多层坚硬顶板特厚煤层综放工作面小煤柱护巷技术

为研究小煤柱护巷巷道的稳定性及其阻隔同层位邻近采空区灾害的特征,以大同矿区石炭系坚硬顶板特厚煤层开采为工程背景,采用理论分析、实验研究、数值模拟等研究方法,从小煤柱护巷巷道的稳定性和其是否具有阻隔同层位邻近采空区有害气体能力2个角度,综合分析小煤柱的合理尺寸及其在不同采动阶段渗透率的演化特征。针对同忻煤矿石炭系煤层8210工作面沿空掘巷小煤柱开采具体的开采条件,建立了双关键层采场内外应力场叠加的力学模型,推导出双关键层条件下沿空掘巷小煤柱合理尺寸的计算关系式,理论确定8210工作面小煤柱合理尺寸为6.0 m;应用DJG–Ⅱ型煤岩渗流测试装备,研究不同采动阶段小煤柱渗透率演化特征,试验确定在第3采动阶段小煤柱渗透率较初始渗透率增大了23倍,该阶段小煤柱基本失去了阻隔邻近采空区有害气体的能力。根据理论研究结果,现场选取6 m小煤柱进行工业性试验;根据试验研究结果,开采试验过程中对小煤柱进行了改性降透措施,在小煤柱表面及顶板距煤柱帮1500 mm范围内喷射厚层混凝土(100 mm)。实践表明:工作面回采过程中小煤柱护巷的回采巷道发生了一定的变形量,但是巷道变形在安全可控范围之内,巷道稳定,可实现安全回采;开采过程中8210工作面上隅角CH4气体浓度远低于邻近8305工作面采空区CH4气体浓度,表明小煤柱经过改性降透后具备了阻隔同层位邻近采空区有害气体的能力;开采实践也进一步验证了理论和试验研究成果的合理性和科学性。研究成果可以为类似条件下小煤柱护巷技术的推广应用提供参考。

南阳煤业综放工作面坚硬顶板控制技术研究

针对南阳煤业3#煤层顶板岩层厚度大、硬度大不易垮落的问题,提出在开切眼和回采巷道同时布置爆破孔,对顶板岩层进行爆破弱化处理。采用理论分析、数值模拟的方法确定了爆破方案及爆破孔参数,并且在南阳煤业3203综放工作面进行了现场试验。结果发现,对顶板进行爆破弱化处理后,顶板岩层垮落效果良好,顶煤冒放性明显提升,顶煤回收率可达86%。

高水充填留巷技术在综采工作面应用研究

为实现30505综采工作面回风巷高效安全留巷,针对回风巷顶板坚硬、采面矿压显现明显以及开采煤层瓦斯含量高、具有自燃发火倾向等问题,提出将高水充填留巷技术应用到30505回风巷留巷中,并通过切顶卸压方式为留巷段创造相对良好应力环境。对切顶卸压技术及高水充填留巷技术布置方案进行详细分析,并进行工程应用。现场应用后,30505回风巷留巷段围岩变形量及漏风量风均较小,取得较好留巷效果。

“两硬”浅埋深厚煤层顶煤顶板运移规律研究

为在浅埋深“两硬”条件下的特厚煤层实施综放开采技术,对坚硬顶煤顶板的破断、运移规律进行了现场观测和分析研究.通过理论分析,建立了顶板断裂的力学模型.利用深基点观测方法,在安家岭井工矿4101综放工作面设置矿压观测站,对工作面顶煤顶板的不同层位进行深基点观测,获得了顶煤顶板随工作面推进垮落和运移情况的数据,分析总结了该工作面顶煤顶板的活动运移规律.观测结果表明:4101工作面顶煤随工作面的推进随采随冒,顶煤顶板运移起始点距煤壁较近,顶煤距煤壁前方15 m左右开始移动,顶板岩层移动距离约距煤壁前方10 m,顶板运移滞后于顶煤的运移,且顶煤冒落时位移量不大.4101工作面顶煤可随采随冒,顶板能够及时垮落,不需对顶煤顶板采取人工处理措施.

