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倾斜煤层群覆岩“三场”非对称特征及靶向抽采机制 被引量:5
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作者 冉启灿 梁运培 +1 位作者 邹全乐 张碧川 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期177-192,共16页
倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获... 倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获得了覆岩应力演化特征,分析了覆岩位移分布和移动方向特征,阐明了采动裂隙分布特征。进而探究了三场演化规律对瓦斯运移的影响,并开展了定向钻孔瓦斯抽采现场试验进行验证。研究结果表明:倾斜煤层群多重采动下,采动裂隙矩形梯台呈现明显的非对称特征。低位侧覆岩应力变化较大,随开采次数增加,卸压效应更为明显,而高位侧覆岩应力变化较小;结合重力−倾角效应,高位侧覆岩更易破坏,垮落次序优先,呈非对称特征。覆岩位移分布呈非对称特征,高位侧位移显著且移动方向变化较大。高位侧裂隙区网格内采动裂隙频数明显高于低位侧;高位侧裂隙区破断裂隙分布更多,且开度较大;采动裂隙呈“高位扩展−低位压缩”的非对称特征。多重采动使得“三场”非对称特征更为显著。此外,覆岩贯通度存在“慢速减小−快速减小”的现象。基于“三场”演化特征和瓦斯运移的关系,揭示了瓦斯抽采靶向优选机制。结合试验结果,构建了基于“三场”演化规律的裂隙带瓦斯抽采靶点区判定流程。现场瓦斯抽采效果良好,保证了工作面安全高效回采。研究结果为倾斜煤层群卸压瓦斯精准抽采提供了理论参考,旨在提高倾斜煤层群瓦斯抽采量,防止上隅角瓦斯超限,实现倾斜煤层群安全高效开采。 展开更多
关键词 倾斜煤层群 覆岩移动 采动裂隙 非对称特征 瓦斯抽采
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基于DIC技术近距离煤层采动裂隙-位移-应变演化规律相似模拟研究 被引量:1
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作者 梅福星 尚宇琦 +3 位作者 孔德中 张鹏飞 张林 吴仕雄 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期519-528,共10页
为研究近距离煤层采动条件下覆岩裂隙演化规律,以安顺煤矿9305工作面为研究对象,利用相似模拟试验研究近距离煤层开采过程中位移场与应变场的演化情况。结果表明:①上覆岩层随着工作面距离的不断推进,先形成离层裂隙和纵向裂隙,随后采... 为研究近距离煤层采动条件下覆岩裂隙演化规律,以安顺煤矿9305工作面为研究对象,利用相似模拟试验研究近距离煤层开采过程中位移场与应变场的演化情况。结果表明:①上覆岩层随着工作面距离的不断推进,先形成离层裂隙和纵向裂隙,随后采空区中部部分离层逐渐压实;②位移场在工作面推进方向上出现不对称分布,工作面侧覆岩位移量明显小于采空区靠左区域,位移峰值主要集中在采空区中部;③最大主应变集中位置由采空区中部向开切眼侧以及工作面侧进行不对称转移,开切眼侧集中程度明显大于工作面侧,且最大主应变集中位置与瓦斯富集区存在潜在关联。 展开更多
关键词 近距离煤层 覆岩结构 裂隙演化 位移应变 相似模拟
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浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数与裂隙演化分析
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作者 王朋 李瑞 +3 位作者 程志恒 孔德中 陈昊熠 张宏图 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第3期50-59,共10页
