松软煤层大采高工作面煤壁片帮机理及深浅孔交替超前预注浆加固技术研究

目的为探究松软煤层大采高工作面煤壁片帮机理,并对片帮严重的松软煤层大采高工作面煤壁进行有效控制,方法利用材料力学理论得到煤壁片帮的频发位置,引入煤壁剪切破坏准则,得出松软煤体煤壁片帮的主控因素。并以李村煤矿1305工作面为例,通过FLAC3D建立数值模型,以煤壁最大位移、煤体破坏深度、支承压力大小和支承压力峰值位置4个因素作为参考比较对象,通过引入正交试验法,研究了煤层埋深、内摩擦角、黏聚力、抗拉强度以及支护强度对煤壁片帮的影响程度。结果结果表明:煤体自身的物理力学性质(内摩擦角和黏聚力)是影响煤壁片帮的主要因素,其次煤体的赋存条件(埋深)也是一个较为关键的影响因素。结论工业性试验基于正交试验结果提出了大采高综采工作面深浅孔交替超前预注浆加固技术,有效控制了李村煤矿1305工作面煤壁片帮严重情况,为其他类似地质条件大采高综采工作面煤壁片帮控制提供了借鉴。

大倾角大采高工作面煤壁失稳机理分析

大倾角大采高工作面煤壁灾变易诱使支架-围岩系统失衡,导致围岩稳定性控制复杂化,故煤壁灾变防控对保障工作面安全生产十分关键,而科学化防控技术的前提是明晰煤壁失稳孕育机制,为此采用数值计算及理论分析法展开研究。研究结果表明:大倾角大采高工作面煤壁承压倾向分区异化,下部区域应力集中程度较中部、上部高,集中区范围由下至上减小,垂向中部应力值较低,应力极值及走向位置与回采距具有正相关性,煤壁揭露前后邻域承压环境会突变,且承压态随煤体破坏演变异化,煤体承压结构会由非连续态经压实过渡为类连续状,而后整体移动至阈值后发生破断结构离散化。煤壁前方塑性区随采动作用不同幅度扩展,其稳定性受制于回采距及速度,低速回采、回采距离增加时煤壁稳定性逐步降低,塑性破裂发育区煤体为支承压力等动载、静载主承体,煤壁失稳是支承压力与扰动区内煤体自身抗压性能动态失衡,由运移、变形等承压行为量变诱发煤体结构质变而破断失稳,承压非对称性及多向耦合造成煤壁失稳分区及范围倾向扩展。

大采高工作面覆岩运动与煤壁片帮规律

为探究大采高工作面顶板运动规律及煤壁破坏机理,建立3种不同采高的UDEC数值模型,分析采高和支架护帮板位置对顶板垮落步距、形态及煤壁破坏深度的影响,建立煤壁滑移破坏力学模型。研究结果表明:初次来压步距受采高的影响较小,均为45 m,周期来压步距随着采高的增大而减小;大采高工作面由于垮落矸石无法充满采空区,顶板易形成悬臂梁结构;采高增大会增大煤壁片帮的风险。计算得出了大采高工作面煤壁能承受的最大顶板压力,给出了煤壁滑移破坏判据。通过建立不同护帮板位置的数值模型,确定了8.8 m大采高工作面的护帮板最佳支护位置。提出了增加护帮板水平推力和支护面积的煤壁控制方法,现场应用该方法使煤壁稳定性得到了有效提升。

大采高煤壁片帮防治柔性加固机理与应用

针对大采高工作面煤壁片帮严重影响生产的实际,提出了煤壁片帮防治柔性加固技术。分析了煤壁变形特征和柔性加固机理,设计了柔性材料拉拔实验和柔性材料加固煤样强度实验,研究了不同直径棕绳煤样的变形和强度特征;构建了"棕绳-浆液-煤体"的本构模型,揭示了棕绳与煤壁协调变形机理。研究发现:煤壁具有逐渐暴露、无支护、大变形的特征,柔性支护材料棕绳具有延伸性好、抗拉强度和抗剪强度较高等特点,棕绳能够适应煤壁的大变形特征;"棕绳+注浆"这种新的煤壁柔性加固技术可以实现全长锚固,破坏的煤体在棕绳拉力作用下不滑落,煤壁稳定性得到提高。煤壁柔性加固技术效果显著,成本大幅降低,为煤壁片帮防治提供了新思路。

