直接顶-基本顶耦合作用下采场顶板断裂力学模型研究与应用

周期来压是矿山压力显现的典型特征,准确进行采场周期来压步距预测是有效降低采场事故发生的重要途径。针对基本顶自身缺陷与直接顶耦合作用对周期来压步距的影响,视采场顶板为自带裂缝的有限板模型,根据覆岩协调变形机理,基于断裂力学理论建立采场顶板断裂力学模型,推导直接顶-基本顶耦合作用下周期来压步距函数式,以陕北某矿区2个工作面为例,分析基本顶岩石断裂韧度、裂缝深度、直接顶厚度和弹性模量等参数对周期来压步距的作用规律。研究表明：基本顶断裂韧度与周期来压步距呈近似线性关系;裂缝深度比(裂缝深度/顶板厚度)对周期来压步距影响较大,裂缝深度比达到0.8后,基本顶失稳破坏;直接顶厚度小于3 m时对周期来压步距影响较小,超过3 m后对周期来压步距影响显著。研究结果对采场顶板周期来压步距预测及支架选型具有重要的理论意义和工程价值。     

芦岭煤矿8煤层顶板特征研究

基于钻孔岩心资料,分析了芦岭煤矿8煤层顶板的岩性类型和顶板的结构类型,统计了顶板30m以内砂岩的厚度和8煤直接顶厚度。按照硬质岩石百分含量(K)的大小将顶板岩体岩性分为硬质岩体、中硬岩体和软质岩体三类;按照直接顶厚度/采高的比值(Km)将顶板的工程地质类型分为无周期来压顶板、周期来压顶板和周期来压强烈顶板三种类型,得出了8煤顶板类型分区。研究结果为该矿工作面布置方法、顶板支护方式的选择提供了依据,为顶板事故的预防提供了参考资料。     

长壁孤岛工作面冲击失稳能量场演化规律

煤矿冲击地压一直是困扰中国煤矿安全的主要问题,而煤矿开采过程中跳采形成的孤岛工作面由于容易产生应力集中,来压强度提高,极容易发生冲击地压。基于唐山矿T2193下孤岛工作面的地质条件,从数值分析的角度研究了煤岩体材料的非均匀性,揭示了孤岛工作面顶板周期来压时煤岩体能量释放的动态特征,分析了工作面前方能量释放激增机制。数值模拟结果显示,长壁工作面回采过程中直接顶的不断垮落造成了老顶悬空距离的不断增大,工作面周期来压时,积聚于老顶岩层内的弹性应变能将瞬间释放,容易引发工作面及巷道的冲击失稳。孤岛工作面由于其特有的矿压显现特征,老顶周期破断时所释放的弹性应变能将更加剧烈,冲击地压势必愈加强烈。孤岛工作面顶底板和煤层的能量释放激增可以作为判断煤岩体冲击失稳的前兆信息。孤岛工作面前方发生冲击破坏的主要原因是由于工作面回采过程中围岩所积聚的大量弹性能在顶板断裂时所伴随的巨大能量释放而造成的。     

煤炭开采对煤层底板变形破坏及渗透性的影响

煤层底板变形破坏除受地质因素控制外,还受开采因素影响。通过试验和理论分析,系统研究了煤炭开采对回采工作面底板应力、应变和破坏及渗透性的影响。研究结果表明,不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,岩石的原生孔隙和裂隙容易被压密,岩石的渗透率随应力的增加由大变小明显,当应力增大至极限强度时岩石试件破坏形成贯穿裂隙,岩石的渗透率迅速增大至最大,不同岩性岩石存在一定差异性;随着回采工作面推进,煤层底板岩层在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、采动矿压直接破坏区和底板岩体应力恢复区4个区。煤层底板岩体的渗透性随着煤炭开采底板岩体变形破坏而呈规律性变化。      

影响龙泉矿井采煤方法的地质因素分析

太原煤炭气化集团有限责任公司龙泉矿井是新建的大型现代化矿井，依据该矿井大部分钻孔揭露的煤层厚度大于6．0m．在综合分析该矿井开采深度，煤层厚度、煤层结构、夹矸层数及其硬度和厚度、煤层顶板岩性及其厚度、煤岩体裂隙发育程度等地质因素基础上，考虑瓦斯聚积程度及煤尘量等影响因素，对长壁综采分层开采法、综采一次采全高采煤法和长壁综采放顶煤采煤法三个采煤方案进行优选，最终选定该矿采用长壁综采放顶煤采煤方法，依靠地压破煤及自重放煤．提高厚煤层的回收率。     