目的为了探究浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数与裂隙演化规律间的关联机制,并量化表征覆岩垮落、裂隙分布特征,方法以崖窑峁煤矿为研究对象,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的方法,分析覆岩垮落空间分布形态,... 目的为了探究浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数与裂隙演化规律间的关联机制,并量化表征覆岩垮落、裂隙分布特征,方法以崖窑峁煤矿为研究对象,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的方法,分析覆岩垮落空间分布形态,并量化表征上覆岩层垮落“梯形”的分布参数。结果结果表明:上覆岩层受煤层开采扰动影响,沿两侧破断线整体呈“梯形”形态,由于破断角φ,γ不同,故覆岩采动裂隙在空间上呈非对称“斜四边形”裂隙发育体的展布形态,结论基于理论计算得出崖窑峁矿业30204工作面覆岩垮落分布形态,覆岩垮落两侧破断角开切巷处破断角φ∈[58.7°,68.7°],采煤机机头处破断角γ∈[60.8°,67.8°],并根据破断角公式进一步计算,得出开切巷处覆岩垮落长度Lφj=11.5 m;采煤机机头处覆岩垮落长度Lγj=10.4 m。依据现场30204工作面3-1煤层顶板垮落实际监测数据,得出上覆岩层垮落的最佳高度为11~30 m,裂隙发育最佳宽度在距离工作面开切巷5 m和采煤机机头5 m范围内。 展开更多
关键词 浅埋煤层 破断参数 覆岩垮落 数值模拟 相似模拟 现场实测
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煤层群叠加开采覆岩裂隙演化及卸压瓦斯抽采研究
4
作者 侯建军 程志恒 +5 位作者 赵哲辰 陈亮 康宁 王恩 杨正凯 李春元 《煤炭工程》 北大核心 2024年第9期78-85,共8页
针对采动裂隙带卸压瓦斯抽采效果不佳导致的工作面上隅角瓦斯超限的问题。以赵家寨煤矿11210工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验方法,研究了煤层群叠加开采对上覆岩层采动裂隙的演化特征,并通过现场验证确定了瓦斯抽采的最优层位。... 针对采动裂隙带卸压瓦斯抽采效果不佳导致的工作面上隅角瓦斯超限的问题。以赵家寨煤矿11210工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验方法,研究了煤层群叠加开采对上覆岩层采动裂隙的演化特征,并通过现场验证确定了瓦斯抽采的最优层位。结果表明:煤层群叠加开采过程中,在卸压区域外,形成了较大的应力集中,在卸压保护范围内,应力集中现象不明显,且应力峰值小于二1煤层原始应力;煤层群叠加开采引起了采场上覆岩层的叠加卸压,使上覆岩层的位移场发生了叠加变化,岩层最大下沉量进一步增加;煤层群叠加开采结束后,采空区上覆岩层中部岩层被压实,两端岩层裂隙较为发育,形成了一定范围的裂隙发育区。通过现场试验,确定了裂隙带定向长钻孔合理层位的选择,并在现场进行钻孔监测,验证了物理相似模拟结果的合理性。 展开更多
关键词 煤层群开采 覆岩裂隙 相似模拟 定向长钻孔
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大采高综采覆岩“两带”高度综合探测研究 被引量:2
5
作者 吉春平 《煤炭技术》 CAS 2024年第6期134-139,共6页
为获取大采高综采“两带”高度,促进煤炭资源安全、高效开采,以斜沟煤矿为工程背景,综合运用经验公式预估、现场试验探测和数值仿真计算,对18102工作面8#煤综采时的覆岩“两带”高度演化开展研究。结果表明:拟合得到的经验公式仅考虑了... 为获取大采高综采“两带”高度,促进煤炭资源安全、高效开采,以斜沟煤矿为工程背景,综合运用经验公式预估、现场试验探测和数值仿真计算,对18102工作面8#煤综采时的覆岩“两带”高度演化开展研究。结果表明:拟合得到的经验公式仅考虑了采厚因素影响,用于预测“两带”发育高度存在一定的局限性;现场钻探压水试验和瞬变电磁探测综合探测得到覆岩垮落带高度34.6 m,导水裂隙带高度74.8 m;分析了大采高综采时覆岩破坏高度、围岩应力场变化和位移场变化,“两带”高度数值计算结果与试验探测结果吻合良好。研究结果可为类似条件矿山的顶板管理、露头防(隔)水煤岩柱留设等提供参考。 展开更多
关键词 “两带”高度 综采大采高 厚煤层 覆岩破坏
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浅埋煤层采动诱发覆岩应力响应及地裂缝动态发育特征
