某综采工作面破碎顶板注浆加固技术研究

综采工作面遇地质构造时,受构造应力和采动影响,采场煤壁和顶板常出现片帮、冒顶现象。某综采工作面过火成岩和断层构造期间,顶板破碎,易发生冒顶、片帮事故,通过分析顶板事故原因和注浆加固作用机理,结合现场实际工作条件,对工作面冒顶片帮严重区域采取马丽散化学注浆加固、充填方案。实践证明,通过对构造破碎带区域的注浆充填、加固,改善了采场破碎煤岩体的物理力学性质和煤体的整体性,工作面最大片帮深度由1.8 m降低至0.4 m,最大冒顶高度由2.9 m降至0.6 m,提升了工作面回采安全性和高效性。

岩煤接触面力学性质对组合煤岩力学行为影响机制

为明确组合煤岩力学行为及其冲击倾向性与岩煤间接触面力学性质关系,开展了组合煤岩单轴压缩试验,分析了岩煤间4种不同力学性质的接触面对组合煤岩强度、弹性模量、应变软化现象、声发射特征信号、能量累积耗散特征和冲击倾向性的影响规律,研究了接触面黏结属性和破坏情况所引起的端面效应对煤岩局部变形特征及强度的影响机制。研究结果表明:接触面力学性质对组合煤岩的力学性质有一定影响,完整的接触面增强了组合煤岩的强度和弹性模量,提高了弹性能累积能力,抑制了峰前阶段的煤岩破裂,削弱了峰后的应变软化阶段;接触面的破坏降低了端面效应的影响作用,提高了组合煤岩的破坏程度,延长了峰后的应变软化过程;无黏结型组合煤岩试样的各项力学指标均低于其余3种接触面;建立了组合煤岩本构关系并提出了考虑接触面破坏的组合煤岩强度估算方法和接触面断裂的判定方法;理论计算结果与实验结果较为一致;随着岩煤间接触面力学性质的提高,组合煤岩弹性能占比提高,塑性能占比降低;厘清了岩煤间接触面力学性质对组合煤岩冲击倾向性的影响规律,认为接触面和煤岩相对力学性质是引起组合煤岩冲击倾向性各项指标冲突的重要影响因素。

水峪煤业综放工作面过断层注浆加固技术研究

针对水峪矿6115工作面过断层期间顶板破碎的支护难题,首先对工作面的工程概况、断层概况进行分析,并总结了前期过断层期间发生冒顶事故的经验教训,制定了断层破碎带注浆加固原则,并设计了工作面过F14断层的巷道内超前注浆方案及工作面架前辅助注浆方案,实施了现场工程实践,有效解决了工作面过断层期间的端面煤岩体破碎问题,注浆效果得到验证,大幅减少了支架-围岩事故,保障了安全生产。

综采工作面过断层顶板控制技术研究与应用

为解决14207综采工作面过集中断层的顶板支护难题,对工程概况及支护难点进行分析,结合具体的工程条件及注浆工艺特点,设计采用向断层破碎带实施浅部及深部超前注浆的加固方案,并对具体的注浆参数进行设计。经现场工程实践及矿压观测,得出注浆加固能够迅速将破碎岩石胶结,形成具有承载性能的结构,端面煤岩体控制效果良好,没有出现严重冒顶片帮事故,安全生产得到保障。

大采高加长工作面液压支架选型及顶板控制技术研究

为研究大采高加长工作面在矿压显现规律方面发生的变化,实现采场围岩的有效支护,以王庄煤业15112工作面为研究及实践对象,基于工作面的具体地质生产条件,经过理论分析计算,对液压支架进行选型,验证了工作面支架选型的合理性,进而制定综合矿压观测方案,分别进行了采场矿压、巷道表面位移、工作面走向超前支承压力、工作面侧向支承压力等方面的观测,研究得出了工作面的矿压显现规律及具体的采场围岩控制重点,有力指导了工作面回采期间的顶板管理工作,保障了矿井安全生产。

注浆治理5.5 m大采高综采面破碎带技术工艺创新研究

针对上社煤炭5.5 m厚煤层一次采全高综采面揭露断层后出现不同特征的冒落空洞和片帮范围,分区域采用不同性能指标的注浆材料进行综合注浆治理,针对揭露煤层厚、采高大(≥5.5 m)、易片帮冒顶等特殊地质条件,对注浆压力等参数进行动态优化以适应大采高煤壁的特殊性,调整注浆顺序等技术参数,控制综采面灾害的延伸范围。应用结果表明,工作面煤壁完整性增强,松散煤岩体固结密实,支架顶梁快速构建了再生胶结假顶支撑层,增强了顶板再次冒落对工作面支架的破坏性冲击,为采煤机滚筒切割之后的及时移架支护作业创造安全的作业环境。该工艺推广应用前景广阔,经济效益和社会效益明显。

