采空区积水条件下工作面推进速度对煤岩层稳定性影响研究

针对龙湖煤矿64号煤层受采空区积水影响下的安全开采问题,基于流固耦合及弹塑性力学理论,采用室内力学实验、数值模拟等方法,分析在采空区积水条件下,工作面推进速度对煤岩层稳定性的影响规律。结果表明:随着工作面的推进,工作面处应力集中现象越发显著,且推进速度越快应力峰值越大;煤岩层的位移沉降规律经历了积水影响异常区、工作面沉降影响区以及上下煤层沉降贯通区3个阶段,工作面推进速度越快煤层开采区域位移沉降量就越大;水压力随着工作面推进速度的增加而略有增大,但不同的推进速度对煤层开采水力渗流影响不大;随着工作面与积水区距离逐渐缩短,最终诱发上部积水异常范围产生塑性区并与下部煤层贯通;工作面推进速度越快开采扰动产生的煤岩层损伤范围就越大,塑性应变峰值同样增大。

特厚煤层开采工作面推进速度对矿压显现的影响

为了研究特厚煤层综放工作面推进速度对矿压显现的影响,以同忻矿8106综放工作面为研究对象,采用数值模拟和现场监测,对不同工作面推进速度下的工作面围岩应力和支架工作阻力进行了分析,得到了工作面推进速度与矿压显现之间的关系。结果表明,工作面推进速度越快,超前支承压力峰值越高、峰值点与煤壁的距离越近,工作面来压步距越长、动载系数越大,工作面矿压显现更强。同忻矿强矿压显现在一定程度上与工作面推进速度有关,应适当降低工作面推进速度。

充填体强度形成速率与工作面推进速度的关系

针对新阳煤矿采空区高浓度胶结充填开采的地质生产特点,根据胶结充填材料强度形成过程与凝结时间的关系特性,将充填体所在区域沿工作面推进方向分为强度增长区和强度恒定区2个区域,在此基础上建立了"煤壁—支架—充填体"联合支撑的顶板梁结构力学模型。对顶板岩梁各段的受力进行分析,求得顶板岩梁剪力和弯矩的表达式以及岩梁两固支端的支座反力和弯矩。探讨了胶结充填材料强度形成速度与工作面推进速度之间的关系,根据充填开采极限跨距的概念以及充填材料强度形成的时间关系,计算了工作面推进速度与充填体强度形成速度之间的关系。研究结果表明:岩梁最大剪力处和最大弯矩处均位于岩梁与煤壁的交点处即岩梁煤壁端;工作面支架的工作阻力和充填体的支撑能力对顶板岩梁剪力和弯矩的分布影响较大;新阳煤矿10203工作面合理推进速度为3.2 m/d,每天割煤4刀。

地表和岩层变形与工作面推进速度的关系

以现场实测和相似材料模拟实验资料为基础，采用连续介质力学的方法，对开采层上覆岩层和地表的移动变形与开采工作面推进速度的关系进行了研究，得出其间的动态关系方程。

工作面推进速度对采空区自然发火影响研究

工作面推进速度直接影响采空区自然发火的严重程度。为了准确定量确定采空区自然发火防治措施技术参数,以同忻矿8101工作面为例,利用数值模拟软件分别计算当推进速度为1.2m/d、1.4m/d、1.6m/d、2.4m/d、4m/d、5.6m/d和8m/d时采空区内气体和冒落矸石温度场的时空分布情况,确定了工作面最小推进速度,以指导现场安全生产。

综采工作面推进速度对瓦斯运移优势通道演化的影响

为了研究综采工作面卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,工作面推进速度为关键参数,构建采动卸压瓦斯优势通道数学模型,并针对山西和顺某高瓦斯矿井主采工作面,开展综采工作面在不同推进速度条件下的卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道演化规律物理相似模拟试验。研究结果表明:加快推进速度,三带高度降低,平均来压步距增大,优势通道在上覆岩层的空间位置也随之降低,优势通道发育的高度、宽度、垮落角和范围随着推进速度加快而减小。随着推进速度的加快,优势通道离层率和贯通度逐渐变小。随着工作面的推进,优势通道的分形维数由小到大对应的推进速度依次为7、5、3 m/d,呈现出降维的趋势。在现场高位钻孔试验中,对工作面推进速度不同时的高位钻孔参数进行优化调整,得到高位钻场抽采瓦斯占绝对瓦斯涌出总量的49.94%~89.88%,并且使得上隅角及回风巷平均瓦斯体积分数维持在0.27%以下及0.32%以下,从而保证工作面安全高效的回采。研究结果可为不同推进速度下采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。

