近浅埋煤层覆岩关键层对综采工作面压力的影响分析

为了研究采场在覆岩运动过程中关键层的缺失与否对综采工作面采场矿压的影响效果，采用相似模拟试验和数值模拟，对大柳塔煤矿活鸡兔井1-2煤21304综采工作面在回采期间出现的2次压架事故进行分析。研究结果表明:上覆岩层的关键层缺失与否对下部煤层的开采影响至关重要，尤其是对上部已采单一关键层的煤层回采影响较大，当上煤层的关键层未缺失时回采后形成稳定的砌体梁结构，其下煤层回采也易形成稳定的砌体梁结构，反之亦然；在冲沟发育较深的地形，关键层的形成也会受到冲沟影响，造成部分关键层缺失，当关键层缺失时工作面向坡开采，随着工作面所承受的荷载逐渐增大，出现动载矿压的几率也随之增加，背坡开采则与之相反。     

深井大采高综采面矿压显现及覆岩破断规律研究

针对深井大采高综采技术中采场矿压控制难的特点，以潘二矿11223大采高综采工作面为工程背景，采用相似模拟、数值模拟、现场矿压监测、理论分析等方法，对深井大采高综采工作面矿压显现及覆岩运动破断规律进行研究。结果表明:深井大采高综采面覆岩运动破断后结构形态演化特征可概括为“组合悬臂岩梁结构——压实填充结构——非铰接岩梁结构——铰接岩梁结构”的动态演化过程，这种动态演化过程直接影响着工作面的矿压显现特征及覆岩破坏特点；得到工作面初次来压步距为34 m，基本顶周期来压步距15 m，来压由中部开始向两端转移；工作面前方应力集中区距煤壁平均4.4 m，应力峰值平均为26 MPa，工作面矿压显现特点受控于覆岩运动破断的动态演化力学结构，研究结果对类似条件下的工作面安全开采具有一定的理论依据和借鉴意义。     

远距离重叠煤柱作用下的强矿压显现作用机制:以大同矿区多煤层开采为例

为研究大同矿区特厚煤层采出空间大和远距离侏罗系煤层群重叠煤柱共同作用下的强矿压显现机制,采用通用离散元程序(UDEC)数值模拟方法,分析重叠煤柱作用下的工作面采动应力规律。应用高精度微震监测技术,得到侏罗系煤层群开采影响下的综放工作面覆岩运动与矿压显现的关系。研究表明,工作面回采至侏罗系煤柱对应区域时,工作面超前支承压力比在非煤柱区域提高了25%~33%;侏罗系煤柱重叠区域,在"煤柱-覆岩联动"和"煤柱-采动应力耦合"共同作用下,工作面矿压显现更为强烈;在临近采空区和侏罗系覆岩共同作用下,沿空巷道矿压显现强烈。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。用提出的基于地面钻孔压裂重叠煤柱弱化的强矿压显现顶板控制技术,可削弱重叠煤柱对工作面开采的影响,减轻特厚煤层综放开采采场矿压的显现强度。     

山丘地形对浅埋7.0 m采高综采面矿压显现的影响

为分析山丘地形对浅埋煤层大采高综采面矿压显现的影响,以上湾煤矿12205综采面为例,采用理论分析、数值模拟与现场实测方法,研究综采面过平直与山丘地形下矿压显现的异同。通过应力传递力学模型确定山丘坡度、高度为矿压显现主要影响因素,进而利用数值模拟分析坡度、高度对矿压显现的影响。研究表明:与平直地形相比,工作面经过山丘地形时支承压力峰值、峰值点位置和影响范围均增加,大于30°的山丘坡度或大于30 m的高度,可能引起强烈的矿压显现;同时现场实测表明在山丘地形下(坡度45°,高度50 m)矿压显现较为强烈,证明了理论分析与数值模拟的可靠性。     

大同矿区综放开采覆岩压力拱演化规律研究

为研究大同矿区综放开采的覆岩运动特征,以同忻矿8105工作面为研究对象,运用关键层理论确定了同忻矿8105工作面关键层分布,采用理论分析、相似材料模拟方法对压力拱的演化规律进行了研究,并结合现场监测数据对研究结果进行了验证。结果表明,在同忻矿双系煤层开采条件下,关键层破断影响着压力拱的发展高度,沿工作面推进方向,压力拱的失稳步距为283~330 m。拱脚位置在工作面前方40~55 m,压力拱承载着大部分的覆岩载荷,一旦发生失稳破坏,会造成石炭系岩层与侏罗系采空区连通,引起工作面强矿压显现。     

