白家庄矿垮落法残采区上行开采相似模拟实验研究

针对白家庄煤矿垮落法残采区上覆煤层开采问题,通过室内相似模拟实验研究发现,受两次采动影响,上行开采层间岩层出现了裂隙产生、扩展甚至贯通的过程,导致其层间岩层发生了结构性变化。掌握了垮落法残采区上行开采层间岩层的应力传递规律,再现了垮落法残采区上行开采层间岩层受两层煤开采共同影响作用下的移动变形全过程和岩层结构演化过程,揭示了垮落法残采区上行开采层间岩层存在块体梁-半拱结构控制层的结构机理与其力学特性。     

采空区上覆煤层开采层间岩层移动变形实验研究

为了安全高效开采采空区上覆煤层,基于其层间岩层移动变形问题的重要性,采用相似模拟实验的方法研究了采空区上覆煤层开采层间岩层相同水平层位与竖直层位岩层的移动变形情况.结果表明,采空区上覆煤层开采使下部煤层开采的原"三带"均向上位扩展,并出现了层间岩层控制层;采空区上覆煤层开采层间岩层出现变形盆地,在控制层以下的岩层出现下沉盆地,而控制层以上的岩层出现分形盆地;同一层位岩层下沉随工作面推进呈现整体移动的偏态性,在移动变形过程中,控制层以上的岩层移动变形呈现连续性的特点,控制层以下的岩层移动变形呈现突变性的特点.     

近距离煤层群上行开采可行性论证与实践

为了对近距离煤层群上行开采可行性进行判定,以某矿8号、11号煤层上行开采为工程背景,首先基于比值判别法和"三带"判别法对上行开采可行性进行初步判定,随后基于UDEC2D数值分析软件研究了下煤层开采后顶板变形特征及上煤层采动对层间岩层的影响,分析位移场、应力场变化规律对初步判定结果进行论证。经现场开采实践,8201工作面顶底板未发现大的裂缝和断裂,工作面和巷道矿压显现缓和,证实了上行开采是可行的。     

垮落法残采区上行综采技术条件判定理论及方法

针对垮落法残采区上方遗弃煤层综采问题,分析了现有上行开采可行性判定方法的不足,从层间岩层结构的角度,提出垮落法残采区上行综采存在层间岩层控制层的思想,并给出了控制层的具体判别方法。充分考虑上下煤层开采对控制层的影响,根据上行综采底板岩层不同区域受影响程度及其变形形态的不同,划分了上部煤层直接底板变形盆地中央区与四周区,并分别给出了中央区与四周区上行综采可行性的判定公式,形成了垮落法残采区上行综采可行性判定理论及方法。用本文提出的方法判定白家庄煤矿垮落法残采区6号煤层上行综采可行,经工业试验检验,矿压显现不明显,开采情况正常。     

近距离煤层群上行开采薄煤层覆岩移动规律研究

为了安全有效的上行开采遗弃的煤炭资源,根据汾西张家庄煤矿煤层赋存条件及开采现状,通过理论分析及UDEC离散元数值软件模拟研究了10#煤层、9#薄煤层分别开采时上覆岩层破坏和移动规律。对比分析了泥岩和石灰岩2种典型岩性结构覆岩运动变形规律。通过监测煤层开采过程中覆岩随开挖时步位移变化,得出泥岩岩性结构覆岩开采稳定时间要短于石灰岩岩性结构覆岩,与现场情况一致。     

近距离坚硬层间岩层上行开采底板沉降规律分析

龟兹矿业西井A6-103工作面属于近距离坚硬层间岩层上行开采,根据A6煤层与A6-1煤层之间的层间距及A6煤层的开采厚度计算,采动影响倍数为4.4~6.4,平均5.7,不满足上行开采K值的要求,客观上对龟兹矿业西井A6-1工作面上行开采提出了更高的要求。通过上行开采过程中布置底板沉降观测站,观测巷道底板下沉、煤层裂隙发育变化情况,回采时过下层工作面切眼及上行开采过程中煤层底板沉降规律的观测分析,没有出现采空区切眼边界的“悬空结构”及工作面及巷道底板台阶下沉情况,整个上行开采过程中底板岩层稳定,为近距离坚硬层间岩层上行安全开采提供理论依据和技术支撑。龟兹煤矿在不满足正常上行开采理论的情况下,安全回采煤炭约180万t,创造利润上亿元,具有很好的推广应用价值。     

活鸡兔井近距离下煤层开采层间距变化对矿压的影响

为掌握近距离下煤层开采时层间距变化对工作面的矿压影响规律,根据大柳塔煤矿活鸡兔井21306工作面矿压观测结果,对不同层间距段矿压规律进行对比分析,得出近距离下煤层开采层间距变化对矿压影响规律,并对其矿压规律的机理进行分析。结果表明,对于近距离下煤层开采,层间距15m时,工作面矿压不受层间距变化的影响;层间距由15m减小到9m时,工作面来压步距整体上有减小趋势,来压规律性减弱,非来压期间支架工作阻力明显上升,来压持续长度减小,动压系数减小。层间关键层的厚度变化和缺失与否及层间岩层的破坏程度是决定下煤层开采时工作面的矿压显现规律的主要因素。     

