浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析

利用RFPA岩石破断过程分析系统软件，对神府东胜矿区活鸡兔煤矿厚松散层浅埋煤层首采工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态数值模拟。并根据模拟结果，分析了随着工作面采动和推进，上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。模拟结果表明，卸荷变形是引起浅埋煤层直接顶初始离层的主要因素之一，浅埋煤层老顶岩层破坏的主要顺序仍为“离层－断裂－垮落”，厚松散层浅埋煤层开采时，当关键承载层完全垮落后，覆岩会发生直达地表的整体切落现象。     

浅埋煤层近距采空区危险性评价

在浅埋煤层含煤地系中有大部分煤层相距较近,上覆煤层开采完成后,存在大量上覆煤层开采后遗留的采空区,当下部煤层开采时,面临浅埋-近距-上覆采空区多重扰动影响,在开采过程中工作面顶板来压剧烈,且存在明显的动载现象,采动裂隙可直接沟通地表,易引起煤层自燃、地下水流失与地表植物死亡等安全与环境灾害,并对地面建筑、地面工程结构物的稳定造成严重危害.为保障矿井安全开采,对冯家塔煤矿进行了工程地质调查、地质雷达探测与采空区危险性评价,得出了上覆采空区结构形态及其对下覆煤层开采的影响,揭示了浅埋近距采空区影响下矿压显现规律和围岩破坏规律,建立基于浅埋-近距采空区影响下工作面稳定性评价方法和危险源识别系统,实现安全高效开采.     

浅埋煤层长壁采场覆岩活动规律的研究

基于某煤矿2305综采工作面工程地质条件和开采技术条件,应用数值模拟（RFPA）和现场实测方法,深入研究了浅埋煤层开采后伪顶、直接顶和基本顶的破坏、运动规律,从而对指导、评价采场围岩控制提供理论依据。     

大柳塔煤矿12305工作面覆岩活动规律的相似模拟

为了研究薄基岩浅埋煤层开采过程中覆岩活动规律,利用相似材料模型法,对大柳塔煤矿12305工作面进行了相似模拟实验,得出了薄基岩浅埋煤层开采过程中覆岩活动特点.结果表明,薄基岩浅埋煤层开采的覆岩活动规律与常规开采顶板活动规律存在根本区别,应该有其自身的开采理论指导现场生产.     

采空区覆岩运动规律相似材料模拟试验研究

以山东某矿的煤层开采为研究背景,为研究其采空区上覆岩层的垮落形态及沉降变形,结合实际岩层的物理力学性质,设计相似材料模拟试验,描述试验模型采空区上覆岩层的垮落和破坏特征,并通过布置下沉测点来观测其覆岩的沉降变形,最后利用flac3d建立数值模型加以校验,结果表明:采空区上覆岩层在煤岩开采后,形成三带结构,自下而上分别为冒落带,裂隙带和弯曲下沉带;试验模型采空区上覆测点的下沉曲线呈近似对称的凹曲线,这与数值模拟结果相一致;相似材料模拟试验和数值模拟都能够较好反映采空区覆岩下沉变形规律;试验结果与数值模拟结果合理有效,可以为研究覆岩沉降相关问题提供试验参考。     

浅埋煤层覆岩中断层对保水采煤的影响及防治

覆岩中断层的存在提高了导水裂隙带的发育高度,因此采用间歇式采煤实现保水采煤时,覆岩中存在断层时工作面的推进距离要小于无断层时的情况.在以前研究的覆岩中无断层时不同覆岩厚度保水采煤工作面合理推进距离的基础上,应用相似模拟实验和数值模拟方法,研究浅埋煤层覆岩中存在断层时,应用间歇式保水采煤不同覆岩厚度的工作面合理推进距离,回归出了导水裂隙带高度随工作面推进距离而变化的经验公式,而且得出从断层上盘向下盘推进时工作面的合理推进距离小于反向推进时的结论,为陕北浅埋煤层保水采煤的实现提供技术支持.图8,表4,参9.     