工作面推进速度对采场前支承压力的影响研究

为了研究工作面推进速度对采场前支承压力的影响规律,以弹性地基梁为力学模型,从动力学的微分方程出发,系统研究了不同工作面推进速度采场前支承压力的三维分布形态。通过与数值模拟比较证明支承压力的力学表达式是可靠的。

三硬条件下孤岛工作面安全推进速度研究

为保证三硬条件下孤岛工作面安全高效开采,采用理论计算方法分析了工作面推进速度对冲击地压的影响机理,采用实验室试验及数值模拟试验的方法分析了不同加载速率下煤体的力学特性;数值模拟方法分析了工作面开采速度对超前应力分布的影响,其结果与理论分析结果吻合。以数值模拟得出的应力为基础,计算了巷道围岩弹性能分布情况,结果表明:三硬条件下孤岛工作面安全推进速度应小于3.6 m/d。现场微震事件结果与理论计算和数值模拟结果一致,说明工作面推进速度应小于3.6 m/d是合理的。

基于遗煤自燃防治的综放工作面合理推进速度的确定

为了研究综放工作面推进速度对采空区遗煤自燃的影响规律,采用理论分析、数值模拟、相似模拟及回归分析等方法,对工作面推进速度与工作面采出率、采空区应力场、孔隙率分布规律、漏风量,以及氧化带宽度的关系进行了研究,得到工作面推进速度与各因素的函数关系,以及工作面推进速度的合理确定方法。分析结果表明:防止遗煤自燃的工作面推进速度存在下限值和上限值,当利用上限值和下限值估算的工作面合理推进速度范围存在并且具有较大变化空间时,再对采出率加以考虑,即可得到有效防止遗煤自燃的合理工作面推进速度;当此范围不存在或范围较小时,说明提高工作面推进速度不能防止遗煤自燃,这时工作面的合理推进速度应主要依据采出率进行确定。工作面推进速度越小,与氧化带宽度的关系曲线越平缓,提高推进速度越有利于防止遗煤自燃。

易自燃孤岛工作面安全推进速度研究

冲击地压危险性是孤岛工作面的一种自然属性,防冲减压会影响孤岛工作面正常推进速度,加大煤层自燃危险性,因而确定孤岛工作面安全推进速度时,必须要考虑防冲要求。针对以往孤岛工作面安全推进速度的确定较少考虑冲击地压危险性的问题,以济宁二号煤矿93下05工作面为研究对象,分析了终采线处上下邻近采空区的贫氧特性和工作面采空区的危险性区域分布规律,得出以下结论:当O 2体积分数为6%时,煤样由初始条件氧化至达到临界温度的时间为253 d,应保证工作面在253 d内回采完毕;考虑防火要求,安全推进速度应不小于为3.7 m/d;考虑防冲要求,优化后未保护区和保护区的安全推进速度范围分别为3.7~5 m/d和5.04~8 m/d。该推进速度不仅保证了93下05工作面回采期间三面采空区的煤自燃安全,而且不会给工作面带来新的冲击地压危险,确保了工作面生产周期内的安全回采。

回采工作面推进速度对主要顶板岩石冒落的影响

当前综合机械化采煤效率极大提高,促使工作面推进速度加快,必然引起矿压的一系列问题。我们与国立矿业大学的专家们共同研究这一课题。要查明下列指标：名称、煤层厚度和倾角,工作面长度；运输和通风平巷的支护方法；顶板岩层厚度、硬度和裂隙参数；工作面推进速度；工作面顶板岩石冒落间距（第一次和完全定形的）；开采深度；岩石的容量；底板岩石胀鼓等。

工作面推进速度对岩体应力―变形状态和瓦斯渗透性的影响

在市场经济条件下,必须提高采煤效率,因此在乌克兰煤矿回采工作面推进速度要提高0.5～1倍,在个别矿井达到200 m/月。这样在生产回采工作面后,要使上部和下部岩层动力错动发生很大变化,也影响到错动区域参数变化。当回采工作面增大推进速度为40～200 m/月时,沿层理方向应力变形具有集中连续不断发展，而开始时层理地带滞后于回采工作面方向线30m和更大，这使增大渗透性的次垂直沟槽消失。

