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浅埋厚煤层开采覆岩采动裂缝时空演化规律

采矿与安全工程学报 2020年第2期37卷 238-246页

作者：李建伟刘长友卜庆为内蒙古科技大学矿业研究院内蒙古包头014010 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010

为了分析浅埋厚煤层采场覆岩失稳运动对采动裂缝形成的影响以及覆岩采动裂缝的动态发展变化特征,基于串草圪旦煤矿浅埋厚煤层开采为背景,采用相似模拟、理论分析、数值计算相结合,研究了浅埋厚煤层开采覆岩采动裂缝形成机理及其时空演... 详细信息

为了分析浅埋厚煤层采场覆岩失稳运动对采动裂缝形成的影响以及覆岩采动裂缝的动态发展变化特征,基于串草圪旦煤矿浅埋厚煤层开采为背景,采用相似模拟、理论分析、数值计算相结合,研究了浅埋厚煤层开采覆岩采动裂缝形成机理及其时空演化规律。结果表明:浅埋厚煤层采场覆岩移动变形随承载关键层的失稳运动呈现动态性变化特征,承载关键层的失稳运动导致覆岩产生直通地表的采动裂缝,裂缝的尺度特征亦随承载关键层的失稳运动发生动态性变化;覆岩采动裂缝具有明显的纵向和横向分区特征,纵向分区以承载关键层为界分为两个区域,横向分区将采空区覆岩分为裂缝产生区、裂缝贯通发展区以及裂缝闭合区;6104工作面采空区内裂缝贯通发展区在滞后工作面0~100 m范围内,当在采空区下开采时裂缝贯通发展区减小为0~80 m范围内,该区域内裂缝随滞后工作面距离的增大而趋于闭合。

关键词：浅埋厚煤层承载关键层采动裂缝时空演化规律

沟谷区域浅埋厚煤层开采应力场分布及矿压显现特征

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采矿与安全工程学报 2018年第4期35卷 742-750页

作者：赵杰刘长友李建伟中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 内蒙古准格尔旗云飞矿业有限责任公司内蒙古鄂尔多斯010400

针对沟谷区域浅埋厚煤层开采工作面易发生动载矿压灾害的情况,采用数值模拟、理论分析与现场实测相结合,分析了沟谷地形下煤岩层原岩应力场分布特征与煤层开采期间覆岩应力场、位移场及工作面矿压显现规律。研究表明:沟谷地形对煤岩层... 详细信息

针对沟谷区域浅埋厚煤层开采工作面易发生动载矿压灾害的情况,采用数值模拟、理论分析与现场实测相结合,分析了沟谷地形下煤岩层原岩应力场分布特征与煤层开采期间覆岩应力场、位移场及工作面矿压显现规律。研究表明:沟谷地形对煤岩层原岩应力场的影响程度随煤岩层埋深的增大而减小,根据其对下覆煤岩层原岩应力场的影响程度的变化,可将沟谷地形下不同深度范围煤岩层分为显著影响区、影响减弱区和无影响区;工作面推进方向与沟谷沟底走向之间可分为平行、垂直和斜交3种情况,不同情况下工作面开采围岩应力场、位移场分布特征的不同,是引起工作面矿压显现差异化的根本原因。通过对沟谷地形下工作面矿压显现特征及支架承载特性的实测分析,对易出现动载矿压的情况进行了分类。

关键词：沟谷区域浅埋厚煤层 FLAC^3D数值计算应力场动载矿压事故

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浅埋厚煤层条带充填保水开采分析研究

地下空间与工程学报 2019年第4期15卷 1225-1231页

作者：白二虎郭文兵谭毅杨达明郭明杰河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

我国西北地区浅埋厚煤层开采对地表及潜水层造成严重破坏,而充填开采是减小地表破坏以及实现保水开采的有效途径。为研究浅埋厚煤层条带充填保水开采的安全性,以哈拉沟煤矿为研究对象,建立了"边界煤柱+条带充填体+覆岩"的力学模型,采用... 详细信息

我国西北地区浅埋厚煤层开采对地表及潜水层造成严重破坏,而充填开采是减小地表破坏以及实现保水开采的有效途径。为研究浅埋厚煤层条带充填保水开采的安全性,以哈拉沟煤矿为研究对象,建立了"边界煤柱+条带充填体+覆岩"的力学模型,采用相似试验与现场实测相结合的方法,在周期来压步距、地表下沉及台阶裂缝等方面进行对比分析,得出了较为准确的基岩裂缝角及直接顶初次垮落步距,并通过对隔水层的稳定性分析,确定了条带充填开采的充填宽度为38 m,充填间隔为16 m。根据土工试验得到黄土层的相关力学参数,确定了下行裂缝的发育深度。结果表明:条带充填开采引起的下行裂缝未影响到主关键层,有效隔水岩组厚度满足相关规程要求,可实现安全保水开采。

