采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究

为得到薄基岩厚风积沙地区采场裂隙带发育高度及演化特征,基于采场覆岩"三带"的划分,对薄基岩地区厚风积沙煤层采动过程中裂隙发育特征进行相似材料模拟试验研究,得到开采过程中上覆岩层垮落破坏特征及运移规律,岩层内部压力分布规律,分析采动裂隙带发育高度及存在形态与工作面推进速度的关系。结果表明:补连塔煤矿12406工作面周期来压步距为22.5~30.0 m;上覆岩层的破断角在采空区侧为64°,在煤壁侧为61°;裂隙带高度为157.1 m,为工作面采高的26.18倍;工作面上覆岩层下沉趋势呈非线性曲线,移动形态具有非对称性。     

重复采动下覆岩裂隙发育规律模拟研究

基于内蒙古布尔台矿已有的工程地质资料,采用数值模拟软件RFPA~(2D),建立了双煤层重复采动的数值模型,模拟研究了覆岩破断、裂隙发育和再发育规律,分析了上覆岩层在采动前后垂直应力的变化情况.结果表明:重复采动可引起原有煤层覆岩裂隙的再发育,使得顶板裂隙波及的含水层范围扩大,从而增大采空区的涌水量,甚至会引发突水;采动使得覆岩的垂直应力减小,而重复采动更加剧了这一趋势,这是覆岩裂隙继续发育的重要因素.     

采动覆岩裂隙发育及周期性瓦斯涌出规律研究

为获得采场覆岩裂隙发育与瓦斯涌出变化之间关系,基于淮南矿区某矿220112工作面瓦斯地质概况,综合数值模拟、理论分析及工程实践等方法,对采场应力分布、覆岩裂隙发育及瓦斯涌出周期规律进行了研究。结果表明,工作面覆岩裂隙带发育区位于顶板上方17.2～40 m内,布置在该范围的顶板大直径定向钻孔抽采效果较好,验证了理论计算及模拟结果的准确性;瓦斯涌出呈现周期性变化,2～3次顶板周期来压后工作面出现一次较大的瓦斯涌出现象,是正常回采期间瓦斯涌出量的1.5倍左右;根据工作面瓦斯涌出周期性规律,补充实施顶板走向抽采钻孔后,工作面回采期间瓦斯涌出总体平稳。     

采动覆岩离层计算

应用弹性薄板理论对煤矿开采引发覆岩离层进行定量分析。     

深部采煤工作面上覆岩层裂隙带发育高度研究

根据唐口煤矿深部采煤工作面地质及回采技术特点,建立了UDEC数值计算模型,对工作面覆岩的应力、位移、塑形变形区等参量展开了系统研究。模拟结果显示,在1307工作面回采影响下,导水裂缝发育高度达到48.1 m,冒落带高度为14.6 m。     

工作面覆岩导水裂隙带发育规律及高度探测

为充分了解81201工作面覆岩导水裂隙带的发育规律及高度,采用钻孔取芯的方式对钻孔的冲洗漏失量和岩芯特征进行综合分析,得出导水裂隙带的发育高度。结果表明:81201工作面导水裂隙带的高度为137.3 m。     

浅埋煤层群重复采动覆岩运移及裂隙演化规律研究

为了准确掌握单一煤层和煤层群开采覆岩裂隙演化规律及分布形态特征,通过物理相似模拟实验、现场钻孔勘探、理论计算等方法分析煤层开采过程中覆岩运移破断特征及采动裂隙的分布形态。结果表明:在重复采动条件下,覆岩出现离层裂隙和纵向裂隙并伴随超前裂隙的产生,形成“采空区-工作面”和“采空区-采空区-工作面”结构时,覆岩裂隙经历产生、扩张、闭合、再产生、贯通、再闭合等6个动态循环变化阶段;煤层群在一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次及多次采动下,覆岩受上覆载荷作用,裂隙区向工作面两侧煤柱扩展,上煤层受本煤层边界煤柱和下煤层开采形成的“悬臂岩梁”支撑影响,使工作面两侧裂隙明显高于工作面中部,覆岩形成“M”形裂隙分布形态;覆岩受采动影响产生周期性破断,以单岩层或多岩层同时产生变形、运移、破断垮落,由此可见,覆岩中存在控制上部岩层的硬岩层和其控制岩层以组合梁的形式同步运移、破断。根据覆岩破断特征建立了基于Winkler弹性地基煤层群重复采动覆岩破断特征的组合岩梁力学模型,由模型计算得到覆岩裂隙演化高度和相似模拟实验及现场所测高度相近,由此表明,该模型可作为浅埋煤层群重复采动覆岩裂隙演化高度计算的依据。     

