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。

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。

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。

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。

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。

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。

大采高综采面煤壁片帮特征分析与应用

片帮问题是制约大采高综采面安全高效开采的主要因素之一,为了弄清大采高工作面煤壁片帮特征,采用压杆理论分析完整性较好的煤壁的挠度特征,得到了煤壁容易发生片帮的位置在煤壁的中上部,并与现场实测结果对比分析,得到了大采高综采面两种典型的片帮形式:半煤壁片帮和整个煤壁片帮.现场采取了提高护帮板的使用率,增加支架的实际初撑力和工作阻力,及时移架等片帮综合治理措施,减少了工作面煤壁的大块煤片帮现象.

特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮机制分析

针对特厚煤层大采高工作面,将超前支承压力作用的煤体分为破裂区、塑性区和弹性区。考虑支架护帮阻力等因素,建立了支承压力作用的煤体变形破坏及煤壁片帮分析力学模型。通过摩尔-库仑准则和非关联弹塑性分析,推导出了煤壁水平位移量及破裂区和塑性区半径解析表达式,分析了影响煤壁片帮的主要因素。理论结果与现场实测结果误差仅为15.6%,验证了模型的正确性。研究表明,随支承压力集中系数的增大、机采高度的增加以及支架护帮阻力的减小,煤壁水平位移量明显增大,煤壁片帮程度严重。工程实践表明,提高支架工作阻力,减缓煤壁处压力,控制合理采高以及增大支架护帮阻力,可有效缓解大采高综放工作面煤壁片帮程度。

大采高工作面过断层构造煤壁片帮机理及控制

高强度采动影响下,煤壁片帮问题在大采高工作面日趋突出,针对断层构造处高帮煤壁稳定性恶化且难以支护的问题,采用数值模拟、理论分析、室内及现场试验等综合研究方法,分析了断层构造处大采高工作面煤壁破坏机理、稳定性影响因素及控制措施。断层构造处工作面前方煤体塑性破坏区的扩大增加了揭露前煤体损伤程度,为片帮事故发生奠定了基础;建立高帮煤壁稳定性分析力学模型,分别得到剪切、拉裂型片帮发生判据;得到煤体破坏起裂角βsm,βtm(非恒值)确定公式及影响因素;煤体黏聚力、内摩擦角及采高对两种片帮形式的影响程度均为:黏聚力>采高>内摩擦角;断层构造处片帮事故发生频率、危害程度急剧增大原因为:采高过大、煤体物理力学性能降低、顶板载荷增大;最后以王庄8101工作面过F286断层为工程背景,提出了重型设备"低割煤高度、高初撑力、高护帮高度"结合煤壁注浆的综合过断层措施,有效改善了煤壁控制效果,提高了开机率。

河滩沟煤矿综放面煤壁片帮机理及其控制

结合包头矿务局河滩沟煤矿现采煤层地质力学条件 ,分析了放顶煤工作面煤壁片帮的力学机理 ,提出了控制煤壁片帮的技术措施。

三软不稳定煤层工作面煤壁片帮机理及防治技术

为防止在三软不稳定煤层回采工作面使用悬移支架时发生由煤壁片帮引起的冒顶事故,通过分析"三软"不稳定煤层滑移式片帮和压剪式片帮的片帮机理,并提出煤壁片帮防治技术,根据"三软"不稳定煤层工作面煤壁片帮的主要特征,实施了在回采工作面煤壁上端打木锚杆和煤层注水相结合的技术,辅之以加强支架—围岩关系的管控和优化回采工艺的防治煤壁片帮的综合措施。现场试验结果表明,实施煤壁片帮综合防治措施后,片帮深度超过0.3 m的片帮率由52.6%降至12.5%,最大片帮深度由0.82 m降至0.42 m,回采工作面的煤壁片帮得到有效控制。

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。

多关键层跨煤组远程被保护层煤壁片帮机理及防治

煤壁片帮是制约大采高软煤综采工作面安全、高效回采的主要因素之一。基于淮南矿区A组煤、B组煤煤系地层禀赋及下保护层开采生产条件,针对潘二矿11224工作面煤壁片帮破坏特点,采用现场实测、物理模拟、理论分析、工业试验等方法,研究了多关键层结构跨煤组远程下保护层开采覆岩采动裂隙发育规律和被保护层大采高软煤综采工作面煤壁失稳力学过程,揭示了回采前已受采动影响的煤壁片帮机理并提出控制措施。结果显示:①被保护层煤壁破裂形式主要为不规则滑移体沿破裂面的滑移运动,同时伴有区域多发性及倾向蔓延性,片帮迹线观测到贯穿煤层的节理弱面;②物理模拟显示,受下保护层开采影响,远程被保护层11224工作面处于覆岩“三带”中弯曲下沉带内,并出现大量随机分布的法向节理裂隙;③薄板模型极限挠度分析显示,采高、关键层空间结构、垮落带和断裂带岩层碎胀系数是决定“三带”发育高度的主控因素,理论计算所得“三带”发育特征与物理模拟一致;④基于煤壁片帮形式和受扰动影响特征,建立被保护层煤壁单元受力简化模型,给出考虑围压作用任意形态三棱柱体剪切破坏判据;⑤三棱柱体破裂后形成滑移体,主控弱面控制滑移体的摩擦滑动,提出滑移体沿结构面摩擦滑动失稳判据;⑥提高支架阻力和护帮力、采用“棕绳+注浆”柔性支护以及工字钢辅助铺网加强支架支护,可显著提高煤壁单位稳定性。