坚硬顶板煤层一次采全高矿压显现规律研究

大采高综采技术是厚煤层开采工艺的重要发展方向,越来越多的被采用,矿压事故在矿山生产安全事故中占有较大比例,有效掌握矿压规律,采用合理生产工艺是采矿生产过程中必须认真考虑的问题。大采高综采工作面采场顶板跨度大、高度高,矿山压力复杂,矿压显现规律特殊,管理难度大。针对某煤矿9、10号煤层大采高综采工作面顶板坚硬特性,为掌握类似地质条件下大采高工作面矿压显现规律,作者从理论分析入手,采用相似模拟实验方法,经过对模拟实验数据进行研究分析,得出了本矿区特定坚硬顶板条件下大采高工作面矿压显现规律,认为类似地质条件大采高工作面,顶板垮落易造成动力冲击,顶板破坏形式主要是拉断和剪断,最大压力值发生在工作面中部前方,采空区积水的影响情况和地表的沉陷状况,还需通过其他方法进行进一步的分析、论证,提出了针对类似围岩条件采煤工作面的安全技术和管理措施。     

山丘地形下近浅埋煤层综采面静动载叠加的矿压显现特征研究

针对近浅埋综采面过山丘地形发生强矿压显现的问题,采用现场监测、理论分析与数值模拟相结合的方法,建立山丘静载应力传递模型和不同岩层赋存特征的沙土型与土石型山丘工作面关键块体结构力学模型,分析山丘地形工作面矿压发生机理。研究表明:山丘静载向工作面传递的垂直应力呈钟形分布,山丘高静载应力易激发弱铰接结构失稳;山丘坡体中关键层的有无导致了土石型和沙土型山丘工作面矿压发生机理的差异性;坡体断裂块的倾斜回转运动是沙土型山丘工作面发生强矿压的主导因素,断裂块不同的倾斜回转方向导致工作面在上坡段矿压显现缓和而下坡段显现剧烈;土石型山丘工作面的矿压显现主要受坡体中关键块体结构稳定状态的控制,工作面在上坡初和坡顶段动载矿压强烈而下坡段后期较缓和。数值计算结果与现场监测和理论分析相符。     

基于UDEC的采场矿山压力显现数值模拟研究

运用UDEC数值模拟软件,以山西某矿F2105综采工作面为工程背景,根据该工作面岩石物理力学实验,确定数值模拟所需参数,对该工作面的矿山压力显现和覆岩运移规律进行研究。分析矿山覆岩运移和矿山压力显现过程得出:F2105综采工作面初次来压步距为25 m,周期来压步距平均为18 m,采场覆岩失稳形式主要为滑落失稳,岩层破断后呈台阶岩梁结构。     

冲击地压与微震影响因素的关系研究

矿震的发生受多个因素耦合控制。为研究不同诱因条件下矿震分布对冲击地压的影响,基于反演计算推导,得到走时与临界距离公式,并借助微震检测手段,结合现场开采实际,从关键层运动、回采速度的稳定性的角度分析矿震发生机制与分布。研究发现,矿震的发生可分为若干个活动周期,强矿震的发生均处在矿震活动周期内峰值位置;关键层处微震信号最为集中,信号首先于基本顶处集聚,后逐渐向关键层扩展,后再次于基本顶处集中显现;回采速度的变化能够引起突发性顶板垮落,加快回采速度,会造成工作面前方出现高应力集中区,且高应力集中区随工作面的推进逐步向工作面靠近;日进尺突然增加使里氏震级与频次的曲线出现较为强烈的波动。     

大采高综采工作面支架选型安全性分析

为了确保大采高综采工作面支架选型的安全性,根据大采高综采工作面支架呈现以静载荷为主的特点,建立了大采高综采支架受静载荷的工作阻力计算力学模型,并应用于现场大采高综采支架选型的安全性分析。大采高综采工作面支架工作阻力随工作面推进距离变化规律的现场监测表明:以4倍采高覆岩重量计算的静载荷工作面支架工作阻力能够控制大采高覆岩运动的矿压显现,满足工作面支架选型的可靠性,保证大采高工作面的安全高效开采。最后,通过采取一定的技术措施来弥补2-504大采高综采工作面选型支架额定工作阻力不足的安全隐患,以期实现大采高综采工作面的安全高效开采。     

