厚煤层高强度开采对地表响应的特征与机理

厚煤层高强度开采造成的地表破坏和对环境的影响比传统法开采更严重。以厚煤层高强度开采区域为研究对象,采用现场监测、理论分析等方法对地表裂缝、移动变形角值参数、持续时间及概率积分法参数等进行研究,分析了开采对地表响应的机理。结果表明,厚煤层高强度开采条件下,地表非连续变形特征明显,地表裂缝以拉伸、剪切裂缝为主,工作面上方部分裂缝与工作面贯通引发溃沙、突水及漏风问题影响安全生产。在地表移动变形参数方面,裂缝角、下沉系数及水平移动系数偏大。     

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。     

矿山开采沉陷可视化系统设计开发及岩移参数求取

依据矿山开采沉陷相关理论,以概率积分法数学模型为基础、运用基于实测数据求参原理与方法,结合相关软件设计开发了矿山开采沉陷可视化系统。为研究矿区地表移动变形分布及岩移参数求取提供了技术支持。结合系统应用实例,利用地表观测数据拟合求参,对该矿其他工作面及类似地质条件矿区开采沉陷预计提供借鉴作用。     

浅埋近距离煤层群开采过程中上覆采空区自燃危险区预测研究

为揭示浅埋深近距离煤层群开采过程中地表裂隙发育对上覆采空区遗煤自燃的影响规律及影响范围,以苏家沟煤矿为研究背景,建立采空区流场流动及低温氧化的数学模型和三维几何模型。采用FLUENT模拟软件模拟了下煤层工作面推进过程中上覆采空区的氧气分布情况,得到了浅埋近距离煤层上覆采空区基于裂隙动态发育的氧气场和风流场的分布规律。依据采空区自燃危险区域判定理论,对上部煤层采空区内的自然发火危险区域进行预测。结果表明：连通地表与采空区的裂隙数量随工作面的推进而增加,上覆采空区氧化升温区域主要集中在滞后工作面0～20 m范围内,采空区深部的氧化带分布在新、老裂隙附近,在进风侧靠近地表且在回风侧靠近裂隙底端;当工作面推进120 m,即产生3条贯通型裂缝时,采空区自燃危险性最大,结合风流场云图确定上煤层底板自燃危险区距工作面水平距离为97.5 m,是煤矿开采过程中的重点防护区域。     

浅埋煤层开采覆岩运动规律模拟与试验研究

为了进一步掌握浅埋煤层开采覆岩运动规律,以神东矿区某矿22616面为工程背景,采用数值计算与相似试验相结合的方法研究了浅埋煤层开采覆岩下沉位移与应力分布特征,并进行了现场验证。发现现场监测数据和数值计算与相似试验结果较为一致,表明22616面属于典型浅埋煤层工作面,老顶初次来压步距46~48 m,周来压步距12~19 m,来压期间老顶瞬间垮落,下沉位移明显,台阶下沉特征显著;随工作面推移,采场前方煤体20 m范围内出现超前支承压力,应力峰值达到4.3 MPa,因此应提前采取加强支护措施。     

大型水体下顶水安全开采的可行性研究

在大型水体下顶水采煤,一方面要确保煤矿井下安全生产,同时要保护地表水资源不被破坏。基于峰峰矿区小屯矿的地质采矿条件,在分析与评价上覆岩层结构的基础上,选取水体下11个计算特征点,探讨上覆岩层破坏高度、防水安全煤岩柱及安全煤岩柱最小富余尺寸,绘制各类等值线图。采用概率积分法,从下沉、倾斜、水平变形和裂缝深度等方面,研究分析顶水开采后水体底部所受的采动影响。结果表明,在特定的地质采矿条件下,各工作面开采以后,上覆岩层中导水裂隙带发育的最大标高与基岩顶部之间具有较厚的岩柱,导水裂隙带不会波及到地表水体,水体底部的地表移动变形较小,不会影响到矿井安全生产,在大型水体下顶水采煤是安全可行的。     

极近距离煤层联合开采工作面合理错距研究

基于山西灵石某矿极近距离煤层联合开采过程中存在的安全和技术问题,采用FLAC3D数值模拟研究方法,分析了上、下煤层联合开采工作面不同错距下上工作面覆岩应力传递规律,并结合现场工程实践,得出上下工作面联合开采的合理错距。结果表明:上下工作面错距为20 m时上工作面煤壁前方垂直应力较大,应力集中系数为2.12;将上下工作面布置在26~35 m范围是保证安全开采条件下比较合理的错距,通过分析现场上工作面单体支柱压力数据,压力值普遍低于35 MPa,进一步论证了该错距范围的合理性。     

