上覆坚硬厚顶板煤岩卸压增透数值模拟及应用研究

基于榆树田煤矿上保护层开采时被保护煤层上覆岩层为坚硬厚岩层的实际情况,采用物理实验、数值模拟和现场应用等方法,研究上保护层开采推进时被保护区域的应力变化尤其是垂直应力演化规律和原岩应力区、应力增高区和降低区的演化规律,继而设计保护层开采方案并选定高位定向长钻孔进行瓦斯抽采。结果表明,被保护层上覆的坚硬厚岩层会形成关键层直接影响保护层效果;上保护层开采后被保护层的卸压程度为50%,膨胀变形量为0.391%,被保护层工作面回风瓦斯浓度降低至0.35%。现场应用结果表明,被保护煤层上覆坚硬厚岩层时,采用上保护层开采配合高位定向长钻孔抽采能够取得理想的卸压增透和瓦斯抽采效果。

深井直覆硬厚顶板侧向破断模式及采动应力响应特征研究

针对深井“三巷布置”工作面临空巷强烈矿压显现现象,以煤层直覆硬厚顶板为工程背景,运用理论分析、相似模拟、现场实测等研究手段,分析直覆硬厚顶板侧向破断模式,揭示临空巷强矿压显现机制,明晰工作面采动应力响应特征。研究结果表明:直覆硬厚顶板破断后,在工作面侧向形成长悬臂-铰接结构,破断线位于采空区内。直覆硬厚顶板岩性特征和几何特征决定着临空巷矿压显现程度,顶板越硬或者越厚,采空区煤体周围越容易产生较高的应力集中。直覆硬厚顶板下巷道围岩应力集中程度高,且临空侧超前支承压力影响范围更广,应力集中程度更高,巷道矿压显现更为剧烈;煤柱上侧向支承压力呈“同步受力、同步增长”变化特征,进入采空区稳定阶段后支承压力表现L+W型应力特征,相邻待采工作面煤柱侧出现非对称的应力峰值,煤柱中部出现应力双峰。受侧向高应力影响,下一区段巷道围岩主要表现为两帮中下部剧烈变形。基于工作面直覆硬厚顶板侧向破断特征和强动载矿压显现机制,提出了顶板灾害超前治理、“浅部强力支护+深部多层次卸压”的防控技术体系,为采场岩层控制提供有益指导。

硬厚顶板破断结构演化及冲击危险区分析

针对硬厚顶板破断及结构演化对工作面冲击显现的影响,以东滩煤矿63上05工作面硬厚顶板条件为背景,运用理论分析和数值模拟分析了硬厚顶板破断失稳的临界条件及其结构演化过程,并划分工作面冲击危险区域。结果表明:顶板厚度和强度与块体破断时端部垂直载荷成正比,直接顶与基本顶的结构形态由“V”形演化成“U”形;顶板初次和周期跨落步距相较于常规情况明显增大,且基本顶结构演化较直接顶具有迟滞性;顶板垂直应力以应力拱形式演化,开采过程中在采空区中形成多处应力集中。基于研究结果,划分63上05工作面冲击危险区域并利用微震监测技术验证准确性。

特厚缓倾斜煤层坚硬厚顶板超长钻孔定向三维水力压裂技术及应用

针对新疆坚硬厚顶板条件下特厚煤层开采后造成的大面积悬顶可能诱发的强矿压现象,以宽沟煤矿I010206工作面为例,通过理论分析、数值模拟、现场监测、工程试验等方法,分析了特厚缓倾斜煤层顶板垮落形态及坚硬厚顶板强矿压控制思路,明确了合理压裂参数,提出了超长钻孔定向三维水力压裂技术并进行了现场试验。研究结果表明:孔隙水压力随着与钻孔径向距离的增加在5 m内迅速衰减,压裂段间距较小时两裂缝扩展出现影响,易造成裂缝偏转,注水量从20 m3增加至35 m3时,裂纹扩展长度增加50%,综合考虑压裂层位强度、裂纹相互影响范围及压裂效果,确定宽沟煤矿水力压裂最佳参数为:起裂压力17 MPa,钻孔间距50~72 m,压裂段间距30 m,单段注水量为35 m^(3)。基于宽沟煤矿地质条件提出了双厚组合岩层双封单卡多点拖动定向分段水力压裂技术及工艺,压裂后坚硬顶板微震次数大幅降低,顶板来压峰值有效减小。本文研究可为类似条件矿井坚硬厚顶板开采中出现的强矿压现象提供解决思路。

