近距煤层合层综放工作面矿压显现规律研究

针对近距煤层合层综放开采覆岩移动破坏与矿压显现规律等问题,以涡北煤矿842首采综放工作面为工程背景,采用相似模拟试验和数值分析手段对工作面开采过程进行研究。结果表明:相似模拟试验下覆岩冒落带高度为38 m,开切眼附近裂隙带的高度为103.8 m,停采线附近裂隙带的高度为95.4 m,基本顶初次来压步距为28 m,周期来压步距为17.5 m。由数值分析得到采场围岩位移场与应力场的变化颇为相似,分析采场前方支承压力分布特征与相似模拟试验的结果相吻合。研究结果可为近距煤层合层综放工作面煤柱宽度、工作面支护参数设计提供技术指导。

8107工作面放顶煤技术方案及工艺优化研究

为了提高煤矿的产煤量,降低遗煤损失,从而增加矿井生产年限,考虑8107放顶煤开采面的实地生产条件,运用弱支护深孔爆破耦合CO_(2)分布式预裂松动的端头放煤工艺,把“单轮顺序”放煤方式改进为“多轮追机顺序”、“间隔分层”放煤方式。经过8107工作面现场试验结果,使用改进后工艺,开采面回收率提高了约6%,单刀产量约为4 576 t,单米精煤产量为5 720 t,平均每月推进进度约为99.46 m,直接创造经济效益约2 042.23万元。

低渗煤层瓦斯抽采顺层钻孔水力造穴卸压增透效果研究

为了揭示水力造穴参数对钻孔瓦斯抽采效果的影响规律,指导煤层水力造穴增透技术施工参数的合理选择。建立了煤层损伤-应力-渗流耦合模型,分析了不同造穴参数下煤层卸压增透效果,展开了顺层钻孔水力造穴现场工程试验,考察了不同造穴参数下钻孔瓦斯抽采效果,结果表明:采用水力造穴技术形成的孔穴能够有效降低其周围煤体应力,提高煤层渗透率,增加瓦斯钻孔抽采效果;造穴半径越大煤层的卸压程度越大,进而煤层渗透率增幅就越大,但在实际工程中过大的造穴半径会使得孔穴稳定性差,钻孔塌孔堵塞瓦斯涌出通道会使得钻孔瓦斯抽采量有所降低,试验矿井最优造穴半径为0.6 m;造穴间距对它们之间的应力降低区范围有着较大的影响,在一定距离条件下孔穴卸压有着明显的叠加效应,造穴间距越近叠加效应越明显,煤层应力越小,卸压增透效果越好。试验钻孔穴间距由8 m减小到6 m时,单孔平均瓦斯抽采纯量增加389.16%。

上煤层扰动下综放工作面覆岩运移及矿压显现规律研究

近年来,准格尔煤田大多数矿井已进入了6^(#)、10^(#)、11^(#)等第二主采煤层的开采,平均厚度可达10 m以上,故大多数煤矿都选用综放开采技术进行回采。受上煤层开采的影响,下部综放工作面覆岩运移、矿压显现及顶板来压来源更为复杂。利用理论分析、相似模拟及现场实测等方法,以黄玉川226上02综放工作面为例,对上煤层扰动下综放工作面覆岩运移、矿压显现等规律展开了研究。主要结论有:中间岩层未完全破断前,覆岩呈分层垮落特征,破坏范围以阶梯式向上发展,下部综放工作面出现小周期来压,来压步距较大、强度较小;中间岩层完全破断时,两煤层破坏区域贯通,覆岩发生大范围台阶式下沉,下部综放工作面易发生压架、垮顶等矿压突变事故;中间岩层完全破断后,覆岩出现“台阶岩梁”结构,且破坏边界裂隙不断增大,下部综放工作面出现大周期来压,来压步距减小、强度增大。同时,通过对覆岩运移规律的研究,分析上煤层扰动下综放工作面顶板来压来源,确定其支架载荷计算方法,并以黄玉川226上02综放工作面为例制定控制采高、增加支架工作阻力等针对性综合控制措施,在现场实施后取得了较好的控制效果。

大倾角放顶煤上覆岩层结构失稳力学机理研究

为研究大倾角放顶煤上覆岩层活动规律,以唐山矿0291工作面为对象,通过分析大倾角工作面上覆岩层顶板结构失稳过程,得到上覆岩层产生压裂性失稳后向高位转移的判别条件。研究结果表明:在0291工作面的砂岩顶板中,上位岩层的挠曲下沉虽会伴随裂隙及离层发生,但在结构失稳前几乎保持层面水平运动;上覆岩层的岩性与挤压角是保持上覆岩层结构稳定的主要因素,且挠曲下沉量与挤压角的增大会使结构更易发生压裂性失稳;上覆岩层回转角与挤压角的正比关系是上覆岩层结构产生压裂性失稳后向高位转移的关键,当结构产生压裂性失稳垮落后采空区得到不断充填,高位岩层的回转角与挤压角变小,结构开始趋于稳定状态。

