厚硬顶板高强度开采覆岩破断 及来压规律研究

针对榆神矿区厚硬顶板高强度开采条件下,工作面煤壁片帮大、支架结构件损坏等强矿压问题,采用了数值计算、理论分析和微震监测等技术手段,对工作面覆岩破断运动及来压规律进行了分析研究。结果表明,厚硬顶板破断具有明显的垂向分区下沉特征,高、低位岩层之间较大的垂向离层空间和自下而上顺次交替垮落孕育了顶板“高+低层位组合破断”的时空基础;“小周期”来压期间内,来压强度将随着直接顶破断发育高度的降低而减弱,直接顶碎胀系数的增大将有利于来压强度的降低;“大周期”来压期间内,中高位岩层垂向破断高度和走向破断步距的增大都将引发来压强度上升,厚硬关键层的组合破断是“大周期”来压增强的关键诱因。针对该条件下的强矿压防治,提出了“弱化低位顶板、优化破断结构”和“弱化高位顶板、改变破断次序”的技术思路,并取得了较好的应用效果。

综放面覆岩运动诱发冲击矿压机制研究

基于砌体梁理论提出综放面覆岩运动的双向发展模式,分析综放面冲击矿压的能量来源和力源,利用微震监测技术对综放面覆岩运动的矿震效应进行监测。结果表明:覆岩运动的矿震活动呈周期性,冲击发生前矿震能量持续增大,冲击发生时达最大值,之后产生突降;冲击发生前,矿震频次先增大后有一定程度减小,冲击发生在频次下降沿,之后急剧下降;平均标高能够反映覆岩运动的空间形态,冲击发生前,平均标高逐渐增大,冲击发生或临近发生时,达到最大值,之后产生突降;矿震活动周期内,矿震空间分布先逐渐向上层位发展,冲击发生前,矿震空间分布达到最大值,工作面近距离岩层矿震活动强烈。指出综放面冲击矿压主要发生在覆岩运动下发展过程,可通过覆岩运动上发展过程的监测预防冲击矿压。

冲击性顶板运动及其应力演化特征的3DEC模拟研究

采用三维离散元程序建立煤层综放开采模型,研究综放工作面推进过程中采场、采空区上覆顶板岩层的冲击性运动形式和分段性垮落形态,记录并且分析采场动态推进过程中,采动围岩中岩层块体垂直应力、水平应力的动态演化特征。研究结果表明,采空区基本顶的运动形式、来压周期、来压强度与直接顶的垮落厚度有关;支架后方的直接顶挤压成拱缓冲了基本顶的来压冲击强度,同时也改变了其来压步距。随着工作面向跟踪块体方向的推进,块体垂向应力、水平应力存在高低应力分区,并且不断地波动,岩层应力峰值位置随着岩层高度的增加稍向煤壁前方移动。

急倾斜煤层水平分层综放开采岩层移动规律

为了进一步认识水平分层综放开采的开采沉陷特点,运用相似材料模型实验,对某矿大倾角煤层的开采沉陷过程进行了模拟研究,揭示了急倾斜特厚煤层水平分层深部开采岩层与地表移动规律．

特厚煤层综放开采顶板运动形式及矿压规律研究

为得到综放开采顶板运动形式及其对工作面矿压规律的影响,采用相似材料模拟的方法进行研究。结果表明:综放开采顶板呈组合悬臂梁-铰接岩梁结构,而组合悬臂梁存在5种基本运动形式,即组合悬臂梁-直接垮落式、组合悬臂梁-铰接岩梁转化式、组合悬臂梁-铰接岩梁交替式、组合悬臂梁-搭桥-反向回转式以及组合悬臂梁-搭桥-直接垮落式。通过分析这5种基本运动形式对矿压规律的影响,揭示了较薄厚煤层综放工作面矿压显现不明显的主要原因是顶板结构发生组合悬臂梁-铰接岩梁交替式运动;揭示了特厚煤层综放工作面顶板结构发生组合悬臂梁-铰接岩梁转化式、组合悬臂梁-搭桥-反向回转或组合悬臂梁-搭桥-直接垮落式引发小周期来压;铰接岩梁结构回转引起组合悬臂梁结构同时失稳引起大周期来压,此时组合悬臂梁结构运动形式多为直接垮落式。

近距离煤层综放开采矿压显现规律研究

为深入研究近距离煤层综放开采矿压显现规律,以六家煤矿SⅡN_26-7工作面为研究对象,采用数值模拟和现场实测方法对顶板运动规律、围岩应力规律和工作面支架工作阻力进行了分析。UDEC数值模拟结果表明:在上部6-6号煤层开采的影响下,SⅡN_26-7工作面初次来压步距和周期来压步距均有所降低,应力峰值由24.1 MPa降低至17.0 MPa,影响范围由40 m增大至120 m。通过工作面液压支架工作阻力监测,在上部采空区作用下,工作面支架初撑力偏低;工作面初次来压步距平均为29.9 m,周期来压步距平均值为13.6 m,周期来压期间动载系数约为1.13。研究表明:在上部采空区作用下,工作面超前支承压力和顶板来压步距均有所降低,矿压显现强度有所减弱。

