晋城矿区厚层脆韧性石灰岩顶板变形与控制特性研究

晋城矿区15#煤直接顶K2石灰岩厚8～12 m,结构致密坚硬,为坚硬难垮落顶板。针对厚层石灰岩顶板可能面临的大面积断裂和垮落,从而导致冲击地压等问题,通过岩石力学性质试验获得相关岩层力学参数,并运用关键层理论、数值模拟和相似材料模型试验,研究了厚层脆韧性石灰岩顶板的变形与垮落特性,得到了顶板初次来压步距20～25 m和周期来压步距10～15 m及垮落规律,并提出了顶板控制的技术途径,即初期中深孔爆破结合顶板关键层缓慢下沉综合控制技术。实践表明,厚层石灰岩顶板的垮落形态和垮落步距与理论和试验研究结果基本一致。该项成果为晋城矿区厚层脆韧性石灰岩顶板控制提供了有效途径。     

浅埋煤层厚沙土层顶板关键块动态载荷分布规律

通过动态载荷传递相似模拟实验方法,对浅埋煤层顶板厚沙土层的采动破坏机理及对顶板关键块的载荷传递进行了研究,得出了顶板关键块上的动态载荷分布规律,为揭示载荷传递机理和建立顶板动态结构理论奠定了基础      

基于岩梁-块体理论的巷道软弱层直接顶板破坏形式研究

巷道软弱层直接顶板具有挠曲破坏、整体冒落和拱形冒落3种破坏形式,顶板厚度变化是影响其破坏形式的主要原因之一。对此,基于梁理论和块体理论,构建了顶板岩梁-块体力学模型,以揭示软弱层直接顶板破坏形式的变化规律。在此基础上,定义了挠曲破坏安全系数和剪切破坏安全系数,建立了顶板不同破坏形式的顶板临界厚度计算模型,以判定不同顶板厚度对应的顶板破坏形式。通过实例演算显示,随着顶板厚度的增加,顶板破坏形式由挠曲破坏逐渐变为整体冒落再变为拱形冒落。同时,当顶板厚度超过一定值时,冒落拱高度不再显著增加。基于相同的工程条件和力学参数,通过实例演算和数值模拟对比分析,计算得到演算工况下从挠曲破坏到整体冒落的顶板临界厚度均为0.14 m,从整体冒落到拱形冒落的顶板临界厚度为0.8m,结果具有一致性。表明应用顶板临界厚度计算模型能够有效地判定顶板破坏形式。该研究成果可为矿山巷道在软弱层直接顶板管控及支护方案设计提供理论参考。     

煤巷复合顶板结构对其稳定性影响试验

煤层巷道复合顶板结构较为复杂,其自身稳定性与岩性、岩层厚度、层数、岩层位置及层间黏结力等因素有关。基于简化的复合顶板组合梁结构力学理论,建立了简化的组合梁力学测试模型,通过不同试验分析复合顶板结构特征对其稳定性的影响,其目的是为复合顶板稳定性分类及控制提供科学依据。研究结果表明:煤巷复合顶板厚度不变时,其自身稳定性随岩层强度提高、硬岩层厚度增加、硬厚岩层到煤层距离的减小及层间黏结力的增大而提高,随分层数的增多而降低,当层数达到4层及以上时,顶板稳定性受其层数变化的影响变小。各因素的影响程度由大到小依次:岩性 > 岩层厚度 > 层数 > 岩层位置 > 层间黏结力;强度低、厚度小的软弱薄夹层较其他岩层更易产生应力集中,且破坏早于其他岩层。      

米仓山、南大巴山前缘构造特征及其形成机制

在对四川盆地东北部盆山结合部地表地质和石油地球物理资料综合分析的基础上,阐述了米仓山前缘构造、南大巴山前缘构造的几何学、运动学特征;发现了二者的共性和不同,二者均以双重构造为主,通过古生代构造层的叠置,而迅速抬升出露地表,米仓山前缘以被动顶板双重构造为主,即典型的"三角带"构造,南大巴山前缘以主动顶板双重构造为其显著特征;初步分析了原因,区域滑脱层,特别是嘉陵江组-雷口坡组膏盐岩滑脱层及古生界泥页岩滑脱层,构成了顶板和底板逆冲断层,其间的台地相碳酸盐岩构成了断夹块,受米仓山早期基底隆升和侧向挤压,形成了被动顶板双重构造,南大巴山递进挤压变形,形成了主动顶板双重构造。     

