高位离层突水诱导工作面切顶压架灾害预警研究

为解决永陇矿区特厚含水层高位离层突水导致的综放工作面大面积切顶压架灾害预测预报难题,采用含水层水位连续监测和工作面矿压实时监测方法,基于3起突水压架实例分析了含水层水位-工作面矿压的联动效应,从大周期步距、支架工作阻力与动载系数、支架增阻速率、安全阀开启率以及长观孔水位降速6个关联指标,对综放工作面切顶压架灾害预警指标合理阈值进行了研究。研究表明:含水层水位下降-工作面大面积来压-突水压架具有显著的时序性和联动性,并划分了前兆性预警指标和实时性预警指标,并提出了切顶压架两阶段预警方法和两级预警-防治机制。通过现场应用验证了该预警指标及方法的正确性与适用性。研究对陕西永陇、彬长等矿区高位离层水害及切顶压架灾害预警和防治具有借鉴价值。

综放工作面切顶压架原因分析及防治技术

为解决铁北矿综放工作面矿压显现强烈,频繁发生切顶压架事故的难题,通过现场观测和理论分析可知,特殊顶板条件及支架工况差是导致切顶压架事故发生的主要原因,采用KJ21顶板灾害监测预警系统,对反映支架工况的支架初撑力、支架循环末阻力、支架安全阀开启、周期来压步距、支架不保压、支架不平衡等6个关键指标进行监测分析,采用数理统计和类比方法分析监测数据得到了导致工作面发生切顶压架事故的5个主要原因,据此提出了防止工作面切顶压架事故发生的措施。结果表明,对工作面支架工况进行监测分析有利于预防切顶压架事故发生,使工作面平均月产量由原来的17万t提高至25万t以上。

综采工作面切顶压架的原因分析及防治技术

以某矿12501综采工作面在回采过程中出现的切顶压架事故为研究对象,为解决其在回采过程中综采工作面矿压强烈的问题,通过对该综采工作面支架立柱的实际观察和理论分析可知,该工作面紧邻采空区12503工作面且顶板条件恶劣是导致切顶压架事故发生的主要原因,利用顶板灾害监测预警系统分别对能反映支架工况的5个关键性指标(支架初撑力、支架循环末阻力、支架安全阀开启、周期来压步距、支架不保压)进行了监测分析,通过数理统计和类比方法分析得到了该综采工作面发生切顶压架事故的4个主要原因。同时提出了防止工作面切顶压架事故发生的措施。结果表明,通过对该综采工作面在回采过程中支架工况的有效管理,对切顶压架事故起到了有效的预防作用,加快了该工作面的回采速度,提高了经济效益。

深埋采场压架切顶诱发井下泥石流形成机理与防控

随着西部黄陇煤田煤炭资源的大规模开发与利用,该地区出现了一种危害严重的新型顶板灾害:采场压架切顶诱致井下泥石流灾害。由于事故采场埋深大、基岩厚,导致其与西北浅埋煤层和华北近松散层煤层采场遇到的压架切顶和溃水溃沙(砂)灾害,以及金属矿井下泥石流和煤矿断层、采空区泥石流灾害在物源和动力源上均有所不同。为防止该类型灾害再次发生,采用理论分析、数值计算和室内试验等手段,从灾害形成的物源、动力源及其影响因素等角度,分析研究了采场覆岩破坏特征、支架合理工作阻力、工作面节理裂隙发育产状、临近工作面倾斜支承压力叠加影响、含水层水力梯度条件和弱胶结地层物理力学特征及其矿物成分等,揭示了事故采场压架切顶和井下泥石流灾害的形成条件和2者的内在联系。研究结果表明:该类型灾害形成包括客观必要条件和诱发因素,客观必要条件为包含大量亲水矿物的弱胶结直罗组泥岩类顶板地层(物源)和复合关键层滑落失稳(动力源),诱发因素为支架工作阻力过小、临近工作面倾向支承压力叠加影响、工作面推进速度缓慢、顶板含水层较大的水力梯度和工作面顶板节理裂隙产状特征,即在客观必要条件存在的情况下,多个灾害诱发因素叠加导致客观必要条件灾变。因此,针对该灾害类型形成了"查清客观必要条件、控制和避免诱发因素"的防控技术路线。