硬厚顶板工作面开采围岩运移数值模拟与分析

采用UDEC软件对硬厚顶板条件下潘北矿11313工作面开采时顶底板应力分布和覆岩运移规律进行数值模拟与分析,得出工作面在回采过程中,工作面初次来压步距为52m,周期来压步距为30m;切眼煤柱后方、工作面煤壁前方支承压力也逐渐增大,当推进到一定距离时,支承压力基本保持不变;采场围岩不同层位支承压力峰值位置表现为:底板7m小于底板3m小于顶板9m小于顶板33m。通过现场实测可知,其模拟结果与现场相符合。

深部综采工作面厚顶板爆破控灾技术及应用

深部综采工作面厚顶板失稳极易诱发煤岩动力灾害。针对深部综采工作面爆破处理厚顶板问题,在考虑煤岩本构关系基础上,建立爆破弱化顶板力学分析模型,并采用LS-DYNA有限元程序、ALE(流固耦合)算法及3DEC离散单元法,计算深部岩体爆破裂纹扩展影响半径,确定顶板爆破位置和断顶卸压高度,为爆破减灾方案提供依据。研究结果表明:爆破卸压作用力学行为表现为消除应力集中区和支座B力矩MB;覆岩爆破主裂纹扩展最大影响半径2.60 m,有效应力波最大影响半径5.65 m,确定双炮孔距10 m,主裂纹扩展主方向为沿径向扩展,次裂纹扩展方向具有随机性;通过实施21102工作面顶板深孔爆破方案后,统计分析支架工作阻力并验证了爆破诱导顶板断裂效果显著。

坚硬厚顶板煤柱型冲击地压防治技术研究

为了对坚硬厚顶板这种特定地质条件下的冲击地压防治技术进一步细化研究,分析了宽沟煤矿I010203工作面开采过程中上覆坚硬厚顶板冲击地压过程,提出了相应的防冲技术措施,并基于工作面卸压防冲前后微震事件时空变化规律对防治技术进行了效果检验,研究结果表明:B;煤层开采后上覆坚硬厚顶板易在I010203工作面采空区及相邻I010201采空区之间的煤柱区域产生悬顶,不但会造成煤体静载应力集中,而且造成能量积聚,从而产生大量动载,悬顶长度过长时会发生垮落、破断等强动载扰动,当动载荷和静载荷叠加超过临界值时便会造成冲击显现,煤柱集中静载和坚硬顶板破断动载是冲击地压主控因素。根据上述冲击地压分析结果,设计了顶板断顶预裂和煤体超前爆破两种卸压技术措施,并选取卸压前后稳定生产期间的微震事件进行卸压效果对比分析,卸压后微震日总能量和日总频次明显降低,10^(3)~10^(4)J以上微震事件明显减少且微震的空间分布较为分散,顶板附近微震事件明显减少,说明采取的卸压措施效果明显,可有效降低冲击危险性。

坚硬厚顶板采动影响下区段煤柱合理宽度的确定

以新疆俄霍布拉克煤矿1406回风平巷在上回采工作面采动影响下掘进巷道围岩变形破坏严重为背景,对坚硬厚顶板采动影响下1406回风平巷变形破坏机理进行了分析。结果表明:采空区顶板的垮落具有垮落周期长,动压强烈,对下位煤层给定变形大,侧向实体煤破坏深度大的特点;当前10m煤柱宽度对于1406回风平巷并不能起到较好的维护作用。基于弹性核理论计算了煤柱宽度,运用数值模拟软件对坚硬厚顶板采动影响条件下侧向支承压力分布以及不同煤柱宽度垂直应力与围岩变形进行了研究,最终确定1404回采工作面与1406回风平巷区段煤柱合理宽度为18m。

浅埋深坚硬厚顶板动压巷道采动应力演化规律研究

针对浅埋深坚硬厚顶板条件下巷道矿压显现强烈的问题,采用多种现场实测数据研究了工作面回采前后全周期采动应力的演化规律以及巷道围岩变形破坏演化特征。结果表明,工作面回采前后全周期采动应力演化规律表现出显著的阶段性变化特征,超前阶段采动影响较小,滞后阶段矿压显现强烈,煤柱帮下部锚杆受力最显著,最大增幅达17.3kN。采动应力逐渐向辅运巷方向转移,煤柱峰值应力最终稳定在10.4MPa。滞后工作面距离大于405.6m时随顶板岩层运动趋于稳定,采动应力变化也逐渐稳定。结合辅运巷在采动应力作用下的变形特征,提出了薄弱环节加强支护的控制思路,制定了合理的巷道支护对策,以期为类似条件的动压巷道围岩控制提供一定指导。

