重叠煤柱作用下综放采场围岩应力演化规律研究

针对大同矿区石炭系特厚煤层工作面过上覆侏罗系煤柱时的强矿压显现现象,采用数值模拟和现场实测的方法,对上部重叠煤柱与采动耦合作用下的围岩应力演化规律进行研究。采用UDEC数值计算软件,对重叠煤柱作用下工作面的回采过程进行模拟,结果表明:工作面回采至侏罗系煤柱对应区域时,工作面超前支承压力峰值为32~37 MPa,较非煤柱区域提高了25%~33%;工作面的侧向支承压力与上部侏罗系井田边界煤柱应力相互叠加,工作面的侧向支承压力影响范围约为120 m,5105巷道围岩应力达到了27~32 MPa;邻空巷发生冲击性来压是邻近工作面侧向支承压力,本工作面超前支承压力和重叠煤柱应力传递的耦合作用的结果。利用顶板动态监测系统实时监测支架工作阻力,分析得到:工作面推进至侏罗系采空区对应区域,来压期间的支架工作阻力变大,支架增阻更为频繁,矿压显现强烈。

浅埋深大采高工作面矿压显现及支架适应性研究

为研究浅埋深大采高工作面矿压显现规律、液压支架合理工作阻力及其适应性,对磁窑沟煤矿首采10101大采高综采工作面的矿压显现及液压支架工作阻力进行现场观测,并对工作面顶板运动参数、工作面来压步距和合理支架工作阻力进行计算,分析了支架适应性。研究结果表明:工作面初次来压步距为56.8 m,与理论计算结果吻合;工作面周期来压步距随工作面推进速度增大而增大,工作面推进速度为4 m/d和8 m/d时,周期来压步距分别为11.1 m和22.7 m;工作面支架工作阻力呈中间大两端小,支架实测最大工作阻力7 665 k N,理论计算支架合理工作阻力为7 676.4 k N,所选用最大工作阻力为8 000 k N的液压支架能达到了预期支护效果,但支架实测初撑力偏低,液压支架操作工艺需进一步优化。研究结果为磁窑沟矿后续工作面及其他地质条件类似矿井矿压控制和设备选型及优化提供参考依据。

深部大采高高水充填开采矿压显现研究

结合邢东矿1126充填工作面特殊生产地质条件,运用理论计算、数值模拟和现场实测等方法对矿压显现规律进行了研究。运用薄板理论确定了基本顶不发生断裂的临界等效充填高度,应用FLAC3D软件分析了全部垮落法和超高水充填法顶板岩层的塑性区分布和竖向位移沉降规律。现场实测数据表明:高水材料充填开采矿压显现缓和,液压支架工作阻力整体偏低,地表变形值控制在I级破坏范围之内。

大采深、大倾角煤层综采矿压显现规律研究

开滦矿业集团赵各庄矿的开采深度达1 000 m,煤层倾角达36,°大采深和大倾角的共同影响下,工作面表现出复杂的矿压显现规律。采用现场观测了工作面顺槽变形和工作面支架受力,采用数值模拟对大采深、大倾角综采的矿压显现规律进行模拟研究,得出了了一些初步的结论。经过工业性试验,认为在采取一定的措施后,大采深、大倾角条件下的煤层综采完全可行,可以取得较好的技术经济效益。

基于微震监测的高强度开采工作面围岩响应规律

将微震监测系统引入西部高强度开采的典型矿区——小纪汗煤矿,实现了整个监测区域的"空间"监测,更为全面地捕捉围岩内部破裂信息,基于微震监测数据分析了煤矿工作面的矿压显现规律、岩层运动规律和围岩应力变形规律.结果表明:随着11203工作面的不断开采,微震事件的演化呈周期性变化,与工作面矿压显现规律密切相关,且周期来压平均步距为23 m.划分得到了工作面"三带"的范围及工作面开采扰动影响范围,为工作面的支护设计和灾害防治工作提供数据支撑.

