基于能量法的工作面端面冒顶机理及“支架-围岩”耦合关系试验研究

为研究综采工作面顶板稳定性及其影响因素,结合能量法和“顶板-支架-煤壁”系统模型,建立了端面顶板稳定性力学模型,利用分布式支架顶梁压力监测系统和数字图像监测技术,开展了端面冒顶相似模拟试验,分析了端面冒顶影响因素、顶板破坏形态和支架顶梁压力分布演化特征。研究表明:根据端面顶板稳定性力学模型,距煤壁1 m范围内直接顶稳定性系数小于0,该区域为端面冒顶高发区;距离煤壁越远,顶板垂直位移和水平位移也随之增大;提高支架工作阻力能有效减小顶板下沉量;顶板黏聚力和内摩擦角越大,顶板稳定性越好;相似模型试验中直接顶依次经历了端面冒落、顶板破断、顶板破碎等阶段,液压支架顶梁压力表现为中部>前部>后部;当顶板完整时,模型支架初撑力和支护阻力充足,“支架-围岩”耦合关系良好;当顶板破碎导致支架位态不佳时,模型支架降阻或偏载现象明显,容易造成顶板裂隙发育、端面冒顶、支架压架等事故,“支架-围岩”耦合关系恶化;利用数字图像监测技术获得了端面冒顶阶段直接顶最大剪应变集中于端面顶板附近。研究显示支架与围岩相互作用关系与端面顶板稳定性互相影响,维持良好的“支架-围岩”耦合关系有助于提高工作面顶板稳定性。

综放工作面端面冒顶事故的防治

通过对综放工作面煤壁片帮和端面冒顶机理的分析，提出了控制端面冒顶的主要技术措施，并在兖州兴隆庄矿破碎顶板综放工作面得到了应用，取得了显著的效果。

近距离采空区下综采工作面端面冒顶分析及其防治

针对东曲煤矿4#煤层开采位于2#煤层近距离采空区下进行这一开采实际问题,采用理论分析和现场实践相结合的方式,分析了14214工作面端面冒顶形式及其稳定性控制技术。研究结果表明,当两煤层层间距小于4.75m时,4#煤层工作面端面冒顶以拱轴上移冒落为主;当两煤层层间距大于4.75m时,4#煤层工作面端面冒顶以剪切滑移型冒落为主;影响工作面端面顶板稳定性的主要影响因素为直接顶板的赋存状态以及支架的工作状态两方面因素。根据研究结果提出了相应的防治措施,取得了良好的应用效果。

综放工作面端面冒顶机理及控制

通过对综放工作面顶煤破碎特点和过程的分析 ,初步揭示了综放工作面端面冒顶机理 ,指出顶煤破碎区提前至煤壁前方和某些诱发因素的影响是导致端面冒顶的主要原因 .由此提出了控制端面冒顶的主要技术途径和措施 ,在现场应用后取得了满意的效果 ,有效地控制了综放工作面的端面冒顶 ,实现了稳产高产 ,从而形成了综放工作面端面冒顶治理的系统关键技术 .图 6 ,参 10 .

鲍店矿破碎顶板下仰采端面冒顶控制研究

通过现场实测和理论分析，查明了鲍店矿一采区端面冒顶的原因，进而对１３０３和１３０２工作面进行了综合治理，取得了较好的效果和有益的经验。

近距离煤层群重复采动下端面冒顶影响因素分析及防治

现有对于端面顶板冒漏的研究多针对单一煤层,而近距离煤层群开采下的端面顶板稳定性不同于单一煤层,在近距离煤层群开采过程中,由于相邻煤层间距较小,上位煤层开采后会使下位煤层开采区域的顶板结构和应力环境发生变化,容易出现端面冒顶、煤壁片帮和顶板压架等灾变问题。以发生过3次大范围冒顶事故的某矿井17101工作面为工程背景,根据煤壁、液压支架与端面顶板稳定性关系,建立了近距离煤层群重复采动下的“端面顶板-煤壁-支架”模型,确定了近距离煤层群重复采动下端面冒顶的影响因素主要为顶板-围岩强度、支架工作阻力、推进速度和端面距。利用UDEC模拟软件模拟不同影响因素对重复采动下端面冒顶的影响,得出以下结论:①重复采动过程中顶板与煤体都受到了损伤破坏,顶板与煤壁强度降低,容易出现支架前端顶板冒落,引发顶板冒落与煤壁片帮等灾害,顶板-围岩强度越大,顶板的稳定性越好。②液压支架工作阻力偏低是造成工作面端面冒顶的重要原因之一,液压支架工作阻力越大,端面顶板越稳定。③工作面推进速度对端面顶板稳定性具有明显的影响,工作面推进速度越慢,采场顶板下沉现象越严重。④端面距为端面冒顶的重要影响因素,端面冒顶与端面距呈线性相关,冒落高度随着端面距的增大而增加,端面距越小,端面顶板越稳定,但是端面距太小也会影响到工作面的正常开采,应根据实际情况来确定。针对4个主要影响因素,提出了重复采动下端面冒顶的防治措施,即增加顶板与围岩的强度、提高液压支架工作阻力、合理控制推进速度和减小端面距。上述防治措施可为近距离煤层群重复采动下端面冒顶提供有效的解决方法。