柱式采空区上行开采数值模拟研究

针对神广煤矿5-2煤房式开采后4-2上、4-3煤上行开采安全生产问题,首先通过理论分析对4-2上、4-3煤上行开采可行性进行了初步论证|然后采用3DEC离散元软件建立了三维数值模型,分析了5-2煤房式开采对上部4-2上、4-3煤整体性和连续性的影响|研究了4-2上、4-3煤开采对层间岩层及5-2煤采空区留设煤柱稳定性的影响规律。结果表明：4-2上、4-3煤的比值K分别为33.07、23.46,均大于临界值7.5,5-2煤采空区煤柱的极限承载强度为7.84MPa|5-2煤开采后,4-2上和4-3煤整体性和连续性保持完好|4-2上、4-3煤层上行开采使得层间岩层应力降低,位移减小,且未对层间岩层及5-2煤采空区留设煤柱造成破坏性影响,层间岩层矿压显现不明显。理论分析与数值模拟结果表明神广煤矿4-2上、4-3煤满足上行开采条件。     

范各庄矿近距离煤层上行开采矿压显现规律与可行性研究

以开滦集团范各庄煤矿近距离煤层的上行开采为背景,综合运用数值模拟、经验类比、概率积分等方法,研究5号煤层和7号煤层上行开采过程中矿压显现和岩层移动规律,分析了近距离煤层间相互影响作用,并对上行开采的可行性进行了评估。研究表明:7号煤层开采过程中,采空区上方出现应力卸压区,顶板下沉量不断增大形成顶板下沉区,5号煤层受7号煤层采动影响下沉3.1m;与7号煤层开采相比,5号煤层开采过程中顶板应力卸压区范围和顶板下沉量都有所增加,且7号煤层采空区边界应力集中出现向5号煤层采空区边界转移的现象;上层煤层处于下层煤层垮落带上方15m以外,处于导水裂隙带的上位岩层平衡区域,具备上行开采的条件。在研究结果的基础上给出5号煤层2551N工作面合理的布置方案,具有一定的理论意义和工程价值。     

近距离煤层上行开采与矿压显现规律分析

丁家梁煤矿Ⅲ-2与Ⅳ-2两层煤之间平均距离35 m,建井初期为满足经济效益优先开采了下方Ⅳ-2煤层,随着Ⅳ-2煤层开采接近尾声,需对采空区上方Ⅲ-2煤层进行蹭空开采。本文使用理论分析Ⅲ-2煤层上行开采可行性和工作面矿压规律,数值模拟分析Ⅳ-2煤层与Ⅲ-2煤层开采时围岩破坏状态,现场观测Ⅲ-2煤层开采时矿压显现规律。结果表明,Ⅳ-2煤层回采后工作面垮落带高7.20～11.60 m,裂隙带高度为31.05～42.05 m；Ⅲ-2煤层开采后,下部采空区留设煤柱缓慢发生破坏,Ⅲ-2煤层与Ⅳ-2煤层间岩层裂隙带贯通,但是层间围岩整体稳定,缓慢下层,无大面积垮落现象,验证Ⅲ-2煤层在一定的安全措施下上行开采可行；在封闭下部采空区,缩短工作面长度至100 m,加快回采速度等措施下,Ⅲ-2煤层实际开采过程中,初次来压步距49 m,周期来压步距19.9 m,动载系数约为1.3,矿压显现规律明显。     

开采覆岩运动特征及动力响应的数值模拟研究

以地质单元勘查研究报告为背景,应用计算机对某煤矿厚岩浆岩下煤层开采时覆岩移动规律及其动力响应进行了数值模拟分析,得到:①由于岩浆岩这种特殊岩层的存在,使采空区上覆岩层的运动规律发生变异;②岩浆岩存在时,岩体内的应力、变形及位移的变化趋势,揭示了工作面开拓过程中岩体内应力的重新分布过程、工作面支承压力和支架阻力的变异性。     

