综放工作面坚硬顶板矿压显现特征分析及支架阻力研究

针对晋能控股装备制造集团某矿23110坚硬顶板综放工作面矿压显现明显、支架工作压力大、巷道存在较难支护的问题,以23110工作面工程概况为背景,分析了该工作面矿压显现特征,探讨了液压支架受力情况,通过监测矿压情况,得出该工作面整体来压步距相对较大,特别是工作面两端来压步距更大,更剧烈,工作面中部顶板比两端头顶板更易垮落;通过分析液压支架受力情况,得出液压支架普遍存在初撑力不足的情况,应用方差分析法进一步分析计算了液压支架额定工作阻力,得出液压支架额定工作阻力大小为14625kN,选用ZF15000/26/40型支架来进行顶板支护更科学更合理。

深井超长工作面基本顶分区破断模型与支架阻力分布特征

开采深度和工作面长度增加导致采场矿压显现程度和空间分布特征发生改变,增加了该类采场围岩失稳类型的不确定性及控制难度。针对深井超长工作面异常矿压现象发生频率高、预测难度大等问题,采用理论分析、室内实验和实测等方法分析了该类采场基本顶破断类型和支架阻力分布特征。结果表明:开采深度增加提高了岩体中裂隙发育程度,裂隙尺寸服从对数正态分布,裂隙倾角和倾向服从正态分布;基于蒙特-卡罗模拟方法实现深井超长工作面基本顶三维重构,工作面长度增加导致基本顶中部存在裂隙的概率升高,增大了基本顶在工作面中部发生局部破断的可能性;建立深井超长工作面基本顶分区破断力学模型,采用上限定理推导出完整基本顶的整体承载能力以及基本顶中存在1条和2条原生裂隙时的局部承载能力,获得基本顶在裂隙影响区发生局部分区破断和迁移现象的力学判据;基本顶分区破断现象导致破断岩块在空间上呈非均匀分布,表现为工作面中部块度小、两端块度大的特征;分区破断模型预测结果同相似模拟实验结果吻合,解释了深井超长工作面开采实践中发现的顶板压力沿工作面方向的非均匀分布现象。

基于顶板与煤壁控制的支架阻力的确定

为了解决高效安全开采工作面顶板与煤壁控制问题,通过现场调研和理论研究,详细介绍了采煤工作面支架工作阻力的发展状况以及国内外确定支架工作阻力的基本方法,并指出这些方法都是从控制顶板载荷为出发点。为了实现高效开采,建立了平衡顶板载荷和保持煤壁稳定的确定支架工作阻力二元准则。分析了顶板压力等对煤壁稳定的影响以及支架工作阻力在减缓煤壁压力的作用,煤壁上的顶板压力是影响煤壁稳定的主要因素,提出了在保持煤壁稳定时支架工作阻力应满足的准则。当基本顶结构失稳时,会对支架产生冲击,提出了计算控制顶板的支架工作阻力确定的动载荷计算法。

坚硬顶板大采高采场支架阻力的确定

陕西彬长公司大佛寺煤矿40104工作面是大佛寺煤矿布置的第1个大采高综采工作面。为了确定工作面支架合理的工作阻力,采用物理相似模拟实验的方法,对该工作面的支架阻力与支承压力分布进行了分析研究。通过实验分析,确定了坚硬顶板条件下采高3.8 m时综采支架的合理工作阻力为6 000 kN左右。将实验结果与理论计算的结果进行对比,两者具有较好的一致性,同时实验还得出了工作面支承压力的峰值、峰值压力位置与影响范围。

相似模拟试验支架阻力监测装置的研制及应用

在相似模拟试验过程中,为使模拟支架尽可能贴近真实情况,基于液压原理研制出了能够监测相似模拟试验支架阻力的试验装置,建立了现场支架工作阻力和模拟支架测量参数之间的函数关系.为检验支架阻力监测装置性能,以辛安矿1402工作面为研究对象,进行了相似模拟试验和现场试验.由模拟试验和现场试验对比分析可知:监测装置和现场监测的平均工作阻力分别为额定工作阻力的67.88%和69.6%,相差很小.采场支架工作阻力主要的分布范围和相似模拟试验支架阻力监测装置测得的工作阻力分布范围相同,均为5 000 k N^6 000 k N.相似模拟试验支架阻力监测装置能够模拟现场支架工作阻力,具有良好的可靠性.

