远距离下保护层开采遗留煤柱对被保护层回采的影响研究

为探究远距离下保护层开采遗留煤柱对被保护层回采效果的影响,以平顶山六矿戊_(8)煤层的戊_(8)-22310机巷和戊_(8)-32010风巷之间遗留宽度为4 m的区段煤柱和丁_(5-6)-22190工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测结合的方法,研究了煤柱影响范围、煤柱区域垂直应力分布及影响区相关参数变化规律。结果表明:宽4 m遗留煤柱的影响范围为27.3 m,极限强度为25.9 MPa,塑性区宽度为2.26 m,弹性区宽度为2.68 m;煤柱两侧工作面均回采后,其承载的最大垂直应力87.9 MPa,远超煤柱本身的承载极限;在煤柱影响范围内测得的残余瓦斯含量、压力与卸压保护区无明显差异,并均小于突出危险临界值,煤柱影响区内瓦斯得到较好释放;煤柱影响范围内未产生明显应力集中现象,遗留小煤柱对被保护效果影响较小,保护效果在倾向上有连续性,对被保护层工作面回采影响小。

厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律研究

为探究厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律,以古城煤矿1305工作面为研究对象,采用理论分析、参数计算及地表下沉预计等方法,基于等价采高理论建立了适用于膏体充填开采的等价采高模型,修正了非充分采动条件下的膏体充填开采预计参数,预计并揭示了厚煤层膏体分层充填开采后的地表移动参数变化规律。结果表明:膏体分层充填开采后地表最大下沉值270 mm,地表建筑物损坏等级在Ⅰ级允许变形以内,保证了地表建筑物的正常使用,为类似膏体充填后地表沉陷预测提供借鉴。

管道作用下急倾斜煤层稳定性分析

近地表荷载与急倾斜煤层老采空区的“活化”有着紧密的关联,采空区覆岩中裂隙带底部的岩块在荷载作用下极易发生回转失稳和滑落失稳,这些岩块对采空区的稳定性起到至关重要的作用,被称为关键岩块,当荷载作用使得关键岩块失稳时,采空区将发生“活化”。基于采空区覆岩“砌体梁”结构力学模型对关键岩块进行力学分析,构建荷载作用下采空区上覆岩土体失稳判断依据,进而对荷载作用下急倾斜煤层上覆岩体稳定性进行定量分析,研究发现:当作用于土体截面处最大摩擦力大于该土体所受最大剪切力时,该块体不会发生滑落失稳;只有关键岩块与岩块之间的平均挤压应力小于岩块在边角处的挤压强度,关键岩块才不会发生回转失稳。将推导结果应用于广东省某急倾斜煤矿,计算结果表明:在茶山煤矿4煤和6煤采空区上方铺设输气管道并不会引起采空区的“活化”;荷载作用下的关键岩块力学分析在急倾斜煤层上覆岩体稳定性中应用效果较好,对实际工程有一定指导作用。

大采高工作面甩刀把技术方案设计与选择研究

为了解决大采高工作面甩刀把技术难题,结合大采高工作面煤壁易片帮、设备大型化、矿压显现剧烈、撤架通道断面大等特点,提出了提前停采法、直接贯通法、充填贯通法三种甩刀把技术方案。根据长平矿4321大采高工作面甩刀把工程实际,运用价值工程理论对三种技术方案的价值系数进行了分析计算,分析结果表明:充填贯通法价值系数要高于其他两种技术,为该工作面甩刀把施工作业的最优技术方案。现场实践证明:充填贯通法具有施工工艺简单、工期短、资源回收率高、安全保障程度高等优点,能够实现大采高工作面安全、高效、快速甩刀把的目的。

急倾斜特厚煤层综放工作面采场运移与巷道围岩破裂特征

急倾斜煤层的赋存环境及水平分段综放的开采方式加剧了综放工作面采场结构与应力演化的复杂性,增加了综放工作面稳定性评估的难度,为此采用多手段联动的方法对煤岩体结构与巷道围岩破裂特征进行综合探测。通过急倾斜煤层综放工作面覆岩结构与应力分析巷道围岩产生分区破裂的力源条件;基于钻孔应力监测、声波探测、光学钻孔摄像等监测方法,获得了巷道围岩质量与离层区分布位置,钻孔内壁裂隙发育程度、裂隙数量与长度以及动态破裂演化特征。综合分析表明:急倾斜特厚煤层巷道围岩破碎具有分区分布特征,顶板与两帮裂隙呈现不规则的分区演化特征,裂隙区与完整区交替出现,煤体侧巷道帮的裂隙分布区域大于岩体侧。

