松软厚煤层超高巷道围岩失稳因素分析与控制技术

安阳主焦煤矿2301综放工作面回风巷沿煤层顶板布置,但在回采过程中,存在上端头三角煤损失和巷道底板煤层无法回收问题。为此,提出了回风巷超前底煤回收工艺,但面临着超前超高回采巷道围岩控制问题。支承压力高、煤体软弱、巷道超高和超前架反复支撑等因素导致超高巷道变形严重;结合回收底煤工艺和巷道变形破坏特征,提出了主被动联合支护、强化巷帮支护的控制策略和强力锚网索+超前超高液压支架联合支护方法。采用离散元数值模拟方法,分析了不同支承压力下巷道围岩塑性区、位移和应力场分布特征,验证了支护方案的合理性。现场工业性试验表明,补打锚杆、强化超前支架护帮等措施,能够有效控制巷道片帮现象。采用超高巷道围岩控制方法可多回收煤炭资源2.44万t,直接经济效益2.19亿元,具有较强的技术经济前景。

松软厚煤层孤岛工作面回采巷道支护技术研究

受滑动地质构造影响,芦沟煤矿煤层厚度大且极为松软,工作面巷道维护一直十分困难。针对芦沟煤矿21采区孤岛煤柱工作面特殊地质条件,模拟分析了工作面开采后煤柱支承压力的分布规律。模拟结果表明,支承压力峰值位于距采空区边缘11 m处,峰值应力集中系数约1.8;采空区边缘支承压力平均值约为7.23 MPa。从保护巷道角度出发,将孤岛工作面两巷沿采空区边缘布置,设计了孤岛工作面回采巷道高强柔性锚棚支护方案,工作面回采期间巷道围岩变形得到了有效控制。

大倾角松软厚煤层巷道优化设计及数值分析

以大远煤业有限公司杜家村煤矿2号开采煤层1201回采平巷的工程条件为背景,分析了大倾角松软厚煤层在不同断面形状和支护方式下稳定性问题。采用工程类比法及FLAC3D数值分析软件,对三种方案在不同的巷道断面、支护方式下,巷道围岩的位移变形情况、应力分布情况等进行了模拟分析比较,研究结果表明,在同样采用锚网索+钢带的联合支护形式下,直墙圆拱形巷道形状的垂直和水平变形量比其他两个方案分别低78%和23%,且应力分布较均匀,更加适合大倾角松软煤层巷道的开挖支护。论文研究结果可为工程设计和实际应用提供依据。

大倾角松软厚煤层巷道支护的不连续变形分析

针对杜家村矿北翼回风巷大倾角松软厚煤层条件下支护难题,采用了不连续变形分析(DDA)方法进行了无支护、锚杆支护、锚杆+锚索联合支护、锚杆+锚索+W型钢带+高强度塑料网联合支护的数值分析,模拟了巷道在不同支护条件下的变形破坏过程,比较了这4种支护方式下围岩的变形、垮落情况。研究表明:大倾角松软厚煤层巷道采用锚杆+锚索+W型钢带+高强度塑料网联合支护形式效果最佳,其两帮移近量仅为38.5 mm,顶底板移近量为62.3 mm。

腾晖矿松软厚煤层动压回采巷道矿压显现规律研究

为分析松软厚煤层动压回采巷道矿压显现规律,采用现场较全方位的实测方法,对动压巷道支护受力随本工作面推进时的动态演变特征进行深入探究。结果表明:二次动压下正巷与初次动压下副巷支护轴向受力曲线演变特征在时间与空间上具有同步性;两巷支护轴向受力曲线整体演化特征是工作面推进速率、老顶岩梁运动状态、支承压力分布规律等多因素共同作用的结果;正巷锚杆(索)轴向受力曲线演变速率增长程度及曲线"凸变"和"凹变"幅度明显高于副巷;正巷与副巷帮锚杆轴向受力曲线"凸变"幅度与距工作面煤壁距离呈正相关;应着重提高二次动压下正巷围岩支护强度,维护巷道围岩稳定,以更好服务于本工作面回采。

松软厚煤层综放面矿压显现规律及支架适应性分析

为了研究松软厚煤层综放面矿压显现及覆岩运动规律,以余吾煤业S1206综放工作面为工程背景,通过现场监测、理论分析和数值模拟等方式,从支架初撑力、循环末阻力、工作阻力频率以及支架结构四个方面分析了工作面综放液压支架的适应性。结果表明:支架前柱受力普遍大于后柱,工作面两端支架压力小于中部。基本顶初次来压步距35.2m,周期来压步距11.7m,动载系数1.55,周期来压较强烈。监测数据分析表明,S1206工作面ZF10000/21/38型放顶煤液压支架选型合理,适应性好,完全满足生产需要。