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作者 裴为豪 刘英 《当代化工研究》 CAS 2024年第7期69-71,共3页
为探究浅埋煤层综放采动诱发覆岩应力响应及地裂缝动态发育特征,利用UDEC软件对甘肃环县甜水堡矿区采煤过程中地裂缝的发育情况、应力变化情况进行数值模拟。研究表明:随着工作面的不断推进,地裂缝由下而上发育并且越发密集,采空区范围... 为探究浅埋煤层综放采动诱发覆岩应力响应及地裂缝动态发育特征,利用UDEC软件对甘肃环县甜水堡矿区采煤过程中地裂缝的发育情况、应力变化情况进行数值模拟。研究表明:随着工作面的不断推进,地裂缝由下而上发育并且越发密集,采空区范围大到一定程度时,中部岩层被压实,临时性裂缝呈自闭合特征,永久性裂隙存在于采空区两侧。上覆岩层的下沉位移区域随工作面推进距离增大而增大,呈现出采空区两侧下降距离最少,越靠近采空区中部对称轴中心下降距离越深的趋势。采空区上覆岩层应力变化依次为应力集中、损伤变形、断裂坍塌到应力释放的过程。 展开更多
关键词 UDEC 浅埋煤层 覆岩破坏 地裂缝
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近直立特厚煤层分段开采覆岩垮落规律研究
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作者 李海潮 刘昆轮 +1 位作者 解树亮 王刚 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第5期13-24,共12页
近直立特厚煤层由于其特殊开采方式,导致采空区的覆岩垮落与裂隙发育规律较水平煤层不同。利用相似材料模拟试验研究了近直立煤层采空区覆岩垮落规律,然后利用PFC^(3D)软件模拟了不同水平分段开采稳定后的地表沉降和裂隙发育情况,分析... 近直立特厚煤层由于其特殊开采方式,导致采空区的覆岩垮落与裂隙发育规律较水平煤层不同。利用相似材料模拟试验研究了近直立煤层采空区覆岩垮落规律,然后利用PFC^(3D)软件模拟了不同水平分段开采稳定后的地表沉降和裂隙发育情况,分析了空隙率演化规律,并进一步探究了地表沉降规律。相似材料模拟试验发现,随着分段开采的进行,上覆岩层逐渐垮落,首先形成“U”形区域,最终形成“V”形的垮落结构;随着开采的进行,采空区两端所留的少量空间逐渐消失,采空区裂隙与地表连通,形成采空区漏风通道;采空区的空隙率稳定在0.30~0.65,顶、底板侧裂隙的空隙率逐渐增加,最终稳定在0.30左右;垮落后地表沉降范围宽度由92.93 m缓慢增加至100.16 m,深度由27.85 m大幅增加,最终稳定在101.63 m。研究结果可为近直立煤层的开采设计及安全生产提供参考。 展开更多
关键词 近直立煤层 分段开采 覆岩垮落 相似材料模拟 PFC模拟
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浅埋极薄煤层无煤柱开采覆岩运移与地表损伤特征研究 被引量:1
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作者 李斌 陈金拴 +1 位作者 贺炳伟 皮国强 《煤炭工程》 北大核心 2024年第4期104-111,共8页
为了探究浅埋极薄煤层切顶卸压无煤柱开采与常规留煤柱开采覆岩运移与地表损伤区别,以子长矿区浅埋极薄煤层为背景,基于关键层理论,得到了硬岩破断距及覆岩的垮落高度临界值的计算公式,结合3DEC数值模拟及现场试验,对比分析了无煤柱开... 为了探究浅埋极薄煤层切顶卸压无煤柱开采与常规留煤柱开采覆岩运移与地表损伤区别,以子长矿区浅埋极薄煤层为背景,基于关键层理论,得到了硬岩破断距及覆岩的垮落高度临界值的计算公式,结合3DEC数值模拟及现场试验,对比分析了无煤柱开采与留煤柱开采条件下浅埋极薄煤层覆岩运移破断及地表损伤特征,确定了极薄煤层覆岩两带高度。结果表明:当工作面回采达到60 m时,两带发育高度基本稳定,当大于60 m时,工作面后方覆岩裂隙由开裂逐渐闭合,裂隙区随工作面回采向前方移动,两带高度稳定在24.6~27.7 m;相较于常规留煤柱开采,切顶留巷无煤柱开采方式下覆岩呈连续移动变形,可有效修复煤层开采工作面两侧非连续移动变形导致的覆岩裂隙及地表损伤裂缝,消除了常规留煤柱开采方式下相邻工作面间区段煤柱两侧覆岩裂隙,现场观测较好地验证了该结果。 展开更多
