矿井采煤工作面顶板事故防治策略研究

随着中国采煤工作面深度和开采规模不断扩大,顶板事故不断增多,给矿井生产带来了极大的影响。如何有效防治顶板事故,成为了亟须解决的问题。论述了矿井采煤工作面顶板事故防治的重要性,通过对事故成因的分析,提出了相应的防治策略,通过对比,证实了研究方向的准确性,可以为矿山安全生产提供有益的参考。

大西沟铁矿露采境界内空区顶板安全厚度研究

大西沟铁矿露天开采安全受原地下开采残留空区的影响。为确保境界内台阶开采的安全,采用4种理论计算方法和数值模拟,确定不同跨度采空区的顶板安全厚度,建立顶板安全厚度与采空区跨度的函数关系,对境界内采空区进行分类,并结合采空区顶板安全厚度确定其处置时机。研究结果表明,采空区顶板安全厚度随跨度增加呈二次函数增长,露采境界内已探知的5个空区均为简单易处理的Ⅰ类空区。当前阶段应在1343.9 m标高对2个采空区进行处理,未来应在1368 m标高对2个采空区进行处理,在1356 m标高对1个采空区进行处理,处理手段均为爆破崩落。研究结果为大西沟铁矿境界内采空区的安全处置奠定基础。

非均匀顶板岩层对覆岩破坏的控制作用模拟研究

松散含水层下采动顶板覆岩破坏问题受到广泛关注,但现有数值模拟成果普遍将顶板覆岩简化为均匀层状结构,不能反映出不同岩性的岩层分布对覆岩破坏的控制作用,具有一定的局限性。以孙疃矿101采区1010工作面为例。首先依据相关资料基于GOCAD软件建立精确三维地质模型,其次通过转换接口将模型导入FLAC^(3D)软件中模拟采动,分析顶板非均匀岩层对覆岩破坏的控制作用。结果表明:非均匀顶板煤岩层及四含松散层对覆岩破坏具有一定控制作用;软弱岩层越厚,塑性区最大高度越高,发育速度越快,反之高度越低,速度越慢;塑性区发育至软弱煤岩层时,高度增长明显。而发育至坚硬煤岩层时,高度增长较小甚至不增长;四含松散层厚度越大,塑性区最大高度越高,发育越快,反之最大高度越小,发育越慢。

大采高工作面破碎顶板注浆加固技术应用

以慈林山煤矿3109大采高工作面为工程实例,为解决该工作面在遇断层和超前支撑应力、构造应力耦合状态下,其破碎岩体容易发生超前冒顶和片帮的问题,针对性设计注浆方案与选定注浆浆液;工程实践表明,该工作面破碎区域注浆效果良好,实现了安全推采,提高了生产效率。

坚硬灰岩顶板破断对煤层底板破坏特征

为研究坚硬灰岩顶板破断对煤层底板变形破坏的影响,以黄河北煤田邱集煤矿111107工作面为背景,基于顶板岩体破断动载应力函数,运用FLAC^(3D)模拟了坚硬灰岩顶板破断对采空区底板的破坏过程,对比了不同动载幅值下采空区底板破坏特征,基于深孔聚能爆破预裂技术,设计了爆破切顶方案,为坚硬灰岩顶板工作面安全开采提供保障。模拟结果表明:动载作用前后底板破坏范围和深度有明显增加,底板最大破坏深度达12 m,动载作用结束以后,残余应力波仍持续影响采场底板,直到灰岩顶板破断150 ms后,采场底板的动力响应才全部结束;随着动载幅值增大,底板破坏范围逐步增大;在持续时间相同的条件下,当幅值小于10 MPa时,动载作用前后底板破坏变化不明显;当幅值大于10 MPa时,动载作用前后底板破坏有明显变化。

工作面过陷落柱覆岩垮落形态与支护技术研究

为解决新景公司芦北15号采区15231进风巷过陷落柱区域的支护设计问题,采用理论分析构建了陷落柱破坏判定式,并分析了陷落柱构造的力学致灾与防治机理。运用相似模拟实验探究了工作面过陷落柱区域时的覆岩垮落规律。结果表明:陷落柱的裂隙结构、应力强度因子等岩性特征参数越弱,构造复杂程度越高,陷落柱的失稳破坏强度越大。工作面通过陷落柱区域时会发生大面积的覆岩运移与顶板的急速下沉。推过陷落柱区域后,覆岩的破断高度沿陷落柱高度继续向上发育,周期来压步距表现为“揭露构造前大于揭露构造后”的特征。针对性地设计了“钢筋钢带+经纬网+锚索+锚杆+套29U型棚”联合支护方案,监测结果表明:两帮的变形量波动增加,顶底板的变形量缓慢增加,变形增量为25~35 mm.巷道未表现出明显的大变形与快速失稳的特征,侧面验证了支护优化设计方案具有可靠性。