松软厚煤层仰斜综放开采端面稳定性控制研究

针对松软厚煤层仰斜开采端面顶煤易漏冒的问题,采用理论分析得出影响其端面稳定性的因素有端面距s、支架工作性能以及仰斜推进角度β等;运用数值模拟得出各影响因素与端面顶板下沉量的关系;结合现场实测提出:加强管理、及时支护控制端面距,伪斜开采、合理提高支架工作阻力及适当降低采高、端面顶煤注浆或者打木锚杆加固等控制端面顶煤漏冒技术措施。

大倾角松软厚煤层综放开采放煤工艺研究

基于大倾角松软厚煤层综放开采的地质条件,采用相似模型实验分析了放煤方向、顺序与间隔、单轮与双轮三种放煤方式对煤矸流动形态、混矸规律和放煤效果的影响;采用PFC3D模拟了不同放煤步距下的顶煤放出率。得到合理的放煤工艺为上行双轮间隔放煤方式,0.6m放煤步距。现场试验期间综放面的平均回收率为80.3%,最高回收率为84%,综放面实现了安全高效,取得了显著的技术经济效益。

极松软厚煤层超高巷道顶部高泡材料充填体强度确定

极松软厚煤层超高巷道采用顶部充填方式控制围岩稳定已取得了显著的技术效果,已有实践表明,顶部充填体强度对支护效果影响重大。为进一步提升该技术的综合经济效益,增加矿井焦煤产出率,提出采用高泡材料进行顶部充填,以减少材料用量和优化支护效果。通过建立超高巷道顶部充填体受力模型,得到了巷道顶部充填体水平及垂直方向的受载强度,确定了顶部充填体所需的强度及变形能;根据不同水灰比、发泡剂含量条件下高泡材料的力学特性,采用数值模拟方法确定了高泡材料的最佳配比,通过工业试验验证了支护效果。研究结果表明,巷道高度为3~6 m时,顶部充填体水平及垂直方向最大受力载荷分别为0.48 MPa和1.37 MPa;巷道高度为6 m时,顶部充填体所需变形能应大于1.17 MPa;将水灰比为3∶1、发泡剂含量为0.03%的充填体充填至巷道顶部,数值模拟及现场的巷道两帮最大位移分别为220 mm和163 mm,满足工作面安全开采要求。研究结果可为类似条件的巷道围岩控制提供借鉴。

松软厚煤层沿底施工三维锚索支护技术

本文从力学的角度 ,重点论述了三维锚索的支护原理。再辅助于巷帮卸压技术 ,三维锚索支护技术能解决松软厚煤层、特厚煤层沿底施工一次采全厚巷道支护的难题 ,在实践应用中 ,产生了巨大的经济效益和社会效益 。

松软厚煤层超长综放工作面开采关键技术研究

为实现松软厚煤层超长综放工作面安全高效回采,对三元煤业松软厚煤层1312超长综放工作面开采关键技术进行了研究。通过理论研究、现场数据分析,对三元煤业松软厚煤层362m超长综放工作面开采设备运输、支护强度、矿压显现及煤壁稳定性进行了研究。结果表明:目前装备配套方案能够满足三元煤业松软厚煤层超长综放工作面支护及运输的要求;超长综放工作面回采期间,相对于200m以下长度工作面,顶板活动更加频繁,倾向方向周期来压呈现不同特性,且矿压显现程度较为强烈,顶板管理难度加大;为改善工作面端面顶板及煤壁的稳定性,需保障足够支护强度,采用双回路供液系统保障足够的支架初撑力,同时应适当加快工作面推进速度,并在煤壁及顶板破碎时采用注浆加固技术。

松软厚煤层动压巷道留顶煤掘进支护技术

针对松软厚煤层留顶煤动压巷道的地质特点,以阳泉二景矿15202回风巷为例,在原掘进施工分析和支护效果评价的基础上,对施工工艺、支护参数选取原则和围岩控制方法进行研究。通过井下地质力学测试和工艺优化,采用斜拉锚索超前支护和管缝锚杆托顶作用,提出松软厚煤层留顶煤掘进支护综合技术。井下实测结果表明,斜拉锚索超前支护和管缝锚杆托顶作用有利于松软厚煤层顶煤的留设;高预应力全锚索顶帮协同支护技术能够解决松软厚煤层动压巷道的支护难题,保证巷道安全,为后期综放回采提供便利。

急倾斜松软厚煤层智能化综采液压支架优化研究

为解决川煤集团急倾斜松软厚煤层综采存在的问题,在原大倾角、大采高支架可靠防倒、防滑和防飞矸的基础上,对分体运输搬家倒面安装困难导致开采效率不高的问题进行分析研究,优化设计了ZY5400/18/48JD大采高大、伸缩比支架,实现整机安全运输,适应软底开采;依托智能化综采技术,实现急倾斜综采支架防倒、防滑精准控制和支架姿态管理;优化支架适应性,采取伪俯斜开采工艺,减少煤壁片帮和工作面飞煤、飞矸,保障工作面人员及设备安全,实现安全高效开采。