浅采空区地表移动规律的模拟研究

利用模拟实验法研究了浅采空区地表的动态和静态移动及变化规律。实验结果表明：当工作面推进到62m时,地表开始发生移动和变形,并随着工作面的推进不断增加,地表动态下沉量不断增加,地表形成了一个移动盆地。开采结束后,地表的静态移动和变形仍在继续,但增量不大,最大增量为440mm。     

采空区覆岩移动规律的相似模拟实验研究

利用相似材料模拟实验法研究采空区覆岩的移动规律。实验结果表明：工作面推进到，72m时，地表发生移动变形，地表最大下沉量最终达到3．2cm；岩体裂隙自下而上随着工作面的推进而逐步发展，对应地形成了不同的裂隙网络分布。     

马兰矿深埋中厚煤层覆岩移动变形规律相似模拟研究

为了研究深埋中厚煤层在开采过程中的覆岩移动变形规律,预测顶板裂隙发育高度,以马兰矿地质资料为背景,利用室内相似模拟试验法,观测10702工作面采动覆岩破坏规律,应用计算机数值模拟软件对相似模拟中导水裂隙带发育高度加以验证。研究表明:由相似模拟试验可知,10702工作面的初次来压步距约为40 m,周期来压步距约为15 m;顶板垮落带发育高度为17.6 m,导水裂隙带发育高度为44.3 m。由计算机数值模拟可知,导水裂隙带发育高度约为45.5 m,与相似模拟试验结果基本吻合。裂隙发育位置的确定,不仅为综采放顶煤的生产安全提供理论依据,同时也为顶板冒落事故及透水事故的防治提供理论支持。     

南梁煤矿近距煤层采空区下开采工作面矿压规律研究

上煤层覆岩结构失稳特征是影响下煤层开采工作面矿压显现的主要因素。针对南梁煤矿30103工作面浅埋近距离煤层采空区下开采条件,采用相似模拟实验及理论分析对覆岩垮落特征和支架阻力进行了模拟研究。结果表明：采空区下开采,基本顶初次来压步距45 m,周期来压步距6～16 m,支架工作阻均小于8 500 kN;走向煤柱下开采,基本顶初次来压步距50 m,周期来压步距10～14 m,支架工作阻均小于9 000 kN。工作面在集中煤柱下25 m和出煤柱7 m处,上覆岩层发生滑落失稳,对工作面形成明显的动载冲击,支架阻力超过额定阻力,最大值达13 158 kN。集中煤柱弱化后,释放了煤柱集中应力,使得来压时上覆岩层形成相互协调破坏,避免了基本顶滑落失稳形成的载荷瞬态释放,支架阻力仅达到8 743 kN。采空区下开采顶板动压防控的优先次序为集中煤柱>走向煤柱>采空区。     

大倾角综采面覆岩移动规律的相似材料模拟

为了全面研究大倾角煤层开采上覆岩层垮落特征和围岩应力分布规律,运用相似材料模拟新庄孜矿大倾角综采工作面的开采,研究开采后大倾角工作面上覆岩层移动规律及应力变化特征.随着工作面的推进,岩层裂隙自下而上发展,顶板不断冒落,形成初次来压和周期来压;冒落的岩层有垂直位移且沿层理下滑,使得采空区上部垮落高度比下部大,工作面下部的初次和周期垮落步距比上部小.覆岩的冒落拱呈不对称性,边界向采空区上部偏移,呈上虚下实的状态.模拟实验为大倾角煤层综采技术的应用和推广提供了理论依据.     

厚夹矸煤层综放开采岩层移动的相似模拟

针对综放开采技术在结构复杂煤层中应用效果不理想的情况,通过相似模拟实验研究结构复杂厚煤层综放开采时厚夹矸层、顶煤及顶板岩层的移动特征。结果表明：含厚夹矸层厚煤层顶煤冒放性较差,其位移显著增加的位置更接近于煤壁;顶煤破碎受夹矸层厚度的影响较大,夹矸层达到一定厚度,顶煤放出效果不理想,直至不能放出。开采模拟观测和实测数据分析结论基本一致。该研究为扩大放顶煤安全高效开采范围提供了参考。     

采动覆岩离层注浆的相似材料及数值模拟

为研究采动覆岩离层过程与离层注浆时机的问题,采用相似模拟方法,对走向长壁全部跨落法采煤造成的离层现象,进行了四架次实验,并对覆岩离层注浆进行了数值模拟。结果表明:离层发展高度接近于工作面推进距离的0.4～0.6倍,离层的产生是在初次来压与周期来压之间,周期来压之后是进行离层注浆的最好时刻。工作面推进60m时注浆,得到注浆的减沉效果为20%～30%。该成果对离层注浆工程有一定的参考价值和借鉴意义。     