临涣矿区界沟煤矿工程地质条件研究

根据主采煤层顶底板岩体岩性类型及结构面发育程度对其稳定性进行了评价：72煤层顶板以中等稳定一不稳定类型为主,82煤层顶板以中等稳定类型为主,10煤层顶板以中等稳定一稳定类型为主。在大量统计见煤点硬质岩百分含量（k值）的基础上,结合顶板岩石的单轴抗压强度,对各主采煤层顶底板工程地质类型进行了划分：72煤层以一、二类顶板为主,82、10煤层均以五类顶板为主。综合评价该矿工程地质条件为中等即Ⅲ类二型。根据研究成果,指出该矿在采掘过程中可能出现的工程地质问题,并依此提出了治理建议。     

强冲击地压矿井煤层顶板覆岩结构研究——以孟村煤矿为例

矿井工作面上覆坚硬厚层顶板对冲击地压的产生具有重要影响,顶板坚硬厚层砂岩通常因沉积相的变化在横向和纵向上呈现出厚度、顶底板起伏和岩石力学性质等方面的变化。陕西彬长矿区孟村煤矿地质条件复杂,主采煤层顶板发育多层厚砂岩,矿井长期受冲击地压灾害威胁。为准确掌握工作面顶板坚硬厚层砂体层位及展布状态等信息,对其进行压裂弱化,保障矿井安全高效开采,基于孟村煤矿工程地质条件,通过井下工作面巷道顶板钻孔取心编录和钻孔电视测井方法,进行工作面顶板覆岩结构探查,对顶板主要砂体采样,进行岩石学、沉积相和岩石物理力学性质等特征分析,得到如下主要成果：(1)孟村煤矿401103工作面顶板100m内可对比划分出5层连续的砂体,工作面沉积微相变化导致各砂体厚度和顶底板标高不稳定;(2)401103工作面顶板延安组二段、直罗组、安定组底部均为河流相沉积,河流微相中的天然堤相细粒砂岩和粉砂岩的岩石力学强度相对最大,随着岩石粒径的逐渐增大,边滩相和河床滞留相中、粗粒砂岩的强度相对降低。不同沉积环境同一粒级砂岩的岩石力学强度因石英含量增高、硅质胶结物含量增高、颗粒支撑结构等因素而增大;(3)井田现今构造应力和顶板坚硬厚层砂...     

深埋隧道软硬交替复合顶板岩体变形破坏分析

为了解隧道开挖后顶板岩层活动范围及其对隧道支护体的影响,对埋深为700 m的隧道多层状顶板岩体,采用两种方式对其顶板围岩破坏形式进行了数值模拟研究和理论分析。一种方式是将顶板112 m至地表的588 m范围内的岩层视为均布荷载,模拟计算隧道顶板112 m范围内岩层的应力、位移及塑性区范围;另一种对隧道至地表岩层进行全断面模拟。模拟计算分析表明,对于隧道顶板112 m范围内相应位置的压应力 、竖向位移 及剪应力 ,两种方式计算结果基本相同,说明在距隧道中心一定高度处的岩层出现离层现象;复合顶板中的两层及两层以上的硬岩层与其间的软岩层构成了若干个组合板结构,隧道支护体所受的载荷主要来源于第一个组合板以下的岩体,并将第一个组合板以下的高度定义为支护体关键荷载圈。由数值模拟分析和理论计算所得到的隧道支护体关键荷载圈高度均在75 m左右,相对误差不超过5 %。     

在长期观测孔中隔离承压含水层的经验介绍

在钻孔中往往发现一层或两层承压水,按照地质上的要求,需加以分别隔离,进行观测研究各个之性质及变化。于承压水顶板未钻穿以前,使用洋灰、粘土或桐油石灰(用于石灰粉拌合四分之一重量的桐油)下套管封闭,操作上是没有什么问题的。但实际工作中往往承压水之发现,于事先很难掌握。在承压水顶板钻穿以后就困难了。因为承压水具有一定的压力流速从孔口涌出,洋灰等都无法在顶板上,将套管悬于钻孔中途把它封闭。即使在顶板未钻穿前,能     

