带奥灰水超限开采4906工作面的研究与实践

通过对４９０６工作面采场地质，水文地质及煤层底板岩体多动规律的研究，采用协调开采及效降低矿压作用程度的管理措施，带奥灰水压超限开采获得成功。     

浅埋深煤层群下行开采底板卸压规律研究

为研究浅埋深煤层群下行开采底板卸压规律,通过FLAC和UDEC数值模拟软件模拟分析了上煤层工作面采动过程中底板煤岩体的应力及位移变化规律,得出了底板煤岩体最大卸压深度为40 m;底板裂隙发育呈"O"形圈分布,工作面煤壁处底板煤岩体的纵向裂隙与下层煤体贯通。可为上煤层工作面实施底板瓦斯预抽采,解决开采过程中底板煤层瓦斯渗流至工作面导致的瓦斯超限问题提供理论指导。     

上保护层开采煤岩卸压变形数值模拟

采用FLAC模拟软件对上保护层开采过程中下伏煤岩体卸压移动规律进行了模拟,分析了采场底板煤岩层卸压规律分布。通过埋点的方式绘制出底板岩层各测点的应力变化规律图,得到卸压程度与距采场的垂直位移呈反比例关系。采场开挖到100 m时,同一埋深测点垂直应力小于10 MPa的区域占总体开采长度的54%,小于5 MPa的区域达到62%。下伏煤岩体卸压效果良好,有利于卸压瓦斯的运移和抽采,达到消突的目的。     

条带开采工程岩体稳定性模拟研究

为研究条带开采工程岩体失稳特征,以峰峰集团万年矿区地层结构作为研究对象,通过室内试验得到各岩层物理力学参数,建立条带开采相似模拟试验模型,利用全站仪和应力应变传感器的测量数据得出条带开采工程岩体顶板、煤柱和底板的位移和应力的变化规律,以及其失稳和破坏特征,试验结果表明,条带开采的顶板、煤柱和底板为一整体,任何一子部分失稳都将影响条带开采工程岩体的稳定性。     

采动孔隙水压变化对底板破坏及突水机理研究

基于岩体渗流和岩体力学理论,从岩体微单元入手,给出了煤矿承压开采底板岩体微单元体应变与孔隙水压的关系;借助三维数值模拟,研究了工作面采动过程中,底板单元体积应变和孔隙水压二者的变化规律。研究结果表明,单元体应变微小变化会产生较大数量级岩体孔隙水压变化,造成岩体强度弱化,该结论为带压开采突水机理及防治提供理论依据。     

工作面推进过程中底板垂直应力分布特征

由于工作面开采,造成岩体的原岩应力场重新分布,出现应力集中和重新分布及稳定显现。为分析Ⅱ36425工作面开采后的底板应力分布特征,采用FLAC3D数值模拟的方法对开采后的底板应力分布特征进行分析。通过分析得出该工作面底板岩体中沿走向和沿倾向以及煤层采空区底板下某处的垂直应力分布规律,通过分析沿倾向和底板下某深度的塑性区的变化,得出了工作面采空区底板的破坏带分布规律。     

分层开采底板岩体渗透性变化的试验研究

华北煤田石炭二叠纪煤系地层底部存在着含水丰富的奥陶纪石灰岩。开采实践表明,一旦煤层与奥灰之间的隔水层内存在地质构造或煤层开采引志底板岩体破坏,可能会在煤层和含水层之间形成导水带,从而诱发突水,介绍了分层开采引起对底板岩石渗透性影响的试验成果,并进行了详尽的分析,获得了分层开采对煤层底板岩体渗透性的影响规律。     

高承压水上底板采动岩体裂隙演化规律研究

为深入研究深部高应力、高水压和强开采扰动复杂环境下的岩体破裂问题,按裂隙产生的位置和机理,将深部底板采动岩体裂隙分为剪切裂隙、层向裂隙和竖向张裂隙,利用力学知识分别演算获得了三种类型岩体裂隙的起裂准则。借助"钻孔双端封堵侧漏装置"对赵各庄煤矿1237工作面进行的底板破坏实测结果,研究了深部底板采动岩体的裂隙演化实测规律。结果表明:煤层采深越大,底板采动破坏深度越大;煤层开采过程中深部底板采动岩体的原生裂隙呈现先闭合后张开再闭合,新生裂隙起裂发育后逐渐闭合的演化规律;底板岩体破坏的初始位置和裂隙发育程度与岩层的岩性、受力等因素有关,验证了深部底板采动岩体裂隙起裂准则分析的准确性。     

