“点线-区域”结合观测顶板“三带”技术应用研究

根据顶板"三带"观测技术的发展趋势,结合五轮山煤矿1805工作面实际情况,提出了"点线-区域"结合观测顶板"三带"技术。采用经验计算法、钻孔摄像法、网络并行电法及关键层综合分析法对1805工作面顶板"三带"发育规律进行观测与分析,利用YTJ-20型岩层探测记录仪进行静态点线观测,及WBD-I型网络并行电法仪进行动态区域观测,并相互验证观测分析结果。结果表明1805工作面8煤顶板冒落带发育高度为7~9m,裂隙带发育高度为30~37m,弯曲下沉带发育高度为37m以上。现场观测与理论分析相结合,点线观测与区域观测相结合,提高了观测结论的可靠性。     

基于网络并行电法的顶板“三带”发育研究

为认识近距离煤层群首采层开采后的顶板"三带"发育规律,以贵州五轮山煤业有限公司五轮山煤矿1805工作面为研究区域,利用网络并行电法对1805工作面8煤顶板"三带"演化过程进行动态监测分析,获得了8煤顶板上覆岩层变形与破坏发育规律。结果表明:1805运输巷距离底板垂高32.1~35.8m为裂隙带,裂隙带最大发育高度为35.8m;7.1~8.7m范围里为冒落带,顶板岩层35.8 m以上岩层电阻率值稳定,为弯曲下沉带。研究对象在贵州省乃至西南地区具有代表性,研究结论可指导类似条件矿井的"三带"管理。     

某煤矿1304工作面顶板冒裂带高度研究

根据某煤矿1304工作面煤层顶底板岩层组合及结构性质特点,建立反映完整顶板岩层组合的工程地质模型,通过FLAC3D数值模拟分析了煤层开采过程中顶板应力及塑性区分布特征,得出采动煤层顶板冒裂带高度为64 m。并采用类比法分析所得冒裂带高度,综合对比分析得出1304工作面顶板冒裂带高度为34.6~77.5 m。     

成庄矿1307工作面老空水治理技术

成庄矿1307工作面上方为3304工作面采空区,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,分析顶板导水裂缝带发育高度,确定1307工作面导水裂缝带发育高度为34.3～36.6 m,裂采比为31.18～33.27,存在涌水风险,通过在1307工作面回风巷实施探放水措施,保证了1307工作面稳定回采。     

某煤矿1304工作面顶板冒裂带高度研究

根据某煤矿1304工作面煤层顶底板岩层组合及结构性质特点,建立反映完整顶板岩层组合的工程地质模型,通过FLAC3D数值模拟分析了煤层开采过程中顶板应力及塑性区分布特征,得出采动煤层顶板冒裂带高度为64 m。并采用类比法分析所得冒裂带高度,综合对比分析得出1304工作面顶板冒裂带高度为34.6～77.5 m。     

寺家庄矿15106采煤工作面覆岩裂隙“三带”规律研究

为研究寺家庄15106工作面回采过程中上覆岩层裂隙的动态发育规律，基于工作面覆岩地质条件，采用理论分析、数值模拟和相似模型实验的方法研究覆岩裂隙的发育，并划分“三带”。依据矿业控制理论，得到垮落带高度为14.37~17.25 m，裂隙带高度为54.8~72.6 m。基于UDEC程序，模拟得到k2石灰岩底板距离煤层顶板18 m为跨落带高度，k4石灰岩底板距离煤层顶板66 m为裂隙带高度。根据相似模型实验得到垮落带高度为18 m，裂隙带高度为64 m。理论推导、数值模拟和模型实验得到覆岩“三带”高度基本一致，以坚硬的石灰岩高度为准，确定垮落带高度18 m，裂隙带高度66 m，为高抽巷层位选取提供了一定的理论指导。     

复合顶板厚煤层综采工作面“三带”动态分布研究

煤层开采过后上覆岩层中形成"上三带",了解复合顶板厚煤层覆岩的三带分布状况对瓦斯抽采、覆岩运动、隔水开采等具有重要的意义。采用理论计算、现场实测分析和UDEC数值模拟等方法,确定余吾煤业S1202工作面覆岩的三带分布状况,为其瓦斯抽采提供理论依据。研究表明:在垂直方向上,垮落带与裂隙带的分界点在29.5~33.4 m之间,裂隙带的高度(垮落带以上)在60~64 m之间。     

高家堡井田二盘区导水裂隙带高度实测研究

为了查明煤层顶板导水裂隙发育规律,采用地面钻孔分段注水测试和钻孔窥视方法实测了高家堡井田204工作面和205工作面煤层顶板导水裂隙带发育高度。研究结果表明：（1）205工作面DT1钻孔位置煤层顶板导水裂隙带发育高度为327.75 m,裂采比25.81。（2）204工作面DT2钻孔位置煤层顶板导水裂隙带发育高度为197.85 m,裂采比35.33。（3）高家堡井田二盘区导水裂隙带实测结果丰富了黄陇煤田综放采煤覆岩破坏规律。     