大倾角松软厚煤层综放面顶煤运移规律实测研究

为了研究大倾角松软厚煤层综放条件下顶煤破坏运移规律,应用深基点位移计进行了现场实测,由观测结果分析得出:顶煤始动点随顶煤层位的不同而不同,顶煤层位越高始动点位置越超前,顶煤始动点超前工作面距离最远为34.23 m;顶煤从始动点至煤壁上方位移量平均为65 mm,占总位移量的32.34%,从煤壁至支架后方冒落前位移量平均为136 mm,占总位移量的67.66%,总位移量平均为201 mm;工作面煤壁前以水平运移为主,工作面煤壁后方以垂直运移为主,顶煤垮落角约为105°;研究结果为分析判断顶煤的冒放性、合理确定放煤工艺参数,提高顶煤回收率提供了依据。

白集矿急倾斜松软厚煤层开采方法研究

根据白集矿急倾斜松软厚煤层赋存状况和原有的开采技术水平,结合国内外现有的急倾斜煤层开采经验,提出了适合该矿煤层开采的4种采煤方法,在技术分析的基础上,从经济角度对开采方法进行比较,并运用多目标决策进行最优选择,最终确定该矿的采煤方法,对类似煤层的开采实践具有借鉴意义。

缓斜松软厚煤层综放开采顶煤运移规律研究

通过综放工作面支架阻力和顶煤运移特性的观测，应用损伤力学观点分析了综放工作面来压特点、顶煤与顶板的位形变化特性以及它们之间的相互关系，提出了松软厚煤层综放开采顶煤与顶板的位形变化模型，为采场及回采巷道维护提供科学依据。

强突出松软厚煤层钻孔安全高效快速施工综合技术研究

本防治技术思路冲破了现有孔外防治技术思路,一是在钻孔内部用钻机拓扩一定量的空间,把现有钻场的"防喷抽采器"进行创新安装在孔内,实现强化抽采和大量煤粉顺畅排出;二是对孔口器进行了改造升级,解决了防突、防喷、防瓦斯超限问题;三是喷出的大量煤粉通过螺旋输送机实现机械化清理,大大降低了劳动强度,提高了施工效率。

松软厚煤层大采高仰采工作面煤壁片帮机理研究

针对松软厚煤层仰采工作面煤壁易于片帮的问题,为揭示松软厚煤层大倾角仰采工作面煤壁片帮机理,并提出有效防止煤壁片帮方法,采用解析方法分析了松软厚煤层大倾角仰采工作面煤壁片帮力学机制,并通过数值模拟方法研究了仰采角度和采高对煤壁片帮的影响。研究结果表明:随着煤层仰采角度增大,煤壁发生剪切破坏进而导致片帮概率增大,在一定地质条件下,煤层倾角超过10°后片帮变得十分严重;在仰采角度一定的条件下,随着采高增加,片帮深度增加,但合理采高有一临界值,超过临界采高时,煤壁内部的破坏深度会随着采高的增加而急剧增大。

松软厚煤层巷道层位对突出危险性的影响分析

松软厚煤层巷道掘进过程中,为了减小巷道支护难度及利于瓦斯防治,通常选取沿顶板掘进,但沿顶掘巷不利于布置放顶煤工作面。受煤层赋存条件影响,为便于巷道取直布置输送机,势必造成巷道层位布置时而沿顶时而沿底。因此,从这2种不同的巷道层位布置方式对突出危险性影响的角度出发,运用数值模拟软件FLAC^(3D)和RFPA^(2D)-Flow进行工作面力学及突出模拟对比分析。研究结果表明,在相同参数设置条件下,沿顶掘巷时工作面前方应力集中范围及应力值、塑性变形区范围,巷道围岩变形量及变形程度均小于沿底掘巷的,可见在相同条件下沿顶掘巷的突出危险性要小于沿底掘巷的突出危险性。因此松软厚煤层应尽量避免沿底掘进,在不得已情况下选择沿底掘进时,应加强巷道支护。

水-胶共同作用下松软厚煤层煤壁片帮防治研究

松软厚煤层煤体具有强度低的特点,煤壁易发生片帮、冒顶,给工作面安全生产带来严重威胁。依据Ⅱ831综放工作面松软厚煤层易片帮的特点,提出了在松软煤体内注水+硅溶胶的方法,实现水-胶共同作用下松软煤体强度和变形能力的提升。煤体注水和硅溶胶力学实验表明,煤体含水率控制在5.5%~7.0%内,硅溶胶含量为20%左右,凝结时间≥10 h时具有较好的煤壁片帮控制效果。Ⅱ831综放工作面应用实践表明,松软煤体注水和硅溶胶后,煤壁片帮次数、冒顶次数明显减少,并在类似条件工作面进行了应用,取得了较好的煤壁片帮治理效果。