分布可划分为双向拉应力区、拉压应力区和压应力区3个区,主应力状态对采动裂隙的形成、发育起着控制作用;采动影响与工作面几何参数密切相关,地表沉陷随着工作面斜长或采厚的降低而减小。研究成果对大柳塔及类似条件下的煤矿安全开采与设计有指导意义。     

浅埋深薄基岩煤层组开采采动裂隙演化及台阶式切落形成机制

探索浅埋深薄基岩煤层组开采采动裂隙演化对认识溃水溃砂通道形成机制具有指导意义。基于大柳塔矿地质条件,设计相似模拟试验,首采1-2上煤层,充分开采后再采1-2煤层。由此,揭示采动裂隙演化规律,指出上煤层采动碎胀作用明显,下煤层采动地表下沉线性增长明显。利用分形与逾渗理论定量评价了采动裂隙的演化特征。上煤层开采,根据周期来压特征,分维变化划分2个线性阶段。下煤层开采,非线性受控于上覆煤层引起的分维变化,分形维数将趋于一个稳定值。进一步揭示了采动裂隙逾渗概率随推进度的线性关系的,得到整个煤层组开采覆岩裂隙非线性演化的2个临界状态。研究了切落式破坏形成机制,提出了岩层板簧效应并分析了崩塌式切落特征,指出拉破坏是典型切落式台阶形成的主要原因。     

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。     

STUDY ON FRACTURE AND MOVEMENT OF OVERLYING BEDROCK IN SHALLOW SEAM UNDER THICK SAND

Based on the field observation results of ground pressure in shallow seam, the movement characteristics of overlying strata in front and behind and the subsidence of the earth‘s surface are studied. Also, the paper analyzes the stability of overlying bedrock according to the theory of voussoir beam‘s “S-R“ stability and the hypothesis of step subsidence. It points out that slide instability is the fundamental form of overlying bedrock movement.