同忻煤矿8105工作面上覆坚硬岩层失稳破断研究

为研究坚硬岩层破断对回采工作面的影响,以同忻煤矿8105工作面坚硬顶板为工程背景,利用破裂线理论,得到了极限荷载破坏公式;为探究坚硬岩层失稳破断对工作面的影响,借助薄板理论,建立坚硬岩层结构模型,结合坚硬岩层失稳模式,给出了坚硬岩层失稳判据,分别为坚硬岩层初次失稳尺度及周期失稳计算公式;根据8105工作面综合柱状及物理力学参数,通过坚硬岩层协同变形载荷计算公式、坚硬岩层初次失稳计算公式等,确定低、中、高坚硬岩层层位及坚硬岩层破断尺度。结果显示:低、中、高位坚硬岩层初次失稳尺度分别为35.4 m、74.9 m、122.1 m,周期失稳尺度分别为13.5 m、63 m、109.9 m。通过理论计算坚硬岩层破断尺度发现:高位坚硬岩层失稳尺度最大,而低位和中位坚硬岩层失稳尺度接近一致。因此,高位坚硬岩层破断对工作面开采影响最大;8105工作面上覆岩层失稳破断对微震事件具有一定的影响。通过微震数据统计可知:坚硬岩层随着工作面的开采逐步发生失稳破断,不同坚硬岩层之间易发生耦合作用,形成复合矿压。坚硬岩层失稳判据的理论计算与实际硬岩破断尺度对比发现,高位坚硬岩层的预测准确率最高。

厚煤层大采高综采工作面覆岩失稳破断规律及控制研究

在厚煤层大采高综采工作中,厚煤层开采工作会导致移动岩层垮塌,并且崩塌的面积比较广泛,加之厚煤层开采的空间比较广阔,所以在开采的工作过程中,开采面很容易出现各种破坏现象,比如支架损坏,支架不稳定断裂等现象。这种情况的发生,对于大采高综采工作面的开采工作安全会造成很大的隐患,所以对厚煤层大采高综采工作面破段覆岩失稳的结构和规律进行分析和研究,从而研究出控制煤层失稳破断的技术,这样可以给厚煤层大采高综采工作面的安全提供了很大的保障,同时还可以极大地提高生产效率和生产质量。本文就厚煤层大采高综采工作面覆岩失稳破断规律进行探讨,分析围岩和支架之间的关系,以及研究破段技术的控制效果等,在此基础上研究了关于如何开采厚煤层的技术和实践理论,从而可以为中国的厚煤层大采高综采工作面的安全性和高效性提供支持和保障。

厚煤层大采高综采工作面覆岩失稳破断规律及控制研究

厚煤层大采高综采工作面移动岩层垮塌范围比较大,开采空间相对大,开采工作面非常容易出现支架损坏、压死,支架不稳定,煤壁片帮等问题,从而影响大采高综采工作面的生产安全。所以,研究厚煤层大采高综采工作面破断覆岩失稳的结构、规律,围岩与支架关系和控制破断技术,为中国厚煤层大采高综采工作面的安全、高效生产提供了理论支持。依据厚煤层大采高综采工作面覆岩失稳破断规律、围岩与支架关系、控制破断的技术成果等,提出了开采厚煤层的技术和理论,最终为中国厚煤层大采高综采工作面的安全开采提供了技术支持。

秦源矿复杂结构厚顶煤破断失稳的数值模拟研究

针对秦源煤矿复杂结构厚顶煤冒放性差,顶煤回收率低的实际情况,利用离散元模拟软件UDEC3.1,采用数值模拟方法,分析了不同条件下顶煤的应力场、位移场和破坏场分布特征,得出了复杂结构厚煤层综放开采顶煤的破断和失稳规律,为复杂结构顶煤的放出规律及放煤工艺参数对顶煤回收率的影响奠定了基础。