综采工作面缩面期间矿压分析及顶板控制研究

针对贺西矿3313工作面面临的缩面期间顶板控制难题,对工作面缩面期间的矿压显现特征进行分析,在分析相关冒顶事故的基础上,对缩面前后顶板荷载及应力集中程度进行对比分析,总结顶板控制难点,进而提出了加强矿压观测、优化缩面工艺、强化端面支护及加强液压支架故障检修等具体措施,实现了工作面顺利缩面及回撤,保障了安全生产。

水峪煤业孤岛工作面矿压特征分析及顶板控制实践

针对水峪矿6115孤岛工作面开采时端面煤岩体控制难题,对工作面的矿压显现特征进行分析,估算最大垂直应力集中系数超过2.2,最大水平应力集中系数超过1.5,在此基础上结合端面冒顶与支架支护效能的相关性分析,制定了端面煤岩体的关键控制指标,通过支架故障检修前后端面冒顶对比阐明了加强液压支架故障诊断及检修的重要性。通过以上措施的制定及实施,大幅减少了支架—围岩事故,保障了安全生产。

综采工作面过断层带分步预注浆方案设计及应用

矿井采掘工作揭露断层构造时往往会带来较大的支护难题,针对1123工作面过4号断层影响区的顶板控制难题,根据断层分布及产状情况,结合矿井注浆加固理论及实践经验,设计使用区段平巷内的分步预注浆加固方案,即帷幕孔、浅孔、中深孔、深孔综合注浆加固方案,并按照方案实施了现场工程实践,共施打了24个帷幕钻孔,注浆6.8 t;施打了8个浅孔、8个中深孔、7个深孔,注浆52 t。注浆后工作面顺利通过4号断层影响区域,有效解决了工作面过断层期间的端面煤岩体破碎问题,注浆效果得到验证,保障了安全生产。

工作面过顶板易冒区注浆加固技术研究

为确保回采安全,提出使用注浆加固方式对工作面易冒区破碎煤岩体进行加固。以8103综采工作面为工程实例,对注浆加固钻孔布置参数进行设计,并在采面检修期间进行加固。现场应用后,工作面回采过易冒区时未出现顶板冒落、煤壁片帮等问题,同时采面仍保持4.0 m/d速度推进,现场取得较为显著的应用成果。

水峪煤业综放工作面过断层探讨

针对山西汾西矿业集团水峪煤业6115工作面过断层期间的顶板支护难点,首先对工作面过F16断层期间的推采工艺、周期来压步距、矿压显现强度进行分析,发现过断层期间周期来压步距明显缩短,液压支架工作阻力异常升高,煤壁片帮深度增加,支架前方煤体冒落,支护难度显著增加。为此针对性制定了端面煤岩体控制指标参数,并强化液压支架的检修维护,大幅减少了支架——围岩事故,保障了安全生产。

松软煤层综放面顶底板采动应力分布规律研究

以某矿综放采场为背景,通过现场实测、相似材料模拟等手段,研究了松软煤层综放开采中液压支架受力状态、两巷单体支柱受力特征和顶底板的采动应力分布规律,结果表明液压支架在工作面不同位置受力状态不同,处于中部位置的支架受力最大,同一支架前立柱受力大于后立柱;风巷围岩应力大于机巷围岩应力,两巷的超前采动应力峰值位置在工作面前3～11m;顶板岩层同一层位中采动应力分布随工作面的距离不同而不同;不同层位应力分布也不同,离煤层越近的岩层中应力集中系数越大;底板岩层在工作面前方6m左右处应力达到最大,在工作面处应力为零。该研究结果有效地指导了该矿井同一煤层综放面巷道布置、两巷支护及工作面顶板管理。

综放工作面端头区煤岩失稳垮落规律及放煤区域确定

针对综放工作面端头区顶煤安全放出问题,基于东滩煤矿3303工作面煤岩层地质赋存条件,采用理论分析与数值计算相结合,分析了综放工作面端头区煤岩应力场分布特征、煤岩失稳垮落规律及回采巷道稳定性等。研究表明:综放工作面端头区顶煤自工作面中部侧向回采巷道侧,放出难度增大;随着端头放煤区域向巷道侧扩大,回采巷道表面位移呈增大趋势。确定了端头区顶煤的可放性及可放出区域范围,为现场端头区顶煤的放出提供了理论依据。