综放开采支架阻力不唯一性原因分析

在综放开采支架与顶煤相互作用关系分析的基础上,利用顶煤体残余强度变化规律解释了国内综放开采支架阻力不唯一性原因,提出了综放工作面支架阻力确定的基本原则。

承压防砂煤(岩)柱下溃水溃砂工作面压架机理及支架阻力确定

新近系、第四系厚松散地层弱富水性含水层下留设防砂煤柱时,由于薄基岩界面倾斜和起伏变化等特殊地质条件,易形成松散含水层保压结构,含水层水压高,导致防砂煤(岩)柱承受高水压冲击,造成突水溃砂事故以及工作面矿压明显增大并压架。运用理论分析的方法,解释了防砂煤(岩)柱承压加大的概念与形成原因,研究了水砂降低摩擦因数和"高水压核"的水压冲击作用对支架阻力增大的影响,推导出工作面支架阻力计算公式。研究表明突水溃砂过程中工作面阻力异常增大主要是由于水砂降低摩擦因数和"高水压核"的水压冲击,得出了不同情况下摩擦因数降低的数值,并依据机械能守恒定律推导得出高水压对工作面支架冲击力的计算公式。以某矿11071工作面为工程实例,计算了工作面支架阻力变化过程,结果表明由于摩擦因数降低与高水压的冲击造成支架载荷额外加大,超出工作面支架最大载荷,验证了溃水溃砂过程中工作面矿压增大的结论,为类似条件工作面提供借鉴。

采场支架阻力与顶板下沉量关系的研究

把采场直接顶视为可变形介质，分析了其变形破坏特征，根据采场直接顶的承载能力将其分为非承载区、承载区和弱承载区，提出了采场直接顶刚度的概念及其计算方法，本文认为在采场支架围岩系统中，由于直接顶介质的影响，支架阻力并不能限制老顶的最终位态，支架工作阻力和顶板下沉量的关系是老顶给定变形条件下支架和直接顶作用的结果。

极近距离煤层采空区下放顶煤工作面支架阻力研究

以山西临县华烨煤业有限公司矿井4301综放试验工作面支架阻力为背景,首先建立了极近距离煤层层间无关键层台阶岩梁支架阻力计算模型,计算得出合理支架阻力为5 556 kN;利用数值模拟方法研究了在4_下~#煤回采过程中支架受力情况,模拟结果为液压支架立柱压力最大值为30.7 MPa,对应工作阻力5 101 kN;最后通过工程实践验证了所选支架的合理性,为类似条件下的放顶煤回采提供了实践经验。

长壁工作面支架阻力与涌水量时间序列数据联动关系分析

长壁工作面矿压与涌水量间的数据联动关系是实现基于矿山多源信息融合进行开采参数动态决策和灾害智能预警的基础内容之一。基于工作面支架阻力与涌水量现场数据,建立了时间序列GARCH模型,从静态和动态角度挖掘出矿压与涌水量之间的联动性和数据结构特征,提出了基于Almon分布模型的支架工作阻力与涌水量的滞后联动时间计算方法。研究结果表明:工作面回采期间工作面涌水量峰值和支架阻力之间具有显著的时变关联性;工作面支架阻力变动率和涌水量变动率均呈现非正态分布且具有波动集聚性和自相关性;在平稳时间序列ADF单位根检验、格兰杰因果检验和自相关检验的基础上,构建了支架阻力与涌水量数据的ARMA-GARCH-t-Copula边缘分布组合模型,确定了采用Clayton-Copula函数来描述两者数据的非对称相关结构特征和数据联动程度,可以捕捉到工作面支架阻力处于下降趋势或者剧烈波动时数据联动性更强,即顶板发生来压时,工作面涌水量也将出现峰值拐点;从动态角度建立了DCC-GARCH分析模型,案例工作面支架工作阻力和涌水量动态系数在-0.2649~0.2649波动,总体波动具有正联动性和长期协整关系;通过PDL估计模型对Almon分布滞后模型的参数进行了分析,提出了工作面支架阻力和涌水量数据滞后期的计算方法。研究成果可为长壁开采涌水量动态预测与智能预警提供基础数据分析模型。

基于结构体系简化的液压支架阻力确定

针对大采高综放采煤工作面支架与围岩关系进行研究,基于结构体系简化对液压支架-顶板-上覆岩层以及垮落岩体的运移规律、内力确定、位移计算和动态平衡拱、拱下多跨梁的运动规律进行分析,从而得到液压支架的工作阻力和上浮岩层的运动规律。并通过室内相似模拟试验对其运动规律进行验证,同时采用FLAC3D进行数值模拟,采用损伤力学模型对大采高实际开采情况下顶板-上覆岩层的内力变化以及分布规律进行研究,使结构体系法得到肯定。

补连塔煤矿1^(-2)煤四盘区综采工作面支架阻力确定

综采工作面支架工作阻力的合理确定,对于开采厚及特厚煤层工作面的安全生产来说至关重要。传统的综放工作面支架阻力确定的方法主要是依据理论估算法和实测统计法。论文以补连塔煤矿为工程背景,以实测支架载荷统计和垮落带上覆岩层不能形成稳定结构两种方法来估算综采工作面支架阻力,两种方法分别估算的支架阻力为10779~11855k N、11403k N,根据矿压观测结果,1-2煤四盘区的支架额定工作阻力应该达到10779~11855k N,最终选定支架阻力为12000k N的支架。