综放工作面顶板灾害类型和发生机制及防治技术

综放工作面采出煤层厚度大,上覆岩层活动空间大,易发生顶板事故。为理解综放工作面顶板灾害发生机制,统计分析了部分煤矿综放工作面顶板灾害案例,按顶板条件及灾害特征将综放工作面顶板灾害分为松软顶板大面积切顶压架和坚硬顶板大面积垮落及压架2类。分别以崔木煤矿和曹家滩煤矿综放工作面为例,分析了2类顶板灾害发生特点,提出了相应顶板灾害发生机制:松软顶板工作面顶板胶结性弱,支架实际刚度不足致使顶板在煤壁处断裂,破断后易失稳,同时支架支护强度不足,最终导致切顶压架灾害;坚硬顶板工作面顶板整体性好,不易破断,悬顶到一定极限突然破断,对支架造成冲击,若断裂线在煤壁处则极易导致工作面切顶压架。结合工程实践,提出了2类顶板灾害防治技术措施:对于松软顶板综放工作面采取合理提高支架刚度、支护效率以及工作面推进速度,加强预警等手段预防大面积切顶压架灾害;对于坚硬顶板工作面除加强支架管理、合理开采设计等,还需从顶板改性入手,如采用井下区域水力压裂技术弱化顶板,防治顶板大面积垮落和压架灾害。

房式采空区下近距离煤层开采顶板切落突变分析

本文针对房式采空区下近距离煤层开采时,煤柱上方顶板与直接顶来压不一致容易导致顶板切落灾害,根据煤柱在上覆荷载作用下破坏失稳的非线性变化特征,建立了顶板-煤柱-矸石的力学系统。利用尖点突变理论研究了在线性荷载作用下系统的失稳机制,获得了该系统失稳的充要条件及煤柱的变形突跳量表达式和能量释放计算量,分析了顶板-煤柱-矸石系统失稳的主要影响因素。结果表明,煤柱的失稳破坏是顶板切落的主要因素。同时,利用能量法计算了在冲击作用下的冲击动载系数和支架的工作阻力。最后结合工程实例验证了理论推导的合理性。

工作面顶板灾害类型、监测与防治技术体系

长期以来顶板灾害在我国煤矿灾害事故中发生起数和死亡人数始终占据首位,是困扰煤矿安全生产的主要难题。笔者开展了顶板岩性、矿压显现特征和顶板灾害案例统计分析,结果表明:我国回采工作面顶板灾害主要表现为片帮冒顶、顶板大面积突然垮落和大面积切顶压架3种类型。系统分析了各类型顶板灾害的发生特点及致灾原因:片帮冒顶多发生于松软煤岩体,采煤方法不合理及管理不当的工作面;顶板大面积突然垮落一般为坚硬顶板大面积悬顶、瞬时垮落所致;大面积切顶压架主要发生在薄基岩浅埋深工作面或顶板累积下沉量大引起顶板在煤壁处断裂的工作面。针对我国顶板灾害监测与防治,建立了工作面顶板灾害全景监测预警技术架构,即采用微震监测系统监测远场顶板活动,采用矿压监测系统监测近场顶板运动,采用三维激光扫描技术监测煤壁片帮时空演化,通过监测数据系统分析,动态掌握采场围岩的活动规律和支架工况,实现顶板灾害监测预警。提出了工作面开采全过程的顶板灾害综合防治技术体系,在工作面开采前确定合理采煤方法,合理工作面布置方式,科学开采参数及优化设备选型配套,这是防治顶板灾害的核心技术;在开采过程中保持支架良好的工况辅以顶板弱化技术,进而实现工作面顶板灾害防治。