关键词：浅埋厚煤层条带充填保水开采隔水关键层

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浅埋厚煤层开采地表变形动态预测与排水设计

煤炭学报 2012年第A02期37卷 301-306页

作者：张顺峰胡瑞林武雄中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院工程地质力学重点实验室北京100029 中国地质大学(北京)水资源与环境工程北京市重点实验室北京100083

以山西平朔井东矿浅埋厚煤层4201,4301,4302,4303及4401工作面开采为例,运用FLAC3D数值模拟软件对各工作面依次开采后的地表沉降量、沉陷影响半径及导水断裂带发育高度进行了动态预测,得出各工作面最大沉降量为6.4～10.3 m,沉陷影响半径... 详细信息

以山西平朔井东矿浅埋厚煤层4201,4301,4302,4303及4401工作面开采为例,运用FLAC3D数值模拟软件对各工作面依次开采后的地表沉降量、沉陷影响半径及导水断裂带发育高度进行了动态预测,得出各工作面最大沉降量为6.4～10.3 m,沉陷影响半径为80.5～106.6 m,垮落带与导水断裂带最大发育高度为140.5 m。在此基础上,结合矿区地形地貌特征,进行了地表动态填挖与截水排水设计,有效预防了地表径流汇聚于沉陷洼地,再经由断裂带进入矿井造成的矿坑突水灾害,并为后期矿山环境修复治理提供依据。

关键词：浅埋厚煤层地表变形动态预测排水设计 FLAC3D 导水断裂带

浅埋厚煤层地表漏风对采空区煤自燃影响数值模拟研究

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工矿自动化 2021年第2期47卷 80-87,103页

作者：邢震中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

西部矿区浅埋厚煤层通常采用抽出式通风方式,地表漏风不仅使风流紊乱,而且其中的O 2贯穿采空区,与采空区遗煤共同作用使其氧化,从而发生煤自燃,并且产生的CO等有害气体超标,严重影响矿井的正常开采。目前一般采用现场实测、理论分析及... 详细信息

西部矿区浅埋厚煤层通常采用抽出式通风方式,地表漏风不仅使风流紊乱,而且其中的O 2贯穿采空区,与采空区遗煤共同作用使其氧化,从而发生煤自燃,并且产生的CO等有害气体超标,严重影响矿井的正常开采。目前一般采用现场实测、理论分析及实验研究方法对地面漏风引起的采空区内煤自燃的气体浓度场和温度场等进行研究,然而地表裂隙漏风自然发火实验复杂程度较高,理论分析及实验研究方法难以从三维角度认识地表漏风对采空区内煤自燃的影响规律。针对上述问题,根据我国西北矿区埋深浅、煤层厚等特点,建立三维数值计算模型,采用数值模拟与现场实测相结合的方法研究了浅埋厚煤层条件下导气裂隙采空区“三带”分布情况及不同工况下采空区O 2浓度场、CO浓度场、温度场、压力场等的分布规律,并采用ZD5煤矿火灾多参数监测装置进行现场验证。结果表明:采空区内“三带”分布规律和O 2浓度场分布受地表漏风影响明显,采空区顶部O 2容易聚集,改变了采空区内气体流场分布规律,采空区内高体积分数O 2(体积分数为18%~23%)聚集范围为沿采空区走向0~270 m、沿采空区竖直方向3~20 m,特别是在沿采空区走向0~80 m、沿采空区竖直方向3~8 m空间O 2充足、有一定遗煤且热量不容易散失,该区域煤自然发火危险程度较高;采空区内回风隅角压力最小,为-10 Pa,回风口压力最低,进风口压力最大,沿倾向、竖直方向及走向压力均逐渐增大;采空区内温度和CO分布规律类似,在采空区底部受顶部漏风影响很小,主要受工作面进风隅角影响,热量积聚和CO聚集规律与不漏风时基本一致,而从采空区中部开始,温度和CO主要受顶部漏风影响,在中部区域温度和CO均呈现“O”形圈分布,采空区顶部,温度和CO在每个断裂带与采空区交接处达到极大值,并向两侧递减,在最深部的断裂带与采空区交接处出现最大值。

关键词：浅埋厚煤层采空区“三带” 煤自燃地表裂隙漏风 O2浓度 CO浓度温度场压力场

浅埋厚煤层连续采动下多关键层结构覆岩运移规律研究

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矿业研究与开发 2024年第1期44卷 34-41页

作者：张奎奎周辉张树光江飞飞高阳桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林市541004 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

以鄂尔多斯转龙湾煤矿23203工作面开采为工程背景,采用连续非连续数值模拟和理论计算方法,对我国西北地区广泛分布的浅埋厚煤层连续采动下覆岩运移规律及矿压显现特征进行研究。结果表明:当埋深200m、厚度4.81 m的浅埋煤层一次采全高连... 详细信息