特厚煤层综放工作面端部结构及侧向支承压力演化机理

为揭示特厚煤层综放工作面侧向支承压力演化机理,以塔山矿8206工作面为工程背景,通过相似材料试验、数值模拟及理论力学分析,建立采空区端部覆岩运动模型,对采空区稳定前后端部结构特征及侧向支承压力演化规律进行研究。结果表明:采空区稳定前低位关键层以悬臂梁结构存在,高位关键层形成砌体梁结构,侧向支承压力峰值达41.6 MPa,影响范围68 m;采空区稳定后,低位关键层悬臂梁结构破断,实体煤侧断裂贯通形成三角形滑移区,侧向支承压力峰值降低至32.09 MPa,但影响范围增加至99 m;悬臂梁破断后块体的稳定性主要取决于破断块体的高长比、破断角以及摩擦面之间的摩擦因数;三角形滑移区破断稳定后部分载荷转移至采空区是侧向支承压力降低的根本原因,但受稳定前高侧向支承压力的影响,煤体塑性区范围扩大,致使稳定后侧向支承压力影响范围增大。

散体煤岩自然安息角相似模拟试验研究

在综放开采中,散体顶煤的自然安息角受到放顶煤工作面条件的限制很难直观测量,并且在不同工作面倾角条件下,顶煤的放出形态并不相同。因此了解和掌握不同倾斜程度条件下煤岩散体自然安息角的规律,对减少残煤和提高顶煤回收率至关重要。通过实验室散体煤岩自然安息角相似模拟实验,得出了不同倾斜程度条件下散体煤岩自然安息角的变化趋势,并且分析了自然安息角与工作面端头残煤之间的内在关系。

近距离煤层群重复采动下端面冒顶影响因素分析及防治

现有对于端面顶板冒漏的研究多针对单一煤层,而近距离煤层群开采下的端面顶板稳定性不同于单一煤层,在近距离煤层群开采过程中,由于相邻煤层间距较小,上位煤层开采后会使下位煤层开采区域的顶板结构和应力环境发生变化,容易出现端面冒顶、煤壁片帮和顶板压架等灾变问题。以发生过3次大范围冒顶事故的某矿井17101工作面为工程背景,根据煤壁、液压支架与端面顶板稳定性关系,建立了近距离煤层群重复采动下的“端面顶板-煤壁-支架”模型,确定了近距离煤层群重复采动下端面冒顶的影响因素主要为顶板-围岩强度、支架工作阻力、推进速度和端面距。利用UDEC模拟软件模拟不同影响因素对重复采动下端面冒顶的影响,得出以下结论:①重复采动过程中顶板与煤体都受到了损伤破坏,顶板与煤壁强度降低,容易出现支架前端顶板冒落,引发顶板冒落与煤壁片帮等灾害,顶板-围岩强度越大,顶板的稳定性越好。②液压支架工作阻力偏低是造成工作面端面冒顶的重要原因之一,液压支架工作阻力越大,端面顶板越稳定。③工作面推进速度对端面顶板稳定性具有明显的影响,工作面推进速度越慢,采场顶板下沉现象越严重。④端面距为端面冒顶的重要影响因素,端面冒顶与端面距呈线性相关,冒落高度随着端面距的增大而增加,端面距越小,端面顶板越稳定,但是端面距太小也会影响到工作面的正常开采,应根据实际情况来确定。针对4个主要影响因素,提出了重复采动下端面冒顶的防治措施,即增加顶板与围岩的强度、提高液压支架工作阻力、合理控制推进速度和减小端面距。上述防治措施可为近距离煤层群重复采动下端面冒顶提供有效的解决方法。

回采工作面破碎顶板注浆加固技术及应用

回采工作面由于围岩破碎造成的片帮、掉顶事故,严重威胁了工作面安全生产及现场作业人员的人身安全。某矿通过分析某工作面片帮、掉顶的主要影响因素,制定了切实可行的深孔-短孔组合注浆加固治理技术方案并进行实施,取得了明显效果,对相似条件工作面煤岩体控制有较好的技术指导作用。

大倾角孤岛开采工作面端面煤岩体控制实践

针对某矿1523工作面典型大倾角孤岛开采时端面煤岩体控制问题,充分利用文献检索、理论分析、经验总结等工具,分析了特殊地质生产条件下的端面煤岩体控制难点,然后制定了针对性的综合控制方案,对采场支架—围岩管理提出合理化建议,保障了1523典型大倾角孤岛工作面的高产高效生产。

综放工作面过空巷超前支护方案设计

针对某矿9102综放面过空巷前的超前支护难题,运用现场实测、数值模拟等研究方法,探析了空巷围岩松动破坏状况,进而设计了空巷超前支护方案。实践表明,该支护方案实施后,空巷顶帮位移量、端面冒顶片帮程度等均得到了有效的控制,实现了安全高效生产。

综放工作面过空巷超前支承压力数值模拟研究

针对9102综放工作面过空巷支架—围岩稳定性控制难题,运用理论分析、数值模拟及现场实测等研究方法,建立了综放工作面过空巷支承压力变化模型,模拟并分析了空巷距采场不同距离条件下的围岩松动破坏状况,进而制定了端面煤岩体控制措施,较好地保障了工作面过空巷时的支架—围岩稳定性。