松软破碎厚顶煤小煤柱巷道围岩控制技术研究

以山寨煤矿3506回风顺槽为工程背景,通过理论分析、数值模拟和现场实践等方法,揭示了松软破碎厚顶煤小煤柱巷道存在围岩变形大、应力高,煤体裂隙发育、围岩稳定性差等特点;提出了“锚杆索高强高阻支护+弱结构卸压”组合围岩控制技术;现场实践结果表明,支护方案优化后,最大顶板下沉量为120.9 mm,最大两帮内缩量为187.4 mm,巷道围岩稳定性得到有效控制,支护效果满足开采生产要求。

放顶煤开采顶煤变形的膨(碎)胀率分区

针对目前顶煤变形分区的研究现状,提出了膨(碎)胀率分区的概念和相应的计算方法,以现场实测资料为依据对顶煤的变形演化进程进行了量化分区,从理论上验证了不同厚度、硬度煤层放顶煤工作面顶煤的变形特点,为进一步量化煤体的可放程度提供了一种新方法。

综放开采散体顶煤对支架与围岩关系影响的实验研究

散体顶煤的存在会改变综放开采支架与围岩相互作用关系。自主设计了散体动载荷冲击实验平台,对不同散体颗粒种类、不同颗粒大小、不同堆积厚度以及不同冲击力条件下进行动载冲击实验,揭示了散体顶煤对综放开采支架与围岩作用关系的影响。研究发现:散体密度与缓冲效果存在正相关,散体顶煤的堆积密度越大,散体缓冲上部动载荷效果越明显;散体堆积厚度变化存在临界值,当堆积厚度小于临界值时,破碎岩石堆积厚度越小冲击效果越明显,相反冲击压力随着堆积厚度的增加逐渐减小而后趋于不变;散体粒径越大,岩石缓冲上部动载荷效果越明显,但缓冲曲线的波动性较大,表明冲击过程比较剧烈。同时,提出了在支架选型时,要综合考虑煤层赋存条件、破碎顶煤性质及支架结构性能等因素,以保证放顶煤安全开采。

受载煤体破碎块度分布的实验研究

实验研究支承压力 (采深 )、煤体强度和裂隙发育程度对煤体破碎块度分布的影响变化规律 .根据顶煤回收要求与可放块度原则得出预测临界采深的实用关系式 ,并以加权平均块度评价支承压力、煤体强度和裂隙发育程度三因素对顶煤可放性分类的影响 。

极破碎顶板松软煤层支架选型及抱采工艺实践

为解决极破碎松软厚煤层工作面煤壁片帮和架前端冒顶难题,以芦岭煤矿极松软9煤综放开采为工程背景,分析了传统综放开采工艺特点,结合现场工程实践,研究了无梁端距抱采放顶煤工艺,其特点是通过加长顶梁实现无梁端距条件下采煤,设置800 mm伸缩梁保证超前支护,借助铲煤板铲平顶煤,带压移架,充分利用煤壁片帮进行采煤。针对此工艺特点,提出了该回采工艺合理的"三机"配套技术,并在芦岭煤矿特定地质条件下开展工业性试验,煤炭月产量达10万t,效果良好。

大采高综放开采降低含矸率途径分析

柳塔矿12#煤层韧性高,厚度变化大,直接顶较破碎,在大采高综放条件下,面临顶煤回收率低和含矸率高的问题。通过数值模拟,研究了破碎顶板条件下坚硬顶煤的冒放特征,分析了矸石混入的两个路径,测试了不同放煤工艺下,工作面回收率和含矸率指标,认为顶煤、直接顶的冒放特征对含矸率有重要影响,提出了降低含矸率的技术途径。