倾滑断层对公路的致灾机理分析

在有限元分析的基础上,对正断层和逆断层环境下公路的致灾机理进行了研究.结果表明,断层的活动将引起公路结构的弯曲变形,使公路处于拉、压、剪的受力状态.其中,正断层活动引起公路弯曲变形的范围主要为上盘距裂缝70 m至下盘距裂缝30 m,纵向应力剧增的主要范围为上盘内距裂缝170 m至下盘内距裂缝130 m,路面的开裂位移约为22 cm;逆断层活动时,公路弯曲变形的范围为上盘内距裂缝80 m至下盘内距裂缝40 m,纵向应力剧增的主要范围是上盘内距裂缝170 m至下盘内距裂缝180 m,路面的开裂位移约为12cm.根据公路的变形和受力规律,将正断层和逆断层环境下公路的破坏模式概化为张拉破坏、剪切破坏、弯曲压坏和复合破坏几种类型.按载荷-结构的方法,将上、下盘范围内的公路结构当作受均匀荷载的半无限弹性地基粱,把倾滑活断层环境下公路结构的位移、转角、弯矩、剪力等简化为断层地表竖向位移量、地基系数、路面荷载、路基路面等效刚度的函数.进行了算例分析,计算结果表明,断层活动主要使裂缝带的公路承受较大的变形、弯矩和剪力,这种影响范围主要分布在断层裂缝的两侧各30 m内.     

深部近距离煤层上行开采覆岩运动及应力分布试验研究

为深入研究深部近距离煤层上行开采过程中岩层应力分布、断裂破坏及下沉变形特征,根据深部煤层开采的具体工程地质条件,建立了深部近距离煤层上行开采相似材料试验模型,对上行开采中围岩应力变化、覆岩运动及裂隙演化过程进行了模拟分析。获得了下煤层和上煤层开采过程中,围岩应力分布变化特点及分区特征、岩层裂隙富集区主要分布区域及其演化规律,煤层开采过程中切眼和煤壁附近岩层断裂角的变化特征,并得到了两煤层工作面相对位置不同情况下,岩层裂隙富集区演化特点、断裂角变化及下沉变形规律。研究成果为类似条件下煤层上行开采、瓦斯抽采提供参考。     

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。     

老虎台矿55002#掘进面通过F7-1断层前后微震事件的时空特征分析

冲击地压作为一种特殊的矿压显现形式,对抚顺矿业集团老虎台矿深部开采的安全生产造成了严重的影响,在该矿的实际生产中,地质条件是引发冲击地压发生的重要因素。鉴于微震监测系统是目前在煤矿井下监测冲击地压应用较为广泛的手段之一,本文利用波兰ARAM IS/MA微震监测系统对老虎台矿55002掘进工作面通过F7-1断层前后的微震特征信号进行连续观测,分别从时间和空间上研究此掘进面通过断层前后的微震特征,验证了一种典型的冲击地压发生时间前后的微震活动规律,并结合实际地质条件从位置上分析了微震事件与断层等地质构造之间的关系,进而根据空间分析结果圈定了重点防治冲击地压区域,使老虎台矿在该工作面掘进生产中提前采取相应的防范措施,顺利通过断层等地质构造异常区域,确保了安全生产。     

基于采动覆岩三维裂隙场演化规律的地面L型钻井瓦斯抽采技术*

为了解决目前采用的直立型地面钻井抽采范围小、工作面所需钻井数量多及瓦斯流量和浓度偏低的问题,基于屯兰矿12507工作面Ⅱ段工程地质情况,提出地面“L”型钻井提高瓦斯抽采效率的理论和实践研究。通过PFC3D颗粒流离散元数值模拟软件对工作面覆岩采动影响进行模拟,得到采动影响下的覆岩结构、裂隙和孔隙率变化。研究结果表明:屯兰矿12507工作面Ⅱ段的垮落带高度为15.87 m,裂隙带高度为49.46 m,采空区上方15~50 m、沿倾向方向距离采空区边界20~100 m的范围内裂隙较发育,孔隙率高且稳定。在屯兰矿12507工作面Ⅱ段进行工程实践,得到地面“L”型钻井在抽采效率、工作面上隅角瓦斯治理及采空区瓦斯有效利用方面优于普通地面钻井抽采,抽采系统工作149 d瓦斯抽采浓度平均为52.52%,抽采纯量平均为9.48 m3/min,上隅角瓦斯浓度平均为0.21%,降低了矿井瓦斯灾害出现的风险并提高了煤层气的利用。     

综放工作面覆岩破坏特征及裂隙演化相似模拟试验研究

针对煤层开采后常出现矿压显现剧烈、煤岩透气性增大和地表下沉等问题,利用二维相似模拟试验研究综放工作面覆岩破坏特征并通过分形理论表征裂隙演化规律.试验结果表明:煤层基本顶初次来压步距为78 m,周期来压步距为24 m;煤层采动裂隙发育,距煤层顶板超过35 m;煤层开采后形成的覆岩裂隙具有分形特征,其分形维数随工作面的推进...     

