大倾角大采高工作面煤壁失稳机理分析

大倾角大采高工作面煤壁灾变易诱使支架-围岩系统失衡,导致围岩稳定性控制复杂化,故煤壁灾变防控对保障工作面安全生产十分关键,而科学化防控技术的前提是明晰煤壁失稳孕育机制,为此采用数值计算及理论分析法展开研究。研究结果表明:大倾角大采高工作面煤壁承压倾向分区异化,下部区域应力集中程度较中部、上部高,集中区范围由下至上减小,垂向中部应力值较低,应力极值及走向位置与回采距具有正相关性,煤壁揭露前后邻域承压环境会突变,且承压态随煤体破坏演变异化,煤体承压结构会由非连续态经压实过渡为类连续状,而后整体移动至阈值后发生破断结构离散化。煤壁前方塑性区随采动作用不同幅度扩展,其稳定性受制于回采距及速度,低速回采、回采距离增加时煤壁稳定性逐步降低,塑性破裂发育区煤体为支承压力等动载、静载主承体,煤壁失稳是支承压力与扰动区内煤体自身抗压性能动态失衡,由运移、变形等承压行为量变诱发煤体结构质变而破断失稳,承压非对称性及多向耦合造成煤壁失稳分区及范围倾向扩展。

大采高工作面煤壁变形破坏影响因素研究

针对大采高工作面回采期间煤壁发生变形破坏严重的问题,通过理论阐述、数值模拟和物理相似模拟相结合的方法,研究了晋城市境内某矿井61610工作面煤壁的变形破坏影响因素,结果表明:煤壁中煤体的粘聚力较内摩擦角对于煤壁稳定性的影响要大得多;随着煤体粘聚力的不断递增,煤壁中煤体由剪切变形破坏转变为拉裂变形破坏,且在粘聚力较大时煤壁能够保持良好的完整性。随着煤体内摩擦角的不断递增,煤壁中煤体始终保持剪切变形破坏状态,且内摩擦角对于煤壁稳定性的提升效果有限;随着煤壁中煤体粘聚力的增加,煤壁发生严重变形破坏所需要的临界均布载荷值也相应增大,而对应的变形破坏高度和深度却相应减小。研究结果为大采高工作面回采期间煤壁稳定性的提高指出了治理方向。

大采高工作面局部煤壁片帮特征思考

本文以大采高工作面为研究对象,主要对大采高工作面的局部片帮特征展开分析。在大采高工作面开采期间,容易出现工作面局部煤壁片帮的情况,这种情况会严重影响大采高工作面的稳定性和可靠性。所以需要在大采高工作面开采期间对局部煤壁片帮特征进行分析,再采取适宜的防治措施,保证大采高工作面能保持较好的开采水平,推动大采高工作面开采工作的顺利进行,满足矿业企业的发展需求。

深埋薄基岩层不同采高下工作面矿压显现及片帮防治技术

针对赵固二矿煤层埋深大、基岩薄、松散层厚以及顶板条件差等问题,以赵固二矿11050工作面为工程背景,运用理论分析、数值模拟和现场实测等方法,研究了11050工作面在不同回采高度条件下,工作面的支承压力分布特征以及塑性区演化规律等。研究结果表明,不同采高条件下,煤壁前方均会产生应力集中,随着采高的增大,应力峰值点逐渐向煤壁深处转移,影响范围也随之逐渐增大;随着采高的增加,采煤工作面直接顶、基本顶塑性区范围逐渐增大。现场实测表明,增加开采高度,会导致煤壁片帮深度的增加,并提出了一系列防治煤壁片帮的措施。研究可为赵固二矿安全高效开采提供指导。

割煤高度对大采高综放工作面煤壁稳定性影响

采用FLAC3D模拟分析了割煤高度对大采高综放工作面煤壁稳定性的影响。模拟结果表明,增大割煤高度,首先是增大了煤壁无水平约束空间,加剧煤壁的变形和破坏,导致煤壁片帮,而煤壁片帮又加大了支架与煤壁间的无支护面积,使端面顶煤的变形加剧,从而诱发架前冒顶,割煤高度对煤壁片帮的影响更为明显,现场观测也同样验证了以上结论。

大采高综放开采适应性研究

通过数值模拟的方法对顶煤冒放性影响因素、煤壁稳定性影响因素进行综合分析,得到了顶煤拉伸破坏系数与煤壁拉伸破坏系数的多元线性回归方程,给出了大采高综放开采对煤层强度下限以及对煤层开采厚度上限的要求,并在平朔安家岭煤矿和潞安屯留煤矿进行了应用。应用结果表明,大采高综放开采有利于工作面实现安全均衡生产。