覆岩采动的动态模拟与离层带充填技术研究

通过相似材料模拟实验方法，研究地下开采引起岩层内部的移动和变形规律，揭示了煤矿开采上覆岩层中断裂，破坏，移动与变形及离层的产生，发与分布的时空规律，为指导实施离层充填减沉技术及工程实践提供了科学依据。根据岩石变形和移动的分布特征，将采动覆岩进行分区，建立理论模型，为进一步进行计算机数值模拟奠定了基础。     

采空区覆岩失稳引发冲击性灾害机理

为了研究造成大面积顶板向采空区快速运动形成气体灾害的原因。通过采用对综放采场覆岩结构形成条件的分析和研究。提出了综放采场覆岩大、小结构的概念,分析了综放采场覆岩结构失稳的几种形式,对覆岩结构失稳引发冲击性灾害的机理进行了探讨,采场覆岩大结构的瞬时失稳是造成大面积顶板向采空区快速运动形成气体灾害的根本原因。该结论可以作为开采期间的地压控制和采空区回采结束后的安全封闭设计的依据和参考。     

岩层移动模拟研究中模型下边界位置的确定

基于“下三带”理论和采场端部岩体破坏区理论,采用UDEC数值模拟计算,对岩层移动模拟研究中如何确定模型下边界范围进行了研究。研究结果表明,模型下边界位置应取在底板导水破坏带以下或采场底板最大破坏深度以下,若取在离底板较近处,将导致老顶上方应力集中程度偏高、底板垂直应力总体偏大、采空区底板不规则运动和实体煤层底板垂直位移值偏小。     

煤层倾角变化对采动覆岩变形规律影响的相似模拟试验研究

为研究工作面开采后顶板变形破坏随煤层倾角变化的规律,以南桐矿区不同倾角的同一煤层开采为工程研究背景,分别选取缓倾斜、倾斜、急倾斜三种煤层倾角进行煤层开采顶板变形破坏规律的相似模拟试验。对相似模型开挖前后图像进行数字散斑相关法处理,得到相似模型煤层开采后顶板覆岩位移及平面总应变等值线云图。通过综合分析顶板位移及平面总应变可知：上覆岩层变形的破坏程度总体上是随煤层倾角的增加呈减小趋势,其下沉剧烈区域和膨胀变形破坏剧烈区域呈逐渐向工作面上山方向发展的趋势;根据顶板位移云图和平面总应变云图中的等值线极值区域特征,确定了缓倾斜、倾斜煤层开采垮落带、裂隙带高度和偏心程度等参数,并根据"压力拱"理论确定了急倾斜煤层开采裂隙带范围;随煤层倾角增大"两带"高度总体上呈减小趋势,且"两带"偏心方向呈向上山方向增加的趋势。     

放顶煤开采沿空掘巷矿压显现特征模拟分析

采用数值模拟的方法,设计了不同的试验方案,建立了放顶煤沿空掘巷的数值模型;通过对计算结果整理,分析了采空区压实状况对沿空掘巷围岩稳定性的影响。研究表明,采空区压实稳定是改善沿空掘巷维护状况的先决条件。这可为放顶煤无煤柱护巷提供理论依据。     

多次动压下近距离煤层群覆岩破坏规律研究

应用不连续变形分析(DDA)方法模拟分析了邻近工作面开采和本工作面开采对上覆岩层及留设小煤柱的变形影响规律,再现了上覆岩层、留设煤柱及巷道的变形破坏过程,获得了小煤柱巷道在多次动压影响下的变形量、应力分布和破坏范围.随着开采的推进.工作面的上方会形成半椭圆形的应力场,由此可预测采空区上覆岩层的离层及关键层的形成.当下煤层开采通过邻近上煤层所留设煤柱对应位置时,留设煤柱所承受的载荷最大,在回采过程中可产生很大的应力释放,导致上覆岩层有大范围的离层,并由此引发地表大面积沉陷.此时要注意防范诸如冲击地压及地表沉陷地质灾害事故的发生.     

风氧化带内煤层开采覆岩移动破坏规律研究

依据皖北矿务局百善煤矿风氧化带煤层安全开采实践，在大量物理力学试验的基础上，阐述了风氧化带煤层顶板岩性变异特征；根据现场实际观测的数据，分析总结了工作面进入风氧化带开采的覆岩破坏移动规律，并从理论上解释了移动规律产生的原因。为风氧化带内煤层安全开采提供了理论依据，在一定程度上丰富了我国的“三下”开采技术。