深井大采高综放开采微震监测技术研究

基于微震监测技术在回采工作面的应用,采用该技术对厚表土深井综放开采工作面覆岩运动规律和采动支承压力分布规律进行了研究,并结合监测参数为工作面支架工作阻力的确定提供依据。研究结果表明:工作面周期来压步距21.6～25.4 m,平均23.4 m;高位顶板来压步距56.3～62.3 m,平均59.3 m,最大断裂高度70 m;煤层直接顶厚度、基本顶板和高位顶板厚度分别为30、20、20 m;工作面走向支承压力影响范围42.7～54.2 m,平均48.6 m,并确定了支承压力峰值位置,为矿井回采过程中超前支护距离的确定提供理论依据。根据微震监测技术获得的矿压参数确定支架合理的工作阻力为15 000 kN。

综放工作面顶板运动规律及支架-围岩关系研究

布尔台煤矿42103综放工作面回采过程中,经常出现台阶下沉甚至支架压死等现象,在对42103综放工作面支架合理工作阻力进行分析的基础上,采用理论推导和现场实测相结合的研究方法对工作面顶板运动规律进行计算,建立了42103综放工作面顶板结构模型,并分析支架-围岩的相互关系,利用顶板结构模型法和动载系数法综合计算确定了42103综放工作面支架合理工作阻力。研究结果表明:42103综放工作面顶板压力为1.63 MPa,支架合理工作阻力为18 709 k N,支架合理支护强度为1.71 MPa。

急倾斜煤层综采工作面顶板活动规律的数值模拟研究

以新强煤矿45051急倾斜综采工作面为工程背景,采用UDEC数值模拟计算的方法,研究不同煤层厚度、倾角及面长条件下工作面顶板的活动规律。研究表明:急倾斜煤层工作面覆岩破坏的范围主要在采空区中上部,上部顶板主要受拉伸破坏,采空区底鼓现象比较明显;煤层倾角越大,煤厚越大,面长越长,急倾斜工作面顶板活动越剧烈,其中煤层倾角对其影响最大。研究结果对急倾斜工作面围岩与支架稳定性控制具有理论指导意义。

综放工作面支架围岩关系相似材料模拟试验

为了解决开采中存在的矿山压力问题,采用相似材料模拟试验的研究方法,分析了塔山矿综放工作面顶板运动范围、规律以及支架受力情况。认为综放面直接顶和基本顶有上位和下位之分,上位直接顶和基本顶在运动过程能形成平衡结构;工作面顶板不同来压阶段,支架受力不同;试验结果得出了通过减小控顶距能够降低工作面支架压力,防止支架压死的途径为适当缩小控顶距,适当增加支架的可压缩量和提高支架的支撑能力。

特厚煤层综放采场直接顶关键层及支架适应性

为了探索大同矿区石炭系特厚煤层综放开采工作面支架-围岩相互作用关系,采用现场实测与理论分析的方法,在分析塔山矿石炭系特厚煤层综放工作面顶煤、顶板运移规律及矿压显现特征的基础上,将塔山矿石炭系特厚煤层综放开采采场直接顶结构分为2类,指出"直接顶关键层"的存在将进一步增大顶板管理的难度。对8102和8103综放面所用ZF10000/25/38及ZF13000/25/38支架的适应性进行了分析,结果表明,ZF13000较ZF10000支架能够适应的最大煤层采放厚度由17 m提高至20 m,也能防止端面顶煤冒落,ZF13000支架具有更强的适应性。

两硬薄煤层综采工作面矿压规律分析

为解决大同矿区两硬薄煤层综采工作面顶板难以控制的问题,以晋华宫矿8224薄煤层综采工作面为研究对象,通过现场监测的方法分析工作面矿压规律,对工作面推进过程中支架工作阻力及回采巷道的变形情况进行监测分析。结果表明:工作面基本上是从中部首先来压,然后向两帮扩展,呈现出分段和迁移的来压特征;薄煤层上覆岩层运动对工作面推进的影响比中厚煤层的小,由于工作面采场顶板为难控顶板,在两硬开采条件下,有必要采取人工强制放顶,使顶板有效垮落,保证两硬薄煤层综采工作面安全回采。

综放工作面顶煤运移及煤矸界面演化规律研究

回采率低是放顶煤开采中存在的主要问题。通过PFC数值模拟软件对内蒙古查哈苏煤矿工作面顶煤颗粒运移规律进行模拟,获得了煤矸流场的运移及煤矸界面的演化规律。研究结果表明当采用低位放顶煤支架时,初采时顶煤易成拱,随着累计放煤步距的增加,顶煤冒落或滑移形成的放煤漏斗长轴逐渐向采空区偏转,且煤矸界面逐渐模糊并趋于平缓。其中,煤矸界面的趋缓是造成低位放顶煤采空区遗煤的主要原因。