厚煤层采煤技术的选择与发展

中国煤炭资源储量较多,各项生产对煤炭资源的依赖相应较大。现阶段中国的煤矿生产中,要想提高采煤效率,提升企业的经济效益,就必须对厚煤层采煤技术进行有效的研究与运用。对厚煤层采煤技术进行了研究,并对厚煤层采煤工艺设备及支护方式进行了分析,展望了技术改进的方向。

急倾斜水平分段放顶煤开采应力分布规律及冲击地压防治

为了揭示急倾斜煤层水平分段放顶煤开采应力场分布特征及冲击地压显现规律,以王家山煤矿东一采区为工程背景;理论分析了急倾斜水平分段开采冲击地压显现特征,数值模拟分析了急倾斜煤层水平分段开采应力场演化规律;揭示了急倾斜煤层水平分段开采矿震动载扰动诱发底煤冲击地压显现的规律。结果表明:随着开采分段数增加,工作面采动应力持续增大,顶板巷应力集中程度高于底板巷,最大主应力由原水平方向分布转为沿垂直煤层倾向分布,导致顶板巷周围煤体水平应力集中程度高;工作面煤体水平应力场倾向方向呈现先增大再减小的趋势,且顶板侧水平应力明显高于底板侧水平应力,应力峰值与开采深度呈线性正相关关系,顶板巷冲击危险性明显较高。根据冲击地压发生规律,针对性制定了急倾斜水平分段开采冲击地压防治方案并进行了防治实践,监测表明防冲效果显著。

急斜特厚煤层开采地表沉陷特征立体实验研究

借助急斜煤层大型立体模拟试验架,对急斜煤层水平分段放顶煤开采地表变形破坏特征进行了开采的立体模拟试验研究。研究发现,急斜煤层开采后形成的沉陷不同于缓斜煤层,其沉陷最初由在地表生成的孔洞发展为孔洞间的贯通,形成塌陷坑。塌陷坑靠顶板侧岩体的垮落程度明显大于靠底板侧岩体的垮落程度,而且沉陷随着分段工作面的向下延伸表现为反复多次沉陷,塌陷坑内垮落体表现为由底板侧朝顶板侧的台阶式下降分布,最终形成深槽型塌陷坑。

急斜放顶煤开采围岩破坏规律立体模拟研究

通过大型组合堆体立体模拟架,对急斜煤层开采过程中围岩及上覆层变形破坏特征进行了模拟研究.研究发现急斜水平分段放顶煤开采围岩破坏主要向顶煤和顶板两个方向发展,顶煤在冒放过程中可能成拱.随着工作面的推进和顶煤的放出,破坏向上发展.煤层开采后形成的沉陷由最初在地表生成的孔洞发展为孔洞间的贯通,形成塌陷坑.随着塌陷坑周边岩体的垮落,最终形成主要沿顶板及走向发展的深槽形塌陷坑.沉陷表现为反复多次沉陷,塌陷坑内垮落体整体呈现为由底板侧朝顶板侧的台阶式下降分布.

浅埋坚硬厚煤层预采顶分层综放技术研究

为有效解决神东矿区浅埋特厚坚硬煤层开采技术难题,以神东活鸡兔矿井1-2煤层为研究对象,针对浅埋坚硬特厚煤层试验采用上层综采下层综放开采技术,通过数值模拟、相似材料模拟以及理论分析等综合研究方法系统分析了上分层综采对下分层顶煤冒放性影响规律,提出了下分层综放工作面"上压下顶"有利于顶煤回收的"采大放小、高阻支架上下扰动"措施。通过试验应用与现场观测,结果表明:顶煤冒放性得到有效改善,支架后方顶煤充分破碎,工作面资源采出率达到87%,且下分层综放工作面压力显现缓和。

准东煤田准东二矿巨厚煤层开采方案设计

为解决准东煤田巨厚煤层开采问题,对比分析了分层大采高综采、分层大采高综采和综放相结合、分层综放开采三种采法,认为B1煤层开采应采用分层综放开采,合理割煤高度在5.0m以下,可分三层进行开采,减少煤层重复揭露次数,降低采空区自然发火几率。此外,开采可能面临覆岩控制、瓦斯、设备可靠性等问题,应加强防范。

近距离煤层群下行开采下煤层覆岩运移规律模拟

为研究近距离煤层群开采过程中下煤层的覆岩运移规律,基于木瓜矿10-110首采工作面的实际工程背景,采用相似材料对该矿10煤开采过程进行模拟,从相似材料运移形态、移近量等方面对覆岩运移规律进行了分析,研究表明:近距离煤层群下行开采下煤层初次和周期来压步距、覆岩位移特征,为相似地质条件煤层的开采提供理论依据.