特厚煤层坚硬顶板综放开采矿压特征及覆岩破断规律研究

同忻煤矿主采石炭系3-5号煤层,平均煤厚约为15 m,其顶板主要由砂岩和砾岩组成的坚硬顶板。上部侏罗系内赋存有四层煤层,大部分已被开采,在坚硬顶板和煤层群遗留煤柱条件下,工作面回采期间矿压显现强烈。通过对同忻煤矿8309工作面现场矿压监测,分析工作面支架循环末阻力,得到工作面初次来压步距为70~75 m,周期来压步距为10.69~44.36 m,来压期间最大工作面阻力为15873.15 kN.利用3DEC数值模拟软件对8311工作面回采过程中上覆岩层的运动规律进行模拟,随着工作面向前推进,工作面逐渐呈现“下位悬臂梁与上位砌体梁”结构,得到了上覆坚硬顶板破断、失稳、垮落的特征规律。为具有类似条件的综放工作面回采提供可靠参考。

特厚煤层低位双硬顶板破断失稳规律试验研究

针对特厚煤层双硬顶板放顶煤开采覆岩冲击性破断问题以及宽煤柱沿空巷道变形较大、护巷困难、需反复刷扩等问题,以麻家梁矿14202工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验,对特厚煤层低位双硬顶板结构破断的动载效应进行研究分析。结果表明:下位坚硬顶板自离层萌生到全部垮落工作面累计推进36m,推进60m时发生初次失稳破断,垮落厚度为4.2m,破断角为60°,顶板断裂线距煤壁5.8m,周期垮落步距约为23~25m;上位坚硬顶板自下分层垮落到完全垮落工作面累计推进23m,破断步距约为55~65m,破断角与上位坚硬顶板一致;位移监测结果显示,下位坚硬顶板与软弱夹层中下部分、上位坚硬顶板与软弱夹层上分层以及其上覆软弱岩层运动规律保持一致;双硬顶板破断失稳在采空区侧形成一定范围的应力升高区,应力峰值为23MPa,应力集中系数为1.57,应力峰值距影响范围为20m;下位坚硬顶板破断形成“短悬臂梁”结构,该结构随工作面回采动态前移形成小周期来压,上位硬顶破断形成“长砌体梁”结构,该结构破断失稳动载作用于下部“短悬臂梁”,使得其提前破断而共同作用于工作面支护体,形成大周期来压。研究结果可为特厚煤层开采多层硬顶条件下的围岩控制提供理论依据。

采场厚硬顶板破断失稳与能量聚散演化研究

针对采场厚硬顶板强矿压问题,在采场厚硬顶板采动失稳影响特征分析基础上,运用力学理论构建采场厚硬顶板采动承载力学模型,分析采场厚硬顶板采动承载状态及能量积聚演化发布规律,从能量转化角度分析采场厚硬顶板破断致积聚能量释放与强动压显现关系,推导出工作面液压支架动载响应估算方程,揭示厚硬顶板破断失稳强矿压显现影响特征。研究结果表明,1)厚硬顶板在破断失稳前处于覆岩承载状态和自身弹性势能积聚,在破断瞬间显现略高于重力作用的加速运动失稳,加之悬伸跨度较大,导致厚硬顶板条件工作面动压显现尤为强烈;2)悬伸跨度、上覆岩层荷载是厚硬顶板采动承载和能量聚散演化的关键影响因素,上覆岩层荷载、自身厚度和强度是厚硬顶板极限悬伸跨度的关键影响因素;3)在工作面液压支架动态阻力响应的力源构成中,厚硬顶板破断积聚能量释放所形成的动态阻力占比最高,上覆岩层荷载做功转化所形成的动态阻力占比次之;4)在工作面液压支架动态阻力响应的影响因素中,厚硬顶板的悬伸跨度、上覆岩层荷载起直接加剧影响,岩层厚度增加厚硬顶板极限悬伸跨度,进而间接加剧动态阻力响应,直接顶厚度可对动态阻力响应起缓冲降低作用,支架控顶距的加剧影响程度不明显。