大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术

为控制大采高综采工作面煤壁片帮,通过理论分析、数值模拟、现场实测等研究方法。研究了大采高综采工作面煤壁片帮机理,在此研究基础上,根据淮南张集矿1215(3)大采高综采工作面具体条件,提出了俯斜开采、采用高阻力结构合理的液压支架、加快工作面推进速度、加固煤壁和及时带压移架等控制煤壁片帮技术,应用实践表明,控制煤壁片帮效果良好。

层理发育硬煤层煤壁片帮机理及防治技术

为了分析层理发育硬煤层煤壁片帮机理,通过现场调研、试验室试验和理论分析的方法研究了煤体物理力学性质、节理裂隙分布对煤壁稳定性的影响,并提出了超高压注水防片帮技术。现场应用结果表明:横向层理发育硬煤层煤壁片帮发生在层理面,破坏形式以拉伸破坏为主;增大注水压力可增大硬煤湿润半径,缩短注水时间,增大注水孔距。应用过程中大块煤明显减少、开机率提高显著、煤壁片帮有效减缓,工作面推进速度得到提高。

综采放顶煤工作面俯、仰斜开采对煤壁片帮的影响机理研究

以包头矿务局河滩沟煤矿3号煤层放顶煤工作面为对象,应用力学分析方法,分析了俯、仰斜开采对煤壁片帮影响的力学机理,指出了由于工作面推进方向不同而引起顶板支承压力相对于煤壁自由面的位置不同,是造成煤壁片帮的主要原因之一,论述了确定工作面推进方向对防止煤壁片帮的重要性。

松软顶板采场煤壁片帮与顶板冒落作用机理研究

以色连一号矿8101工作面为工程背景,通过现场实测松软顶板冒落形态和煤壁片帮形式,进行采场松软顶板冒落及煤壁片帮作用机理分析,采用数值模拟分析煤壁片帮前后松软顶板塑性区、应力及顶板下沉情况,提出了松软顶板冒落及煤壁片帮防治原则及措施。研究表明:1煤壁片帮导致工作面空顶距增大,加快松软顶板冒落;2理论分析结合现场实测得到工作面发生顶板冒落时0.5m≤[a]≤1.14m,工作面正常推进中(及时移架情况下)煤壁片帮后松软顶板极易冒落;3煤壁片帮后较片帮前来说,空顶区顶板出现拉伸破坏,支架上方顶板区域和煤体深部极限平衡区范围减小,片帮后顶板垂直应力增加明显,煤壁到支架间区域下沉量在0.5m,煤壁片帮导致空顶区顶板垂直应力、剪切应力和顶板下沉量都增大,顶板更容易发生冒落。

孤岛仰采工作面煤壁片帮分析与治理

梧桐庄矿182309工作面是孤岛仰采工作面,仰采角度大,矿压显现明显,煤壁极易片帮。针对以上问题,以梧桐庄矿182309工作面为工程背景,采用FLAC3D和UDEC数值模拟软件模拟分析了工作面周围的应力分布情况和煤壁片帮情况。在此基础上,工作面采用了超前预注浆加固技术措施,有效地控制了煤壁片帮现象。

特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮机理及控制

针对不连沟煤矿F6202大采高综放工作面煤壁片帮严重的问题,通过现场调研观测,根据煤壁片帮位置,总结并分析了回采过程中煤壁片帮的基本特征。进一步分析了顶板结构、液压支架工作阻力及工作面推进速度对煤壁片帮程度的影响。研究表明:顶板形成的"下位组合悬臂梁-上位砌体梁"结构中组合悬臂梁失稳断裂引起煤壁上方"反弹区"向煤壁冲击,以及支架工作阻力偏小、工作面推进速度过快引发组合悬臂梁结构强度伪增强而积聚更多应变能瞬间释放是导致大采高综放条件下煤壁片帮的重要因素,增大液压支架工作阻力能够降低煤壁片帮程度。提出了"煤层注水、适当减缓工作面推进速度、提高液压支架工作阻力"的片帮综合治理方案;工程实践表明,治理后煤壁片帮频次和日片帮深度均值较之前大幅减小,取得良好片帮治理效果。

仰采大采高工作面煤壁片帮影响因素分析及控制措施研究

针对东庞煤矿大采高工作面仰采阶段的煤壁片帮具体情况,通过理论分析、数值模拟、室内实验、现场实测等研究手段,研究了仰采大采高工作面煤壁片帮的影响因素,提出了提高支架初撑力、降低割煤高度、加快工作面推进速度和煤壁注浆加固等控制煤壁片帮技术措施,并取得了良好的应用效果。论文的研究结论对于如何提高仰采大采高综采工作面的开采效率和应用成功率具有一定的借鉴意义。