淮南煤田口孜集勘查区深部煤层顶、底板工程地质特征研究

口孜集勘查区矿井目前正处于开发阶段,深部煤层顶、底板的稳定性对煤层开采方法具有很大的影响。在分析煤层顶、底板岩性在平面上变化规律的基础上,结合岩石物理力学性质,对影响煤层顶底板稳定性的因素进行了研究。依据本区顶板岩石的单轴抗压强度,结合钻孔工程地质编录RQD值和煤层开采的采高比,对主采煤层进行了工程地质分类,其中13-1煤层顶板在东北部及中部以周期来压顶板为主,而8煤在东南及西北部也以周期来压为主。另外,对该区深部开采的工程地质问题进行了预测,根据预测结果提出了相应的预防措施。     

综采工作面周期来压步距受回采速率影响研究

为实现不同采煤速率条件下综采工作面周期来压步距的预测,保证来压时工作面稳定,以陕北某煤矿14204工作面为工程背景,通过对工作面支架压力实时监测得出矿压显现规律,并分别采用对数函数和双曲函数对周期来压步距受推采速率的影响进行回归分析。分析结果表明,14204工作面平均来压步距为13.3 m;经过对比分析,发现双曲函数能很好的拟合推采速率对周期来压步距的影响;随回采速率的提高周期来压步距有所增加,但是由于工作面两端及中间位置的顶板所处的边界条件、地质条件等不尽相同,所以周期来压步距增加的幅度有所差异。研究成果为陕北地区综采工作面矿压显现规律的预测及控制提供了有益的实践经验。      

高位瓦斯抽放钻孔在降低综采工作面瓦斯浓度中的应用

林南仓属于低瓦斯矿井,但存在高瓦斯区域。煤层和采空区是瓦斯的主要来源,尤以采空涌出量大,给煤矿生产和安全带来了极大隐患。通过在1129综采工作面风道施工高位瓦斯孔,把钻孔打到采空区一侧煤层顶板以上冒落裂隙带内,用钻孔进行瓦斯抽放,使采空内的瓦斯通过裂隙带沿钻孔抽出,有效降低综采工作面瓦斯浓度,保证综采工作面正常回采和安全生产。     

坚硬顶板煤层一次采全高顶板支护管理研究

大采高综采技术是厚煤层开采工艺的重要发展方向,越来越多地被采用,顶板事故在矿山生产安全事故中占有较大比例,有效控制顶板,合理对顶板进行支护是采矿过程中必须认真考虑的问题。大采高综采工作面采场顶板跨度大、高度高,矿山压力复杂,管理难道大,本文针对某矿9、10号煤层大采高综采工作面顶板坚硬特性,通过理论计算出了不同工作条件下支架工作阻力和顶板支护强度参数,结合对本矿区所做的相似模拟实验结论,对顶板管理中支护强度进行了分析研究,就矿区特定顶板条件选定和提出了具体支护要求。     

不同岩性顶板回采工作面矿压分布规律

采用数值模拟技术和现场矿压观测系统,研究了不同岩性顶板回采工作面矿压分布规律及其显现特征。结果表明,在煤炭开采过程中,不同岩性顶板回采工作面最大支承应力存在一定差异,在强度较高的砂岩顶板岩体中,支承压力大,工作面前方支承压力峰值距工作面距离小,初次来压步距和周期来压步距大,矿压显现强烈;而在强度较低的泥岩顶板区,顶板岩体不能和砂岩骨架层一样抵抗覆岩压力,且支承压力小,支承压力的峰值向回采工作面前方岩体内部推移,初次来压步距和周期来压步距小,矿压显现不明显。      

培育矿权市场,促进矿业发展

分析了江西省矿权市场相对滞后的主要原因,提出培育矿权市场、促进矿业发展的建议.     

基于采矿环境再造的开采顺序时变优化研究

根据卡房矿新山矿段的地质条件和生产能力要求的实际情况,基于采矿环境再造连续开采的思想,提出了3种可行的开采顺序优化方案。运用MIDAS/GTS有限元分析软件,建立了复杂矿体的三维有限元模型,模拟并分析了3种不同开采顺序优化方案的力学时变效应。研究结果表明：随着开采的逐步推进,采场的应力和位移不断增大,并出现了明显的应力集中;3种方案中采场周围最大压应力均达到了27 MPa,顶板最大压应力不超过15 MPa,最大拉应力达到了1.2 MPa;顶板最大沉降位移值分别为82.9、84.4、84.5 mm;顶板有较大范围的拉应力区域出现,3种方案拉应力区域面积占顶板面积的比例最大分别达到22%、22.3%和23.5%,但拉应力区域的时变规律表现出显著的不平衡性和突变性。运用采场结构对采动过程响应的时变分析,以拉应力损伤区域和顶板的沉降位移为评价指标,提出方案1的开采顺序为最优方案。     

霍东矿区煤炭资源开采对土壤质量的影响

以霍东矿区某煤矿为例,在沉陷区取30组土壤试样进行土壤化学性质及常量养分分析,然后采用层次分析法对沉陷区土壤质量进行评价,得到沉陷区耕地质量综合指数,然后通过与正常农田综合指数对比发现地裂缝和地面塌陷对耕地质量影响很大,大部分农田处于"轻度损坏",局部为"中度损坏",建议进行填埋复垦和生态修复。     

