长城六矿中硬顶板倾斜工作面切顶留巷关键参数研究

针对长城六矿1301S工作面沿空巷道围岩破坏失稳控制难题,首先,采用UDEC数值模拟方法揭示了1301S工作面侧向覆岩破断运动规律,发现侧向覆岩破断位置均位于巷道上方,且直接顶悬臂结构长度约为1.8m;其次,通过构建侧向覆岩结构力学模型,获得了切顶前后实体煤和矸石支撑体支承应力解析表达式,根据表达式进行算例分析得到切顶前后实体煤支承应力保持不变,均为1.27MPa,靠近巷道左侧矸石支撑体支承应力降低了56.89%;再次,通过理论计算确定了巷旁切顶参数,即切顶高度11m、切顶角度20°、切缝孔间距500mm;最后,设计了1301S工作面运输顺槽切顶留巷技术方案并开展了工业性试验。研究结果表明:切顶后巷道顶底板移近量和两帮移近量分别为1240mm和265mm,与未切顶相比分别降低了12.68%和70.22%,围岩整体稳定性较好。该研究可为相同或相似条件下切顶留巷技术应用及关键参数设计提供参考和借鉴。

微山湖矿区中硬顶板下导水裂隙带发育高度研究

导水裂隙带的发育高度对于水体下采煤安全性分析具有重要意义,而当前普遍采用的导水裂隙带发育高度计算经验公式在微山湖矿区适用性较弱。因此,本文以微山湖矿区高庄煤矿中硬顶板煤层开采为研究对象,采用地面钻液漏失量观测法和钻孔彩色电视观测法,对微山湖矿区中硬顶板导水裂隙带发育高度开展了研究,确定了高庄煤矿3103工作面7.9 m采高条件下导水裂隙带发育高度为206.4 m。分析结果表明,工作面回采后导水裂隙带可能波及洛河组含水层底部,洛河组含水层能够间接补给宜君组含水层从而进入工作面采空区。

煤矿井下坚硬顶板作业面初采卸压工艺方案

针对山西乡宁焦煤集团有限责任公司台头煤矿8116综采面顶板硬度大、难以自行垮落、来压强度大、安全性差的不足,建立了硬质顶板的简支梁力学模型,对该模型下的顶板受力情况进行了研究,确定了垮落步距和顶板厚度及顶板抗拉强度有关,针对性地提出了作业面的初采卸压工艺方案,对预裂爆破方法和预裂爆破工艺流程进行了重点分析。根据在井下作业面的实际应用,作业面初采卸压的方案能够显著减少初采时的来压步距和来压强度,极大地提升了井下作业的安全性。

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。

深埋厚硬顶板工作面长水平孔定向水力压裂区域卸压技术

针对深埋厚硬顶板工作面回采过程中周期来压持续距离长、超前支承压力集中系数高、动压显现强烈等问题,以羊场湾煤矿130208工作面为研究对象,依据关键层理论确定了目标压裂层位,基于Hubbert-Willsi非渗透性地层破裂压力计算公式得到理论起裂压力,选用了1.2 m^(3)/h大流量高压泵和能实现远距定向的千米定向钻机作为压裂装备,采用长水平孔定向水力压裂技术手段进行了区域卸压。结果表明,该技术卸压范围大,工作面进入压裂区域后周期来压步距明显减小、超前支承压力影响范围减小、应力集中系数降低、动载系数明显减小,来压期间支架增阻明显减小,指数函数增阻曲线比例明显减少,验证了长水平孔定向水力压裂技术效果良好,具有推广应用价值。

中硬顶板沿空留巷的研究

讨论了煤层顶板属中等稳定的条件下，沿空留巷支护的设计问题。并应用铰接岩梁理论建立了力学模型，分析了巷旁支架的工作状态，支架载荷构成以及支架变形和围岩移近量之间的关系。该计算方法在生产实践中得到了验证。