煤岩体水力致裂弱化技术及其进展

针对煤矿开采中坚硬顶煤(板)冒落性差的问题,讨论了煤矿生产中由此产生的顶煤放出率、冲击矿压、自燃发火和瓦斯积聚等技术难题;分析了坚硬顶煤(板)水力致裂弱化技术的岩体水力致裂裂缝扩展行为规律、渗透压力对裂隙岩体宏细观结构的改造作用及其宏观力学响应,水压裂缝扩展形态控制技术,钻孔封孔技术和岩体水力致裂弱化的监测监控的研究现状和技术发展趋势。

基于黏结颗粒模型的特厚坚硬煤层综放开采数值模拟研究

基于榆神矿区特厚坚硬煤层超大采高综放开采技术条件,针对散体颗粒模型在埋深较浅的坚硬煤层综放开采模拟中顶煤冒放情况与实际不相符的问题,对比黏结颗粒模型与无黏结散体颗粒模型力学性质,讨论两种模型适用条件,得出黏结颗粒模型更适合坚硬煤层综放开采模拟。阐述了黏结颗粒模型的建模和模拟过程:岩层内部采用平行黏结颗粒模型以模拟层内整体块体力学特性,层间采用光滑节理模型以模拟结构面力学性质;通过Fish语言和伺服控制原理实现液压支架初撑阶段、增阻阶段和恒阻阶段不同工况的模拟;根据支架顶梁位态采用逆向运动学方法更新支架整体位姿;通过Fish语言实现尾梁的不同幅度摆动。数值模拟结果表明:覆岩可形成下位基本顶不稳定砌体梁结构和上位基本顶稳定砌体梁结构,顶板来压步距介于10~20 m;顶煤破碎度和冒放性具有双周期性(走向周期与周期来压步距一致,表现为来压期间顶煤破碎较充分、冒放性好,优于非来压期间;垂向周期与顶煤层位相关,表现为下位顶煤破碎充分、冒放性好,优于上位顶煤);工作面煤壁整体稳定性较好,来压期间会出现煤壁破坏现象;液压支架总体处于较高的工作阻力状态;不同块度的顶煤冒放过程中可能形成小块度瞬时动态松散拱结构、中等块度不稳定拱结构和大块度稳定拱结构,尾梁成拱可采用"小拱小摆、大拱大摆"对策高效破拱,掩护梁成拱则需移架才可破拱。超大采高综放开采实践表明数值模拟结果与现场情况一致,黏结颗粒模型能较好地模拟埋深较浅的坚硬煤层综放开采顶煤冒放特征和矿压显现规律。本研究可为坚硬煤层顶煤冒放性和顶板覆岩结构数值模拟研究提供力学模型选择依据,为模拟过程实现方法提供借鉴。

特厚坚硬煤层超大采高综放开采支架-围岩结构耦合关系

针对榆神矿区坚硬特厚煤层综放开采所面临的顶煤悬顶距长、冒放性差、采出率低和采放不协调等问题,探讨了机采割煤高度6.0 m以上的超大采高综放开采可行性和必要性,分析超大采高综放开采支架-围岩耦合关系,在支架-围岩强度、刚度和稳定性耦合的基础上,提出超大采高综放开采支架-围岩结构耦合理论。从液压支架与围岩相互作用机理角度,阐释了支架-围岩支护系统“小结构”初次耦合主动支撑和“大结构”二次耦合被动承载概念和理论,分析了围岩“大、小结构”耦合对工作面围岩支护效果和适应性的影响,指出综采放顶煤液压支架结构设计除需满足“小结构”支护系统适应“大结构”周期性破断失稳形成的强动载矿压外,还需考虑液压支架结构(特别是放煤机构结构)对顶煤冒放运移规律和支架载荷演化过程的影响,通过支架结构与顶煤冒放结构耦合实现顶煤顺利放出,提高顶煤采出率。采用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场调研等研究方法,分析了坚硬顶煤冒落和放出结构以及冒放过程的成拱机理,讨论了液压支架结构高度对矿山压力显现强度、顶煤冒放结构和资源采出率的影响,研究了放煤机构结构对顶煤成拱结构的影响,以及放煤机构结构对顶煤的二次破碎作用,提出了强力放煤机构结构改进和优化策略,并对破煤机理和效果进行探讨,以期为相似坚硬特厚煤层综放开采支架-围岩耦合提拱理论指导和借鉴。