特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层及地表移动机理

以窑街矿区三矿地质条件为原型,采用相似材料模型试验方法,研究了特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层移动机理和地表移动规律。结果表明,特厚急倾斜煤层水平分层开采时,浅部开采阶段岩层以应力拱结构控制岩层移动,深部开采阶段岩层以铰接岩梁结构控制岩层移动;根据覆岩破坏形式,将采动岩层移动分为松散岩块区和层状岩层区。揭示了特厚急倾斜煤层水平分层开采具有显著的重复开采和变方向传播的特征;随着工作面自上向下逐层布置回采,地表移动盆地具有向顶板侧扩展和下沉值不断累计的特点,最终形成一个整体的移动盆地。研究结果可为地表及岩层移动预测模型的建立提供依据,从而指导类似条件下煤炭资源的合理开发。

极近距离煤层合层综放技术

为研究极近距离煤层合层夹矸的冒放性和顶煤采出率,以山西新柳煤矿极近距离煤层综放开采为工程背景,通过点荷载试验测试夹矸强度,分析夹矸对顶煤冒放性的影响;应用实验室相似模拟和PFC数值计算研究不同夹矸厚度的顶煤冒放性,确定了夹矸最大可放厚度;并应用顶煤跟踪系统,实现新柳煤矿顶煤采出率的现场测试。研究表明,夹矸强度、厚度、裂隙发育特征影响放煤效果显著;新柳煤矿10号、11号近距离煤层最大可放夹矸厚度不宜超过1.0 m;顶煤跟踪系统现场测试顶煤采出率达83.3%。

厚冲积层下大采高综放工作面顶板控制机理与实践

龙固煤矿主采煤层上覆基岩厚度平均不足200 m,但基岩上方赋存着厚度平均超过700 m的厚冲积层,针对厚冲积层条件下工作面矿山压力与顶板的控制难题,分析了大采高长壁综放工作面上覆厚冲积层在采动卸荷条件下的承载特性,以及基岩发生台阶下沉的可能性及其对应临界厚度。研究结果表明,厚冲积层在其底部煤层大范围开挖后,自承载能力不强,其自重将以载荷形式作用在下伏基岩上,但当基岩厚度大于120 m时,断裂带岩层可以形成稳定的力学承载结构,确定工作面顶板具有可控性。在此基础上,研发了工作阻力为国内最大的ZF15000/23/43综放支架,对厚冲积层下大采高综放面围岩进行了有效控制。

高强度地下开采对岩体断裂带高度影响因素的数值模拟分析

对高强度开采条件的特点进行了分析，认为在地质条件一定的条件下，工作面长度、割煤高度、推进速度等是高强度开采对岩体断裂带发育高度的主要影响因素．对上述影响因素进行正交试验设计，对模拟结果进行了单因素极差分析与多元线性回归分析，得到了各因素对断裂带高度发育影响程度，依次为：上覆岩层硬度〉工作面割煤高度〉工作面长度〉推进速度．在覆岩单轴抗压强度20～40MPa情况下，进行原公式与回归公式对断裂带发育高度进行对比分析，发现原公式值偏小．最后用回归公式对某矿实测数据进行对比验证，证明了模拟结果的合理性．

岱河煤矿3煤层岩浆侵入影响及可采性评价

根据井田及区域内的有关地质资料,研究了岩浆侵入对井田内主采煤层3煤层的影响,提出了影响程度的计算公式,计算了影响程度值,编制了影响程度图,定量地评价了各采区的可采性。分析了岩浆岩厚度、层数和天然焦对煤层可采性的影响,编制了各采区3煤层有效厚度等值线图,圈出了 1采区和 3采区可采块段及生产块段,为深部岩浆岩区找煤和巷道掘进提供了科学依据。

浅埋煤层超大采高开采柱式崩塌模型及失稳

为认清西部典型浅埋条件下覆岩致裂机理及定量分析失稳条件,基于相似模拟试验开展浅埋深薄基岩厚松散层超大采高采动裂隙演化研究。提出采动裂隙柱式结构并揭示柱式结构生成机制。基于支架工作阻力,指出周期来压期间,柱式结构的形成给支架带来了巨大的压力,波浪式特征明显,是导致压架发生的主要原因。依据破裂角演化规律,揭示切顶线破裂角较大,切落特征明显,易促成垂直柱式结构的形成。提出岩柱失稳的3种主要方式:拉裂式崩塌失稳、滑移失稳及倾覆失稳。推导了2种模式的不同失稳模型的稳定系数表达式。对于上覆软土、砂情况,最有可能发生的是拉剪混合型,然后是纯拉型;对于上覆硬土情况,最有可能发生的是纯剪型。从2种模型失稳模式可以看出,倾覆失稳的稳定系数最容易小于1,因此也是最容易发生的,其次是拉裂式崩塌失稳。

平顶山四矿上行开采的观测与研究

为解决平顶山四矿原有生产布局存在的安全、产量及效益等主要问题，运用“三带”判别法和围岩平衡法，对平顶山四矿上行开采进行了研究，并通过对现场上行开采的观测与分析，得出平顶山四矿丁组、戊组、己组和庚组煤之间可正常进行上行开采．同时运用层次分析法优化了平顶山四矿的开采方案，获得了显著的经济效益，为平顶山矿区复采采空区上部遗留的煤炭资源提供了依据和经验．