套筒交替压裂作用下岩石力学特性模拟研究

为拓宽坚硬顶板强制放顶方法,解决坚硬顶板所引起的围岩应力集中问题,基于弹性力学推导了套筒破岩力学机制,采用PFC3D数值仿真软件,通过改变套筒膨胀路径来分析套筒压裂过程中岩石破裂形态及膨胀力特征。结果表明:多孔套筒压裂过程中,增大钻孔半径、增加套筒数量或减小钻孔间距均能降低岩石开裂所需的注液压力;相较于同步压裂,交替压裂延长了压裂时间,形成了更为复杂的裂隙网络,岩石损伤范围更大;交替压裂降低了压裂过程所需的膨胀压力,加剧了岩石的疲劳损伤,声发射信号呈现多峰值分布,岩石裂缝数目增多;相较同步压裂,套筒交替压裂所产生的耗散能以及耗散能占比更高,对岩石的破坏程度更大。

特厚煤层坚硬顶板综放开采矿压特征及覆岩破断规律研究

同忻煤矿主采石炭系3-5号煤层,平均煤厚约为15 m,其顶板主要由砂岩和砾岩组成的坚硬顶板。上部侏罗系内赋存有四层煤层,大部分已被开采,在坚硬顶板和煤层群遗留煤柱条件下,工作面回采期间矿压显现强烈。通过对同忻煤矿8309工作面现场矿压监测,分析工作面支架循环末阻力,得到工作面初次来压步距为70~75 m,周期来压步距为10.69~44.36 m,来压期间最大工作面阻力为15873.15 kN.利用3DEC数值模拟软件对8311工作面回采过程中上覆岩层的运动规律进行模拟,随着工作面向前推进,工作面逐渐呈现“下位悬臂梁与上位砌体梁”结构,得到了上覆坚硬顶板破断、失稳、垮落的特征规律。为具有类似条件的综放工作面回采提供可靠参考。

水力压裂切顶卸压技术在综采放顶煤工作面回风顺槽的应用

水力压裂切顶卸压是指通过钻孔切槽并注高压水,在顶板岩石中形成定向裂缝,破坏岩石的完整性。我国水力压裂技术最早从波兰引进并主要应用于石油工程等,煤矿方面首次在大同矿区进行井下试验,并取得良好的应用价值。随着火工品的控制越来越严格以及爆破具有复杂性、危险性等,水力压裂切顶卸压技术被逐渐推广和应用。

同忻矿8311工作面坚硬顶板破断特征与矿压显现规律研究

特厚煤层综放开采是煤炭资源开发中的一项重要课题,其开采过程中存在着一系列的难题,其中最为突出的是顶板破断引发强矿压显现。文章基于同忻矿特厚煤层8311工作面,在关键层理论基础上,采用公式计算的方法得出了坚硬顶板的初次和周期来压步距;采用离散单元软件UDEC模拟煤层开挖,得出了坚硬顶板断裂步距与结构。通过现场矿压监测,分析了坚硬顶板的来压步距、周期来压动载强度和“大小周期”现象,探究了坚硬顶板破断与矿压规律之间的关系,为特厚煤层的安全高效开采提供了有力的理论支撑。

厚坚硬顶板来压规律与放顶研究

针对厚坚硬顶板来压步距较大和顶板难以垮落等问题,以袁店一矿1033中工作面为工程研究背景,通过理论分析、数值模拟和现场实测等相结合的方法,研究厚坚硬顶板岩层演化规律,该工作面顶板初次来压步距为50 m左右。为解决顶板悬顶带来的危害,提出水力压裂放顶方法,通过数值模拟放顶前、后的上覆岩层位移与应力的变化,验证该方法可行性。研究结果表明:水力压裂后支架阻力由32.50 MPa减少到24.32 MPa,降低约25.17%;顺槽顶板最大位移沉降量从140 mm减少到95 mm,减少约32.14%。