工作面推进度对采空区遗煤瓦斯涌出的影响研究

运用UDF程序接口将工作面推进过程、采空区孔隙率与渗透率“O”形圈分布函数、采空区遗煤瓦斯放散速率公式添加到FLUENT流体计算模型中,建立了移动坐标下采空区遗煤瓦斯渗流计算模型及回采巷道内瓦斯弥散运移计算模型,在此基础上对U型、U+I型、偏Y型与并列双U型4种通风方式下的风流场及瓦斯浓度场进行了模拟计算,研究了4种通风方式下工作面推进速度对采空区瓦斯遗煤涌出的影响,定量对比了4种通风方式下采场巷道和采空区的瓦斯浓度场分布、上隅角瓦斯浓度、回风巷瓦斯浓度、采空区排瓦斯巷道瓦斯浓度、采空区总风排瓦斯量的差异性,研究结果论证了U+I型、偏Y型与并列双U型通风方式有利于控制上隅角瓦斯浓度,研究结果对工作面回采过程中采空区瓦斯涌出预测具有重要的参考价值。

微震事件与工作面推采速度采高的关系研究

为了在安全开采和提高煤炭采出率的前提下,确定高家堡煤矿201工作面最佳推进速度及合理采高,运用ARAMIS M/E微震监测系统,研究分析了5个月的微震频次和能量的监测数据,结果表明:201工作面回采时应尽量保持匀速推进,推采速度应处于4.8~6.4 m/d之间;回采高度应逐步增加,每日回采高度不应超过6 m较为合理。

易燃煤层工作面采空区自然发火规律及防治技术

为研究采空区煤自燃危险区域分布规律,以荣达矿易燃煤层工作面为对象,开展煤自燃指标气体试验,得出CO、C2H4与C2H6可作为自然发火标志气体。通过现场实测,划分了采空区自燃“三带”,确定了采空区“三带”中散热带宽度约为25 m,氧化带宽度约为65 m,工作面安全推进速度为1.4 m/d。并基于此设计了注氮防灭火技术方案。

特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮机理及控制

针对不连沟煤矿F6202大采高综放工作面煤壁片帮严重的问题,通过现场调研观测,根据煤壁片帮位置,总结并分析了回采过程中煤壁片帮的基本特征。进一步分析了顶板结构、液压支架工作阻力及工作面推进速度对煤壁片帮程度的影响。研究表明:顶板形成的"下位组合悬臂梁-上位砌体梁"结构中组合悬臂梁失稳断裂引起煤壁上方"反弹区"向煤壁冲击,以及支架工作阻力偏小、工作面推进速度过快引发组合悬臂梁结构强度伪增强而积聚更多应变能瞬间释放是导致大采高综放条件下煤壁片帮的重要因素,增大液压支架工作阻力能够降低煤壁片帮程度。提出了"煤层注水、适当减缓工作面推进速度、提高液压支架工作阻力"的片帮综合治理方案;工程实践表明,治理后煤壁片帮频次和日片帮深度均值较之前大幅减小,取得良好片帮治理效果。

采动工作面瓦斯流动规律的探讨

在经典瓦斯流动理论基础上，将瓦斯在采动工作面前方煤层中的流动视为流动边界不断变化的一维流动问题，利用动坐标变换，求出在这种情况下瓦斯压力分布的解析解，比较了不同的工作面推进速度对瓦斯压力分布及瓦斯涌出量的影响。

“U+I”型通风形式下综放工作面采空区遗煤及支架上方煤壁瓦斯放散与运移规律研究

为了揭示"U+I"型通风形式下综放工作面采空区遗煤及支架上方煤壁瓦斯放散与运移规律,以王坡煤矿3205综放工作面为现场背景,建立了采空区遗煤瓦斯放散与运移稳态计算模型、采空区支架上方煤壁瓦斯放散与运移非稳态计算模型。定量分析了工作面推进速度、采空区遗煤厚度和工作面配风量3个因素对由采空区遗煤瓦斯放散形成的瓦斯浓度场分布的影响,定量分析了移架放顶煤方向对由采空区支架上方煤壁瓦斯放散形成的采场巷道及采空区瓦斯浓度场分布的影响,研究结果对现场工作面瓦斯超限预测具有重要的指导意义。

阳城煤矿3301综放工作面初采期间防灭火实践

为防治阳城煤矿3301综放工作面初采期间由于推进速度慢、采空区遗煤多和漏风严重等导致的采空区自燃,结合矿井实际,提出了加快工作面推进速度、调整工作面风量、减少漏风、注胶、注惰性气体和喷洒阻化剂等综合治理措施。结果表明:采取综合治理措施后,3301综放面回风流中CO体积分数由治理前最高的501.25×10-6降低至17×10-6,保证了该工作面初采期间的安全回采。

矿压监测系统在综采工作面的应用

通过采用矿压监测系统对综采工作面顶板压力进行系统分析和研究,取得了大量的基础材料。掌握了工作面推进速度与周期来压步距的关系以及该工作面液压支架的工作状态,从而优化采煤工艺参数,达到了预期的目的。