以鄂尔多斯转龙湾煤矿23203工作面开采为工程背景,采用连续非连续数值模拟和理论计算方法,对我国西北地区广泛分布的浅埋厚煤层连续采动下覆岩运移规律及矿压显现特征进行研究。结果表明:当埋深200m、厚度4.81 m的浅埋煤层一次采全高连续快速开采时,其基载比Jz>1且有3个关键层结构;连续采动作用下浅埋采场上覆岩层具有3种类型自稳结构,且各自稳结构的周期性破断相互影响,直接顶的第三次周期垮落形式存在“砌体梁”结构转化为“悬臂梁”结构的现象;多关键层结构工作面回采期间实测支架工作阻力值主要在11000~16500kN之间,平均值为14077.20kN,验证了数值模拟、理论计算及支架选型的合理性。研究成果可为浅埋厚煤层安全开采和支架选型提供重要科学依据。

关键词：浅埋厚煤层多关键层结构覆岩运移规律连续非连续数值模拟支架工作阻力

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浅埋厚煤层综放开采地表移动规律实测研究

煤炭科学技术 2012年第4期40卷 108-110,115页

作者：李杰贾新果陈清通煤炭科学研究总院矿山安全技术研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013

为研究浅埋厚煤层综放开采条件下的地表移动规律,在万利矿区某综放工作面上方建立了地表移动观测站进行观测,通过分析地表移动变形实测数据,得出了该区条件下综放开采的地表移动规律。结果表明:工作面采深小、开采范围大,地表移动和变... 详细信息

为研究浅埋厚煤层综放开采条件下的地表移动规律,在万利矿区某综放工作面上方建立了地表移动观测站进行观测,通过分析地表移动变形实测数据,得出了该区条件下综放开采的地表移动规律。结果表明:工作面采深小、开采范围大,地表移动和变形值较大,其地表移动盆地的分布特征基本符合概率积分法模型,其综合下沉系数为0.78,主要影响角正切为2.8,拐点偏移距系数为0.14。

关键词：浅埋厚煤层综放开采地表移动概率积分法模型万利矿区

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浅埋厚煤层工作面导水裂隙带发育高度研究

煤炭工程 2021年第9期53卷 66-70页

作者：王子升国家能源集团神东技术研究院陕西神木719300

为了确定浅埋厚煤层工作面导水裂隙带的发育规律及高度,以寸草塔二矿31204工作面为工程背景,运用相似模拟试验对导水裂隙带的发育规律和高度进行了预测,运用井下分段注水和钻孔电视相结合的监测方法对导水裂隙带的发育高度进行综合确定... 详细信息

为了确定浅埋厚煤层工作面导水裂隙带的发育规律及高度,以寸草塔二矿31204工作面为工程背景,运用相似模拟试验对导水裂隙带的发育规律和高度进行了预测,运用井下分段注水和钻孔电视相结合的监测方法对导水裂隙带的发育高度进行综合确定。研究结果表明:导水裂隙带的发育随工作面开采呈动态发展,随工作面开采导水裂隙带高度增加,相似模拟试验确定导水裂隙带高度为49.7m,井下分段注水法与钻孔电视法现场监测得到的结果分别为53.0m和48.8m,最终确定导水裂隙带高度在48.8~53.0m之间。

关键词：浅埋厚煤层导水裂隙带井下分段注水法钻孔电视法

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浅埋厚煤层分层开采保护煤柱合理宽度研究

煤炭科学技术 2008年第11期36卷 14-16,20页

作者：彭文庆王卫军煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭411201

为了确定浅埋厚煤层分层开采保护煤柱的合理宽度以及获知影响煤柱宽度留设的主要因素,采用弹塑性极限平衡理论分析煤层埋藏深度、煤层厚度、煤层倾角、煤的硬度、巷道断面大小和支护阻力等对保护煤柱合理宽度留设的影响;并利用相似材料... 详细信息

为了确定浅埋厚煤层分层开采保护煤柱的合理宽度以及获知影响煤柱宽度留设的主要因素,采用弹塑性极限平衡理论分析煤层埋藏深度、煤层厚度、煤层倾角、煤的硬度、巷道断面大小和支护阻力等对保护煤柱合理宽度留设的影响;并利用相似材料模拟试验确定活鸡兔矿井1-2煤层的保护煤柱的最终合理宽度。结果表明煤柱稳定的基本条件是弹性核的宽度应不小于煤柱高度(即采高)的2倍;煤柱宽度的合理留设及采空和巷道侧对煤柱实施有效的支撑作用是保证煤柱及巷道围岩稳定的关键;活鸡兔矿井首采区上分层保护煤柱的宽度为20 m,下分层保护煤柱的宽度定为12 m时,能有效控制煤柱的总变形量。

关键词：煤柱稳定性浅埋厚煤层合理宽度相似模拟