大倾角煤层开采覆岩破断机制研究

为了探究大倾角煤层开采覆岩变形、失稳、破断的演化特征,结合潘二矿1212(3)工作面地质与工程条件,采用数值模拟、物理模拟、理论分析相结合的方法,分析了大倾角煤层开采覆岩变形破坏规律,探讨了巨厚砂岩直覆和无坚硬岩层2种条件下大倾角煤层开采顶板破断失稳形式。研究结果表明:受倾角影响直接顶冒落、滑移,充填下部采空区,基本顶中上部挠度最大而发生断裂,破断裂纹逐渐向基本顶两侧及相邻岩层演化;大倾角煤层倾向岩层间的联动时序性破断是形成非对称拱形承载结构的主因;预裂爆破巨厚砂岩顶板、充填开采软弱岩层工作面可促使关键块体组成的拱形承载结构形成,保证大倾角工作面安全回采。     

常村煤矿S6-8工作面岩层运动的连续-非连续方法模拟

为了细致地模拟煤矿开采中复杂的岩层运动现象，探讨开采速度的影响，采用自主开发的连续-非连续方法，通过引入应力跌落和准静力计算模式，以常村煤矿S6-8工作面为背景建立数值模型，模拟采动诱发采场上覆岩层的变形-开裂-运动过程。结果表明:本方法可较为细致地模拟煤矿开采中一系列复杂现象，例如，采场上覆岩层的弯曲变形、下沉、开裂、离层和层间错动、直接顶的周期垮落、工作面煤壁上方岩层近似平行展布的倾斜穿层裂缝、若干破断岩块形成的近似等腰梯形结构和采空区局部闭合；开采速度越快，直接顶初次垮距越大，这是由于采场上覆岩层向下运动不充分，直接顶垮落主要受自身和开采卸荷的影响。     

复合动力灾害条件下孤岛工作面区段煤柱宽度留设研究

孤岛工作面覆岩空间结构复杂多变,受开采和地质等因素的影响在开采过程中面临冲击地压、煤与瓦斯突出、自燃发火以及采空区突水等复合动力灾害。留设合理宽度的区段煤柱是确保工作面安全开采的关键,以陕西某矿特厚煤层孤岛工作面开采为工程案例,通过分析工作面覆岩空间结构,理论计算了工作面应力分布;采用应力动态监测等方法确定了该工作采空区侧向覆岩运动,并综合考虑冲击地压灾害防治、次生灾害控制以及巷道支护等因素,确定了该工作面区段煤柱的合理宽度为5~7 m。     

极近距离煤层综放开采工作面覆岩“两带”发育规律研究*

为深入研究极近距离煤层综放开采工作面覆岩“两带”的动态发育规律,采用理论推导、数值模拟和现场实测相结合的方法,分析袁店一矿824工作面覆岩“两带”的裂隙演化特征。结果表明:从岩层层向拉伸率角度,研究上覆岩层垮落带和导水裂隙带的垮落程度,考虑角度影响推导出岩层弯曲下沉边缘段变形前后的长度计算公式,根据覆岩的碎胀特征计算各岩层的最大下沉量,预测垮落带和裂隙带的范围分别为30.2~41.2 m和70.7~78.2 m;采用3DEC数值模拟分析该矿824工作面开挖后上覆岩层垮落的基本形态和裂隙分布规律,结合其应力、位移云图和监测线位移曲线的分布特征,得出垮落带和裂隙带的高度分别为32.50 m和77.25 m;采用分布式光纤应变监测系统,监测工作面前方80 m处上部顶板的受力情况,得出受采动影响的光纤应变呈起伏变化,且应变分布与地层岩性存在对应关系,得出垮落带高度约30.4 m,裂隙带高度约74.8 m,验证采用层向拉伸率和覆岩碎胀性2个方面来预测工作面覆岩“两带”高度的合理性,可为类似方面的研究与施工提供相应的技术依据。     

某矿村庄下煤柱开采方案研究

为了充分开采村庄下的煤炭资源和缓解矿区采掘接替紧张的矛盾以及延长矿井服务年限,同时又能最大限度地减小地下开采对地表建筑物损害。结合某矿特定的地质采矿条件,根据岩层与地表移动机理,对该矿区地表移动变形的影响因素和工作面推进速度与地表变形的关系进行了分析,得出了该矿13264工作面最佳的推进速度为3.0m/d。应用村庄下压煤开采技术的理论和方法,对该矿区村庄下保护煤柱后期开采方案进行了优化分析,指出:13266工作面顺序开采并能够在较短的时间内开采停止,则顺序开采对地表建筑物的损害程度要小;13264工作面开采通过该矿区村庄以后,下一个工作面通过的时间相隔时间较长,则跳采方式对地表建筑物的损害程度要小。