典型留巷顶板条件下巷旁充填体支护阻力分析

将工程实践中接触到的留巷顶板分为厚层直接顶、薄层直接顶和无直接顶3种类型,利用叠加连续层板模型,考虑巷帮煤体承载作用和导致顶板垮落诱因,得出了3种顶板条件下的巷旁支护阻力计算公式。研究表明,巷帮煤体、充填区域顶板承载性能的提高有助于降低巷旁充填体支护阻力。随直接顶厚度的减小,充填体支护阻力反而增大。基本顶层位不同,顶板垮落诱因不同。厚层直接顶时,顶板垮落为自重引起;薄层直接顶时,顶板垮落为基本顶上位岩层作用所致     

形变——电阻率法探测煤层顶板裂高的电算模拟解释

本文介绍了应用形变—电阻率法探测煤层顶板裂隙带高度的试验研究方法及结果。利用计算机对采前、采后两次电阻率观测曲线进行模拟,得到层参数(电阻率ρ、层厚度h),对比采动前后层参数,可以确定裂隙带高度及形态.     

水力裂缝在煤岩界面处穿层扩展规律的数值模拟

为研究水力压裂裂缝在煤层与顶板界面处的穿层扩展规律，在分析煤岩界面性质的基础上，应用有限元法研究煤岩界面处裂缝从顶板起裂后的延伸情况，探讨了相关地质参数和施工参数对裂缝跨界面穿层扩展的影响。结果表明:地质因素中的地应力、煤岩界面强度为煤岩界面处裂缝能否穿层扩展的主要影响因素，垂向应力差异系数越大、界面抗剪切强度越大，越有利于裂缝穿层扩展沟通煤层；煤层与顶板间的弹性模量差异、抗拉强度差异是裂缝从顶板穿层进入煤层的有利因素；现场压裂施工应根据地层情况选择合适的施工参数（排量、注入点与界面的距离）以促进裂缝穿层扩展。研究成果能够为煤层顶板分段压裂水平井地面煤层气高效抽采技术的应用提供参考。      

应力干扰下煤层顶板水平井穿层分段压裂规律

穿层压裂是提高煤层顶板水平井产气量的关键技术，而应力干扰对煤层顶板水平井穿层分段压裂效果具有重要影响，为此，建立顶板水平井穿层分段压裂数值模型，研究应力干扰对穿层分段压裂裂缝扩展的影响规律。结果表明:煤层的岩石力学参数、压裂段间距和压裂施工方式是影响顶板水平井穿层压裂段间干扰的3个重要因素，随着煤层泊松比的降低，叠加应力逐渐增加，段间干扰程度增加；随着段间距离的增加，叠加应力逐渐减少、应力干扰逐渐减弱；顶板岩层内的叠加应力和应力干扰程度明显大于煤层；渗流扩散泄压施工产生的叠加应力明显低于连续压裂施工，段间干扰程度明显降低。研究得出连续施工的中硬煤层分段间距在90 m左右，软煤层分段间距在70~80 m较合理。扩散泄压压裂施工段间距相应降低，中硬煤层的分段间距在70 m左右、软煤层分段间距在60 m左右较合理。工程实践表明，顶板水平井分段压裂裂缝穿透了煤层，形成了较长裂缝，取得了较好的产气效果，实现对煤层的高效穿层压裂改造，研究结果为顶板水平井穿层压裂段间距优化提供了理论依据。      

沿空留巷厚层复合顶板传递承载机制

为探寻沿空留巷厚层复合顶板的传递承载机制,结合复合顶板松软易变形、容易造成巷旁充填区顶板抽冒和巷内顶板切落的特征,建立巷旁支撑系统力学模型,得出顶板、墙体和底板的系统刚度算式,阐明复合顶板吸收变形的特征。直接顶、墙体和直接底组成巷旁支护系统共同承担顶板压力,系统刚度随着顶底板刚度的增加而增大,初始刚度越小增大的效果越明显;厚层复合顶板具有良好的吸收变形能力,利于缓解巷旁墙体的压力;提出可有效提高巷旁支护系统刚度、增强复合顶板传递承载能力的整体化加固技术。研究成果成功应用于10 m厚复合顶板条件。     