倾斜长壁工作面综放开采覆岩“两带”发育高度研究

以淮北某矿倾斜长壁综放开采工作面为研究对象,在分析覆岩岩性特征的基础上,采用经验公式估算、数值模拟及深基点位移法对覆岩采动裂隙的发育高度进行研究。结果表明:基于关键层理论导水裂隙带高度预测方法、FLAC^3D数值模拟与深基点位移监测结果基本一致,而经验公式仅考虑采厚、岩性2种因素影响,预测"两带"发育高度存在一定的局限性,839工作面开采后,冒落带发育高度23.12~27.24 m,裂隙带发育高度91.88~102.08 m,裂采比为14.4~16.0。研究结果为839工作面瓦斯抽采设计、露头防(隔)水煤岩柱留设提供科学依据。     

8.8 m大采高工作面覆岩三带分布特征及分层沉降研究

煤层开采后受采动影响,顶板覆岩会形成垮落带、裂隙带、弯曲下沉带。采空区覆岩三带的观测研究对煤矿安全生产至关重要,但目前国内外对覆岩三带的观测研究多限于中、小采高工作面,对一次采全高超大采高工作面仍是空白。针对这一问题,以上湾煤矿首个8.8 m超大采高12401工作面为研究对象,通过钻探、孔内电视、地球物理测井等多种手段综合分析了超大采高工作面采空区覆岩三带分布特征,确定了三带发育高度。同时,本次研究还通过在采前孔安装布置分层沉降监测设备持续对12401工作面覆岩沉降情况进行了监测,综合分析了采空区分层沉降的特征及规律。研究表明:12401工作面垮落带高度为33.20～33.25 m,冒采比为3.91;导水裂隙带高度为118.08～132.83m,裂采比为13.91～15.65;弯曲下沉带距离地表39.17～48.92 m。研究发现:工作面覆岩从下沉到稳定经历了2次快速沉降,覆岩分层沉降相对地表最大下沉量为1.618 m,地表最终下沉量为4.706 m,下沉系数为0.5;随着采空区范围的增大,本区覆岩运动主要受到下部和上部2层关键层共同控制。     

急倾斜煤层开采与开拓巷硐群扰动效应数值模拟分析

针对王家山煤矿急倾斜煤层开采与开拓巷硐群工程越界对地方煤矿安全开采问题,建立了急倾斜煤层开采与开拓巷硐群数值计算模型,分析了覆岩移动变形与应力演化规律。研究结果表明：急倾斜煤层开采,采空区上方煤层先破坏、垮落,顶板沿层理面法向发生弯曲、离层,采空区上部煤体先垮落,呈拱形结构,抑制了上覆煤岩体向采空区的垮落和移动;工作面采高5.2m,顶板发生垮落,底板也会发生滑移,顶板一侧的沉陷大于底板一侧的,在底板一侧出现断崖式现象,但垮落带发育高度小于工作面距井田边界的距离;巷硐群最大位移均发生在泥岩、煤层等软弱岩层以及断层破碎带区域,其扰动效应增加;在软弱岩层时巷道最大影响圈边界增加,影响边界贯通,但最大裂隙带高度为11.5m,裂隙带上脚未发育至井田边界标高。因此,工作面开采与开拓巷硐群对地方煤矿开采没有影响。     

陕北某矿3号煤层开采导水裂缝带高度测定

导水裂缝带的发育规律及其高度测定对矿井绿色安全开采具有重要意义。为掌握工作面开采过程中的覆岩垮落规律与裂隙发育规律,以陕北某矿3号煤层1309工作面为研究对象,采用物理模拟和工程类比方法进行实验测定。结果表明,工作面充分采动后的导水裂缝带高度为101.7 m,裂采比33.9;覆岩中第二关键层可以有效地抑制竖向裂隙的发育,对该工作面的导水裂缝带发育起主要控制作用。研究成果可对该煤矿开采过程中顶板水害防治提供一定的指导和借鉴。     

"两软一硬"不稳定煤层工作面覆岩"两带"发育高度研究

为探索禹州煤田西南部云盖山煤矿二矿软煤、软底和硬顶(简称“两软一硬”)及开采煤层厚度变化较大的不稳定煤层顶板垮落带和导水断裂带发育高度,采用现场钻孔成像技术、经验公式类比分析和数值模拟综合研究方法,对该矿23301采煤工作面顶板覆岩垮落带、导水断裂带高度进行了分析,获得了工作面在非充分采动垮落和充分采动垮落条件下“两带”高度量化取值,垮落带最大高度为14.4 m,导水断裂带最大高度为50.0 m,认为现场钻孔成像技术可用于采动覆岩“两带”发育高度的计算。研究结果对研究区预采掘顶板水害防治及顶板支护具有较重要的参考价值。     

厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面覆岩破坏电法监测

掌握导水裂缝带发育高度对于厚松散层薄基岩煤矿工作面安全开采具有重要的意义。在煤层采动影响前,在工作面巷道向煤层工作面顶板施工1个仰孔,布置孔中电极电缆,形成钻孔电法监测系统。在巷道中连接并行电法仪器和钻孔电缆,数据采集方式称为AM法。随采煤工作面位置逐渐接近并进入钻孔控制范围,监测电极电流值和视电阻率值发生变化。结果表明:对潘北煤矿厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面电法监测显示,弯曲下沉带电极电流值和视电阻率值较为稳定,受采动影响程度较小;导水裂缝带内,电极电流值明显下降,视电阻率值明显升高;顶板高度0~40 m采动超前影响范围可达410 m左右;工作面坚硬顶板砂岩地层为控制覆岩破坏的关键层,采空区上方坚硬顶板岩层垮落滞后工作面9~16 m;工作面导水裂缝带高度为37 m,导水裂缝带未发育到基岩面,风化砂质泥岩裂隙在采动应力作用下存在闭合现象。     

洛河组砂岩含水层下大采高工作面导水断裂带演化规律

针对旬耀矿区厚煤层大采高工作面上覆洛河组砂岩含水层下的安全采煤问题,采用理论分析、相似材料试验和数值模拟研究了某矿1109大采高工作面覆岩破断及裂隙演化规律。研究表明:上覆岩层经历了直接顶破断、基本顶初次破断与周期破断、亚关键层初次破断与周期破断5个阶段,破断发生引起工作面煤壁上方裂隙密度和开度发生跃变,采空区覆岩裂隙经历孕育、产生、张开、闭合、压实5个动态阶段;从开切眼到充分采动过程中,在裂隙带的上部、工作面煤壁上方及开切眼上方裂隙较为发育,裂隙区近似"抛物线"状,采空区中部覆岩裂隙闭合而边界处裂隙不易闭合;工作面充分采动后,导水断裂带发育高度82~85 m,未导通上覆洛河组砂岩。     

浅埋厚煤层大采高工作面顶板岩层断裂演化规律的模拟研究

根据神东矿区上湾矿1 - 2 煤层的赋存条件,运用1∶50的大比例相似模拟试验,研究了 5.5 m 大采高综采工作面顶板垮落特征、顶板断裂位置及顶板垮落带和裂缝带“两带”高度等。研究结果表明：① 直接顶岩层分层垮落形成松散块体,难以充满采空区;② 由于一次采出的煤层厚度大幅度增加,原有直接顶远不能充填满采空区,基本顶的下位岩层分层垮落后,不能形成铰结结构,采高的增大使得直接顶的范围变大;③ 周期来压前,顶板的断裂位置一般超前工作面 7.65 m ;④ 顶板垮落带和裂缝带“两带”的高度呈现台阶式上升。     

大采高工作面覆岩移动规律相似模拟研究

为了对厚煤层大采高工作面顶板进行科学管理,文章以左权阜生煤业1102工作面为背景,运用相似模拟试验,对工作面回采期间覆岩移动规律、顶板结构及超前支承压力分布特征进行了研究。研究结果表明:工作面来压期间,顶板覆岩呈现出明显的“斜台阶”结构,顶板垮落高度维持在60~65 m,支承压力峰值距离工作面煤壁约为20 m,并提出回采期间应加强支承压力影响范围的现场管理。     

顶板砂岩水下煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度研究

导水裂隙带发育高度是顶板砂岩水下实施安全采煤的重要技术参数之一。以新集矿区某综采工作面为工程背景,针对工作面回采后采动裂隙导通上覆砂岩含水层易发生突水事故的问题,在分析覆岩岩性特征的基础上,采用经验公式估算、基于关键层位置覆岩导水裂隙带高度预测方法、数值模拟及井下仰孔分段注水法对覆岩导水裂隙带发育高度进行研究。结果表明,基于关键层理论导水裂隙带高度预测方法、FLAC3D数值模拟与井下仰孔分段注水试验结果基本一致,而经验公式预测导水裂隙带发育高度数值较小,存在一定的局限性。工作面回采后,导水裂隙带发育高度最大为57.6 m,裂采比为15.2,且发育形态呈“马鞍型”。 研究结果可为工作面顶板水害治理提供地质依据。     

大倾角煤层覆岩断裂高度影响因素的数值分析

 基于对大倾角煤层开采特点的分析,认为在工作面长度一定的条件下,煤层倾角、顶板岩层强度、开采高度是大倾角煤层开采顶板断裂高度的主要影响因素。对上述影响因素进行正交试验,对模拟结果进行单因素极差分析与多元线性回归分析,得出各因素对断裂高度的影响程度,依次为：岩层倾角>顶板岩层强度>采煤高度,得出大倾角煤层开采顶板断裂高度的回归公式。最后用回归公式与相似模拟实验数据进行对比验证,表明数值模拟结果的合理性。     

综采覆岩破坏离散元数值模拟分析

采用离散元数值模拟的方法研究煤层综放开采覆岩破坏规律,对数值模型的计算结果分析得出:通过提高综采支架支护阻力,可抑制工作面控顶区附近顶板采动裂隙发育高度,使其不波及松散含水层,从而实现高承压松散含水层下,提高上限安全开采目的,为高承压松散含水体下缩小安全煤岩柱开采,合理解放和回收防水煤柱内所呆滞的煤炭资源提供了理论基础。