鲍店矿破碎顶板下仰采端面冒顶控制研究

通过现场实测和理论分析，查明了鲍店矿一采区端面冒顶的原因，进而对１３０３面及１３０２面进行了综合治理，取得了较好的效果和有益的经验。

煤层群开采端面冒顶事故发生机理与控制

针对贵州煤层群开采过程中,受地形构造、重复采动等影响,顶板容易破碎,端面顶板稳定性差,容易出现端面冒顶、煤壁片帮等灾变问题。通过对贵州煤层群在重复采动下的端面顶板失稳机理进行研究,从煤矿安全生产实际出发,结合数值模拟试验与物理实验的方法对贵州省煤矿的端面冒顶进行探究,分析影响端面冒顶的因素,剖析其作用机理。以端面冒顶事故发生的机理为基础,提出端面冒顶控制技术及防治措施,并用模拟试验进行验证,保证此类煤矿安全、高效生产。

预采顶分层仰采综放工作面煤壁片帮、端面冒顶分析及对策

通过对综放工作面煤壁片帮和架前端面冒顶的连续跟踪分析,找出了煤壁片帮和架前端面冒顶的原因,从而有针对性的对煤壁片帮和端面冒顶采取措施,有效地保证了安全生产。

基于UDEC的复合顶板端面冒顶影响因素研究

针对大埋深复合顶板端面易冒顶,煤壁易片帮等问题,以孙疃煤矿7242工作面为背景,采用理论计算及数值模拟等方法,从端面距、支架工作阻力、顶板黏聚力3个方面对复合顶板端面冒顶影响规律进行研究。研究结果表明:端面距是影响端面冒顶的主要因素,降低端面距可以减少顶板裂隙的发育,提高端面顶板的稳定性;支架工作阻力间接影响端面顶板的稳定性,支架工作阻力的大小与顶板裂隙发育高度及冒顶片帮事故负相关;较大黏聚力的岩体对于提高端面顶板稳定性有着积极作用。基于研究结果,有针对性地提出支架工作阻力提升至6800kN,端面距控制为0.3m,及时维护工作面顶板和煤壁稳定性的控制措施,现场实施结果证明,针对性措施保障了端面顶板的稳定性。

布尔台矿综放工作面端面冒顶影响因素研究

针对神东矿区布尔台煤矿首个综采放顶煤工作面回采过程中频繁出现的端面漏冒及片帮问题,采用现场实测、数值模拟等方法研究42103综放面端面片帮、漏冒特征及其影响因素。基于现场实测统计,分析了42103综放面端面片帮冒顶程度及分布特征,建立了端面冒高与支架端面距及支架阻力之间的回归方程,得出煤岩体冒高、片帮与端面距呈线性正相关,与支架工作阻力为倒幂函数相关性关系,煤岩体冒高与片深呈对数相关关系。在此基础上,模拟优化该综放面端面漏冒防控技术参数,即两柱掩护式支架综放面端面距小于0.75m、支架工作阻力大于12000kN时的端面顶板控制效果好。研究成果为神东矿区类似开采条件以及布尔台矿后续综放工作面的安全高效开采提供参考。

基于铁木辛柯梁理论的端面冒顶机理及相似模拟试验研究

为研究端面冒顶机理及支架与围岩相互作用关系,采用铁木辛柯梁理论建立了工作面直接顶稳定性力学模型,并开发了新型分布式顶梁荷载监测系统和数字图像覆岩位移监测系统,开展了端面冒顶及覆岩切落大比例相似模拟试验,获得了不同因素影响下的工作面顶板变形变化规律,以及端面顶板冒落全过程、覆岩位移场演化规律和液压支架工作阻力曲线。研究结果表明:提高支架刚度或当直接顶弹性模量较大时,工作面顶板挠度和转角显著降低;随着煤层埋深的增大,工作面顶板挠度和转角变形参量也逐渐增大。直接顶岩层泊松比与直接顶的变形成正比,但对工作面顶板稳定性影响较为有限。根据模型试验中端面顶板(煤)的稳定性将相似模拟工作面的推进过程划分为端面稳定阶段、端面冒顶阶段和覆岩垮落阶段。在端面稳定阶段,顶板逐渐破碎且切顶线前移至支架上方,造成支架低头和接顶不实,支架最大工作阻力由2.5 kN逐渐降低至1.7 kN;在端面冒顶阶段,端面冒顶向上延展并发生3次冒落,冒落形态由“扁梯形”演化为“三角形”,工作阻力进一步降低为1.3 kN;在覆岩垮落阶段,支架上方岩层沿煤壁发生整体切落并向采空区倾倒垮落,模型支架模拟出现场完整的增阻过程,工作阻力增加至1.7 kN。