煤矿井下高浓度胶结充填开采技术

为有效控制煤层开采引起的地表移动,进一步提高煤炭资源采出率,结合煤矿充填开采现状,提出煤矿高浓度胶结充填开采方法。运用相似模拟方法,从上覆岩层的移动形式、超前支承压力的影响范围、工作面周期来压强度及合理支架工作阻力等多个方面,研究了高浓度胶结充填开采工作面的矿压显现规律。以此矿压显现规律为依据,设计出与之相适应的充填开采液压支架和隔离支架,使之能够在形成较大充填空间的同时,减小工作面充填前顶板下沉量。同时阐述了高浓度胶结充填工作面布置形式及充填基本工艺,实现采煤和充填材料凝固平行作业,有效提高了工作面充填效率。

“三软”大倾角厚煤层组合支架工作面矿压显现规律及支架适应性分析

针对刘东煤矿72煤层典型"三软"大倾角厚煤层的开采条件,对西47201工作面进行了矿压观测,研究得出了西47201工作面矿压显现规律。结果表明:西47201工作面基本顶初次来压步距平均36.4m,动载系数为1.39,基本顶周期来压步距平均12.0m,动载系数为1.26;从来压强度看,工作面上部老顶的来压强度较大,平均动载系数1.52,而工作面中、下部的来压强度相对较小;从来压步距看,基本顶的初次来压与周期来压沿工作面方向不是整体、同时来压,工作面上部先来压,中下部再来压,呈现局部来压、迁移特征,工作面上部来压步距较小,而中下部则基本一致。此外,分析了组合液压支架的承载特点与适应性。

亭南煤矿深埋大采高综采工作面矿压规律研究

针对亭南煤矿深埋大采高综采工作面冒顶、煤壁片帮事故频发问题,对该矿205工作面、回采巷道矿压分布规律和工作面煤壁片帮、冒顶情况和回采巷道支护效果进行了系统的观测。观测结果表明:205深埋大采高工作面矿压显现剧烈,且冒顶片帮集中发生在工作面中部位置;回采巷道超前支承压力和超前支承压力影响范围较大,回采巷道收敛变形大,且有冒顶片帮发生;工作面周期来压时工作面与回采巷道有明显的来压现象。根据观测结果分析,提出控制工作面冒顶片帮的建议,并给出了回采巷道的支护方案。

深井高应力巷道支护参数优化研究

为解决深部高应力巷道支护困难的问题,在分析深井多煤层联合开采过程中巷道受上部煤柱及采动影响特征的基础上,系统分析了高应力巷道矿压显现及支承压力分布规律。结果表明,锚杆支护系统应该保证围岩处于弹性或弹塑性范围内,且其变形特性必须适合围岩变形特性的要求。据此提出采用让压锚索和让压锚杆支护技术,工程实践表明:采用让压支护技术后巷道变形量减小50%左右,顶底板平均移近速度为4.32 mm/d,两帮平均移近速度为2.70 mm/d,有效控制了深部高应力巷道围岩变形。

特厚煤层大采高开采覆岩运动与矿压显现特征分析

为更深入了解特厚煤层大采高开采覆岩运动与矿压显现特征,采用数值模拟以及现场矿压监测方法,分析了大柳塔煤矿大采高开采覆岩移动、矿压显现以及支架工作阻力特征。结果表明:支架顶梁应力振幅可用于判断采场支架来压状态和覆岩破断剧烈程度;工作面推进50 m处基本顶小范围分层破坏;爆破预裂使基本顶形成不对称拱结构,拱结构破坏使基本顶岩层内水平应力减小,垂直应力升高,形成工作面初次来压,来压步距88 m;基本顶上部铰接结构使基本顶岩层内水平应力升高,垂直应力降低,下部悬臂结构破断导致第2次来压,来压步距25 m;铰接结构破坏使基本顶岩层内水平应力和垂直应力均升高导致第3次来压,来压步距20 m;基本顶拱结构和铰接结构失稳引起来压强烈,覆岩破断延伸至地表。

高强度开采工作面矿压显现的面长和推进速度效应

高强度开采工作面矿压显现复杂,容易发生压架、冒顶等灾害。为从理论上解释高强度开采工作面的矿压特征,分析了高强度开采工作面的一般特征及其对矿压显现的影响,以顶板初次断裂为例,运用薄板理论并结合岩石力学试验成果,推导出不同面长和不同推进速度下顶板断裂步距的计算公式,并分析了面长和推进速度对来压时支架工作阻力的影响机制。结果表明,面长影响顶板应力分布,推进速度改变顶板承载能力,而且面长越短,推进速度越快,顶板的初次断裂步距就会越大。对于高强度开采工作面,面长普遍大于200 m,面长效应影响微弱,矿压显现主要受推进速度作用,断裂步距和来压时支架工作阻力都比非高强度开采工作面大,容易发生压架和冒顶等灾害。

