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沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践被引量：1: 2025年; 无煤柱(或小煤柱)开采已得到广泛应用,随着开采深度增加,当侧空覆岩存在坚硬岩层时,大能量动力事件频发,冲击地压显现日趋严重,已成为制约深部煤炭资源开采的主要瓶颈之一。围绕沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践开展研究,主要包括:构建了沿空工作面覆岩结构力学模型,提出了上位覆岩等效载荷估算方法,揭示了下位覆岩结构特征及演化规律;获得了沿空工作面下位覆岩运动对煤体内应力的定量表征方法,提出了以煤体的静载支承应力及关键层断裂产生的扰动应力之和与煤体强度比值大小为致灾指数的覆岩致灾关键层判识方法;定义了覆岩关键结构失稳致灾力学判据,综合分析应力状态和冲击倾向性指数对“发生冲击地压”的隶属度实现了侧空覆岩致灾风险评级;给出了侧空覆岩结构改性方法及防冲流程,并在新巨龙6305工作面开展了工程实践。结果表明,6305工作面实施侧空覆岩结构主动改性后,微震事件频次增幅33.3%,平均每个事件能量降幅23.5%;煤体应力集中程度显著降低,最大降幅约27.2%;沿空巷道围岩变形量明显减小,最大减小约104.7%;侧空覆岩致灾关键层得到消除,冲击地压的可能性等级为由“很可能”降为“不可能”。; 谭云亮张修峰范德源刘学生刘学生牟宗龙陈洋; 关键词：冲击地压沿空巷道覆岩结构

厚渣堆下多煤层重复开采覆岩结构及矿压机理分析: 2025年; 文章以公乌素煤矿021601综放工作面地质资料为背景,采用现场监测、数值模拟及理论分析等综合研究方法,总结了厚渣堆下多煤层重复开采覆岩结构及矿压机理,建立了021601工作面覆岩结构失稳模型,得到了该条件下的覆岩结构特征及矿压显现机理。得出如下结论:(1)现场实测表明,工作面矿压显现强度较小,来压特征主要以大小周期循环来压为主,大周期来压之间会发生2~3次小周期来压;(2)覆岩两关键层周期破断是造成工作面大小周期来压的根本原因,关键层及其所控制的岩层内部载荷释放并向下传递时在应力释放层中损耗了大部分能量,故工作面来压强度较小,渣堆对工作面矿压显现影响不明显。; 梁广宁; 关键词：多煤层开采矿压显现规律覆岩结构

基于数值模拟和现场监测的近距离煤层覆岩结构及支架载荷研究: 2025年; 甘庄煤矿14号煤层受上部8号煤层开采影响,矿压显现强烈。为确定下部煤层开采时支架的工作阻力,运用理论分析、数值模拟和现场实测的方式对近距离煤层下部煤层开采的顶板结构及工作面支架载荷展开研究。研究表明,11号煤层开采后底板损伤深度为4.3 m,14号煤层顶板属于承载层部分损伤类型;理论计算得出14号煤层开采后工作面支架阻力为7043.24 kN;数值模拟结果显示下部煤层开采至100 m后,顶板塑性区与上煤层采空区形成周期性贯通,回采期间最大支架阻力为6611.5 kN;现场监测的支架最大阻力为6769 kN,均小于支架额定工作阻力,研究对于指导近距离煤层开采时的支架参数设计和优化开采方案具有借鉴意义。; 张宏飞; 关键词：近距离煤层覆岩结构

多因素耦合下倾斜采场覆岩结构特征及应力分布研究: 2024年; 为了对多因素耦合条件下倾斜采场的覆岩结构特征进行分析,以山东阳城煤矿3308工作面为研究背景,采用现场调研、数值模拟的综合研究方法,从工作面开采覆岩破断规律、覆岩应力场分布特征及塑性区演化规律3个方面研究了倾斜采场覆岩结构特征。沿工作面倾向开采引起的覆岩垮落使得采场整体形态呈现椭圆分布,沿工作面走向开采引起的覆岩垮落使得采场整体形态呈现梯形分布,塑性区整体呈现出“椭圆”状,且由于工作面沿断层布置和矸石堆积等问题,导致采场顶板呈现出较为复杂的应力环境。结合前文分析和现场实际情况提出了顶板控制建议。; 夏磊强伟徐雷任旭华; 关键词：覆岩结构数值模拟断层