高瓦斯综放面预先爆破弱化坚硬顶煤试验

为了提高综放开采的资源回收率,大佛寺煤矿40301综放工作面进行了顶煤预先爆破弱化试验。基于该矿瓦斯富聚区坚硬特厚煤层特殊条件,在分析综放工作面坚硬顶煤预先爆破的弱化作用机理基础上,研究了高瓦斯综放面坚硬顶煤预先爆破弱化工艺巷的布置方式和爆破工艺参数,提出了现场试验方案。试验研究表明,工作面倾斜方向工艺巷通风状况良好,顶煤发生破坏和破断位置前移,顶煤垮落角有明显增加,顶煤垮落块度明显减小,放煤速度加快,工作面矿压显现有所减缓,同时煤层中的瓦斯也能提前得到一定释放。工艺巷沿倾斜布置的顶煤预先爆破弱化方式是提高高瓦斯坚硬特厚煤层综放工作面回采率的有效方法。

工艺参数对顶煤冒放性影响的数值分析与硬顶煤的预处理

运用相似材料模型试验,得出了顶煤冒放的桥拱式、半拱式和柱式等3种结构。在煤层条件对顶煤冒放性影响研究的基础上,用有限元正交数值试验,进一步研究了开采工艺参数对顶煤冒放性的影响规律。介绍分析了硬顶煤的预注水软化和预爆破弱化处理方法及应用效果。

圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析

运用水压致裂法和Griffith理论,对地应力场中岩体孔壁水压诱致裂缝扩展过程进行了分析,将孔隙压力作用下孔壁裂纹的扩展过程分为3个阶段,即孔壁破裂、第二次扩展、第三次破裂扩展阶段;且不同的破裂阶段分别对应着不同的水力压力。分析了含内压裂纹的扩展压力与原始地应力场及围岩力学特性的关系,随着岩体埋深由浅至深的逐渐增加,水力致裂圆孔的孔壁破裂压力变化由2个阶段过渡为3个阶段,且存在一个钻孔位置的临界埋深。为实际坚硬顶煤水力弱化的试验设计提供了依据。

急倾斜综放工作面坚硬顶煤弱化技术

为了解决在急倾斜综放开采条件下坚硬顶煤顺利放出的问题,新疆兵团农四师伊犁双新焦化厂煤矿1151E综放工作面通过采用动压注水和深孔爆破相结合的方式,成功实现了急倾斜条件下坚硬顶煤的顺利放出,使顶煤回收率大幅度提高,保证了急倾斜综放工作面的高效安全开采,并取得了良好的经济效益。

坚硬厚煤层综放采场顶煤破裂特征的实测分析

基于综放采场顶煤体在支架上方裂隙发育程度和破碎特征,为确定综放开采顶煤冒放性和合理的放煤参数提供依据。在综放面支架上方打穿煤层钻孔,采用钻孔摄像仪记录顶煤裂隙的发育情况。从钻孔摄像中取得的影像资料出发,分析了支架上方特厚坚硬顶煤沿厚度方向的破碎特征,进而分析了其破碎机理,并提出了合理的放煤参数,为特厚坚硬煤层综放开采进一步提高顶煤采出率提供技术支持和依据。

坚硬顶煤弱化爆破的破坏区分布特征

根据岩石爆破理论,结合现场试验和大煤样爆破实验结果,分析了坚硬顶煤弱化爆破的破坏区分布特征,给出了坚硬顶煤弱化爆破时破坏区的一种计算方法.现场试验观测表明,坚硬顶煤弱化爆破的宏观破坏区可分为粉碎区、裂隙发育区和裂隙区3个区域.