残煤复采大采高液压支架阻力对煤壁片帮影响分析

以圣华煤矿复采工作面为工程背景,阐述了残煤复采工作面煤壁片帮机理,通过理论计算和运用计算机数值模拟方法分析了不同支架阻力下煤壁片帮情况,并比较了支架阻力在残煤和实体煤条件下对煤壁片帮的影响,得出了如下结论:1煤壁片帮的程度随着支架工作阻力的增大而减小,且煤壁片帮最大深度与支护强度基本呈线性关系;在同等工作阻力条件下,残煤的煤壁片帮程度要远大于实体煤的煤壁片帮程度;2在实体煤条件下,当工作阻力达到8 000kN时,煤壁片帮情况已经不严重,而在残煤条件下,工作阻力要达到9 000kN才能够控制顶板的下沉和煤壁的破坏深度。最后确定圣华煤矿复采工作面支架阻力为9 000kN。

极近距离煤层支架阻力分析及模拟研究

针对极近距离煤层工作面冒顶和支架压死等问题,以华烨煤矿4101工作面为工程背景,首先通过理论计算得出液压支架工作阻力为5 068 kN,额定工作阻力为5 600kN;然后通过数值模拟软件模拟了4^(#)煤层和4_(下)煤层支承压力的分布特征,得出当推进至80 m左右时,4^(#)煤开采会使采空区应力向两侧转移,形成压力拱,对4_(下)煤层起保护层作用,此时液压支架最大工作阻力为5101kN,模拟与理论基本一致;最后通过工程应用分析了支架的适用性,为液压支架的选择提供参考。

综采工作面支架阻力监测与分析

为准确得出综采工作面矿压显现规律,采用KJ24型支架压力监测系统,实现了综采工作面支架工作数据实时监测。通过对支架运行特征与工况分析,验证了支架选型的合理性,为综采工作面安全高效的生产,起到至关重要的作用。

近浅埋煤层双关键层工作面支架阻力确定

针对近浅埋煤层双关键层破断呈现大、小周期来压现象,本文以陕北榆神府矿区某矿井42111综采工作面为工程背景,采用理论分析和现场实测相结合的方法,研究了近浅埋煤层综采工作面顶板破断特征及矿压显现规律,现场矿压观测结果显示42111工作面顶板存在上、下两层关键层,双关键层破断后形成“双砌体梁”结构,其来压具有显著的大、小周期现象;通过建立顶板来压“支架围岩”相互作用力学模型,计算得到“双砌体梁”结构大周期来压时支架阻力不应小于10241.09 kN,现场所选的ZY12000/20/40D型掩护式液压支架额定支护阻力为12000 kN>10241.09 kN,满足设计要求.42111工作面支架阻力现场实测表明:支架阻力区间呈正态分布,均位于其额定阻力范围且富裕度较大,说明选择的液压支架型号、指标较为合理,支架对采场顶板的支撑作用较好,有效保障了工作面顶板安全.

浅埋煤层长壁开采支架阻力及安全界限

依据浅埋煤层矿压显现特征,给出浅埋煤层长壁开采工作面支架合理工作阻力及安全界限的确定方法。工作面支护强度的提高,相当于增加关键层下方工作面处的变形刚度k值,可使基岩层关键层破断距有所减小,顶板的破断位置偏向采空区,顶板台阶下沉范围和下沉值均减小。

近距离煤层下位放顶煤工作面支架阻力的确定

为确定近距离煤层下位放顶煤工作面支架阻力,以某矿近距离煤层5302综放工作面为研究背景,采用理论分析建立了极近距离煤层层间无基本顶支架阻力计算模型,通过数值模拟软件模拟了5号煤开采过程中支架受力情况,从模拟结果可以看出立柱液压最大值为30.7 MPa,而工作阻力为5101 k N。通过工程试件验证了所选支架的合理性,为类似条件下的放顶煤开采提供了实践经验。

大采高工作面顶板结构及支架阻力研究

与普通工作面相比,大采高工作面的覆岩结构更加复杂。通过对东滩矿1316工作面实际地质情况的分析研究,认为该工作面直接顶分为下位直接顶与上位直接顶两部分,总厚度为9.05m,基本顶厚度为15.04m,也由两部分岩层共同组成,并依此建立结构模型。通过对邻近矿井大采高工作面的统计分析,认为支架载荷与采高有着直接关系,但动载系数与采高的影响不大。为保障工作面安全高效生产,对ZY9000/24/58型两柱掩护式支架进行验证,该型支架符合矿井实际需求。