基于能量理论的冲击地压细观过程研究

为了解冲击地压细观发生过程,从而分析冲击地压不同阶段特点,从能量消耗角度对该过程进行了研究。认为冲击地压是岩体系统由于外界扰动引起的能量释放过程,总释放能量理论上等于岩体形成期间残余弹性势能。由于该弹性势能和岩体形成后裂隙发育的不同,导致岩体受开采扰动后经历的能量释放形式有所不同。大体上能量释放形式可分弹性变形、可产生裂隙的大变形、岩体破碎飞石、广义变形集中区岩体失稳和伴随裂隙产生的机械振动5种。过程可分三部分:初期变形和裂隙、中期飞石-变形-破碎-飞石的循环破坏过程(岩爆)、末期广义应变失稳破坏。使用颗粒流理论的PFC3D对上述过程进行了模拟,结果表明:-120 m、-220 m、-320 m时开采面岩体只发生变形和裂隙;-420 m、-520 m、-620 m岩体先经历变形和裂隙,然后发生岩爆;-720 m和-820 m岩体经历变形和裂隙、岩爆和广义应变区失稳坍塌。     

高位硬厚岩层影响下矿震发生规律及预测

为系统有效地预防灾害性矿震,以东滩煤矿43上13工作面为背景,运用理论分析、数据和统计分析等方法,研究了高位硬厚岩层影响下灾害性矿震的机理和发生规律,在此基础上对43上13工作面剩余部分矿震危险做出预测。高位硬厚岩层条件下发生矿震的根本原因是硬岩运动释放较大能量与采动应力在老顶附近相遇并叠加,可能诱发冲击破坏。东滩煤矿43上13工作面高位砂砾岩运动为矿震发生提供巨大动力源,是主导矿震的关键因素。从震源与断层关系可以看出震源有沿断层展布而分布的特征。大矿震发生前后的支架阻力异常不稳定,振幅增大,频率增高,往往经历一段时间的蓄能期,矿震发生具有明显的周期特性,这种周期特性在东滩煤矿43上13工作面表现为100 m的大周期内存在50 m的小周期,1个大周期大致对应6个基本顶周期来压;1个小周期大致对应3个基本顶周期来压,大小周期内分别发生4次和2次左右高能矿震。工作面开采速度过大或剧烈变化会导致强矿震的发生,回采过程中要格外注意对开采速度的限制并尽量保持匀速开采。最后将矿震预测结果与现场实际情况进行了对比验证。     

综采放顶煤工作面过地质构造时架前冒顶控制技术探讨

综采放顶煤工作面遇到地质构造时冒顶频繁,控顶困难,严重影响采煤工作面的安全生产和经济效益。通过对工作面架前冒顶原因进行深入分析及对工作面遇地质构造时架前冒顶防治进行不断探索,在技术和管理上形成了一整套切实可行的管理方法,在遇地质构造期间,通过采用有效手段便可保证综放支架安全通过地质构造。以伯方煤矿二盘区3207工作面工程实际为例,运用具体技术和管理措施,使工作面安全通过地质构造断层。该方法可为类似构造煤层的安全开采提供参考。     

不同穿越角度对采空区埋地管道力学行为的影响

为解决采空区煤矿工作面逐渐开采引起的埋地管道力学行为变化问题,以实际地质参数为基础,运用有限元软件建立管-土三维有限元模型,模拟水平煤层工作面推进方向与管道走向之间不同夹角以及不同煤层倾角时工作面逐步开采引起的埋地管道力学行为变化,得出在2种情况下埋地管道的力学行为时变性规律。结果表明:水平煤层不同夹角开采时,在开采中后期,随着开采时间的不断增加,大夹角工况下的管道最大应力位移增长速度比小夹角工况快;开采完成后,水平夹角越大管道越危险;不同煤层倾角时,埋地管道最大位移变化随开采时间的增加基本呈线性趋势,且煤层倾角越大,管道的最大位移越小,管道越安全。     

高突危险水体上煤层开采下限及带压开采分区研究

确定开采下限,对高突危险水体上煤层的安全开采具有十分重要的意义。本文基于肥城矿区地质条件,用FLAC3D软件,对开采煤层下伏岩层移动变形规律进行了深入研究,对煤层底板三带范围进行了初步确定;同时,从不同方面对煤层底板开采破坏深度进行了理论计算。根据突水系数、导水带深度、导升带高度和经验数据,确定出正常条件下带压开采的下限(-720m)以及安全措施条件下(底板预注浆处理等)的带压开采下限(-850m)。依据开采下限,对带压开采条件进行了分析,初步形成了高突危险水体上煤层带压开采的分区分类,划分了"开采相对安全区(安全开采区、次安全开采区、条件安全开采区)、深部突水危险区、构造突水危险区",为确定安全开采技术与工艺奠定了理论基础。