关键词 浅埋极薄煤层 无煤柱开采 覆岩运移 地表损伤
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近距离煤层群多重采动覆岩破坏特征及应力传递规律研究
9
作者 杨曜驰 赵国贞 《煤炭工程》 北大核心 2024年第3期110-116,共7页
近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11#煤层、14-2#煤层、14-3#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群... 近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11#煤层、14-2#煤层、14-3#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群开采时顶底板围岩的覆岩破坏特征及应力传递规律。研究结果表明:近距离煤层群下行开采过程中,随着采动次数增加,顶板横向裂隙超前发育和纵向裂隙穿层效果更为明显,垮落块度明显减小,来压规律不明显;煤层顶板覆岩因采动产生的应力峰值随采动次数增加而降低;初次采动影响下,稳定后的覆岩应力要明显小于原岩应力,而多次采动稳定后的覆岩应力与该次采动前相近;上覆岩层在多重采动影响下,破坏更彻底,形成台阶式的岩层切落。研究结果可为条件相似的近距离煤层群开采顶底板围岩控制、采空区积水及瓦斯防治提供参考依据。 展开更多
关键词 近距离煤层群 多重采动 覆岩破坏特征 应力传递规律
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浅埋近距离煤层开采覆岩裂隙发育规律与影响因素
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作者 曹健 师世图 +4 位作者 赵宇琦 苏海涛 王仲 魏旭民 陈意 《内蒙古科技大学学报》 CAS 2024年第2期145-150,共6页
通过统计浅埋近距离煤层开采实例,研究顶部单一煤层及下煤层重复采动的覆岩裂隙发育规律及其影响因素。单一煤层开采裂采比为8.61~32.50,主要在15.00~30.00之间,覆岩裂隙发育高度与煤层采高呈正相关。下煤层重复采动,间隔岩层完全破断后... 通过统计浅埋近距离煤层开采实例,研究顶部单一煤层及下煤层重复采动的覆岩裂隙发育规律及其影响因素。单一煤层开采裂采比为8.61~32.50,主要在15.00~30.00之间,覆岩裂隙发育高度与煤层采高呈正相关。下煤层重复采动,间隔岩层完全破断后,上覆岩层裂隙活化发育更为剧烈,裂采比与单一煤层开采相比减小,覆岩裂隙发育高度受埋深影响不明显,主要随2煤层综合采厚的增大而增大。此外,随煤层间距增加,覆岩裂隙发育高度呈降速增大。 展开更多
关键词 浅埋近距离煤层 重复采动 覆岩裂隙 影响因素
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复合煤层开采覆岩裂隙带发育特征
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作者 鲍银辉 《陕西煤炭》 2024年第3期74-78,共5页
复合煤层开采过程中的重复扰动作用易诱发顶板剧烈变形、矿压显现异常等问题。为探明黄陵二号煤矿复合煤层开采状态下的覆岩裂隙带发育特征,运用3DEC数值模拟软件建立全尺度的数值模型。对复合煤层开采状态下的覆岩运移图与裂隙场发育... 复合煤层开采过程中的重复扰动作用易诱发顶板剧烈变形、矿压显现异常等问题。为探明黄陵二号煤矿复合煤层开采状态下的覆岩裂隙带发育特征,运用3DEC数值模拟软件建立全尺度的数值模型。对复合煤层开采状态下的覆岩运移图与裂隙场发育图进行分析,并对下组煤开采前的覆岩裂隙特征进行钻孔实测分析。结果表明,上组煤层开采扰动造成地层中存在大量劈状裂隙与垂直裂隙,造成赋水空间增大,部分裂隙被地层中泥岩类物质充填。下组煤开采使垮落带增大37%~56%,导水裂隙带增大了约42%~46%。同时,复合开采所形成导水裂隙带高度明显大于单煤层开采裂高,总体增大9%~15%。 展开更多
关键词 复合煤层 数值模拟 钻孔实测 覆岩裂隙带
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浅埋工作面过煤柱群强矿压防治技术研究