两硬综放面顶煤顶板冒放结构探讨

用深基点观测和理论分析的方法揭示坚硬顶板、坚硬煤层条件下综放开采顶煤顶板活动规律及其冒放结构，结论对生产有现实的指导意义。

工作面不同推进方向条件下顶煤移动规律的研究

本文通过实验室相似模拟试验对在缓倾斜或近水平厚煤层综采放顶煤开采时，工作面不同推进方向条件下的顶煤移动规律进行研究，得出了不同条件下的顶煤移动规律，并从力学角度对顶煤块体的移动进行了分析，从而给出了顶煤移动规律的力学解释。

特厚煤层旋转工作面开采设计及分段来压规律实测分析

济宁二号煤矿103下03综放工作面在初采阶段按照正常推进方式回采,会滞留部分三角煤无法采出。针对该情况,首先进行了转采方案的设计及转采割煤参数的确定;然后,对现场回采过程中的矿压显现特征进行分析,获得了工作面分段来压规律及矿压显现特点。研究表明,转采方案增加了该工作面的服务年限,提高了煤炭的回采率,同时该工作面的设计方案及分段来压规律可为其它类似条件工作面提供技术参考。

大采高综放面初采阶段顶板运动规律研究

为确定长春兴煤矿301综放工作面初采阶段顶板运动规律,保证综放工作面安全高效回采,针对22煤层具体情况,运用"传递岩梁"理论,采用理论分析推算的研究方法对301综放工作面初采阶段顶板运动参数进行了计算,构建了301综放工作面初采阶段顶板结构模型。

浅埋厚硬顶板特厚煤层综放工作面矿压显现规律及控制技术研究

针对榆神矿区曹家滩煤矿浅埋厚硬顶板特厚煤层综放工作面矿压显现强烈、强动载来压现象频发的问题,对工作面强矿压显现规律进行了研究总结。研究得出:工作面周期来压步距平均18.4m,来压持续距离平均11.5m,动载系数平均1.45,来压主要影响35#—125#支架,具有来压动载强、来压持续时间长、来压区域性明显、周期性出现强矿压等特点,工作面平均每间隔135m出现一次大周期来压,大周期来压时一般出现连续性强来压,并伴随支架安全阀大范围长时间开启(安全阀开启比例50%以上)、支架活柱持续性快速下缩(支架最大下缩量超过2.0m)等现象。为减小坚硬顶板带来的强矿压威胁,采用井下定向水平长钻孔区域压裂技术对工作面坚硬顶板进行超前预裂。压裂后,工作面矿压显现强度明显减弱,未再发生顶板快速下沉的强矿压现象,顶板来压更加可控,支架工况得到明显改善,取得了良好的应用效果,对榆神矿区浅埋厚硬顶板工作面强矿压治理具有借鉴意义。

工作面坚硬顶板破断特征与覆岩运移规律

针对坚硬顶板综放工作面顶板破断特征与覆岩运移规律不清,在实际生产中严重影响工作面安全生产这一问题;以某矿8201工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟以及现场实测的方法对坚硬顶板综放工作面的顶板破断特征以及覆岩运移规律进行研究分析。研究结果表明:对顶板煌斑岩进行岩石力学实验得知煌斑岩在节理面单轴抗压强度为45 MPa左右,无节理为90.99MPa、单轴抗拉强度7.3～9.4 MPa;通过建立深梁结构破断过程中顶板受力模型,得到基本顶初次来压步距为47.57 m;数值模拟得到8201基本顶的初次来压步距约为45 m,周期来压的距离为20 m左右。在现场实测中基本顶初次来压平均46 m,周期来压步距为18.7～20.8 m,来压影响范围1.7～5.6 m。现场实测与理论分析所得结果和数值模拟所得结果相差不大。

高瓦斯综放工作面顶板破坏规律及高位钻孔抽采技术

为了确定半孤岛综放工作面邻空侧巷道高位钻孔终孔位置,以石泉煤矿30103半孤岛综放工作面为研究对象,通过数值模拟方法研究了30103半孤岛综放工作面上部160~175 m范围上覆岩层破坏规律,结果表明：工作面上覆岩层塑性区发育顺序由工作面中部向工作面上部逐渐发育,工作面在回采60~80 m范围内,工作面垮落带高度为16~21 m,工作面断裂带高度为21~43 m;依据数值模拟结果设计高位钻孔终孔位置为工作面上部顶板25~35 m层位,钻孔分布范围为工作面上部160~180 m范围,通过现场实测分析得出了高位钻孔抽采效果明显,参数设计合理。