基于三线性应变软化模型的综采工作面煤壁片帮深度解析预测

为预测综采工作面煤壁片帮深度,以煤壁为研究对象,煤壁煤体视作三线性应变软化材料;将直接顶和基本顶视作宏观顶板,建立了宏观顶板与煤层、支架相互作用的承载力学模型,结合边界条件推导了综采工作面煤壁片帮深度解析计算公式,利用该公式研究上湾煤矿12401工作面煤壁片帮情况,分析影响煤壁片帮的因素及影响规律,结果表明:①推导获得的煤壁片帮深度计算公式能够较准确计算综采工作面煤壁片帮深度,能够定量分析顶板特性和支架参数等对煤壁片帮深度的影响。②增加支架初撑力能够降低煤壁片帮深度;增加支架刚度能够降低煤壁片帮深度,但效果较差;增加支架护帮板支护强度,煤壁片帮深度近似线性减小。③顶板厚度和抗拉强度增加,煤壁片帮深度增长,但增长速率随顶板厚度和抗拉强度增加逐渐趋缓。这主要由于顶板厚度和抗拉强度增加,顶板破断步距增大,向采空区内旋转下沉角度增大所致。④综采采高对煤壁片帮深度有很大影响,综采采高增大,煤壁片帮深度近似线性增长。⑤煤体单轴抗压强度增大,煤壁片帮深度减小,顶底板与煤层界面之间的摩擦因数增大,煤壁片帮深度减小。⑥顶板动载系数增大,煤壁片帮深度近似线性增大。

工作面煤壁甲烷涌出在受限空间的扩散规律研究

针对综采工作面受限空间内,监测传感器无法满足甲烷浓度监测的需要,以及工作面人工巡检位置难以明确的现状,研究了工作面煤壁甲烷涌出在受限空间的扩散规律。首先将工作面受限空间划分成均匀网格,并进一步划分为3个横向区域和4个纵向区域。然后通过对工作面煤壁甲烷涌出的特征分析,结合现场数据,建立仿真模拟实验的边界条件,对不同甲烷涌出强度和风速条件下的甲烷扩散规律进行研究。实验结果表明:随着甲烷涌出强度增大,垂直煤壁方向上,靠近煤壁位置的甲烷扩散占比减少,远离煤壁位置的甲烷扩散占比增加;平行煤壁方向上,甲烷扩散占比未发生明显变化。随着工作面风速增大,垂直煤壁方向上,靠近煤壁位置的甲烷扩散占比增加,远离煤壁位置的甲烷扩散占比减少;平行煤壁方向上,回风侧区域甲烷扩散占比向进风侧区域转移。

基于微震技术煤壁片帮智能监测预警装置

随着煤矿生产规模的扩大和机械化程度的提高,煤矿井下煤壁片帮稳定性问题日益突出。为了提高煤矿井下煤壁片帮稳定性监测的准确性和可靠性,提出了一种基于微震技术的煤壁片帮智能监测预警装置。该装置采用微震传感器采集煤壁片帮的微震信号,利用信号处理技术分析煤壁片帮的稳定性,并通过无线通信技术将监测数据传输到地面监控中心。通过对监测数据的实时分析和预警处理,可以及时发现煤壁片帮的稳定性问题,为煤矿生产提供安全保障。