短壁块段式采煤覆岩导水裂隙发育力学特性分析

短壁块段式采煤技术作为一种绿色开采技术,可以有效地兼顾煤炭安全高效开采和水资源保护,但在开采过程中会造成一定范围的导水裂隙带,对含水层的稳定性造成潜在的影响。因此,短壁块段式采煤覆岩导水裂隙发育力学特性的研究对科学预防、控制和治理煤炭开采所引起的水资源流失问题具有重要意义。为了计算短壁块段式采煤造成的覆岩导水裂隙带发育高度,在分析覆岩移动特征的基础上,确定影响短壁块段式采煤覆岩导水裂隙发育的主控因素。并基于弹性地基梁理论,结合短壁块段式采煤工作面布置特殊性,建立了一种计算短壁块段式采煤覆岩导水裂隙带发育高度的弹性地基叠合梁力学模型,给出岩层产生导水裂隙的判定方法,计算获得岩层破坏层数(导水裂隙带高度)随不同主控影响因素的变化规律,揭示了短壁块段式采煤覆岩导水裂隙发育的力学机理及规律。研究结果表明:随着采高和块段长度增大,岩层破坏高度呈阶梯状上升;随煤柱宽度的增加,岩层破坏高度呈降低趋势。同时,当影响因素参数在一定范围内时,岩层破坏层数不变,因此,在保证水资源不发生流失的前提下,可选择范围内最大采高、块段长度以及最小煤柱宽度作为开采指标来提高回收率。现场短壁块段式采煤实验工作面采用钻孔冲...     

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。     

米萝矿覆岩采动裂隙发育特征实验研究

以米萝矿为工程实例,采用相似模拟实验研究裂隙发育。实验结果表明:随着工作面的推进,裂隙边界发育成四边形结构,此结构存在自相似特性;断层线上方裂隙发育成三角形结构;随着工作面的推进裂隙边界角度有所增加,增加到63°左右趋于稳定。     

采动覆岩裂隙演化规律的定量描述

对采动覆岩裂隙的定量描述一直是困扰采矿工程的科学问题。通过室内相似材料模拟实验,对综放工作面覆岩裂隙破坏过程进行了监测,并根据采动覆岩裂隙的发育过程在时间及空间的数字成像,提出了应用"双重分形"理论揭示采场覆岩裂隙的萌生、扩展、贯通的过程,获得了采动条件下覆岩裂隙时空演化的定量描述方法。     

采动覆岩与地表下沉关系模型及离层量估算方法

地下开采可能导致地表沉陷、基础设施损毁、土地破坏或地面积水等,进而诱发生态环境恶化。而采空区固体充填和覆岩离层注浆是控制岩层移动,减小采动损害的有效技术手段。传统的覆岩离层注浆往往采用关键层理论、数值模拟、相似材料模型实验和理论分析手段,因涉及的物理力学参数多、边界条件限制等,计算过程复杂,仅能给出离层层位,难以定量确定离层量。开采沉陷研究表明,采动覆岩与地表移动方向指向采空中心,移动边界可以简化为线性边界,基于下沉盆地主断面上地表下沉与任一覆岩下沉的面积相等和煤系地层的层状特征,构建了采动覆岩与地表下沉的关系模型,较好地反映了覆岩与地表下沉随边界角、工作面宽度、开采深度的发展演化规律。采动覆岩与地表下沉比值随埋藏深度增加而增大,反映了采动下沉效应从顶板向覆岩、地表的传递规律;随着宽深比的增加,同一层位岩层下沉与地表下沉比值减小,地表下沉增大;当边界角减小时,地表下沉范围增大,地表下沉值减小。结合钻孔揭示的覆岩结构与组合,可以逐层计算上覆岩层和地表的下沉值,利用两相邻岩层下沉的非一致性,可以确定各岩层间的离层量,通过计算导水裂隙带高度,剔除导水裂隙带内无法形成封闭充填空间的无效离层,进...     