浅埋厚煤层覆岩采动裂缝演化规律研究

以串草圪旦煤矿6102工作面典型的黄土沟壑区浅埋厚煤层开采为背景,采用物理相似模拟,研究了黄土沟壑区浅埋厚煤层开采覆岩破断失稳特征与采动裂缝分布演化规律。研究结果表明,5煤直接顶初次垮落步距41 m,基本顶初次垮落步距60 m,周期垮落步距平均10.5 m,垮落带高度32 m,裂隙带高度104 m;下坡段开采裂缝数量少于上坡段,且裂缝宽度亦小;坡顶裂缝缝宽远大于坡脚裂缝;受6煤采动影响,坡肩处裂缝宽度持续增大,斜坡中段裂缝呈先增大后减小再稳定趋势。

厚基岩采场弱胶结岩层动力溃砂机制研究现状与展望

我国西部矿区黄陇、宁东两大煤炭基地发生的采场顶板溃水溃砂与强矿压显现叠加灾害是一种厚基岩采场顶板弱胶结岩层动力溃砂灾害。该灾害类型在表象、物源和动力源上均不同于以往浅埋、近松散层采场的非动力溃水溃砂灾害,是一种新型的采场顶板灾害。由于该类型灾害突发性强、破坏性大、冲击力大,对安全生产带来严重威胁,致使如何有效防控灾害的再次发生成为许多矿区亟待解决的难题。目前揭示灾害形成的内在机制、探明其中蕴藏的科学问题是建立灾害防控技术体系的基础和关键。通过挖掘灾害形成的表象、物源和动力源特征,分析事故矿区覆岩结构、地层条件及相关研究现状,研究得到硬岩下方支承压力和基本顶载荷分布对弱胶结地层劣化的响应规律、硬岩破断作用下劣化弱胶结地层溃涌的动力形成机制和通道演化规律等2个关键科学问题是揭示灾害形成机制的瓶颈。因此,关于灾害形成机制研究形成了弱胶结地层遇水劣化对影响因素的反馈特征及响应关系、上硬岩层和基本顶受力条件随弱胶结地层劣化的变化规律、劣化弱胶结地层溃涌动力机制和增量载荷作用下通道演化规律等3个主要研究内容,并且提出了从根本上改变灾害发生客观条件的硬岩超前预裂和弱胶结地层注浆改性的综合主动防控技术思路。研究成果将为采场顶板溃水溃砂和强矿压显现并发灾害构建防控技术体系提供借鉴,保障西部煤田大规模安全开发。

任楼煤矿7_240(上)南工作面突水溃砂原因及防范对策

从工作面覆岩结构、矿压显现、支架阻力等方面对任楼煤矿7240(上)南工作面在回采过程中发生突水、溃砂的原因进行了分析,结果表明,含水层作用下覆岩结构发生破断失稳,原来属于裂隙带的岩层变为垮落带,导致冒落带异常发育并沟通含水层引起水砂溃出,支架阻力不足被压死加剧顶板结构失稳和冒落的程度。针对此类具有破断失稳危险的覆岩结构,提高支架阻力、避免结构失稳压架和顶板切冒是根本防治途径,同时需要辅助铺网、完善排水系统、提高支护质量、加强现场组织管理等手段。

富水顶板大采高综采工作面涌水与矿压关系研究

针对纳林河二号煤矿31101富水顶板大采高综采工作面涌水情况,分析了工作面涌水与工作面矿压以及顶板岩层结构之间的关系。通过理论计算得出了关键层层位,认为基本顶及其控制的上覆岩层和关键层Ⅱ及其控制的上覆岩层共同组成了"复合悬臂梁—复合铰接岩梁"结构。计算得出关键层Ⅱ的初次断裂步距为210.3m,周期性断裂步距为101.1m,与现场实际矿压与涌水情况相符。认为"复合悬臂梁"的周期性破断失稳使得工作面产生"小"出水,而后发生小周期来压;"复合铰接岩梁"的周期性破断失稳使得工作面产生"大"出水,而后发生大周期来压。研究结果为31101工作面的出水预测提供了理论依据,并为相似工作面涌水与矿压关系研究提供参考。