条带充填保水开采隔水岩组力学模型研究

根据特殊保水开采区典型条件,针对2个等间距充填条带的隔水岩组稳定性进行了物理模拟实验和理论分析,提出了条带充填隔水岩组弹性基础梁力学模型,给出了充填条带压缩量和隔水岩组的挠度计算公式,确定了下行裂隙的位置和发育深度。基于隔水层稳定性判据,提出了合理的充填间隔宽度和充填条带宽度计算方法。结果表明,合理的充填条带宽度和充填间隔宽度主要与充填条带压缩率、隔水岩组厚度与强度及采高有关,充填间隔宽度随隔水岩组厚度、强度和采高的增大而增大,下行裂隙的发育深度随充填条带压缩量的增大而增大。     

浅埋煤层条带开采固体充填地表沉陷定量控制方法

基于等价采高模型和概率积分预计原理分析了固体密实充填全采全充模式在建(构)筑物下浅埋煤层开采的不适应性,分析了建(构)筑物下浅埋煤层开展条带开采固体充填的必要性。在此基础上提出了建(构)筑物下浅埋煤层条带开采固体充填设计原则和沉陷定量控制设计方法。最后将条带开采固体充填设计方法用于某浅埋煤层开采取得了良好的效果。     

陕北浅埋煤层开采隔水土层渗透性变化特征

为评价陕北神南矿区浅埋煤层开采对地下水及地表水的影响,对煤层上覆关键隔水土层的采动隔水性进行研究.在进行了神南矿区野外地质调查的基础上,采用中压三轴伺服仪测定神南矿区离石组黄土及保德组红土在三轴加载及卸载过程中的渗透系数,并结合采前、采后现场压水试验成果研究了浅埋煤层开采前后关键隔水黏土层渗透系数变化特征.试验结果表明...     

浅埋厚煤层条带充填开采效果研究

由于西部浅埋矿区特殊的赋存条件,煤层开采严重威胁西部矿区脆弱的生态环境,以煤矿自有的煤矸石、周边的沙子,电厂的粉煤灰及水泥制作膏体材料,通过力学实验证明了充填体强度符合煤矿开采应用。通过数值模拟实验,验证了条带充填开采控制地表沉陷的效果,浅埋厚煤层条带充填开采只会在开采留设煤柱时形成垮落带,并且导水裂隙带高度发育不会到达含水岩层。     

浅埋煤层局部充填开采上行裂隙发育高度研究

采用长壁局部柔性充填开采方法是实现浅埋煤层特殊保水开采的有效途径,通过走向长壁局部充填开采的物理相似模拟实验,分析了等间距充填2条带情况下隔水岩组的稳定性规律,得出了在充填体强度、弹性模量不变的情况下,不同的充填间隔宽度和充填宽度直接影响上行裂隙的发育高度,最终影响隔水岩组的稳定性。基于物理相似模拟实验,建立了特殊保水开采区局部充填隔水岩组稳定性力学模型,确定了上行裂隙发育高度计算公式。     

浅埋煤层保水开采简述

浅埋煤层多见于我国西部,并且西部是缺水地区,脆弱的生态系统势必会给采矿事业带来新的挑战,为了迎接这一挑战,浅埋煤层保水开采应运而生。浅埋煤层保水开采主要针对浅埋煤层中保水关键层的控制,达到保持水体水位的目的。     

浅埋煤层保水开采岩层控制研究

我国西部浅埋煤层保水开采的核心理念是保护生态水位,保水开采岩层控制的理论基础是隔水层的稳定性。基于陕北浅埋煤层煤水赋存条件,通过物理模拟和地裂缝实测分析,揭示了浅埋煤层隔水岩组的"上行裂隙"和"下行裂隙"发育规律,发现了"上行裂隙"和"下行裂隙"的导通性决定着隔水岩组的隔水性。通过理论分析,给出了"上行裂隙带"发育高度和"下行裂隙带"发育深度的计算公式,建立了以隔水岩组厚度与采高之比(隔采比)为指标的隔水岩组隔水性判据。据此,提出了保水开采分类方法,基于神府矿区条件给出了分类指标范围。     