采空区应力、覆岩移动规律与顶底板岩体应力效应的一致性

本文积5年现场观测经验,工作面12个测站的观测资料,配合理论研究,详细分析了工作面开采过程中采空区应力变化与覆岩移动规律,提出了“三个活动期一个间歇期”、“顶板有限作用原理”及顶、底板岩体移动在时-空条件下的一致性特性,讨论了采空区的应力变化与工作面安金开采的内在联系,获得了采空区应力活动过程与覆岩移动规律较系统的认识。     

煤层工作面开采后底板扰动破坏深度探查方法

煤层工作面开采引起底板扰动,使底板岩层产生大量的裂隙,其连续性和隔水性受到破坏,易造成底板突水事故.朝川矿根据超声波在岩体中的传播速度与岩体的岩性、结构面特征、受力状态、裂隙程度密切相关的特性,在一井二1-21090回采工作面使用超声波探测仪探查测定煤层开采后底板扰动的实际破坏深度,为矿井防治水工作及安全开采提供较为准确的技术参数,填补了朝川矿区该项工作的空白.     

带压开采煤层底板破坏深度数值模拟研究

伴随煤炭开采深度的加大,带压开采在深部矿井开采中的应用越来越广泛。以金庄煤矿北二盘区的首采面为工程背景,利用FLAC数值模拟软件分析煤层开采过程中底板应力及破坏特征,采用经验公式预计和现场地质雷达探测2种方法得到底板破坏深度。结果表明:煤层底板下0~10 m内岩体破坏较为严重,不具备阻水能力;煤层底板下10~25 m内岩体虽发生了局部破坏,具备一定的阻水能力。由经验公式预计和现场地质雷达探测得到底板破坏深度分别为22.36 m和25 m,综合3种测定结果,确定底板破坏深度为25 m。     

承压水上开采底板破坏机理研究

为研究承压水上开采底板破坏机理,将开采底板简化为矩形薄板、四边固定且上部承受均布载荷作用的力学分析模型。运用弹性力学薄板理论,分析底板的变形、受力特点,推导出了计算底鼓的表达式,得到最大底鼓量以及最大应力位置,最大底鼓量与底板岩体的弹性模量、底板的厚度、底板岩体的泊松比、底板长度、底板宽度以及底板岩体的密度相关。根据底板岩层的极限应力强度,从而可以判断底板是否破坏,得到薄板将在长边中点处开始发生破坏,同时根据弹性力学薄板理论得到主弯矩的大小和方向,从而为底板破坏的治理措施提供理论依据。应用数学分析软件MATLAB绘制底板变形量、水平应力以及剪应力三维立体分布图,并得到底板破坏区域及形式。     

深部开采底板岩层损伤破裂演化过程模拟研究

随着开采水平的延伸和开采范围的扩大,底板岩体透水性增大,承压水严重威胁工作面。为了深化对深井底板损伤破裂的认识,以山东东山矿业王楼煤矿11301工作面底板岩层为研究对象,采用理论分析和RFPA数值模拟等技术手段对底板岩层损伤破裂演化过程及破坏规律进行研究。研究认为:底板岩体是一个损伤体,底板的破坏是原生缺陷扩展演化的结果,底板中的最大主应力和剪应力集中于煤壁附近,且随深度递减,其破裂深度取决于底板高峰支承压力分布,存在上限。     

双承压水间采煤顶底板破断及渗流规律

以山西某煤矿双承压水间下组煤开采为背景,针对煤岩应力-渗流耦合机理,采用相似材料模拟和离散元数值模拟,揭示双承压水间下组煤不同开采尺度下岩体断裂模式和渗流规律,提出顶板导水裂隙带发展模式,并建立底板“四带”形成与工作面开采过程的对应关系。研究发现：初采期间底板仅发育矿压破坏带,达到充分采动后,新增损伤带及采动导高带开始出现,新增损伤带主要集中于工作面下方。采动岩体应力-渗流耦合效应归结为：煤层开采导致顶板破裂和应力的降低,顶板岩体渗透性能增大,太灰水透过顶板裂隙渗入采空区和工作面;底板隔水层在奥灰高承压水的楔劈作用下发育导高裂隙并导升。当残余水头压力无法继续劈裂隔水层岩体抗拉强度,底板岩层重新恢复到应力-渗流稳定状态。     