中国矿业可持续发展与煤矿开采环境问题—21世纪初矿山岩石力学面临的新机遇和挑战

列述了中国在陆地传统矿产资源、海域矿产资源、天然气、煤层气、地热等能源资源方面的相当大的开发潜力。提出了中国矿业可持续发展必须解决的若干岩石力学难题。指出了煤矿开采引发的环境问题:如采煤对土地资源的损害、对村庄的损害、对水资源的影响,以及煤炭开发和利用对大气环境生态平衡的影响。并提出了对矿区环境控制的岩石力学对策,即推行减沉开采技术;矿井水资源的保护和再利用;清洁开采技术。     

煤炭国家规划矿区管理及与煤炭矿区辨析

针对煤炭国家规划矿区与煤炭矿区易混淆不清问题,基于相关标准和通知,详细解读了煤炭国家规划矿区和煤炭矿区的定义,梳理了第一、二批煤炭国家规划矿区和《全国矿产资源规划（2016-2020年）》划定的煤炭国家规划矿区基本情况,并从划定目的、划定依据和形成时段等方面详细阐述了二者的区别。指明煤炭国家规划矿区划定主管部门是自然资源部,划定主要目的是控制矿权设置,规范矿业权管理;煤炭矿区划定主管部门是国家发展改革委,划定目的主要是为生产开发做准备。在未来煤炭国家规划矿区管理工作中,建议加强煤炭规划矿区基本理论、划定标准及规划矿区内矿产资源与环境影响等方面的研究。      

蒙陕矿区地下水环境系统及采掘扰动

针对蒙陕矿区煤炭资源高强度开发与地下水为核心支撑的生态环境保护所面临的诸多问题,根据蒙陕矿区地质与水文地质结构特征,从地下水系统与水环境相关概念内涵及其相互依存关系出发,提出了地下水环境系统的概念;并从系统的空间结构特征、行为属性及其功能控制要素特征入手,将地下水环境系统细分为"结构控制层"、"水力驱动层"和"外围扰动层"3层结构;分析研究了不同结构层的功能、作用、主要组成要素及其状态表征指标,通过分析煤炭采掘活动与地下水环境系统相关结构要素的互馈机理,得出采煤活动通过对地下水环境系统中"结构控制层"的扰动进而导致"水力驱动层"的响应是诱发地下水环境系统演变的根本原因。      

神南矿区煤炭开采水资源漏失量评价分区

针对神南矿区煤炭开采与水资源保护的矛盾问题,通过野外踏勘资料、钻孔资料及压水试验数据等,分析了研究区水资源分布特征、土层物质含量和渗透特征以及区内工程地质条件对保护砂层潜水所起的作用。把(导水)裂隙带、岩层厚度、土层厚度作为分区因子,根据煤层采动对浅层地下水的影响程度,将研究区划分为严重失水区、一般失水区、轻微失水区和无影响区4个区;结合地貌特征,进一步细分为梁峁漏失区、梁峁无影响区、严重失水区(砂层)、一般失水区(砂层)、轻微失水区(砂层)和风沙滩地无影响区6个区。该研究成果可为区域水环境和生态环境保护提供科学评价依据。      

Georadiochemical evidence to weathering of mining residues of the Mansfeld mining district,Germany

Mining heaps are used as archives for the investigation of weathering processes. Aim of this work was to investigate the different weathering behavior of heap materials derived from Kupferschiefer mining with respect to environmental hazard. For this purpose, Kupferschiefer and slag material of two heaps of different age were examined regarding to the radionuclide distribution and geochemical composition. By measuring of the local dose rate, performing digital autoradiography and gamma spectrometry the radiological load of the heaps and the heap materials was determined. The geochemical characterization of the samples was performed by XRF, ICP–OES and ICP–MS. The results show a clear higher radionuclide load of the younger slag heap. A depletion of chalcophile and lithophile elements in the older slag was determined. Apart from a homogeneous radionuclide distribution, considerable radionuclide enrichments in fossil fragments could be proven. The results reveal a different weathering behavior of slag material in comparison to the Kupferschiefer depending on the chemical binding of the elements on organic and inorganic species. Natural organic matter as well as apatite in Kupferschiefer act as retention barrier for some metals.     

探讨矿业权经济意义加强矿业权市场建设

本文探讨了矿业权价值及矿业权流转的问题,并针对目前矿业权的取得方式不够规范、矿业权流转过程中市场难以起到调节资源供需作用,以及国有地勘单位拥有探矿权的比例在不断下降等问题,提出了规范矿业权的取得方式、培育和加强矿业权市场、维护地勘单位在矿业权市场中的主体地位等建议。