采煤工作面坚硬厚顶板放顶技术及预防措施

该文针对采煤工作面坚硬厚顶板放顶难的问题,探讨了坚硬厚顶板的放顶技术,对工作面的支护进行了分析,给出了相应的预防措施,可用于指导煤矿坚硬厚顶板的放顶,保证工作面的安全高效开采。

古书院矿坚硬厚顶板工作面矿压显现规律研究

为了掌握古书院煤矿坚硬厚顶板矿压显现规律,为工作面瓦斯治理及采掘方法提供一定参考,利用FLAC^(3D)数值模拟软件对采动引起顶底板移近量和应力变化进行定量和定性分析。研究结果表明:采用顶底板移近量和覆岩应力变化规律相结合的方法能够确定工作面来压步距并起到相互验证的作用,综合分析得到工作面推进初次来压步距平均值为20~21 m,周期来压步距平均值为16 m。利用的数值模拟方法得到的工作面矿压显现规律,为相似条件工作面的矿压显现规律研究提供一种有效的方法。

复合硬厚顶板采场覆岩垮落控制研究

针对西部弱胶结地区采场硬厚顶板来压步距大,易引起剧烈矿压显现的问题,提出对硬厚顶板注水软化的处理方案,使顶板冒落步距大幅缩短,矿压显现显著降低。以泊江海子煤矿113100工作面为背景,利用Fl AC3D软件,数值模拟现场施工过程,对比分析理论计算来压步距及有无注水软化孔工作面回采过程中应力场、塑性区演变情况,得出水力软化顶板破断的最佳步距;将钻孔注水软化顶板的施工方案运用于113100工作面的回采中,使直接顶的初次来压步距控制在20 m左右,基本顶的初次来压步距控制在30 m左右。结果表明:通过提前对覆岩顶板钻孔注水软化,可有效控制顶板初次垮落步距,实现顶板在预定位置垮落的目的,从而将工作面的顶板瞬时动力显现效应降到最低,保证工作面的安全回采。

硬厚顶板条件下矿震发生的影响因素分析

为有效治理大能量矿震,实现"有震无灾",以东滩煤矿六采区为研究背景,采用微震监测、理论分析、数据统计等手段对东滩煤矿63_上04和63_上05工作面回采期间矿震进行分析。大能量矿震发生往往与煤层上方坚硬岩层关系密切,硬厚岩层断裂是导致大能量矿震发生的主要因素,判定3上煤层上方90~180m硬厚砂岩为主导63_上04和63_上05工作面矿震发生的关键岩层;大能量矿震发生往往具有"见方"效应,可据此推演大能量矿震发生的时间和位置。

采煤工作面坚硬厚顶板放顶技术及策略

本文主要分析了采煤工作面坚硬厚顶板强制放顶原理及技术,重点介绍了提高采煤工作面坚硬厚顶板放顶效果的策略,它不仅能够确保采煤工作面坚硬厚顶板放顶工作的安全、高效进行,而且还可以提高后续煤矿开采工作的顺利进行。通过对坚硬厚顶板放顶技术及策略进行研究,以期为煤矿的安全生产提供可靠保障,并实现经济与社会效益的最大化。

大断面极软弱厚顶板巷道锚杆支护技术

昔阳乐安煤矿针对大断面软弱厚顶板巷道顶板下沉和两帮移近量较大的情况,通过进行矿压变形观测和数据采集,分析巷道变形数据,提出有针对性的措施,如改变巷道断面形状,合理优化支护和参数设计,有效地控制了巷道变形,降低了巷道修复量,提高了安全保障程度。

厚硬顶板水力压裂弱化和精准控制技术研究

针对厚硬顶板易悬顶难破断导致工作面矿压显现剧烈问题,以神辉煤业灰岩顶板为对象,采用理论分析、数值模拟和现场应用方法,研究厚硬顶板水力弱化机理和效果模拟、高压水小孔径预裂关键参数和技术。研究结论如下:高压水沿预割导向裂缝扩展将厚硬岩层裂化为分层和小块体,及时垮落充填于采空区,切断应力传递路径、减小作用载荷,从而实现精准控制;确定了致裂高度、层位、泵站压力和钻孔参数等关键参数和工艺,工业性应用后顶板悬顶长度由10~30 m减为5 m、出现及时垮落充填,成功实现了神辉煤业厚硬顶板的有效控制。