巨厚坚硬顶板变形及垮落的动态演化特征研究

义马煤田赋存一层巨厚坚硬岩层,是矿区诸多动力灾害的主要诱因。本文以义马煤田千秋矿21221工作面为工程背景,开展了顶板岩层冲击倾向性的实验测定,采用相似模拟和数值分析方法研究了工作面回采过程中巨厚坚硬顶板运动特征,分析了巨厚坚硬顶板垮落垂直位移动态演化规律,建立了采动应力分布与顶板运移的关系。研究结果表明:巨厚坚硬顶板破断过程可分为初始平静期、稳定运动期和整体垮落期三个阶段; 顶板垂直位移量在初始平静期变化小,稳定运动期基本集中在采空区,向上呈现梯形递减趋势,整体垮落期则急剧向上发展。巨厚坚硬顶板运动呈现离层、瞬间下沉、离层闭合、间歇性稳定、瞬间垮落压实的非稳定动态变化现象。在工作面回采过程中,巨厚坚硬岩层变形和运动对采场施加了持续且不稳定的下沉压力,其结构失稳导致采场矿压发生强突变和采动应力突降,是冲击地压发生的重要诱因。     

保护层开采上覆煤层变形特性数值模拟

基于岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,利用RFPA应用系统模拟分析了保护层开采过程中,被保护层层厚变形规律、煤层水平变形特征和保护层与被保护层之间的相对层间距对被保护层保护效果的影响,认为随着保护层采煤工作面向前推进,被保护层垂直变形呈现 “M”型分布;卸压区煤层水平变形呈现拉抻和挤压状态,增加该区域煤体机械破坏,有利于被保护层次生裂隙的发育;相对层间距对被保护层卸压变形产生较大影响,相对层间距愈大,其变形量减小,不利于煤层离层裂隙和破断裂隙的产生.对数值模拟结果与现场实际测定结果进行对比分析,两者基本吻合.     

基于微震监测的双系煤层开采覆岩运动与矿压显现关系

以大同矿区双系煤层开采为研究背景,基于高精度微地震监测技术,研究石炭系特厚煤层8104综放工作面开采过程中上部侏罗系煤层群复杂采空区影响下微震事件时空演化特征,得到双系煤层影响下覆岩运动与矿压显现的关系。结果表明:8104工作面接近和进入上部侏罗系煤层采空区对应区域,8104工作面覆岩运动加剧,侏罗系煤层的开采是工作面覆岩运动加剧的主要原因;侏罗系煤柱重叠区域微震事件密集分布,在工作面的开采扰动和重叠煤柱应力传递的共同作用下,微震总能量和能量大于10~5J的震动次数均处于较高数值,覆岩运动更加剧烈。临近采空区对8104工作面的强烈覆岩运动起到了关键作用,在临近采空区和侏罗系覆岩共同作用下,工作面超前微震事件集中,矿压显现剧烈。工作面开采扰动、临近采空区覆岩运动和侏罗系重叠煤柱的耦合作用,是石炭系综放工作面矿压显现剧烈的根本原因。     

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。     

综采工作面上覆岩层运动特征试验研究

采用钻孔深基点现场实测法对综采工作面上覆岩层运动特征进行试验研究,以中岭煤矿综采工作面为例进行数据实测。通过对实测结果进行位移分析和速度分析,得出试验研究矿井综采工作面采动后上覆岩层总体呈阶段性非均匀下沉的运动形式;内部岩层断裂落差不大,地表未出现明显的大落差断裂;上覆岩层的绝对位移量由地表至煤层顶板逐渐增大,地表初始位移产生在工作面前方,内部岩体初始位移出现在工作面后方,并且移动速度呈非均匀的阶段分布特征;上覆岩层在采动后产生了明显永久性离层,离层厚度总量与综采工作面平均采高相比约为采高的0.36倍。     

厚黄土区大采高一次采全高地表移动变形规律

厚松散层下大采高一次采全高工作面开采强度大,回采率高,地表沉陷变形和岩移参数有其自身特点和规律。为研究大采高工作面地表移动变形规律,在王庄煤矿8101工作面上方设置了地表移动观测站。通过对观测资料的分析研究,揭示了厚黄土覆盖区、厚煤层一次采全高条件下地表沉陷变形特征,获得了该地质采矿条件下地表岩移预计参数和各种角值参数,分析了地表裂缝的发育、分布特征、裂缝宽度和深度等规律。与综放开采条件下的观测成果相比,大采高一次采全高工作面地表移动变形更加剧烈,沉陷过程在空间上和时间上更加集中,对地面建构筑物的影响更为显著。     

近距离特厚煤层一次采全高覆岩破坏特征相似模拟

根据潘谢矿区地质条件及采取一次采全高开采方式,采用物理相似模拟实验方法,对近距离特厚煤层开采时覆岩破坏及位移特征进行了分析,得出了随着覆岩的采动垮落、裂隙高度的增加和范围的增大,形成了阶梯跳跃式趋于稳定,并且确定了近距离特厚煤层一次采全高垮落带及其裂隙带的发育高度.随工作面的推进,层间岩层形成明显的移动变形盆地,同一岩层中下沉移动量最大的点位基本处于下部采空区中心上方.由于采高较大,应力集中沿工作面推进方向不断延伸扩展,应力集中系数较分层开采要小,但前方影响范围要大。