多层坚硬顶板综放开采矿压规律及控制技术研究

针对特厚煤层和多层坚硬顶板赋存条件下,工作面易出现液压支架压死、煤壁片帮和沿空巷道围岩变形严重、矿压显现强烈的问题,以同忻煤矿特厚煤层综放工作面为工程背景,对回采巷道和工作面进行矿压显现监测,分析多层坚硬顶板作用下的围岩应力和变形规律。研究表明:工作面开采引起的采动应力影响范围较大,多层坚硬顶板作用下覆岩形成了大结构,在其作用下围岩应力和变形表现为"上升突变"和"下降突变"交替出现。研究结果说明了特厚煤层大采出空间和多层坚硬顶板的共同作用是综放工作面强烈矿压显现的主要原因,据此提出了坚硬预裂爆破切顶和沿空巷道恒阻大变形锚杆吸能支护控制技术,可对强矿压进行有效防治。

多层坚硬顶板采场覆岩“拱壳”大结构形成机理研究

为得到多层坚硬顶板采场覆岩"拱壳"大结构形成机理,以大同矿区同忻煤矿石炭系多层坚硬顶板特厚煤层开采为工程背景,基于关键层理论分析了同忻煤矿3-5煤层特厚煤层综放开采多层坚硬顶板的破断特征和大空间采场覆岩结构特征;应用弹性板理论,建立了大空间采场坚硬覆岩"拱壳"平衡大结构力学模型和数学模型。研究表明:坚硬覆岩"拱壳"平衡大结构理论,较好地揭示了同忻煤矿8105、8106等工作面开采过程中产生大小周期来压、采动影响范围大、易产生强矿压等特殊矿压现象的机理。研究成果为大同矿区石炭系坚硬覆岩特厚煤层开采工作面矿压控制提供理论依据。

多层坚硬顶板动压巷道矿压显现规律及深浅孔组合爆破切顶控制技术研究

针对多层坚硬顶板巷道受相邻工作面采动影响导致巷道维护困难的问题,以碾焉煤矿8104运输顺槽为工程背景,综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟与现场工业性试验等,研究了多层坚硬顶板动压巷道的矿压显现规律及其机理,提出了深浅孔组合爆破切顶卸压技术,并分析了控制效果。结果表明:(1)多层坚硬顶板巷道围岩变形主要分为缓慢变形、快速变形与变形趋于稳定等3个阶段,并在快速变形阶段呈台阶式增长的变化规律,其“台阶”数量与近场内坚硬顶板的层数有关;(2)深浅孔组合爆破切顶后,切断了低位关键层的侧向悬臂结构,减少了低位关键层破断引起的动载次数;同时缩短了高低位关键层的悬臂梁长度,减小施加给区段煤柱的静载,从而共同降低了邻近动压巷道围岩的压力;(3)相较不切顶时,浅孔爆破、深孔爆破和深浅孔组合爆破等3种不同切顶方式作用后,煤柱侧的平均垂直应力分别降低了14.8%、8.9%、29.7%,并且深浅孔组合爆破切顶后,在垮落带中顶板垮落更充分,在裂隙带中岩层断裂位置最靠近煤柱,采空区中部覆岩产生的裂隙也更均匀;(4)深浅孔组合爆破切顶后,8104运输顺槽在8103邻近工作面和8104工作面两次采动影响后,围岩变形量小于400 mm,保障了矿井安全高效生产。