大倾角厚煤层长壁综放开采基本顶破断模式及演化过程(Ⅰ)——初次破断

大倾角特厚煤层走向长壁综放开采过程中,由于直接顶冒落后采空区充填不均匀,基本顶断裂呈现非对称特征。基于弹性力学理论,建立了横纵荷载作用下大倾角煤层基本顶的薄板力学模型,分析了基本顶上、下板面的应力分布特征,获得了基本顶断裂线发育轨迹与破坏区演化规律,提出了大倾角煤层基本顶的初次破断"V—Y"型断裂模式。研究表明,大倾角煤层基本顶初次断裂的空间顺序为"中上部→中下部→上部→下部"。结合数值模拟、现场监测等手段,验证了基本顶初次断裂过程中采场围岩应力场分布及矿压显现具有时序性和非对称特征。

基于顶板切落的浅埋煤层开采支架工作阻力研究

针对浅埋煤层开采周期来压过程中顶板沿煤壁切落时支架工作阻力的确定方法进行研究。根据直接顶岩体在支承压力作用下破坏失稳的非线性变化特征,建立了由基本顶-直接顶-支架-矸石组成的系统力学模型,应用突变理论和岩石动力学相关分析方法,分别推导了系统失稳前静荷载和失稳后冲击动荷载作用下的支架压缩量表达式,获得了切顶过程中支架荷载的计算式,分析了其主要影响因素。通过对切顶时支架荷载的研究确定了其工作阻力的计算式。结果表明:直接顶的失稳破坏造成了顶板的切落,直接顶岩体的突跳量决定了冲击荷载的大小,系统失稳时的支架荷载除了与基本顶的周期来压步距、上覆岩层荷载、直接顶厚度有关外,还与支架和直接顶岩体的刚度比、直接顶岩体性质等因素相关。结合工程实例,验证了理论推导的合理性。理论研究成果对于分析切顶发生时的支架工作阻力大小,合理选择支架具有重要的工程意义。

大倾角煤层综采工作面调伪仰斜原理与方法

阐述了大倾角煤层的概念及关于调伪仰斜的４个定义，论述并证明了４个伪仰斜推溜定理，以此定理为理论基础总结出了大倾角煤层综采工作面调伪仰斜的原理与方法。通过生产应用，效果良好。

5.0m大采高综采集约高效技术集成研究

自试验成功5.0m大采高综采后,为提高其整体技术水平,展开了其保障技术集成研究。即优化开采设计参数,深化矿井运输环节技术改造,开展大采高综采装备升级改造研究和相配套工程技术集成研究等,以充分发挥大采高综采整体效能,并拓展大采高综采在特殊条件下的应用范围。实验成功表明,通过技术创新和新设备、新工艺应用研究等,大幅度提高了综采工作面单产水平和工效,产量达到282万t/a,原煤生产全员工效达到15.6t/工,大采高综采集约高效技术水平得到大幅度提升,各项经济技术指标得到了很大提高。

难采煤层的分类标准与定量化研究

就难采煤层的涵义及其分类进行了较为全面的阐述 ,同时研究确定了各种类型难采煤层的定量化指标 ,依据这些定量化指标可以明确地区分煤层开采的难易程度 ,为煤层的进一步开发开采技术经济评价提供必要的基础数据 .

淮北矿区“三软”极复杂煤层综采技术研究与实践

针对淮北矿区"三软"极复杂煤层赋存条件,经过近40a综合机械化开采技术的研究、试验和推广,集成创新了一套适合于该复杂条件较薄煤层、中厚煤层、厚煤层、特厚煤层和近距离厚煤层的综采关键技术,探索了一条极复杂条件矿区高产、高效和安全开采的有效途径,大幅度提高了矿区采掘机械化水平和效率,实现了"三软"极复杂煤层的安全高效综采,发展了综采技术。

大台井俯伪斜分段密集采煤法数值模拟研究

以京煤集团木城涧矿大台井为例,建立了三维空间立体有限元模型,对该矿采用俯伪斜分段密集采煤法时煤层顶、底板在开采前、后应力场和位移场的变化情况进行了数值模拟计算,给出了现场最关心的煤层顶、底板应力和位移随煤层倾角变化的等值线和关系曲线,从而得到了一些新的认识,即计算结果中煤层顶、底板法向最大应力和最大位移是表征顶、底板运动规律的重要指标.最后分析指出了开采过程中易发生破坏的危险区域和地段.

黄陵矿业中厚煤层智能化回采工艺适应性研究

针对黄陵矿区智能化开采的现状,从智能化开采技术要求、传感器特性、可靠性要求出发,提出了区别人工开采的智能化开采回采工艺。并从破煤、装煤、运煤、支护、采空区处理等环节进行了智能化开采技术调整,使开采工艺更加适应智能化开采的要求。试验结果表明,自黄陵矿业一号井采用智能化开采以来,在1.4~2.2m煤层中,采用国产装备年产稳定在200万t,生产效率提高15%。