复合坚硬顶板地面水力压裂强矿压控制技术研究

针对复合高层位坚硬顶板所产生的工作面及巷道强矿压问题,传统的井下水力压裂及爆破切顶卸压等技术难以达到预期效果。基于马道头矿8106工作面顶底板岩层赋存条件,结合地面垂直钻井水力压裂技术,对压裂目标层、钻井位置及井身结构等进行具体参数设计并在现场实际应用。应用结果表明,地面水力压裂效果显著,工作面及巷道强矿压现象得到明显缓解。

综采工作面回撤巷强矿压显现机理及控制技术

为保障厚煤层综采工作面回撤巷的安全使用,以鄂尔多斯纳林河二号井31102工作面回撤巷强矿压显现为背景,通过现场监测与理论分析相结合的方法,对厚煤层综采工作面开采过程中回撤巷强矿压显现进行研究。结果表明:厚煤层综采工作面回撤巷强矿压显现,主要为工作面采动引起的超前支承压力、相邻采空悬顶引起的双向支承应力,以及回撤巷开掘引起的静载三者耦合作用的结果。根据强矿压发生机理,提出回撤巷道及相邻巷道钻孔卸压和补强支护相结合的控制方案,使其处于“强支、强卸”状态。在相邻31103工作面回撤巷实施强矿压控制技术,通过现场观测和数据分析,表明强矿压控制技术效果良好,可有效保障回撤巷的安全使用。

王家山矿急倾斜煤层长壁开采覆岩破断机制及强矿压控制方法

以王家山煤矿工程地质条件与强矿压显现特征为背景,利用室内试验、理论分析、数值试验和现场观测等综合研究手段,研究了急倾斜煤层开采覆岩初次、周期顶板破断机制,揭示了煤、岩非对称应力分布特征与演化规律,提出了强矿压显现危险区域预测与定向弹性能释放强矿压控制方法。取得的主要研究成果有:(1)基于弹性力学理论,建立了横纵荷载作用下急倾斜煤层基本顶的薄板力学模型,分析了基本顶上、下板面的应力分布特征,获得了基本顶断裂线发育轨迹与破坏区演化规律,提出了急倾斜煤层基本顶的初次破断"V-Y"型断裂模式。研究表明,急倾斜煤层基本顶初次断裂的空间顺序为"中上部→中下部→上部→下部"。结合数值模拟、现场监测等手段,验证了基本顶初次断裂过程中采场围岩应力场分布及矿压显现具有时序性和非对称特征。(2)基于弹性力学理论,建立了急倾斜综放面推进过程中基本顶由小三角形悬板→大三角形悬板→斜梯形板转化的薄板力学模型,计算出3种形状基本顶的上、下板面的应力分布,揭示了断裂线发育轨迹与破坏区演化过程,阐明了急倾斜煤层基本顶周期破断的"四边形"型断裂模式。研究表明,急倾斜煤层基本顶周期断裂的空间顺序为"中下部→中上部→上部→下部"。结合数值模拟、现场监测等手段,验证了基本顶周期断裂过程中采场围岩应力场分布及矿压显现具有时序性和非对称特征。(3)采用离散元数值模拟及现场实测等手段,揭示了王家山矿急倾斜特厚煤层(群)回采煤、岩应力分布特征与演化规律。发现了急倾斜综放工作面煤体支承压力动压区呈"圆弧形"分布,稳压区呈"矩形"分布的非对称分布特征。利用离散元数值模型证明了区段工作面顶板周期断裂同样符合"四边形"周期断裂模式。(4)以王家山煤矿工程地质条件与强矿压显现特征为背景,采用综合指数法、超静定梁理论、统计学理论等方法,提出了"井田→工作面→近场→定点"层次化危险区预测与关键部位监测方法,并针对不同危险等级制定了相应的强矿压防治方案。(5)采用数值模拟、现场实测等手段,研究了王家山矿急倾斜煤层开采强矿压致灾机制,即上部基本顶在侧支承压力与顶板断裂的综合影响下,可能发生混合型强矿压。中部基本顶断裂可能发生诱发型强矿压,下部基本顶较稳定易发生能量聚集型强矿压。(6)发现了超前顶板重点卸压区域的弹性能释放后由能量转移与积聚而形成"人"字型能量分叉形态,构成了顶板防冲卸压后的主要来压路径。据此提出了急倾斜特厚煤层弹性能定向释放强矿压控制方法,将方法分为悬顶能量释放与次生能量消耗2个阶段,并分析了各阶段的作用。通过顶板动态监测与地音监测检验,证明此方法能够在有效的缩短悬顶面积,减小工作面顶板压力与来压步距的同时,降低由顶板卸压造成次生灾害的可能。

特厚综放大结构顶板强矿压区域治理技术研究

煤炭开采过程中,由于强矿压的作用会引起各种复杂的动力现象,影响采矿作业的正常进行,威胁煤矿的安全生产,探索新的技术途径控制特厚煤层开采中强矿压难题势在必行。以大同塔山煤矿为工程研究对象,运用三维计算机模拟、实验室研究和工业性试验研究,分析多煤层开采时,解放层山4#煤层采动后对3-5#煤层开采的影响,研究利用解放层开采区域治理大结构顶板强矿压技术,并分析该技术的适用条件和作用,获得基于解放层开采区域的特厚综放大结构强矿压顶板运动规律、矿压显现规律及控制措施等,为特厚煤层综放大结构顶板强矿压开采支护方式选择、巷道布置形式、支架选型以及支架控制技术参数的确定提供依据,为类似条件下的煤层开采开创了新的技术途径。