大采高工作面局部煤壁片帮特征思考

本文以大采高工作面为研究对象,主要对大采高工作面的局部片帮特征展开分析。在大采高工作面开采期间,容易出现工作面局部煤壁片帮的情况,这种情况会严重影响大采高工作面的稳定性和可靠性。所以需要在大采高工作面开采期间对局部煤壁片帮特征进行分析,再采取适宜的防治措施,保证大采高工作面能保持较好的开采水平,推动大采高工作面开采工作的顺利进行,满足矿业企业的发展需求。

采煤机滚筒截割煤壁过程动力学分析

基于采煤机滚筒截割煤壁过程特征,介绍一种适用于采煤机滚筒截割煤壁过程分析的动力学仿真分析方法.此方法需先根据采煤机滚筒截割煤壁过程特征构建仿真模型,根据仿真模型通过ABAQUS软件实现动力学仿真分析,进而获取滚筒截割煤壁动态过程分析、滚筒三向受力分析、叶片升角对滚筒受力的影响分析三种截割过程动力学分析结果.将动力学仿真分析方法应用于工程实践,检验动力学仿真分析方法应用价值.

厚煤层一次采全高煤壁失稳机理及控制技术

针对王庄煤矿6.5 m以上厚煤层一次采全高综采工作面煤壁片帮严重,稳定性差的现状,结合现场实测结果对该矿煤壁片帮失稳机理进行了分析。基于采高过大易导致煤壁片帮严重的事实,提出了采用"梯级煤壁"方法控制片帮技术,并分析了其作用机理。结果显示:该工作面煤壁片帮体破坏面形状近似于圆锥锥面,规模近似于"楔形体";将煤壁划分为由上而下前后依次错开的若干梯级后,煤壁受力情况得以改善,并有利于煤壁片帮控制。

大采高综采工作面煤壁应力及稳定性研究

利用煤壁力学模型,分析工作面前方支承压力与煤层压缩角之间的关系,结合成庄矿4322工作面的实际情况,研究大采高综采工作面煤壁应力,计算得出煤壁上的应力为15.0 MPa,工作面前方支承压力峰值为22.6 MPa,煤壁极限平衡区宽度为16.4 m。利用数值模拟软件FLAC3D,求解工作面回采150 m后煤壁的应力,以验证理论计算结果,通过分析工作面中部和端头煤壁的塑性破环范围,研究4322工作面煤壁稳定性。结果表明:工作面两端头煤壁比中部煤壁容易发生片帮。根据工作面前方支承压力分布规律和煤壁前方塑性区范围,研究大采高综采工作面煤壁片帮机理,提出煤壁片帮防治措施。

综采工作面协同管控煤壁片帮技术研究与应用

赵固一矿面临多重挑战,包括煤层埋藏深度大、采高尺寸大、基岩层较薄、围岩强度不足以及煤体易脆裂等。这些因素导致采煤工作面的煤壁片帮和顶板冒落问题,严重影响了工作面的安全生产。赵固一矿采取以下措施:(1)在尽可能减少化学浆使用的前提下,通过强化现场质量管理,以最优方式控制煤体压力,从管理层面着手,积极应对片帮、冒顶问题;(2)实施煤层中压深孔注水[1-3]措施,改变煤体的力学特性。通过中压注水,煤体的内聚力和抗剪强度得以提升,从而达到减轻甚至防止煤壁片帮危害的目的;(3)煤层注水有利于释放瓦斯、降低粉尘、改善工作面工作环境等。通过实施这些措施,赵固一矿成功开展了针对煤墙片帮的综合防治技术实践,并取得了显著成效。

大采高工作面煤壁变形破坏影响因素研究

针对大采高工作面回采期间煤壁发生变形破坏严重的问题,通过理论阐述、数值模拟和物理相似模拟相结合的方法,研究了晋城市境内某矿井61610工作面煤壁的变形破坏影响因素,结果表明:煤壁中煤体的粘聚力较内摩擦角对于煤壁稳定性的影响要大得多;随着煤体粘聚力的不断递增,煤壁中煤体由剪切变形破坏转变为拉裂变形破坏,且在粘聚力较大时煤壁能够保持良好的完整性。随着煤体内摩擦角的不断递增,煤壁中煤体始终保持剪切变形破坏状态,且内摩擦角对于煤壁稳定性的提升效果有限;随着煤壁中煤体粘聚力的增加,煤壁发生严重变形破坏所需要的临界均布载荷值也相应增大,而对应的变形破坏高度和深度却相应减小。研究结果为大采高工作面回采期间煤壁稳定性的提高指出了治理方向。