特厚煤层卸压综放开采技术原理的实验研究

我国西部地区发现存有大量20 m以上特厚煤层,大部分无法实现露天开采,国内外均没有成熟的理论与技术可以借鉴,为了实现20 m以上特厚煤层的安全高效开采,创造性地提出了特厚煤层卸压综放开采技术。采用60∶1的大比例相似模拟试验方法,研究20 m以上特厚煤层卸压综放开采顶煤垮落破碎的块体分布特征、顶煤位移场分布特征、支架阻力及其对顶煤垮落破碎的影响等。结果表明:当卸压工作面推进75 cm时,500 cm^3以内的顶煤块体较密集,块体比例约为94%,块体数量约为860个;当卸压工作面推进135 cm时,体积为500 cm^3以内的顶煤块体所占累计比例约为96%,块体数量约为1 700个,与卸压工作面推进75 cm时相比,块体比例增加了2%,块体数量增加了840个;当综放工作面推进17 cm时,累计体积达到500 cm^3时几乎包含全部顶煤块体,块体比例约为99.9%,块体数量约为4 810个,与卸压工作面推进135 cm时相比,块体比例增加了3.9%,块体数量增加了3 110个,二次破碎效果显著,能保证顶煤的顺利放出。卸压开采阶段上位顶煤位移>中位顶煤位移>下位顶煤位移。二次综放阶段下位顶煤位移最大,垮落破碎程度最好。由于支架的支撑作用,下位顶煤中产生多条明显的竖直裂隙,受支架影响的顶煤厚度约为10 cm,支架的反复支撑作用明显促进了顶煤的破碎效果。

综采放顶煤工作面顶煤破碎机理分析

针对综放开采工作面顶煤破碎问题,介绍了目前顶煤破碎机理的研究成果,以赵固二矿11111工作面为工程背景,结合格里菲斯强度理论,进行了实验室剪切实验,利用高速摄像机采集了不同剪切角下煤体表面裂隙发育情况。结果表明:煤体的破坏过程其本质是裂隙的延伸扩张,煤体中裂隙的存在形式决定了其破坏强度,为顶煤破碎机理研究提供了新思路。

综放跨采巷道棚-索耦合协同支护技术

芦岭煤矿Ⅱ82运输上山受上方Ⅱ927综放工作面跨采影响且巷道围岩比较破碎,通过分析巷道围岩失稳机理得出了导致U型钢支架结构失稳的原因及锚索支护合理位置,提出了棚-索耦合支护技术方案;利用U型钢支架形成的基本承载结构,通过壁后充填注浆实现了破碎围岩与U型钢支架的第一次耦合,再根据巷道围岩的变形特征和U型钢支架的结构失稳类型,通过合理布置结构补偿锚索实现支护结构补偿,使U型钢支架与锚索形成二次耦合支护,进而提高支架的整体承载能力和支护结构的稳定性,在整个跨采期间巷道顶底板移近量累计475 mm,两帮移近量累计206 mm。

受载煤体破碎块度分布的实验研究

实验研究支承压力(采深)、煤体强度和裂隙发育程度对煤体破碎块度分布的影响变化规律,根据顶煤回收要求与可放块度原则得出预测临界采深的实用关系式,并以加权平均块度评价支承压力、煤体强度和裂隙发育程度三因素对顶煤可放性分类的影响,提出顶煤可放性的三因素评价准则。

塔山矿特厚煤层综放开采的实践及展望

塔山矿特厚煤层综放开采实践已完成5个工作面,通过在实践中不断摸索,基本解决了松软破碎大断面煤层巷道支护、端面破碎顶煤控制、工作面压架防治、支架适应性等几大难题。开采实践表明,塔山矿在特厚煤层采用综放开采技术是成功的。对塔山矿特厚煤层综放开采的未来发展进行了展望。

顶煤破坏区采动影响下巷道变形机理与控制技术

为解决顶煤破坏区下破碎围岩巷道变形大、破坏严重的难题,以韩咀矿32103工作面辅运巷为研究对象,采用现场实测及理论分析相结合的方法对巷道围岩应力分布及变形机理进行研究。结果表明:32103辅运巷道顶板存在的顶煤破坏区呈非连续分布,32103辅运巷道围岩应力环境调整及顶煤遗留煤柱与区段煤柱有效承载宽度减小是导致巷道矿压显现明显的主要原因。基于上述探测及理论分析结果,提出以“深浅孔注浆+锚网索”联合支护为主的巷道围岩控制技术及以“架棚+底板卸压”为主的加固技术。现场应用结果表明:采用新支护方案后,32103辅运巷道围岩最大顶底板移近量为70mm,最大两帮收敛量为48mm,支护锚杆未出现破断现象,且锚杆受力与围岩变形均在合理区间,巷道支护效果良好。