强冲击地压矿井煤层顶板覆岩结构研究——以孟村煤矿为例被引量：3: 2024年; 矿井工作面上覆坚硬厚层顶板对冲击地压的产生具有重要影响,顶板坚硬厚层砂岩通常因沉积相的变化在横向和纵向上呈现出厚度、顶底板起伏和岩石力学性质等方面的变化。陕西彬长矿区孟村煤矿地质条件复杂,主采煤层顶板发育多层厚砂岩,矿井长期受冲击地压灾害威胁。为准确掌握工作面顶板坚硬厚层砂体层位及展布状态等信息,对其进行压裂弱化,保障矿井安全高效开采,基于孟村煤矿工程地质条件,通过井下工作面巷道顶板钻孔取心编录和钻孔电视测井方法,进行工作面顶板覆岩结构探查,对顶板主要砂体采样,进行岩石学、沉积相和岩石物理力学性质等特征分析,得到如下主要成果:①孟村煤矿401103工作面顶板100m内可对比划分出5层连续的砂体,工作面沉积微相变化导致各砂体厚度和顶底板标高不稳定;②401103工作面顶板延安组二段、直罗组、安定组底部均为河流相沉积,河流微相中的天然堤相细粒砂岩和粉砂岩的岩石力学强度相对最大,随着岩石粒径的逐渐增大,边滩相和河床滞留相中、粗粒砂岩的强度相对降低。不同沉积环境同一粒级砂岩的岩石力学强度因石英含量增高、硅质胶结物含量增高、颗粒支撑结构等因素而增大;③井田现今构造应力和顶板坚硬厚层砂岩等是矿井冲击地压灾害的主要诱因,对上覆高位坚硬厚层砂体进行区域水力致裂弱化,可显著降低矿井冲击地压风险。; 韩珂王海军; 关键词：冲击地压覆岩结构岩石力学性质

向斜构造区特厚煤层开采覆岩结构稳定性及突水压架机理被引量：1: 2024年; 针对陕西省永陇矿区褶曲构造带突水压架事故频发问题,以陕西省郭家河煤矿为工程背景,采用现场调研、物理实验与理论分析的方法,确定了导致工作面突水压架的主要含水层,得出了向斜构造区煤层开采覆岩破断失稳特征,建立了考虑承压水作用的覆岩结构力学模型,推导了工作面突水压架的临界水压力,揭示了向斜构造区突水压架机理。研究表明:①1303、1304、1308等已开采工作面在向斜轴部区域均发生过突水压架事故,宜君组岩层是导致工作面突水事故的主要含水层,煤层之上102.5 m处厚度为28.53 m的中粒砂岩为隔水关键层。隔水关键层断裂后,其上部100.51 m载荷层同步破断,导水裂隙带导通宜君组含水层。②在向斜构造区俯采阶段,顶板覆岩具有多层亚关键层并形成多离层区。向斜轴部岩层破断角竖直发育,顶板破坏程度最高,压架风险最大。③顶板突水致使覆岩结构失稳是导致压架事故发生的关键。承压水对顶板岩层稳定性的影响主要表现为:增加了覆岩载荷传递的连续性,降低了组合亚关键层的承载能力;构成了组合亚关键层的附加载荷。④防止突水压架所需的支护阻力随承压水压力的增大而加速增加,工作面发生突水压架事故的临界承压水压力为0.98 MPa。控制导水裂隙带发育高度与降低宜君组承压水压力是保证工作面不发生压架事故的关键。; 刘怀东刘长友杨培举王晨鸿杨敬轩; 关键词：向斜构造相似材料模拟覆岩结构

巨厚松散层与不等厚基岩下开采覆岩结构运动演化规律: 2024年; 针对巨厚松散层与不等厚基岩下覆岩结构运动演化机理及破坏规律不明晰的问题,以某矿3301工作面为工程背景,采用物理模拟、数值模拟及理论分析等研究方法,揭示了巨厚松散层与不等厚基岩条件下的覆岩运动演化过程、垮落充填特征及联动破坏机理,建立了考虑巨厚松散层与不等厚基岩联动演化效应的覆岩运移模型和迹线估算方程。研究结果表明:①基岩厚度由薄到中厚再到正常厚度时,破坏边界形态演化过程为“对称梯形”→“不对称类梯形”→“半马鞍形”;松散层运移在不等厚基岩控制下呈现出“对称漏斗”→“倾斜漏斗”→“斜底漏斗”动态变化。②薄基岩以塑性破坏为主,垮落后无规则充填采空区且碎胀效应不明显,松散层运移活跃期长,导致地表下沉较大;中厚基岩介于塑性破坏和块式破断之间,能短暂形成不稳定结构,对松散层运移起一定的支撑和限制作用;正常厚度基岩发生“梁式”破断,覆岩形成稳定的“铰接、悬臂”结构,巨厚松散层能给下方裂隙或垮落的基岩造成更大压应力,从而导致垮落带、裂隙带等较常规地层条件更加发育。③以3301工作面为实例,估算了不同开采阶段的覆岩破坏迹线,计算出地表沉降范围为1551.46m,与实测值相比,误差为7.6%。④提出了限高或充填开采、巷道注浆加固、提高巷道支护体的让压能力及增强支护系统的兼容性等控制对策。; 孟祥军李友李友郭林峰李伟清申世豹陈淼陈淼吕凯; 关键词：地表沉陷巨厚松散层覆岩运动物理模拟