大柳塔煤矿7.0m支架综采面顶板结构与矿压规律研究

为了提高厚度大于6.0 m煤层的开采效率和资源采出率,神东矿区开展了7.0 m支架综采的开采试验,这是迄今为止世界上采高最大的综采工作面。根据大柳塔煤矿5-2煤首采面52304综采工作面7.0 m支架的开采条件,采用现场测试、模拟实验以及理论分析等手段,对工作面的覆岩结构特征及矿压显现规律进行了研究。通过实施顶板钻孔取芯及岩样力学测试等工作,揭示了52304综采工作面两侧开采区域的覆岩结构特征,为合理解释工作面开采阶段分区域的特殊矿压显现提供了基础。

下喇叭煤矿9101高档普采工作面矿压观测研究

通过对9101高档普采工作面的矿压观测分析研究,准确了解工作面上覆岩层的运动变化规律及其变化参数,弄清矿压显现程度及其对工作面生产的影响情况,为下喇叭煤矿9号煤开采积累经验创造了条件。

大倾角下分层综采工作面矿压规律及安全回采技术研究

通过现场实测,对中平能化集团十矿戊9-11-20102大倾角下分层综采工作面矿山压力显现规律进行研究,结果表明:工作面周期来压呈现出分段来压现象,具有局部来压和来压逐渐迁移的特点,周期来压步距为12～23m。针对工作面下分层破碎顶板管理和设备防倒、防滑措施进行研究,并在中平能化集团十矿戊9-11-20102工作面进行现场应用,取得了较好的技术经济效果。

大采高膏体充填工作面矿压规律研究

针对大采高工作面回采期间矿山压力灾害事故多发问题,以许厂煤矿1331工作面为例,基于数值模拟方法通过控制变量确定合理充填步距和现场设置监测点,对大采高膏体充填工作面矿压规律进行了监测分析研究。结果表明:大采高充填工作面充填步距越大,工作面前方支承压力峰值距煤壁越远,其值越大,但变化幅度不超过3%。不同充填步距下待充填处顶板最大下沉量变化幅度超过10%,采空区最大下沉量变化幅度则超过5%。工作面基本顶来压步距离散性较大,初次来压步距20.1~43.3 m,周期来压步距14~22 m,来压强度较小,采空区充填体对顶板进行有效支撑。随工作面推进充填体强度不断上升,充填体应力趋于稳定周期为2个月,此时采场覆岩运动趋于稳定。

大采高工作面矿压规律分析及支架选型研究

针对神东矿区浅埋深煤层综采工作面支架选型问题,以李家塔煤矿301工作面为研究对象,采用理论分析和现场观测的手段,分析工作面支架工作阻力、支架适应性、工作面周期来压及覆岩移动规律。分析结果表明:工作面顶板无法形成稳定的砌体梁结构,而是形成滑落失稳的台阶岩梁结构,据此建立支架与台阶岩梁结构力学模型,通过计算选取工作阻力9 600 kN、初撑力7 145 kN、缸径380 mm缸径的两柱掩护式液压支架。

工作面初采期过陷落柱矿压显现特征研究

根据三聚胜煤矿存在较多陷落柱影响工作面高产高效的情况,采用现场实测的方法研究陷落柱对4304工作面初采矿山压力显现的影响。结果表明:4304工作面初采期间受陷落柱的影响,工作面初次来压和以往工作面初次来压表现不同,特殊表现为陷落柱影响处来压强度弱、来压时间早、来压步距短。实测结果分析对相似条件下初采通过陷落柱有借鉴意义。

大采高长壁综采技术在厚煤层开采中的应用

嵩阳东升(登封)煤业有限公司15104工作面煤层平均厚5.5 m,采用大采高综采技术进行开采。通过现场实测,分析了工作面矿压显现规律,并对大采高工作面煤壁片帮与设备倾倒、下滑问题进行了探讨,在此基础上介绍了开采方法与液压支架的选型。研究表明,支架工作阻力选择合理,呈正态分布状态,能够有效控制工作面的围岩稳定。

煤矿超高水材料开放式充填开采矿压显现研究

陶一煤矿面临着"三下"压煤问题。陶一煤矿利用超高水材料进行采空区充填,以开采"三下"呆滞煤炭资源。超高水材料浆体水的体积达到95%～97%,因此其灌注特性较好。超高水材料开放式充填能够达到较高的充填率。通过开掘观测巷道、钻孔等手段进行矿压监测,表明该工艺可以缓解矿压显现程度,浆体能够灌注到老空区裂隙及矸石周围,胶结效果较好。

保德煤矿综放工作面过顶板高压区及破碎带技术研究

通过对工作面设备选型、矿压显现分析、工作面周期来压步距参数及强度参数分析,对工作面过顶板高压区和破碎带的顶板管理制定出具体管控措施,并针对井下现场条件及设备性能,对现有设备如何改造给予了合理化建议,可为相似矿井提供参考。