放顶煤工作面顶煤破碎机理及放煤高度的确定

主要阐述了放顶煤工作面顶煤破碎机理及放煤高度的合理确定;针对放顶煤工作面的顶煤厚度和煤质软硬程度,正确认定顶煤是否具有可放性,为工作面能否一次采全高提供科学依据。

放顶煤煤体破碎度实验研究

实验研究支承压力(采深)、煤体强度和裂隙发育程度对煤体破碎块度分布的影响变化规律。根据顶煤回收要求与可放块度原则得出预测临界采深的实用关系式,并以加权平均块度评价支承压力、煤体强度和裂隙发育程度等3个因素对顶煤可放性分类的影响,提出顶煤可放性的三因素评价准则。

综放工作面破碎顶板注锚一体化控制技术

针对传统锚杆索对综放巷道破碎顶板支护锚固强度低、非连续性及非协调大变形的问题,提出了在破碎顶板支护中采用中空注浆锚索改善破碎围岩自承载性能,实现锚杆索与围岩锚固一体化的控制理念,采用理论计算、数值模拟及现场实测方法研究注浆压力、注浆前后锚索锚固性能。结果表明,中空注浆锚索在破碎顶板巷道支护中,注浆压力为1.2~1.5 MPa,注浆扩散效果好,注浆、锚杆、锚索与破裂围岩构成支围一体结构,对顶板围岩中裂化滑移面、切向与径向拉伸破坏、剪切破坏形成限定,抑制围岩裂化扩展导致锚杆索锚固力降低或失效,巷道围岩位移量小,综放工作面破碎顶板围岩变形破坏得到有效控制,增强了破碎顶板围岩锚杆索锚固力及锚固安全性、可靠性。

预注浆技术在综放工作面断层及松软底板加固中的应用

同煤大唐塔山煤矿8110综放工作面通过断层破碎带时,对煤层底板采用超前预注浆技术加固,使得断层附近的煤层及底板破碎区完整性和承载力得到提高,杜绝了刮板输送机及液压支架的扎底下陷,保证了回采工作的顺利推进,实现了底板预加固目标。

王家岭煤矿12309工作面顶煤破碎特征及运移规律研究

为掌握12309工作面顶煤破碎特征及运移规律,采用理论分析+现场观测分析进行顶煤破碎特征的分析,根据顶煤破坏规律分析得出顶煤受力特征,基于现场测试得出顶煤破碎块度及冒落特征;通过数值模拟进行顶煤运移规律的分析,并在工作面回采期间进行顶煤活动规律的监测。结果表明,顶煤冒落块度基本在40 cm×30 cm×30 cm内,顶煤一般在支架顶梁后方及时垮落;顶煤放出7次后即进入稳定周期,顶煤的运移主要出现在超前工作面10~30 m内,工作面走向上顶煤运移可划分为4个区域。

极松软易破碎综放面巷道“降钻锚注平”支护技术

针对淮北矿区8#煤层极松软易破碎综放面巷道支护技术难题,阐释了极松软易破碎综放面巷道支护失稳因素,基于支护-围岩协同作用机制,提出了以“巷道破底降帮+锚杆超前支护+锚索支护+超前注水注浆+平顶U型钢棚”支护为主的“降钻锚注平”支护技术。在此基础上,结合淮北矿区信湖煤矿815机巷地质条件,研究设计了极松软易破碎综放面巷道“降钻锚注平”支护技术,现场试验结果表明:信湖煤矿815机巷从掘进开始到巷道趋于稳定,顶底板相对移近量值最大值为117 mm,两帮相对移近量值最大值为66 mm,巷道支护效果良好,能够有效地控制极松软易破碎综放面巷道围岩的大变形,大幅提升了掘进速度。

综放工作面破碎顶板加固技术研究

综放工作面在推进过程中,如果遇到地质构造带或者推进速度过慢,会造成顶板破碎、端面距加大、片帮、漏顶,甚至支架上冒空,给安全埋下了巨大隐患。三河口煤矿采用马丽散预注浆维护顶板的完整性获得成功,取得了很好的经济效益和社会效益。

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。