浅埋多煤层条带开采地表移动特征

探索了浅埋深多煤层条带开采的地表移动特征、条带的合理采留尺寸、地表移动参数与地质采矿条件的关系等     

极浅埋煤层条带开采煤柱合理宽度研究

为了解决极浅埋煤层条带开采过程中留设煤柱合理宽度不明确的问题,以某矿为例,采用理论分析与数值模拟的研究方法,根据岩体极限平衡理论计算得到支撑煤柱宽度为1.56~1.83 m;支撑煤柱的宽度增加引起面积增加,总的承载能力增大;支撑煤柱为1.25 m,采深大于150 m后,全部进入塑性区,可能发生失稳;宽度为1.5、1.75、2.0 m时,随着采深的增加,最大垂直应力基本呈线性增加。     

Study on water resisting property of subsurface aquiclude in shallow coal seam mining

According to the characteristic of clay aquiclude of overburden, the proper simulation materials and proportions of mixture for simulating the plastic clay aquiclude layers were developed, and the plastic similarity conditions were setup. Thus, the similitude and simulation method in whole stress-strain was progressed. Furthermore, the simulation condition and material proportions in water reaction property and crack closing property were also put forward. Based on systematical tests, the development and distribution of mined cracks in roof and subsurface aquiclude was found and the stability of aquiclude was analyzed at all. At last, the key section and key index of aquclude stability was advanced. It is found that the movement of clay aquiclude follows the movement of the underlying bedrock layers. The basic caving mechanism of the overburden roof strata was also presented. Supported by the National Natural Science Foundation of China(50375026); the Key Program of Science and Technology of the Ministry of Education of China (204183); the Program for New Century Excellent Talents in University of China (NCET-04-0971)     

浅埋煤层长壁开采顶板岩层的不稳定性态

针对浅埋煤层顶板关键层破断后的不平衡特性和运动特征,应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了顶板结构的不稳定性态,给出了关键层破断后顶板结构回转失稳的必要充分条件,建立了铰接体系在回转状态下的稳定性准则,确定了有无支护时顶板岩层稳定状态下的开采高度.研究发现,顶板破断后岩块的台阶下沉与回转失稳必居其一;回转失稳由两岩块相向旋转形成;岩块在铰接处出现塑性铰只是顶板结构回转失稳的必要条件,顶板结构呈瞬变体系才是体系失稳的充分条件.结果表明,根据浅埋煤层长壁工作面顶板结构的结构特征、岩体材料和上覆厚松散沙层等赋存状况,可进一步确定顶板破断后岩块的运动状态和结构呈瞬变体系时的几何特征;采高是人为控制顶板结构稳定的要素之一,单纯降低采高并不一定安全,控制最大回转角才能保证老顶破断后岩块的稳定性.     

浅埋煤层覆岩关键层结构分类

以神东矿区浅埋煤层开采为工程背景,对浅埋煤层覆岩关键层结构的类型及其破断失稳特征进行了研究.结果表明,浅埋煤层覆岩关键层结构类型可分为单一关键层和多层关键层结构;单一关键层结构又分为厚硬单一关键层结构、复合单一关键层结构、上煤层已采单一关键层结构3种类型.单一关键层结构是导致浅埋煤层特殊采动损害现象的地质根源,浅埋煤层单一关键层结构采动破断运动不仅对工作面矿压产生影响,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉陷.关键层破断块体结构承担的载荷层厚度大而不能满足砌体梁结构不发生滑落失稳的条件,从而导致关键层破断块体滑落失稳,这是导致神东矿区浅埋煤层单一关键层结构工作面易出现台阶下沉和压架出水等采动损害问题的力学机理.确定了神东矿区浅埋煤层覆岩关键层结构类型的判别方法.     