12
作者 史佳斌 《中国煤炭》 北大核心 2024年第9期54-61,共8页
针对我国西部地区浅埋工作面过上覆采空区遗留煤柱群时极易造成工作面强矿压、支架稳定性差、动载现象明显等难题,以上湾煤矿22104工作面回采过上覆1^(-2)号煤层旺采区集中煤柱为研究背景,采用理论分析和数值模拟研究采空区遗留煤柱失... 针对我国西部地区浅埋工作面过上覆采空区遗留煤柱群时极易造成工作面强矿压、支架稳定性差、动载现象明显等难题,以上湾煤矿22104工作面回采过上覆1^(-2)号煤层旺采区集中煤柱为研究背景,采用理论分析和数值模拟研究采空区遗留煤柱失稳时载荷传递机制与下伏煤层工作面坚硬顶板悬顶长度的时空关系,通过采用层间弱化技术调控坚硬顶板悬顶长度以实现工作面过煤柱群强矿压控制。研究结果表明,通过水力压裂减小层间坚硬顶板悬顶长度可以弱化煤柱载荷失稳向下伏工作面的冲击性传递,采用数值模拟研究层间坚硬顶板弱化及未弱化条件下悬顶长度差异性对工作面应力传递规律的影响,得出层间坚硬岩层弱化后悬顶长度减小可以明显缓解工作面围岩应力环境,结合22104工作面的弱化效果验证了防治技术的可行性,为浅埋工作面过煤柱群强矿压防治技术研究提供了理论基础。 展开更多
关键词 浅埋煤层 采空区遗留煤柱 覆岩破断 强矿压 水力压裂
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近距离煤层群覆岩裂隙带瓦斯治理措施优化及效果分析
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作者 李德慧 《煤》 2024年第1期27-30,41,共5页
为解决近距离煤层群综采工作面回采中上隅角瓦斯治理难题,保障综采工作面有效衔接,实现连续安全高效生产,利用同位素测定分析技术明确了近距离煤层群卸压瓦斯涌入覆岩裂隙带内的规律特征,提出施工地面L型钻孔以优化原有的覆岩裂隙带瓦... 为解决近距离煤层群综采工作面回采中上隅角瓦斯治理难题,保障综采工作面有效衔接,实现连续安全高效生产,利用同位素测定分析技术明确了近距离煤层群卸压瓦斯涌入覆岩裂隙带内的规律特征,提出施工地面L型钻孔以优化原有的覆岩裂隙带瓦斯治理技术,降低综采工作面上隅角瓦斯体积分数。结果表明:屯兰矿2号煤层综采工作面的覆岩裂隙带高度附近,工作面自切眼回采的95 m范围内,02号煤卸压瓦斯抽采占比逐渐降低,2号和4号煤层的卸压瓦斯抽采占比逐渐升高,95 m后,02、2和4号煤卸压瓦斯抽采占比趋于稳定,占比分别为60%、25%和10%.优化后的“以孔代巷”技术“高位钻孔+低位钻孔+高位走向长钻孔+地面L型钻孔”将上隅角平均瓦斯体积分数由0.65%降低至0.25%.地面L型钻孔的施工在空间和时间上保障了井下综采工作面的连续稳定生产,对井下工程不形成干扰,有助于解决上隅角瓦斯超限问题,实现了综采工作面的安全高效连续生产。 展开更多
关键词 近距离 煤层群 采动卸压 覆岩裂隙带 上隅角 瓦斯 L型钻孔 效果分析
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Numerical simulation analysis of covering rock strata as mining steep-inclined coal seam under fault movement 被引量:6
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作者 MA Feng-hai, SUN Li, LI Dun College of Civil and Architectural Engineering, Dalian University, Dalian 116622, China 《中国有色金属学会会刊:英文版》 CSCD 2011年第S3期556-561,共6页