考虑采空区压实度的端面顶板稳定性数值模拟

为研究不同采空区压实度条件下端面顶板稳定性,通过PHASE 2D有限元软件建立高刚度和低刚度2个采空区数值模型,研究端面顶板下沉规律、支承压力分布特征及端面顶板塑性区演化。研究结果表明,当采空区刚度为250 MPa时,开采前后直接顶下沉量最大值分别为90 mm和109 mm;当采空区刚度为600 MPa时,开采前后直接顶下沉量最大值分别为43 mm和74 mm;当采空区刚度由250 MPa增大至600 MPa时,工作面支承压力峰值由7.3 MPa降低为6.8 MPa;增大采空区刚度后,工作面端面顶板塑性区范围降低了44.3%。因此,有效提高采空区刚度能提高端面顶板稳定性,从而降低端面冒顶发生的概率。

综放工作面支架与围岩耦合关系及端面顶板稳定性研究

针对综放工作面支架-围岩耦合关系及端面冒顶问题,运用有限元极限分析和模型试验,研究了支架俯仰角、端面距、割煤高度及覆岩破断对端面顶板稳定性及支架-围岩耦合关系的影响,获得了顶煤位移、支架偏载及端面冒顶演化规律。结果表明:顶梁上方顶煤垂直位移呈中间大两端小,水平位移由梁端向采空区方向逐渐增大,而端面无支护区顶煤位移由煤壁向梁端降低;当顶梁俯角为3°时,支架对顶煤提供水平支撑力,顶煤位移更均匀,支架偏载情况更好;端面距和割煤高度均与端面顶板稳定性呈负相关;覆岩回转破断会恶化支架-围岩耦合关系,降低支架支护效果,导致端面冒顶。因此,综放工作面应合理调整支架位态及割煤高度,尽量减小端面距。

综放工作面过风氧化带端面冒落机理研究与应用

本文根据平朔集团有限公司井工三矿生产技术条件,通过UDEC模拟计算分析可知:当综放面过风氧化带时,端面顶板冒落呈拱形,其前拱脚位于前方煤壁内,而后拱脚位于支架顶梁上;当对端面顶板注浆加固时,端面顶板呈固支梁结构;结合理论分析,提出了防止端面冒顶应采取的措施,确定了井工三矿综放面过风氧化带期间端面顶板加固厚度。

基于UDEC下端面煤岩体稳定性及其合理支护参数数值模拟研究

大倾角松软煤层综放面实现高产高效的关键之一是端面顶煤稳定性控制。借助数值模拟软件UDEC,模拟了在端面距、支架工作阻力、支架前柱走向倾角、老顶周期来压以及直接顶厚度等影响因素下端面岩体的稳定性。其结果表明,随着端面距的增大,端面顶板冒落高度和煤壁偏帮深度都随之增大;控制顶板冒落高度、支架工作阻力和支架前柱走向倾角都有合适的临界参数;老顶是否周期来压和直接顶厚度对端面围岩顶板的破坏深度有直接影响,继而对这些影响因素进行了量化分析,提出了围岩稳定合理控制参数,减少了采煤工作面冒顶事故和煤炭资源的损失,并对同一条件下的综放开采具有重要的指导意义。

大采高综采端面煤岩块体冒落机理及控制研究

针对典型大采高综采工作面的端面煤岩块体控制难题,首先从覆岩活动特点、原生裂隙及次生裂隙发展规律、端面关键块体的受力分析入手,研究了端面煤岩块体冒落的机理,进而制定了端面关键块体的平衡控制措施,并对现场管理提出合理化建议,保障了2502大采高综采工作面的高产高效生产。

综放工作面大面积冒顶控制技术的实践与认识

介绍了南屯煤矿93上14综放工作面大面积冒顶后顶煤控制技术及工作面推进过程中的顶煤控制措施,保证了综放工作面特殊条件下的安全生产。

大倾角综采面液压支架稳定性分析及控制

基于葛泉矿1523工作面27°～41°的大倾角生产地质条件,对空顶和带压移架下的大倾角综采面液压支架进行防倒防滑力学分析,得出支架下滑和倾倒的重要影响因素。并提出安装防倒防滑装置、改进采煤工艺、加强制度管理等一系列的稳定性控制措施。现场实践表明：液压支架咬架频率由26%减小到8%,端面顶板冒高大于0.3m的冒落频率由62%减小到21%。