多层厚砂岩顶板综采面矿压显现机制及防控技术

多层厚砂岩层条件下工作面开采覆岩结构独特,矿压显现强烈,对煤矿的安全高效生产有很大影响。以俄霍布拉克煤矿11112综采工作面为研究对象,采用理论分析、现场研究及数据统计分析等方法,研究了工作面走向不同阶段覆岩赋存特点及应力分布特征,分析了厚层顶板破断能量聚散规律,阐明了厚层砂岩层条件下综采工作面矿压显现机制,提出了针对性的防治技术参数。研究结果表明:(1)工作面走向上覆岩特征呈现出“厚度小、层间距大和岩层分层明显(砂岩层互层)”和“厚度大、层间距小和岩性较稳定(无互层)”特点较明显的两个阶段;(2)工作面超前支承应力大小及范围受不同层位关键层影响不同,关键层一影响下的应力峰值位于工作面前方5~8 m,不同阶段应力增量分别为1.57 MPa、1.71 MPa及1.77 MPa,关键层三主要对其范围影响较大,不同阶段影响范围分别为72.5 m、86.8 m及126.7 m;(3)关键层一破断能量释放对工作面回采影响最大,第二阶段关键层一整体较完整,其破断传递给煤体的能量为2.11×10~4~2.27×10~4J;(4)根据煤体高应力和顶板破断能量释放两种矿压主要影响因素,制定了综合矿压治理方案。

深埋厚顶板工作面采场应力演化规律及区域水力压裂卸压技术研究

针对深埋厚砂岩顶板赋存条件下工作面回采过程中采场应力高、两巷变形量大、顶板断裂能量大等强矿压显现问题,采用FLAC数值模拟了130207深埋高应力采场应力演化规律和采场位移演化规律,结果表明,工作面推进至一次见方和二次见方时,会出现高应力集中,集中系数最高可达2.5~4.0;二次见方期间回风巷帮部水平位移可达390 mm,底鼓量可达413 mm。为确保工作面安全回采,制定了区域水力压裂卸压方案,依据关键层理论和组合梁理论计算得出130207工作面关键致灾层位为22.83 m厚粗粒砂岩层和40.23 m厚粗粒砂岩层,依据Hubbert-Willsi非渗透性地层破裂压力计算公式得出起裂压力为13.06 MPa。区域水力压裂后,工作面周期来压步距、来压持续距离明显减小,超前支承压力影响范围及应力集中系数明显降低,工作面日最大能量和日平均能量明显减小,这说明定向区域水力压裂技术效果良好。

厚砂岩坚硬顶板沿空留巷技术研究与应用

祁东煤矿8235采煤工作面的基本顶为厚度近30 m的坚硬砂岩顶板(无直接顶),该工作面回风巷在沿空留巷过程中实施了“超前切顶爆破卸压”“高预应力注浆锚索和双排垛式支架加强支护”“非回采帮‘外锚-内卸’协同控制技术”等成套关键技术后,留巷内巷道围岩变形量均在可控范围内,巷道在经过简单卧底修整后便可直接作为下一个工作面的运输巷使用,相较于重新开掘一条巷道或对留巷进行大修而言,可有效缓解矿井采掘接续,且技术经济效果明显。

坚硬厚层顶板破断规律与围岩控制研究

针对坚硬厚层顶板破断规律问题,基于材料力学剪应力公式建立弹性力学模型,使用两端固支位移约束条件解出应力解析解。基于第一强度理论拟合分析新集二矿230102工作面坚硬厚顶板水平应力分布变化规律,并以此得到基本顶初次来压步距公式。将该公式应用到230102工作面,得到理论初次来压步距为44.9 m。通过FLAC3D软件分析工作面推进过程中垂直应力变化与塑性区变化得出了初次来压步距为36~40 m。为提高巷道围岩稳定性,在230102工作面风巷距切眼9 m和45 m处实施深孔预裂爆破。现场液压支架测得初次来压步距均值为32.7 m,支架载荷小于额定值。