坚硬顶板切顶成巷挡矸结构变形与破坏机理研究

针对坚硬顶板切顶成巷过程中挡矸结构易弯曲、偏移问题,以邱集煤矿11煤1105工作面运输巷为研究对象,构建全过程挡矸结构力学模型,并结合ABAQUS数值模拟软件分别模拟了受矸石冲击、挤压时挡矸结构受力变形情况。研究结果表明:坚硬顶板垮落矸石冲压特征明显,易导致挡矸结构横向弯曲,尤其是挡矸结构中工字钢上部变形严重,通过对工字钢顶端施加横向约束力,可有效减小工字钢变形;受矸石挤压作用,金属网发生网兜变形,并对相邻工字钢产生较大的拉应力,易造成整体失稳;工字钢间距800 mm时钢筋网变形量降低明显。提出1种新型挡矸支护方案,经现场实施监测,新方案下矸石帮变形减小了约49%,满足生产安全需要。

采煤工作面巷道水力压裂切顶卸压技术研究

某煤矿2304工作面悬顶垮落,造成巷道变形严重。采用水力压裂切顶卸压技术破坏顶板岩层完整性,减小顶板垮落对工作面的破坏。现场工程实践表明,卸压后巷道最大顶底板变形量均在安全范围内,水力压裂切顶卸压取得良好的施工效果。

采煤工作面破碎顶板控制技术

旨在研究采煤工作面破碎顶板的控制技术,以提高矿山安全和生产效率。分析了破碎顶板的成因以及工作面顶板控制的影响因素,探讨了如何有效地应对顶板破碎这一问题。研究结果表明,科学合理的破碎顶板控制技术能够显著降低事故风险,提高采煤工作面的稳定性和效率,对矿山生产具有重要意义。

断层区煤巷顶板破断问题与支护研究

为解决煤巷断层区顶板破断引起的冒顶事故,在简述该事故危害的基础上,对其产生原因、机制进行深入分析,然后提出相应的支护对策,为相关人员提供参考,有效预防断层区煤巷顶板破断冒顶事故发生。

倾斜底板非对称底鼓灾变机理及灾变模式研究

深部高应力倾斜底板岩层易发生非对称底鼓灾害。采用有限元-离散元耦合数值方法(FDEM)研究倾斜底板非对称底鼓灾变机制、灾变模式,以及岩层倾角对底鼓模式的影响。结果表明:(1)应力驱动型底鼓灾变机制为碎胀性的渐进挤压大变形,环形切向集中应力是造成上述灾变的应力驱动源;(2)当倾角为15°~30°时,非对称底鼓特征明显;当倾角为45°~75°时,非对称特征减弱;当倾角为0或90°时,底板呈对称底鼓特性。

中厚煤层沿空留巷工作面煤柱注浆补强加固技术

新景矿3109工作面采用沿空留巷回采工艺,由于巷道处于大埋深、中厚煤层条件,且巷道服务周期长,待相邻采面回采复用巷道时,常出现变形量大、失修率高等现象。通过在第一辅助进风巷和回风巷采取打设单体柱抬棚、浇筑柔模墙体、打设绞架木垛和圆木点柱等加固方法,有效控制巷道变形速率。同时,采取对巷旁煤柱实施注浆加固措施,留巷巷道顶板下沉量减少45%,煤柱憋帮量减少51%,降低了沿空留巷巷道的失修率。

海湾煤矿“两带”发育高度数值模拟计算

【目的】研究海湾煤矿42211工作面顶板垮落带及导水裂隙带的发育规律,探查其对工作面回采的影响范围。【方法】在经验公式推导计算的基础上,运用FLAC3D数值模拟软件,模拟不同推进距离下垂直应力分布和拉应力场分布下的覆岩“两带”高度变化规律。【结果】通过FLAC3D数值模拟得出42211工作面的“两带”发育高度。【结论】数值模拟结果和经验公式的计算结果接近,研究成果可以为此类工作面实测“两带”发育高度提供参考。

煤矿井下大倾角综采面顶板控制方案的优化研究

为了解决6306综采面巷道顶板易破碎、煤壁易片帮的问题,提出采用“注浆加固+棕绳加固”的控制方案,利用FLAC仿真分析软件对该方案的有效性进行了仿真验证,确定了加固工作方案的技术参数,并对在井下注浆加固和棕绳加固的应用情况进行了论述,根据实际应用表明,该控制方案能够彻底解决井下煤壁片帮问题。

浅谈煤矿采煤工作面顶板控制措施

主要探讨了煤矿采煤工作面顶板控制措施。通过分析顶板控制对采煤工作面稳定性的影响、对确保采煤工作面安全和生产效率的重要性,以及顶板控制失效的情况,提出了一系列有效的顶板控制措施,包括选择支护方式、实施预防性支护和建立灾害监测预警系统。研究对煤矿采煤工作面的顶板控制具有重要的理论意义和实际应用价值。