仰采工作面煤壁片帮加固控制支护技术

为保证工作面仰斜开采时的安全,避免回采出现煤壁片帮事故,通过对煤体结构稳定性的受力分析,并结合其他相关影响因素,提出在工作面仰斜回采阶段利用两巷顺槽施工超前注浆钻孔进行加固治理,采取波雷因PN-1型注浆材料充填煤岩体破碎裂隙,提高煤体塑性强度和抗拉强度,经过钻孔窥视:孔内煤岩层分布均匀,原生裂隙被注浆材料充填,痕迹明显,未发现横向和纵向裂隙,工作面仰斜回采时未发生片帮现象。

基于楔形椎体模型工作面煤壁稳定性研究

针对大同矿区复杂地质条件工作面回采期间煤壁稳定性较差的问题,以大同矿区某煤矿1022工作面为工程背景,通过理论分析、数值模拟,对影响煤壁稳定性的因素进行了研究。结果表明:工作面采动期间,煤壁失稳片帮过程分为煤体损伤破坏阶段和煤壁剪切滑移失稳阶段。在煤体损伤破坏阶段,工作面前方煤体应力环境被恶化,加剧了应力畸变区煤岩体单元的损伤破坏,增大了煤壁片帮机率;在煤壁剪切滑移失稳阶段,根据楔形椎体力学模型,发现煤壁稳定性系数K随支架护帮力P0、结构面内聚力C和内摩擦角φ的增大而增大,随顶板压力的增大而减小,并据此提出了煤壁稳定性控制措施。

煤壁浅孔注水控制“三软”煤层煤壁片帮

通过对煤层防尘注水技术的改进,提出了可有效防治"三软"煤层工作面煤壁片帮的浅孔注水技术,在米村煤矿综放面实施后,取得了显著的效果。

大采高综采工作面煤壁片帮机理及防治技术研究

通过现场实测分析总结了片帮的主要特征,经过分析,得出了影响工作面煤壁片帮的2个主要因素是采高和支架工作阻力,并且模拟了在工作面采高和支架工作阻力下煤壁的片帮情况。最终,提出了防治工作面煤壁片帮的2种措施:高分子化学材料加固和补打木锚杆加固。

6.5m厚煤层一次采全高工作面煤壁稳定的研究

为了解决6.5m厚煤层一次采全高工作面煤壁稳定性问题,提出了煤壁塑性区的形成与扩展和工作面支架支护强度是影响此类工作面煤壁稳定性的两个主要因素,然后结合平面应变条件下的LadeDuncan强度准则,建立了煤壁塑性区宽度计算公式,并通过数值计算对上述影响因素进行了模拟研究,最后提出了采用加大支架护帮板支护阻力和煤壁注浆加固等方法来控制煤壁片帮失稳,现场试验表明,上述方法有效地解决了王庄矿一次采全高工作面煤壁稳定性的技术难题。

坚硬厚煤层综采面煤壁稳定性影响因素分析

随着我国煤炭开采装备现代化水平的提高,大采高综采工艺成为重要的发展方向之一,然而,大采高综采一次性开采煤层厚度大,开采强度高,导致工作面来压显现剧烈,工作面煤体二次发育程度增大,工作面煤壁及顶板的稳定性将受到很大的影响。文章对影响坚硬厚煤层煤壁稳定性的采高、煤层强度、支架支护阻力等因素进行理论分析和数值模拟研究,根据研究结果对阳煤寺家庄矿采场提出防治片帮和冒顶的措施,应用后取得了良好的防治煤壁片帮的效果。

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。