含软弱夹层厚煤层巷帮外错滑移机制与支护研究

含泥岩软夹层大采高工作面回采巷道外错式变形破坏是巷道支护的新课题。通过对三道沟煤矿含软夹矸层5-2厚煤层回采巷道变形实测和围岩钻孔窥视,发现了巷道顶板存在垂直裂隙,巷道两帮破坏区集中于夹矸层附近,且具有副帮大于正帮的特征,巷道变形主要来自于相邻采空区的影响。通过数值计算和物理模拟,揭示了相邻工作面侧方支承压力导致顶板产生垂直向裂隙,引起顶板与巷道夹矸层以上煤体沿软夹层向相邻采空区外错滑移的机制。建立了含软夹矸层巷道自稳平衡拱支护模型,提出了加强巷道上帮支护,控制外错滑移破坏的控制原则,给出了顶板锚索与煤帮长锚杆加强支护方案,工程实践取得了成功。     

浅埋煤层非坚硬顶板强制放顶实验研究

以南梁煤矿地质资料为依据,通过对不同覆岩条件和不同强制放顶方案的相似材料模拟实验,证明整体性较好的顶板以强制放顶减小工作面初次来压步距是可行的,既可实现工作面连续推进,又可避免顶板大面积垮落带来的安全隐患。实验揭示了地表厚粘土层浅埋煤层单体支柱工作面开采时,顶板活动及矿山压力显现规律;为南梁煤矿单体支柱长壁工作面实现连续开采,提供了可靠依据。      

大北窑地铁隧道顶板稳定性控制研究

分析大北窑地铁隧道饱水粉细砂层顶板的地质环境及其工程特性,用超细水泥注浆加固新工艺稳定流砂段及其扰动段的顶板。运用地质工程观点,充分利用顶板底部的粉砂薄层,用钢管加固未扰动段顶板。地面监测资料说明,本文的措施对其顶板稳定性控制非常有效。     

巴彦高勒煤矿3-1煤层顶板垮落裂缝带发育特征

煤层顶板为高承压砂岩含水层,煤层开采过程中,为解决上覆砂岩含水层带来的顶板垮落及裂隙导水等安全问题,以鄂尔多斯盆地南部巴彦高勒矿井3-1煤层及顶板为研究对象,基于矿井地质、水文地质、开采技术条件及现场矿压显现特征,采用现场压力试验法和数值模拟法相结合,研究3-1煤顶板垮落裂缝带的发育特征,以及煤层在大采深、高矿压、高水压条件下的煤层覆岩运移特征及其主控因素。结果表明:数值模拟和现场压力试验结果基本一致,判断3-1煤开采后,顶板垮落带发育高度为38.7m,顶板垮落裂缝带最大高度为126m,裂采比为23.7。为煤矿预测煤层顶板裂隙带发育高度提供了一种新的方法。研究结果对内蒙古呼吉尔特矿区乃至周边相似地质条件矿区的安全开采和煤层顶板防、隔水煤柱的留设提供测试方法和参考依据。     

淮南煤田上石盒子组中发现腹足类等动物化石

近在淮南煤田谢桥井田主检孔736米上石盒子组17煤顶板的泥岩中找到菊石(?)化石碎片及鱼鳞化石。同时在其上地层中还发现有0.3米的燧石层,该燧石层在淮南地区同期地层中分布还较稳定,暂时尚未发现该层含有海绵骨针及其它微体化石,是否可与河南禹县二迭系上石盒子七煤组中的硅质海绵岩对比,尚待进一步工作;另在主检孔邻孔932米4煤顶板泥岩中找到舌形贝     

用毛泽东思想破钻探技术难关

宝鼎矿区系属山间盆地陆相煤田。煤系厚达2000多米,煤层多至百余层。煤层特点是：标志不明,顶板硬;同一层的顶板差异很大,有的顶板为坚硬的石英砂岩,甚至是砾岩直接见煤。煤层很薄,变化大;厚度一般不到一米,煤层又常出现增厚、分叉、缺失或尖灭,即使同一剖面相邻钻孔亦难以进行对比,遇有断层,褶皱更难予测。指导见煤不准。结构复杂,夹干多;一层煤就常有数层,个别多达20层夹干,且煤质不一,同一层煤就常有粉末状、鳞片状、条带块状等。