深部厚硬顶板下充填面留巷大变形分析及控制

为控制深部充填开采的沿空留巷大变形,以山东某采选充一体化矿井充填工作面留巷为工程背景。综合运用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,分析了沿空留巷大变形的影响因素,建立了厚硬顶板下充填开采沿空留巷结构力学模型,结合等价采高原理得出了厚硬顶板充填面充实率与留巷顶板下沉量之间的关系,并据此提出了留巷大变形的控制对策:优先加强留巷侧采空区充填;提高矸石墙强度;优化矸石墙支护参数。采用FLAC^(3D)软件计算分析了在不同的采空区充实率、留巷侧加强充填段长度、矸石墙强度、矸石墙支护让压距离下的巷道变形控制效果。选取不同工程条件下的留巷区域进行巷道位移观测,实测结果表明,在充实率较高的留巷区域,采取合理的让压支护方式可有效控制留巷围岩大变形。研究结果表明,充实率较高的情况下,厚硬顶板整体向采空区侧发生回转,实测顶板下沉量与所建留巷结构力学模型计算结果较为吻合;充实率是影响留巷大变形的主要因素,随着采空区充实率增大,采场的矿压显现强度明显弱化,留巷顶板的下沉量明显减小;采取适当的留巷侧加强充填措施,可在充填矸石量不足的情况下,有效控制留巷顶板下沉;提高矸石墙强度、选择合理的矸石墙支护让压参数可以有效控制矸石墙的侧向大变形。尚需开发高强度、低成本、易施工的混凝土材料作为巷旁支护体,研究工作面单侧加强充填的矸石物流、工作面设备配套问题。

深井厚硬顶板下煤层开采冲击地压发生机理与防治技术

以某千米深井内74101工作面为工程地质背景,通过该工作面回采期间受顶板砂岩增厚赋存区影响而诱发冲击地压事故为研究点,基于动静载叠加理论对冲击地压事故的诱冲机理进行了理论分析。在此基础上提出采用矿震震动波CT反演技术对顶板砂岩增厚赋存区进行精细定位,并提出采用切顶爆破和卸压爆破措施对该影响区范围内的顶板和煤体进行卸压解危。现场工业性试验结果表明,卸压解危后74101轨道巷整体空间结构能够满足安全生产需要,同时顶板砂岩增厚赋存区影响范围内微震事件最大能量普遍处于103~104 J级别,说明该措施有效预防了冲击地压事故的发生。

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。

酸化反应对煤矿顶板硬砂岩断裂行为的影响

煤矿顶板硬砂岩断裂力学特征及其裂化机理对于煤矿切顶具有重要指导意义。借鉴酸化压裂思想,对浓度5%、10%、20%盐酸溶液分别浸泡7 d、14 d的内蒙古准格尔矿区硬砂岩半圆弯曲SCB试样实施三点弯曲加载,获取了上述样品酸化反应后Ⅰ型断裂韧度、断裂压缩功及断口形貌前后变化特征,初步明晰了酸化反应对煤矿顶板硬砂岩断裂行为的影响机制。研究表明:加载位移载荷关系曲线显示砂岩试样断裂后阶段斜率较大,表明试样砂岩脆性显著,酸液浓度及反应时间对砂岩脆性影响不大但对砂岩宏观断裂前的曲线形态具有影响;随着浸泡酸液浓度增大砂岩试样断裂韧度KIC呈递减趋势,反应时间越长递减斜率越小,反应初期损伤效应最为显著;随着酸液浓度增加试样岩石韧度的弱化,断裂压缩功随之减小;随着酸化反应进行砂岩试样断裂形式由单一张裂过渡为张裂剪切破裂混合形式,酸化后硬砂岩断裂破碎效率提升;结合反应前后岩石矿物组成及微观形貌分析认为,酸液通过腐蚀砂岩中微斜长石、高岭石矿物形成缺陷,破坏矿物质点间的结合强度;酸化能够显著降低硬砂岩断裂能耗与岩石破碎难度,有利于提升煤矿切顶效率。