The fault is one important factor for the stability of overburden strata caused by steeply inclined coal seam. The stress and displacement change of overburden strata caused by steeply-inclined coal seam mining activi... The fault is one important factor for the stability of overburden strata caused by steeply inclined coal seam. The stress and displacement change of overburden strata caused by steeply-inclined coal seam mining activity under faulting was simulated by FLAC2D finite differential program on the basis of Zhaogezhuang mining example belonging to Kailuan Mining Group. From the results, the stress and displacement clouding image after mining became complex because of the fault, that is, a kind of weak structural plane. The stress concentration region concentrated around the goaf, and also around the fault plane. As the mining depth increases, the stress and displacement within the fault zone change significantly. This movement and deformation characteristic of overburden strata can provide theoretical basis for the similar mining condition. 展开更多
关键词 FAULT steep-inclined coal seam numerical simulation overburden DISTORTION
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不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律 被引量:9
15
作者 陈绍杰 刘瑞 +3 位作者 徐贞社 哈列少科·阿列克谢·阿列克谢耶维奇 邵海波 冯帆 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第1期38-48,共11页
断层破坏覆岩地层的整体性,影响岩土体的强度特性和变形性质,导致开采沉陷规律更为复杂。为研究不同覆岩地层与正断层共同影响下煤层开采地表沉陷规律,构建不同覆岩地层正断层下盘煤层开采覆岩运动与地表变形的理论模型,数值模拟分析不... 断层破坏覆岩地层的整体性,影响岩土体的强度特性和变形性质,导致开采沉陷规律更为复杂。为研究不同覆岩地层与正断层共同影响下煤层开采地表沉陷规律,构建不同覆岩地层正断层下盘煤层开采覆岩运动与地表变形的理论模型,数值模拟分析不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律与特征,结合实例进行了对比分析。结果表明:地表移动变形范围与松散层厚度密切相关,随松散层厚度的增加,相较于无断层一侧,地表下沉盆地在断层一侧的移动变形范围先减小后扩大再减小,最终与无断层一侧相同;厚基岩地质条件下,随松散层厚度增加,地表产生裂缝的位置由断层露头先向采空区偏移后向断层上盘偏移;厚松散层地质条件下,松散层吸收了断层诱发的非连续变形,随松散层厚度增加,地表由偏态下沉盆地逐渐变为对称的下沉盆地。 展开更多
关键词 开采沉陷 覆岩地层 正断层 下盘煤层 覆岩破坏 地表移动变形
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特厚煤层开采坚硬顶板覆岩结构及其演化特征分析 被引量:21
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作者 于斌 匡铁军 +1 位作者 杨敬轩 朱卫兵 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期95-104,共10页