孤岛工作面覆岩结构演化及区段煤柱稳定性: 2024年; 为探究浅埋煤层孤岛工作面开采时覆岩结构演化及区段煤柱稳定性,以泰华煤矿50104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测相结合的研究手段,分析其两侧区段煤柱承载能力及区段煤柱覆岩结构演化特征;并利用FLAC 3D数值软件,模拟塑性区分布情况以及采动应力演化特征。结果表明:50104工作面推进过程中,东西两侧区段煤柱塑性破坏滞后于工作面推进过程,位于工作面后方采空区处的区段煤柱处于塑性破坏状态,而位于工作面煤壁前方的煤柱存在稳定的弹性区,整体保持稳定,且两侧区段煤柱应力分布呈现相同特征,2条11 m煤柱高应力集中区域保持对称,均位于工作面后方;工作面区段煤柱高应力破坏区域发展速度滞后于工作面推进速度,工作面前方区段煤柱中心区域平均应力值从3.35 MPa增加至3.54 MPa,但始终未超过理论计算得到的煤柱承载强度值;通过分析50104工作面的矿压监测数据,得出实测初撑力均值为3932.4 kN,占液压支架额定初撑力的55%;平均最大工作阻力5812.3kN,占额定工作阻力的61.2%;加权平均阻力均值为4836.6kN/架,占额定工作阻力的50.9%;最大来压6013 kN,支架应力约2.35 MPa,证明11 m煤柱稳定,位于工作面煤壁前方区段煤柱的整体稳定性较好。; 王虹玉程志恒王朋陈亮曲晓明郭凯; 关键词：孤岛工作面覆岩结构区段煤柱浅埋煤层煤柱稳定性

不同采动孤岛工作面覆岩结构研究与防冲应用: 2024年; 为保证有冲击地压孤岛工作面的安全开采,以某矿巨厚坚硬岩层条件下孤岛工作面开采为背景,基于岩层控制的关键层理论和覆岩空间结构观点,通过案例调研、理论分析、现场监测等方法,研究孤岛工作面形成覆岩空间结构的基本特征、监测辨识方法及其防冲开采设计,辨识得到Γ型覆岩空间结构的形成过程和分布特征,建立以支承应力为主要评估指标的Γ型覆岩空间结构下孤岛工作面合理宽度力学模型,并以实践验证。结果表明:一侧充分采动、一侧非充分采动条件下的孤岛工作面,能够与上覆巨厚关键层形成Γ型覆岩空间结构。所提实施方案满足现场工程要求,能够保证正常回采。; 董华东; 关键词：孤岛工作面岩层运动

上分层遗留区段煤柱下斜交工作面综放开采覆岩结构演化特征: 2024年; 特厚煤层分层综放开采上下分层工作面斜交布置时,下分层综放工作面间歇性过上分层遗留区段煤柱导致覆岩破断运动及矿压显现规律复杂,围岩控制困难,制约了煤矿安全生产。以甘肃华亭煤电股份有限公司砚北煤矿250203下综放工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验、数值计算、现场实测相结合的方法,研究了上分层遗留区段煤柱下斜交工作面综放开采覆岩运移规律及应力分布演化特征,阐明了下分层综放工作面开采扰动下上分层遗留区段煤柱失稳特征及围岩支承压力变化规律,定义了斜交工作面覆岩内场和外场,揭示了下分层综放工作面过遗留区段煤柱覆岩结构演化特征。研究结果表明:①下分层综放工作面开采诱发上分层遗留区段煤柱失稳导致覆岩大尺度空间垮落,扰动区内顶板结构渐次演化,形成“低位倒台阶组合悬臂梁+高位大结构砌体梁”组合结构。②在工作面距区段煤柱15 m时,区段煤柱最大垂直应力达到46.7 MPa,较下分层未开采时增大了9.9%,煤柱形变现象较为明显;工作面位于区段煤柱正下方时,区段煤柱应力集中区域呈近似“月牙状”分布。③随着下分层综放工作面与上覆遗留区段煤柱斜交位置变化,外场覆岩破断形态呈近似对称梯形,结构动态失稳导致内场垮落形态呈“非对称双拱”、“对称双拱”、“单拱”演化过程。研究结果对特厚煤层分层综放工作面安全开采具有指导意义。; 刘用王红伟吴学松田程鹏关荣福聂云枭范志伟曹沛沛; 关键词：特厚煤层分层综放开采覆岩结构

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