井下硬质顶板综采面初采卸压技术的应用

为了解决煤矿井下作业面在初采的过程中存在着硬质顶板长距离悬顶、作业危险性大的不足。结合井下地质资料,提出了采用顶板预裂技术进行卸压的方案,建立了硬质顶板在初采时坚硬顶板卸压力学模型,科学的确立了作业面初采卸压参数。根据现场的实际验证,在作业面初采期间采用定向切缝爆破的方案能够减少在初采过程中的来压步距和来压强度,而且能够解决硬质顶板在垮落过程中存在的整体性和顺时候问题。

软硬互层顶板大直径定向钻孔成孔技术研究

针对目前综放采煤工作面含泥砂岩软硬互层顶板大直径定向钻孔先导孔钻进难点,大直径、长距离钻孔扩孔功效及扩孔成孔难题。提出基于泥浆脉冲随钻测量系统、多动力扩孔用双级双速钻头、煤矿井下护孔膨胀管等机具仪器的含泥砂岩软硬互层顶板大直径高位定向长钻孔技术,实现含泥砂岩软硬互层顶板成孔及扩孔的可靠性,改善工作面采空区瓦斯抽采的稳定性,延长大直径定向钻孔抽采瓦斯的时效性。应用实践说明,顶板大直径定向长钻孔单孔抽采纯量3.2m^(3)/min,是常规定向钻孔的3倍,有效解决了工作面上隅角瓦斯超限问题。

综放开采顶板弱化实践应用

硬质顶板煤层回采作业期间采空区易形成大面积悬空状态,为避免因冒落导致的安全事故发生,本文以山西省某煤矿2301综放开采工作面为例,结合实际情况选择合理的顶板弱化技术进行现场应用,并实时探测记录顶板岩层来压情况。探测结果表明煤层顶板岩层来压步距下降明显,弱化效果显著,对该综放开采工作面安全生产具有重要意义。

坚硬表层顶板煤巷锚杆支护技术

通过对九龙矿２０７轻放工作面回风巷顶板岩芯结构的分析，确定了锚杆支护参数并进行了试验研究，试验巷道经历了静、动压的考验获得成功，取得了良好的技术经济效益。

厚煤层顶板导水裂隙带发育高度研究

为对厚煤层坚硬顶板导水裂隙带发育高度进行研究,以铺龙湾煤矿5106工作面为研究背景,通过2种经验公式计算与钻孔冲洗液消耗量观测法现场实测,得出该工作面的导水裂隙带发育高度分别为48.58 m、54.26 m和64.9 m,裂高采厚比分别为12.46倍、13.91倍和17.93倍。通过3种方法研究得到的厚煤层中硬顶板条件下导水裂隙带发育高度能够有效对矿山生产、支护设计进行技术支撑,可为矿山安全生产提供指导。

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。

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。

井下硬质顶板综采面爆破放顶工艺的应用研究

针对煤矿井下综采面硬质顶板来压步距大、顶板大面积悬空、自行垮落困难,给井下综采作业安全带来严重隐患的现状,提出了一种新的煤矿井下硬质顶板综采面爆破放顶工艺,即通过利用超前深孔+浅孔混合松动爆破技术,实现对硬质顶板的有效弱化。通过在煤矿井下的实际应用表明,新的放顶工艺能够有效地降低顶板来压步距、降低来压强度,确保硬质顶板的及时垮落,提升井下综采作业的安全性。

井下硬质顶板综采面爆破放顶工艺的应用研究

针对煤矿井下综采面硬质顶板来压步距大、顶板大面积悬空、自行垮落困难的现状,提出了一种新的煤矿井下硬质顶板综采面爆破放顶工艺,即通过利用超前深孔+浅孔混合松动爆破技术,实现了对硬质顶板的有效弱化。通过在煤矿井下的实际应用表明,新的放顶工艺能够有效地降低顶板来压步距、降低来压强度,确保硬质顶板的及时垮落,提升井下综采作业的安全性。