特厚煤层开采形成了大空间采场,坚硬顶板断裂扰动波及范围广,工作面来压具有强矿压特征,尤其当煤层顶板“见方”开采期间,采场矿压作用更加强烈。据此,采用现场实测和物理三维相似模拟方法,探讨了特厚煤层开采覆岩扰动高度及坚硬顶板断... 特厚煤层开采形成了大空间采场,坚硬顶板断裂扰动波及范围广,工作面来压具有强矿压特征,尤其当煤层顶板“见方”开采期间,采场矿压作用更加强烈。据此,采用现场实测和物理三维相似模拟方法,探讨了特厚煤层开采覆岩扰动高度及坚硬顶板断裂特征。首先基于现场实测研究分析了覆岩破断失稳规律,实测结果表明,特厚煤层开采过程中,煤层顶板存在超前断裂现象。伴随工作面的推进,顶板初始运动主要是围绕断裂线近区基点旋转下沉,滞后工作面一定距离;地表岩移观测结果表明,特厚煤层顶板分层构成顶板群组并产生组合运动,具有层位运动特点,且伴随工作面推进,层位顶板运动存在阶跃现象。基于地表裂缝形态及钻孔多点岩移观测反演,揭示了特厚煤层开采过程中的顶板断裂及运动特征,认为特厚煤层开采覆岩扰动高度大,坚硬顶板断裂具有转向特征,伴随煤层开采推进,由低位顶板层位的横向“O-X”断裂逐渐向高位硬岩的纵向“O-X”断裂转向;特厚煤层坚硬顶板开始发生断裂转向的临界位置即所谓的煤层开采“见方”区,合理解释了工作面开采的“见方”来压现象;高位顶板纵向断裂尺寸大,扰动影响范围广,是诱发采场强矿压的主要因素,确定了特厚煤层采后覆岩“低-中-高”层位结构的合理性,为大空间采场大小周期及强矿压显现的准确解释提供了依据。 展开更多
关键词 特厚煤层 坚硬顶板 覆岩结构 覆岩运动 见方来压
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榆神府矿区双煤层开采覆岩破坏及地面沉降特征研究 被引量:4
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作者 曹琰波 范文 +3 位作者 陶宜权 程光 刘魁 彭敏 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2023年第7期205-213,共9页
为研究双煤层开采条件下浅埋煤层覆岩破坏特征及地表沉降规律,以榆神府矿区典型浅埋煤层地质条件为基础,采用数值模拟方法,分析了6种不同工况下双煤层开采时覆岩破坏与地表沉降特征,并用物理相似模拟实验加以验证。结果表明:浅埋煤层覆... 为研究双煤层开采条件下浅埋煤层覆岩破坏特征及地表沉降规律,以榆神府矿区典型浅埋煤层地质条件为基础,采用数值模拟方法,分析了6种不同工况下双煤层开采时覆岩破坏与地表沉降特征,并用物理相似模拟实验加以验证。结果表明:浅埋煤层覆岩破坏方式为全厚切落,留煤柱开采时隔水层中采动破坏呈现“泥盖效应”,不留煤柱开采时采空区两侧形成离层裂隙发育区,裂隙沿采空区两侧上方呈约45°发展;煤层开采时地表呈台阶式下沉,随着工作面推进,地表沉降中心不断前移,隔水层重量对地面沉降的影响逐渐减小,煤层厚度与地表沉降值呈正相关性;煤层开采过程中存在应力集中现象,上覆岩层中垂直应力沿煤层开采方向依次出现应力集中区、应力卸压区和应力集中区。 展开更多
关键词 浅埋煤层 数值模拟 覆岩破坏 地表沉降 物理相似模拟
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急倾斜巨厚煤层群难采资源开采的覆岩破断与能量释放规律 被引量:4
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作者 来兴平 贾冲 +4 位作者 崔峰 陈建强 常博 张随林 孙敬轩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期1-14,共14页
针对急倾斜巨厚煤层群难采资源的安全开采问题,采用物理模拟实验与理论分析方法,对急倾斜巨厚煤层群不同开采工艺产生的覆岩变化、破断高度、微震能量等特征进行了分析与对比,推导了急倾斜巨厚煤层坚硬顶板破断积聚能量的理论计算公式,... 针对急倾斜巨厚煤层群难采资源的安全开采问题,采用物理模拟实验与理论分析方法,对急倾斜巨厚煤层群不同开采工艺产生的覆岩变化、破断高度、微震能量等特征进行了分析与对比,推导了急倾斜巨厚煤层坚硬顶板破断积聚能量的理论计算公式,并由不同开采工艺的对比分析结果为急倾斜巨厚煤层群向深开采的方案设计提供思路。