综放开采大放高坚硬顶煤预先弱化方法研究

在对坚硬特厚煤层综放开采顶煤破坏基本特征及影响顶煤破碎冒放主要因素分析的基础上 ,提出了综放开采大放高坚硬顶煤深孔爆破和爆后破坏区动压注水预先综合弱化方法 ,建立了预先弱化作用力学模型 ,分析了预先综合弱化作用基本规律及主要参数的确定方法 .结合靖远矿务局红会一矿的具体条件 。

硬煤超大采高智能化综放开采关键技术装备研究

为实现8~12m硬质特厚煤层安全高效开采,针对硬煤冒放性差的特点,采用小采放比开采模式,增加割煤高度,利用围岩扰动改善顶煤冒放性能,实施超大采高综放开采,研究了硬煤超大采高综放开采成套装备,得出了工作面总体设备配套参数,优化了工作面大梯度过渡技术及端头区多设备联合支护方案。针对顶煤冒落块度大问题,研究了大运量煤流运输系统,配套采用后部刮板输送机交叉侧卸技术,配置了煤流四级破碎体系,工作面采用高可靠性智能控制采煤机,创新研发了强扰动高效放煤机构及"记忆+远程干预"放煤系统,创建了具有主动感知、自动分析、系统协同性能的安全高效的智能综放工作面,为实现年产1.5Mt特厚煤层综放开采奠定了基础。

浅埋硬厚煤层提高综放采出率的研究与实践

为解决浅埋坚硬特厚煤层综放采出率低的问题,论文在系统分析综放开采煤炭损失组成的基础上,从工作面设备选型、回采巷道布置、采放工艺优化等方面研究了提高综放采出率的技术措施,并首次使用回煤箱减少放煤损失。研究成果在俄霍布拉克煤矿得到成功应用,工作面采出率达84%,可为类似条件下的煤层综放开采提供参考。

坚硬顶板控制的数值模拟

通过对岩层移动的现场观测,建立了综放采场坚硬顶板控制的悬梁模型及其数值模型,运用有限元法分析了坚硬顶板不同来压步距对硬顶煤的压裂效应,并确定了合理的支架阻力,从而对坚硬顶板进行有效的控制,达到消除坚硬顶板对采场的冲击隐患、保证采场矿压对坚硬顶煤的有效压裂及提高顶煤回收率之目的。

煤层裂隙应力场控制渗流特性的模拟实验研究

针对坚硬顶煤在地应力场控制下水力压裂方法中存在的问题 ,通过压水实验详细研究了应力控制下煤体中开放型裂隙渗流特征与毛细管力、裂隙开度、应力水平及注水压力的关系 ,建立了应力场中裂隙渗透性规律 ,探讨了注水压力对开放型裂隙开度及隙流状态参数的影响关系 .实测结果表明 ,在煤体卸压区的不同出水点 ,开放型裂缝泄漏流量不同 :距注水测点 3 5m处流量小于 7% ,距注水点 2 5m处流量小于 8% ;距注水点 1 5m内小于 19% .本模型对于煤体水压致裂控制参数选择以及改善顶煤采出率具有实用价值 .

封闭型煤层裂隙地应力场控制水压致裂特性

对坚硬顶煤预裂中存在的问题 ,采用在地应力场控制下水力压裂的方法 ,研究了煤层地应力场控制参数 .在此条件下对顶煤中封闭型裂隙扩展与地应力水平、水压作用的关系进行了宏、细观实验分析 ;依据能量原理 ,建立了裂隙煤体注水软化条件的物理判据表达式 ,给出了煤体表面能的测定方法 .实例说明 。

硬煤裂隙能量补偿原理与应用

针对硬煤顶煤冒放性问题 ,从理论上系统分析了顶煤破坏裂缝发展、传播条件 ,阐明了为提高顶煤冒放性 ,采用预松动措施促进煤体裂隙扩展能量补偿的设计原理和参数。通过两种实例分析 ,说明了能量补偿原理的应用效果和前景。