复采工作面上覆松散煤矸运移规律实验研究

为研究受小窑破坏煤矿复采面上方存在煤柱、空巷、采空区交错排布,复采面上覆煤岩松散运移规律不清导致采出率低的问题.采用实验模拟的方法,模拟煤矸分界线、煤矸颗粒位移和煤柱垮落层的运移过程.研究结果表明:采空区、空巷影响煤矸分界线形态,上位顶煤损失较为严重.煤柱垮落层厚度与放出煤量、放煤时间及回采率具有相关性.研究结论推动了顶煤放出规律的理论研究,对了解顶煤运移规律、优化放煤工艺与参数,实现安全高效开采发挥积极作用.

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。

采动覆岩高位离层演化特征及涌( 突) 水前兆信息研究

采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙)演化特征及离层水害机理。以永陇矿区招贤煤矿为研究对象,黄陇侏罗系煤田永陇矿区煤层覆岩具有弱胶结、泥质含量高和单层厚度大等特点,侏罗系覆岩之上为巨厚高水压白垩系含水层,厚及特厚煤层开采时易在侏罗-白垩系交界上下形成高位离层积水;当导水裂隙与高位离层积水沟通时,形成离层水害。离层水害具有瞬时性、大流量并伴随强烈矿山压力显现等特点。研究结果表明:当工作面达到充分开采时,采空区两帮离层裂隙较为发育,中部处于压实区,最大横向高位离层位于梯形破坏区顶部;工作面上覆亚关键层的周期性破断造成工作面周期性来压、高位离层空间周期性扩张、闭合,导致宜君组水位周期性异常下降;工作面经长时间停采,恢复开采后,重复扰动覆岩诱发覆岩岩体结构失稳,导水裂缝带沟通离层空间,造成离层涌(突)水;水位突降、水位下降速率突增、微震大能量事件可作为1304工作面突水前兆信息;关键层的破断会引起微震能量事件,伴随关键层的快速回转、下沉扩大离层空间,造成宜君组水位异常下降;工作面多次复采造成覆岩自稳能力逐渐劣化严重,加快离层涌(突)水通道形成,离层涌(突)水通道逐步增大;随着出水次数增加,水位提前下降时间减少,微震能量事件能量降低,涌水量增大;采动过程中离层涌(突)水的前兆信息-白垩系含水层的水位变化以及矿井微震监测数据验证了模拟结果是可信的。

活鸡兔井特厚硬煤下分层综放开采技术实践

活鸡兔井特厚煤层1^(-2)煤复合区煤层厚度约10 m,采用分层开采。由于10年前上分层各综采面回采时均未铺网,导致下分层回采顶板控制难度大、安全性较差。针对这个问题,经过认真分析研究,在1^(-2)煤的下分层12~下202工作面采用综放开采技术,巷道采用外错式布置,回采时工作面无周期来压,压力平缓,煤炭回收率较高。在开采过程中对局部实体顶煤缺失的区段采取降低采高、卧底回采、留设200~300 mm厚的顶煤、跟机迈步擦顶超前移架和加快推进速度等措施,取得了非常好的效果。

深部煤层综放开采覆岩离层的量化研究

针对济宁二号煤矿煤层开采过程中的覆岩离层问题,利用三维地震探测方法对11307工作面覆岩离层的分布和发展规律进行研究,通过高精度地震勘探采集、处理解释和识别技术,获得了水平方向离层发育的规模尺度、展布范围和时空发育规律。

巷道放顶煤法的顶煤破碎机理研究

在总结现场试验效果的基础上,应用断裂力学理论分析了急倾斜煤层巷道放顶煤顶煤破断裂纹的扩展和破碎机理。通过建立力学模型,探讨了急倾斜煤层放顶煤开采的影响因素,并得出了较为理想的开采条件是:煤层倾角为70°左右、厚度大于临界厚度且裂纹发育。该结论对推广这一采煤方法具有较大的现实意义。

厚煤层综放工作面过特大断层技术实践

为有效预防综采放顶煤工作面过特大断层时造成的采出率低、采掘衔接矛盾等问题,采用地质勘探技术查明断层具体位置,通过对跳采过断层和直接过断层2种开采方案的经济技术比较,在直接过断层的方法基础上提出采用层位调整、支架防护、采煤机改良等技术措施。实践结果表明:改进后的直接过断层技术保证综放工作面顺利通过了特大断层,回收煤炭达126.4万t。

“高位-低位”厚硬岩层综放面特厚煤层矿压显现特征研究

基于大同煤田马道头矿井为工程背景,建立了“高位-低位”厚硬岩层综放面物理相似模型,分析了特厚煤层综放面覆岩移动特征,监测了8404工作面矿压显现特征。研究结果表明:工作面推进80、110、155 m时,基本顶、上方中砂岩(低位岩层)、上方粗砂岩(高位岩层)依次发生初次垮落;工作面平均周期来压步距为14.11~16.19 m;支架最大工作阻力基本上低于额定工作阻力的55%;工作面第1次大周期来压步距为140 m,来压可持续10~20 m,动载系数为2.24~2.38;工作面ZF17000/27.5/42D型液压支架未出现压架、立柱收缩等现象,支架选型适用性良好。