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层群水平分段综放开采的中间岩柱集中破断形成岩柱与上部煤层顶板的联动效应,容易引发冲击地压等的动力灾害事故;走向长壁开采中区段煤柱的强支撑作用,使得急倾斜巨厚煤层群向深开采过程中覆岩破断高度与范围的增幅较小。通过构建急倾斜巨厚煤层坚硬顶板破断力学模型,推导得出急倾斜巨厚煤层坚硬顶板破断积聚能量计算公式。急倾斜巨厚煤层群采用走向长壁的累计微震能量24.28×10^(5)J,较水平分段开采的累计能量小15.67%。水平分段综放开采过程中,单次开采的平均能量比走向长壁开采较低,且避免了煤柱留设时煤炭资源的浪费。顶板破断的能量不充分释放,容易造成其下次破断能量释放的峰值效应,且中间岩柱大范围集中破断容易对矿井的安全生产带来挑战。基于节约矿井资源的同时又能避免大范围覆岩集中破断的理念,建议在原有水平分段综放开采与顶板弱化调控基础上,增加对顶板与中间岩柱的弱化程度,避免岩柱大范围集中破断带来的矿井安全生产问题。研究结果为急倾斜煤层复杂条件矿井资源的有效利用与安全开采提供了参考。 展开更多
关键词 急倾斜巨厚煤层 冲击地压矿井 开采工艺 覆岩演化 能量积聚
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深埋煤层覆岩结构与支架工作阻力研究 被引量:1
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作者 刘洪涛 韩洲 +4 位作者 韩子俊 杨志华 何维胜 王斯晨 罗紫龙 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2023年第7期171-177,共7页
针对深埋煤层大采高工作面覆岩结构复杂,矿压现象强烈的特点,以羊场湾煤矿为工程背景,采用理论分析、相似模拟、现场实测等方法,建立羊场湾矿大采高覆岩结构力学模型,对大采高综放工作面覆岩结构的断裂和液压支架工作阻力进行综合性研... 针对深埋煤层大采高工作面覆岩结构复杂,矿压现象强烈的特点,以羊场湾煤矿为工程背景,采用理论分析、相似模拟、现场实测等方法,建立羊场湾矿大采高覆岩结构力学模型,对大采高综放工作面覆岩结构的断裂和液压支架工作阻力进行综合性研究。研究表明:正常回采期间,基本顶未达到极限垮落距之前,直接顶和部分基本顶破断并不能充填采空区,以至工作面上方形成倒台阶式的“悬臂梁”结构,液压支架主要作用于防止悬臂梁结构发生回转失稳;来压期间,基本顶连同上部两岩层破断垮落充填采空区,工作面上方形成“砌体梁-悬臂梁”结构,液压支架一是提供防止直接顶“悬臂梁”结构发生回转失稳的压力,二是提供防止基本顶“砌体梁”结构回转的压力。 展开更多
关键词 深埋煤层 大采高工作面 覆岩结构 支架工作阻力 矿压显现
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浅埋薄基岩采场覆岩破断特征及其导水裂隙带发育规律研究 被引量:9
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作者 刘国建 杨富强 +1 位作者 高学丰 姜宁 《煤炭工程》 北大核心 2023年第8期108-113,共6页
以高家梁煤矿20107工作面为工程背景,借助物理相似材料试验及UDEC数值模拟对浅埋薄基岩开采条件下工作面覆岩破断规律进行系统研究。结果表明:工作面推进至48 m处直接顶开始产生离层并垮入采空区,推进至72 m处时,基本顶在自重及上覆载... 以高家梁煤矿20107工作面为工程背景,借助物理相似材料试验及UDEC数值模拟对浅埋薄基岩开采条件下工作面覆岩破断规律进行系统研究。结果表明:工作面推进至48 m处直接顶开始产生离层并垮入采空区,推进至72 m处时,基本顶在自重及上覆载荷作用下发生周期性破断,覆岩经历了弯曲下沉、触矸压实、最终稳定等一系列过程,最大破坏高度达152 m;数值模拟同样再现了工作推进过程中顶板破坏演化特征,工作面推进至150 m时顶板破断运动至稳定状态,覆岩最终破坏高度达100 m左右;最后通过井下仰孔分段注水观测法对顶板导水裂隙带发育高度进行现场实测,实测覆岩破坏高度约为采高的25倍,与物理模拟、数值模拟结果基本吻合,表明20107工作面回采对上覆含水层影响有限,可为类似矿井工作面安全开采提供参考依据。 展开更多
关键词 浅埋煤层 覆岩破坏 UDEC 岩层移动 导水裂隙带 数值模拟
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