平煤十三矿采动覆岩裂隙演化规律研究

当煤矿自矿区采出时,采空区上覆岩层会发生变形破坏,一方面煤矿资源会向裂隙发育部位运移,另一方面则存在一定的矿区安全隐患。为了保证煤矿开采工程的安全性,准确掌握矿产运移分布情况,本文采用了关键层理论和数值模拟的方法,以此分析采动覆岩的裂隙演化规律。研究结果显示,裂隙在走向和倾向上呈现出"梯形台"发育特征,在采空区上方裂隙呈现出中部压实、四周发育的"O"形圈分布;在采空区边缘形成卸压区域,此区域裂隙发育,具有较好的抽采效果。除此之外,采空区中部压实区域宽度范围为175m,裂隙不发育,离层率趋于0;采空区进风巷侧35m、回风巷侧30m范围内离层率较大,最大离层率达到了136mm/m。本文通过数值模拟得到了平煤十三矿采动覆岩的裂隙演化规律,这不仅为煤矿资源抽采提供了理论依据,而且为煤矿安全事故防治工作提供了保障。     

采动覆岩裂隙发育变化规律研究

为了研究采动覆岩裂隙发育变化规律,建立了基本顶初次来压的力学模型,分析了岩体的变形场方程、岩体损伤演变方程,然后采用RFPA^2D数值模拟软件,研究了覆岩破断裂隙发育变化规律、煤层开采采场应力变化以及煤采空区垂直压应力变化规律。研究得出,随着煤层不断的开采,顶板裂隙带的位置不断向上发育,采场上部的卸压区为拱形,工作面前方的支撑压力峰值逐渐增加。研究为矿井后期开采设计提供了借鉴。     

不同覆岩类型高强度采动裂隙发育特征对比研究

覆岩破坏裂隙发育高度是矿井顶板突水预测及防治的关键要素,而覆岩强度类型和开采强度是覆岩破坏裂隙发育特征的主要影响因素。对覆岩破坏高度进行预计时,覆岩类型划分标准和采煤方法对应的经验公式选择非常重要。采用钻孔冲洗液消耗量和钻孔电视观测相结合的方法,测得了坚硬和软弱地层高强度开采条件下覆岩破坏裂隙发育特征,得出坚硬岩层采动裂隙发育,冲洗液消耗量变化断断续续或者完全漏失,且岩层断裂倾角大,引起岩层采动传播影响角较大。软弱地层遇水易软化、塌孔,钻孔电视成像较为模糊,垮落带难以观测,需采用综合方法进行"两带"顶点的判别。对于近距离特厚煤层开采,下层煤垮落带高度波及到上层煤采空区时,需采用综合采厚计算下分层的导水裂缝带发育高度,《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指南》中综合采厚公式已不适用。为此通过构建近距离特厚煤层开采垮落带高度与层间距关系数学模型,提出了适合该地质条件的综合采厚计算公式,由于受煤层间距的影响使综合垮落带高度增大,并且上组煤对综合采厚影响较小,造成垮采比明显增大,得出坚硬顶板高强度开采综合垮采比为9.39～9.62,裂采比大于17.80,约为软弱覆岩的2倍,表明覆岩...     

前和矿10号煤层上覆岩层采动裂隙分布规律研究

根据矿上资料,结合10号煤层现场条件,通过理论分析的方法,研究了其上覆岩层采动裂隙场的演化规律、分布形态及范围,为上邻近层的采动卸压瓦斯抽采的提供理论基础,对瓦斯抽采钻孔或巷道的布置及参数选择具有重要的指导作用。     

浅埋综采工作面覆岩裂隙发育及漏风规律研究

浅埋煤层煤炭开采过程中,上覆岩层发生全厚切落产生垂直裂隙,使工作面、 采空区出现漏风现象,威胁矿井的生产安全.为了分析该类地质条件煤层开采上覆岩层裂隙发育及漏风特征,基于南梁煤矿30100工作面实际地质条件,对30100工作面开采过程中的裂隙发展进行还原,通过物理相似模拟实验对采空区裂隙进行模拟演化,揭示了该类煤层开采...     

采动覆岩裂隙演化规律的特征研究

地下矿物开采过程中,地层中的原始地应力场遭到破坏,造成覆岩应力重新分布,进而引起了覆岩的移动与破断形成了裂隙场。基于相似材料模拟试验得出覆岩裂隙演化的一般规律,即裂隙场的物理特征;利用有限元数值模拟试验,研究在煤层动态开采过程中,上覆岩体的应力分布状态,并联系裂隙场的物理特征作出了进一步的解释。