急倾斜煤层开挖岩移规律及对底板巷道布置的影响

针对急倾斜煤层底板巷道受采动影响破坏严重的现象,运用数值试验方法,对煤层开采引起的顶底板岩体的应力和位移分布规律进行了研究。结果表明,采动影响区域内的岩体可划分为垮落带、剪切屈服带、卸压带和整体滑移带,明显呈区域性分布;底板巷道应布置在受采动影响最小的相对稳定带中,且与煤层底板保持一定的安全距离。研究结果对于同类地质和开采条件的矿区具有重要参考价值。     

上保护层开采的保护效果及裂隙带分析

作为最有效的区域防突措施,王行庄煤矿进行了保护层开采的实践,通过对煤层瓦斯压力、瓦斯含量、透气性系数的变化分析,考察了上保护层开采后对被保护层的保护效果,保护层开采前后各考察指标变化表明保护效果良好。针对在上保护层开采过程中底板煤岩体裂隙分布研究较少的情况,通过数值模拟,得到上保护层开采后底板裂隙带分布,分为底板变形破坏带和底板塑性变形带,同时划分了"上三带"各带高度。     

露天矿露井协调开采边坡变形破坏机理研究

露天矿开采诱发滑坡是采矿工程中经常出现的重大工程地质问题之一,矿区滑坡集普遍性、危害性和特殊性于一体。某露天矿采用露天与井工协调开采,其露天开采边坡的变形机理与稳定性研究对开采方案设计和地质灾害防治具有重要意义。本文采用FLAC数值计算方法,研究了某露天矿边坡变形破坏机理,确定了该露天矿南帮在应用露井协调开采下边坡变形破坏机理。结果表明,当露天开采后进行地下开采时,地下开挖对边坡岩体变形破裂过程的影响表现为岩体失效变形和结构破损进程的加剧,其煤层覆岩的变形破坏规律随着煤层埋深的增加以及边坡保护煤柱的缩短而变化,因地下回采所造成的边坡岩体偏态沉降的变形移动范围将进一步偏向边坡临空面方向一侧。     

注浆加固工作面底板岩体力学性质“增强-损伤”的定量测定

应用超声波检测技术现场探测了"原岩(包括断层带)-注浆-开采"全过程中底板岩体弹性模量,研发了一种用于斜孔探测的探头保护装置。并结合岩块破裂与注浆效果的超声波探测室内试验,应用损伤力学分析了注浆增强及开采损伤对底板岩体弹性模量的影响规律。以岩体弹性模量数值及其变化率为基准,提出了"弹模增强度"和"弹模损伤度"的参量,定量测量了注浆加固及开采对底板岩体弹性模量的"增强-损伤"程度。结果表明:注浆加固对泥岩弹模增强度最大,达到640%~733%;砂岩次之,为241%~300%;灰岩最小,为146%~216%;受开采影响,不同岩性的岩体弹模损伤度差异不大,为21%~35%。研究成果将注浆和开采对岩体力学强度的影响细化到主要岩性,对具体岩性的影响提升为定量。这有助于全面认识注浆加固防治工作面底板突水的机理及定量分析其效果;有助于诸多防治水理论和方法在注浆加固工作面的应用。同时,形成了全过程中岩体弹模的现场定量观测方法,丰富了注浆加固效果检测手段,对制定注浆加固工程方案具有指导意义和实用价值。     

急倾斜煤层坚硬底板应力分布特征和岩移控制

 为了研究急倾斜煤层充填开采底板岩层移动的控制效果,基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的赋存条件,采用离散元UDEC数值计算,分析了急倾斜煤层采空区不充填和充填开采不同方式下底板岩层移动和应力分布特征。结果表明：急倾斜煤层开采底板岩层应力卸载区、应力降低区和支承压力区均呈非对称抛物线拱型分布;急倾斜煤层开采应力卸载角和卸载拱拱高均随煤层采厚的增加呈增大趋势;急倾斜煤层充填开采可以有效降低底板岩层卸载区、支承压力区范围和减小底板岩移,有利于急倾斜煤层采场围岩的稳定。     

煤岩体强度与面长对承压开采底板的影响

结合矿山典型工作面开采技术条件,把顶板岩层、煤层和底板岩层作为一个整体进行综合研究,考虑三者之间的作用与影响,利用弹性薄板和岩石力学理论,对老顶初次来压、周期来压、煤岩体强度参数降低等情况下工作面煤层底板岩层破坏深度的理论值进行了计算,得出了工作面长度和煤层底板岩层破坏深度之间的关系,定量地分析了工作面长度与煤岩体强度参数对煤层底板破坏深度的影响,为承压水开采下增加面长提供了理论依据。