浅埋煤层房柱式采空区下长壁开采矿压显现特征

以鄂尔多斯地区浅埋煤层房柱式采空区下煤层长壁开采为主要研究对象,通过理论分析、现场矿压实测等方法,得出房柱式采空区上部覆岩在一定的采高范围内存在叠合梁结构,并且上位基本顶结构为固定梁,下位基本顶结构为悬臂梁,房柱式采空区煤柱及以下顶板构成直接顶;在上位固定梁的回转力矩作用下,下位悬臂梁周期性折断,其动载荷通过房采区煤柱传递给采场支护结构。上位悬臂梁与下位悬臂梁失稳的不同周期性,会引起工作面周期来压的不等距和来压强度的不等强性,是长壁采场支架失稳的主要原因。     

浅埋厚煤层大采高综采工作面工艺方式选择及参数优化

针对梅花井煤矿116101浅埋厚煤层大采高综采工作面工艺方式选择与优化问题,通过计算机模拟、优化和现场实测,优化了厚煤层大采高综采工艺方式及参数,确定116101大采高工作面的进刀方式为端部斜切进刀,循环作业方式单向下行割煤、上行清理浮煤,单向割煤时间为92min,每天循环进刀数为9刀,平均日产量为13383t。实测结果表明,在厚煤层工作面采用单向割煤、端部斜切进刀方式,一方面可以减轻工人的劳动强度,另一方面循环作业时间大大降低。     

浅部开采尾砂膏体巷采设计与地表沉陷控制

针对我国充填开采材料来源不足的问题,通过理论分析、室内实验及现场实测等方法,系统研究了尾砂膏体充填材料特性、充填工艺,进行了尾砂膏体巷采设计及地表沉陷效果分析。研究确定了尾砂膏体优化配比为水砂比1∶5,质量浓度为70%;提出了尾砂膏体巷采方案,建立了巷采充填地表沉陷模型,解决了采煤、充填、工作面通风和安全出口问题;相似材料模拟试验表明,在巷采连采连充过程中覆岩没有冒落过程,直接顶是以微裂隙和层间离层往上发育,基本顶以弯曲下沉为主;充填体密实性、变形监测及地表移动观测表明,尾砂膏体巷采对地表沉陷控制较好。研究成果在淄博市张店区沣水镇张赵煤矿102采区进行了成功应用。     

近浅埋煤层大采高工作面双关键层结构分析

根据实测统计分析,近浅埋煤层大采高工作面支架载荷普遍较大,且随采高增大有增加的趋势,工作面来压存在大小周期,厚度较大的等效直接顶静载是工作面支架的基本载荷。通过物理模拟实验,揭示了大采高工作面直接顶变厚和顶板结构铰接点上移的机理,提出了"等效直接顶"的定义,建立了近浅埋煤层大采高工作面顶板"双关键层"理论。近浅埋煤层大采高工作面顶板主要表现为"双关键层"结构,根据等效直接顶对采空区的充填程度,双关键层顶板结构分为"双砌体梁"和"斜台阶岩梁-砌体梁"两类,常见的是"斜台阶岩梁-砌体梁"双关键层结构。建立了双关键层顶板结构模型,揭示了工作面出现大小周期来压的机理,给出了支架初撑力和工作阻力的计算公式,可为近浅埋煤层大采高工作面顶板控制提供理论依据。     

浅埋煤层开采矿压显现影响因素的敏感性分析

针对浅埋煤层工作面矿压显现影响因素多样的情况,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合,分析了浅埋煤层埋深、承载关键层厚度及其层位等因素对工作面矿压显现的影响。研究表明:承载关键层厚度对浅埋煤层工作面来压步距影响最大,煤层埋深次之,承载关键层距煤层距离的影响较小;承载关键层的层位决定了工作面矿压显现的剧烈程度,承载关键层距煤层的距离L与煤层埋深H比值η0.35时,工作面来压强烈,当η0.35时,工作面来压强度较小。结合工作面地质生产条件,分析了浅埋煤层工作面开采时承载关键层的破断形式及工作面矿压显现特征。