基于压裂扁球体的端头悬顶双向拉链式水力压裂控制技术

采煤面端头三角区悬顶垮落不及时,易出现周期性破断而导致隅角瓦斯超限,严重影响矿井安全的问题。为了解决端头悬顶的问题,揭示了采煤面端头三角区悬顶机理,据此提出了沿巷道方向和竖向的双向拉链式压裂方法;提出了沉积岩层水压裂缝扁球体压裂模型,计算出扁球体的长轴和高度,据此计算出压裂半径和压裂层位;顶板压裂过程中,水压力20~30 MPa,水压裂缝水平扩展半径5~7 m,竖向扩展长度2~3 m,水压裂缝呈扁球体扩展形态,验证了水压裂缝模型的准确性;通过双向拉链式水力压裂的现场应用,悬顶距离由压裂前的20 m减小为3~5 m,悬顶长度减小了80%,悬顶问题得到有效改善,证实了双向拉链式水力压裂方法的有效性。

Z形工作面切顶留巷端头液压支架的研制

针对董东煤矿TC10工作面Z形条带开采工作面切顶留巷,研发了一种具有端头支护、巷道支护、切顶留巷、自移功能的端头支架,可布置在机尾处用于巷道支护和切顶留巷,可实现在工作面设备连续推进5个步距时架后巷道棚顶1次,减轻了劳动强度,提高了工作面采煤效率。

综采工作面破碎顶板收尾工艺探讨

当综采工作面收尾时恰巧遇到大断层、陷落柱,或受煤层顶板岩性影响,工作面顶板破碎,直接导致收尾时的回撤通道内顶板难以控制,若采取措施不当,会发生冒顶事故。以山西焦煤西山煤电屯兰矿2#煤多个综采工作面为例,对大采高综采工作面在破碎顶板状态下收尾工艺进行探讨。

综放工作面端面冒顶机理与围岩控制技术研究

针对9102综放工作面在回采过程中端面顶板破碎等围岩支护难题,首先对工作面的工程概况及顶底板条件进行分析,重点分析了采场围岩支护难点及端面冒顶机理,然后在具体回采经验的基础上,设计了9102综放工作面采场围岩控制体系,然后进行了现场实践及效果分析,工作面推采过程中仅发生局部轻度片帮冒顶事故,端面煤岩体整体稳定程度较高,安全生产工作得到保障。

提高综放工作面端头煤层放出率的试验

为了提高综放工作面端头顶煤的放出率,进行了软厚直接顶(顶煤)条件下综放工作面端头区放煤的现场试验。实测研究了综放面端头区放煤条件下的矿压显现特征,优化了端头区放煤参数,并对放煤效果进行了实测分析。试验结果表明,软厚直接顶及顶煤具有较好的随动性和充填程度,利于端头放煤的安全高效实施。综放面端头区顶板压力很小,是工作面中部的6.54%。由于端头放煤后端头区顶板活动加剧,顶板压力增大了26.64%。综放面端头区放煤的顶板控制关键是"护"和"稳",改善端头支护系统的稳定性是端头区安全放煤的保障。根据综放面端头顶板的稳定性程度,合理确定了端头区的可放煤区域和双轮或三轮顺序不等量控制放煤工艺。

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。

综采工作面端头大面积悬顶控顶技术

为了降低采煤工作面端头顶板岩体强度,根据高压水对岩体的压裂理论,进行了高压水对岩体的压裂试验研究。试验结果表明,高压水对岩体的压裂是分层进行的,注水孔越深,高压水对岩层的软化效果越好;为了减少锚杆、锚索对顶板的加固作用和避免拉架过程中,支架顶梁、尾梁与锚杆、锚索紧固端发生摩擦、碰撞,产生火花,研究设计了拆除锚杆锚索紧固件的专用机具。在平煤集团一矿丁_6-31050综采工作面综合采用了端头顶板高压注水处理和提前拆除锚杆锚索紧固件的技术措施,提高了原煤产量,增加了经济效益。

工作面端头悬顶在沿空巷道中破断位置的预测

阐述了基本顶在工作面端头形成的三角形悬顶对沿空巷道的危害,并对悬顶破断结构进行了分析.应用文中的分析研究结果,在生产实践中成功地预测了三角形悬顶在沿空留巷中破断的位置和时间,为确定滞后加固沿空巷道的时间和长度提供了理论依据,对保护沿空留巷的安全具有重要意义.

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。

东曲煤矿综采工作面端面顶板失稳规律及其控制研究

依据东曲煤矿14214综采工作面破碎顶板条件下开采的生产实际，采用FLAC3D数值计算和理论分析相结合，分析了工作面端面顶板失稳规律。研究表明：随着支架工作阻力的增大，端面顶板冒落程度变小，稳定性增强，当支架工作阻力为额定工作阻力的80％以上时，支架工作阻力的增加对端面顶板的控制作用影响减弱；当支架支护阻力达到额定工作阻力时，工作面顶板塑性破坏区域位于煤壁前方顶板中且破坏形式主要为压剪破坏；支架前后柱工作阻力比值不同，前后柱所控制顶板的区域不同，破碎顶板条件下应适当提高前柱阻力，其比值为1～1．2有利于端面顶板的稳定性控制与支架的稳定。

大倾角“大采高”煤层工作面端面冒落原因及其控制

根据徐州矿务局张集煤矿9602工作面发生的端面冒落事故和现场实测数据,分析了大倾角“大采高”煤层高档普采工作面端面冒落的原因,提出了控制端面冒落的措施。

综采面端面直接顶稳定性的影响因素研究

为了研究综采面直接顶稳定性影响因素的影响程度,本文运用Fl AC^(3D)数值模拟软件建立了综采面稳定性模型,通过控制变量法得出端面直接顶板在不同液压支架支护阻力,不同端面距以及不同直接顶厚度条件下的顶板下沉量曲线,得出液压支架支护阻力、端面距和直接顶的厚度3个因素与端面直接顶稳定性的关系,为煤矿工作面安全生产提供理论依据。

综放面端头顶板弧三角形悬板结构分析

为提高工作面端头煤炭回收率和上下端头支护质量,对回采后形成的端头顶板弧三角形悬板结构进行了分析,建立了矩形板结构的力学模型,利用功的互等原理,推导出扰度的基本表达式,并运用MATLAB编程计算,分析了均布力与悬板结构间的关系,确定了悬板的破断点,解释了弧三角形悬板的产生机理。

城郊煤矿综采面过9m逆断层技术研究

断层尤其是落差较大的断层,严重影响采煤工作面的安全生产和生产效益。详细分析了断层带附近区域煤岩的破坏状况,提出了综采工作面硬过断层时带来的技术难题。通过城郊煤矿2215综采工作面工程生产实践,采用多种工作面安全过逆断层的具体技术措施,达到安全过大落差断层的效果,对类似构造煤层的开采具有参考价值。

急倾斜煤层端面顶板稳定性分析

急倾斜顶板矿压显现规律复杂,并且急倾斜煤层在形成过程中由于受到构造运动的强烈挤压,煤层及其顶底板中节理、裂隙等软弱面比较发育,易失稳垮落,支护不当时易发生片帮与冒顶事故。针对急倾斜煤层开采端面顶板破碎情况严重影响安全生产,以陈蛮庄煤矿3402工作面为工程背景,进行顶板孔观测、构建顶板力学模型、理论分析、数值模拟等,进一步分析了急倾斜煤层端面顶板稳定性。研究结果表明:急倾斜煤层工作面顶板比较破碎,易造成顶板垮落事故,影响液压支架的支护能力,进而引起频繁的煤壁片帮,造成安全事故;工作面上部由于充填不充分,应力集中程度仍然随着工作面推进距离的增加而增大。造成急倾斜煤层端面顶板破坏程度较严重;针对急倾斜煤层端面顶板破断特征规律,通过建立急倾斜煤层采场的物理模型,经过理论公式计算出顶板初次来压步距L,最大拉应力与顶板岩层抗拉强度比较得出急倾斜煤层顶板破碎的根本原因。

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。

浅埋深工作面端头悬顶定向水力压裂卸压技术应用

针对浅埋工作面端头悬顶和压架多采用架间或工作面巷道打眼爆破方式处理顶板存在较大安全隐患等问题,在分析杨伙盘煤矿顶板岩性和浅埋深悬顶原因的基础上,提出利用定向水力压裂技术破坏顶板完整性,结合水压记录仪监测曲线判断岩石开裂和扩展程度,将工作面支架承受的高应力向远离顶板方向转移的方法。回采实践和矿压监测数据分析表明,在采用定向水力压裂处理工作面顶板后,工作面端头矿压显现明显缓和,高阻力区占比明显降低,范围在5000~7000kN的支架阻力由36%降低为29%,卸压后支架所受载荷基本呈正态分布。由此可见,定向水力压裂技术是一种控制浅埋深强动压应力环境的有效手段。

厚煤层综放工作面端头大面积悬顶控制技术研究

基于综放工作面回采过程中回风巷和运输巷三角区容易产生大面积悬顶,难以垮落,存在重大隐患的情况,利用高压水致裂煤岩体理论,对综放工作面端头采取高压注水致裂顶煤进行理论分析。针对杨村矿厚煤层综放工作面端头大面积悬顶问题,工作面端头采取高压注水、拆除锚杆及锚索紧固件和支架降低初撑力的方法,有效解决了端头大面积悬顶问题,提高了煤炭回收率,取得了较好的安全、经济效果。

工作面末采段深孔预裂切顶护巷技术研究

针对工作面进入末采阶段后,由回采作业引起的采区大巷围岩变形失稳现象,基于超前支承压力分布力学模型,运用极限平衡理论及半平面解法,理论计算得出超前支承压力峰值位置、影响范围及采区大巷处应力大小,分析大巷处应力增高主要是由于工作面上覆岩层较为完整,加剧了超前支承压力的向前传递而引起的。因此,提出采用深孔预裂爆破技术,利用爆生裂隙的贯通形成结构弱面,从而破坏超前支承压力的传递路径,达到减小工作面采动影响范围及提高大巷围岩稳定性的目的;根据工程地质条件,定量分析选取爆破切顶关键参数,并运用数值模拟验证了方案合理性;通过现场工业性试验及矿压监测数据分析表明:在爆破切顶条件下,5^(#)、8^(#)测点顶底板移近量分别减少41%和55.5%,两帮移近量分别减少68.1%和74.8%,说明该方案可改善采区大巷应力环境,缩小超前支承压力的影响范围。