大跨度高煤帮巷道破坏特征分析

为了解决大跨度高煤帮巷道支护难题,采用数值模拟方式,分析了"定宽不定高"和"定高不定宽"2种状况下大跨度高煤帮巷道的变形破坏特征,得出:"定宽不定高"时,巷道高度和两帮煤岩体的稳定性有直接的关系,高度越大,帮部塑性区越大,大断面巷道两帮必须降低起锚高度,防止巷道底角的屈服破坏;"定高不定宽"时,巷道跨度的变化主要影响顶板底板的塑性区分布,而当顶板围岩条件差时,需利用锚索的减跨作用来控制顶板挠曲。

大采高仰采充填工作面煤壁片帮治理研究

针对陶一矿大采高仰采充填工作面煤壁出现片帮的情况,进行了原因分析及治理技术的研究。在此基础上提出了治理煤壁片帮的技术措施,如提高工作面推进速度、及时护帮、及时支护、提高支架的支护质量等措施。结果表明:通过采取这些措施,工作面煤壁片帮程度得到大幅度改善,片帮次数由原来的每天片帮35次左右减少到6～7次,片帮深度也明显减小,大大改善了工作面的作业环境,促进了超高水材料综采包式充填开采技术在陶一矿的试验与应用。

大采高工作面煤壁片帮机理分析及防治技术

为了治理大采高综采工作面煤壁片帮,采用理论分析、现场实测等方法,研究了大采高综采工作面煤壁片帮机理。依据研究结果,结合赵固一矿12011工作面实际条件,提出了大采高工作面煤壁片帮防治措施。现场实践表明,采用防治措施后,减少了煤壁片帮现象的发生,保证了工作面的高产高效回采。

大采高综采工作面片帮加剧机理分析及防治措施

片帮冒顶制约了大采高综采工作面安全高效开采,因此对大采高综采工作面片帮加剧机理进行分析,发现影响工作面片帮的因素有采高、内摩擦角等,运用数值模拟的方法研究了不同采高下的煤壁片帮条件及临界护帮长度,并结合神东矿区的煤层条件,提出提高支架前端的护帮力、支架初撑力和前端支顶力,增加护帮的长度等控制大采高综采工作面片帮的6种措施。

采场煤壁失稳机理及控制技术研究

基于厚及特厚煤层大采高综放采场煤壁稳定性控制需要,建立了受力压杆模型,定量分析了煤壁破坏机制,提出了从根源上解决煤壁片帮的台阶煤壁采煤方法。研究表明:不同煤层潜在破坏机制不同;中硬煤层二次应力场提供能量转化为侧帮开裂、剥落等脆性开裂,在煤壁中部产生破裂、片帮;软煤层二次应力场提供能量转化为位移或局部弱化,整体表现为整体滑移失稳;现有治理技术对煤壁的作用存在着局部性、滞后性、被动性和危险性;台阶采煤法对煤壁片帮治理有明显效果,可实现安全、高效生产,有利于大采高综放开采技术的推广应用。

大采高工作面煤壁稳定性的AHP-FCF方法研究

为预测大采高工作面煤壁稳定性,选取合理的影响因素建立大采高工作面煤壁稳定性评价指标体系,采用层次分析法计算各指标权重,运用模糊数学理论确定大采高工作面煤壁稳定性等级和各因素隶属度,构建大采高工作面煤壁稳定性评价的AHP-FCE模型。以羊场湾煤矿Y110206工作面为例进行研究。结果表明:羊场湾煤矿Y110206工作面煤壁稳定性较差。

综放工作面割煤高度对瓦斯涌出的影响

为了解决综放开采工作面通风能力有限和瓦斯超限的问题,根据对不同割煤高度综放支架通风断面的比较,提出通过加大割煤高度提高综放工作面单产水平的方法。采用数值模拟方法研究了割煤高度对工作面瓦斯涌出规律的影响,结果显示割煤高度增加将增大通风断面,并使瓦斯浓度降低。针对现场具体条件,在保证煤壁稳定性的基础上,给出了特定煤层条件下合理的割煤高度。应用结果表明,加大割煤高度有利于综放工作面实现安全高效生产。

大采高综采工作面煤壁片帮机理及防治技术研究

通过现场实测分析总结了片帮的主要特征,经过分析,得出了影响工作面煤壁片帮的2个主要因素是采高和支架工作阻力,并且模拟了在工作面采高和支架工作阻力下煤壁的片帮情况。最终,提出了防治工作面煤壁片帮的2种措施:高分子化学材料加固和补打木锚杆加固。

大采高综采煤壁动静载稳定性及采高的尺度效应研究

针对大采高工作面动静荷载引发的片帮冒顶等围岩失稳问题,通过理论分析、数值模拟和实验室试验,对动载作用下大采高工作面煤壁失稳机理及特征进行了研究;建立了PFC 2D双轴压缩数值试验模型,将裂隙植于模型内,研究了煤体和煤样在静载作用下的尺度效应规律,认为煤层中天然缺陷的数量、贯通性及其分布规律对尺寸效应有明显影响,试样越大,其强度越低,其变化呈对数曲线变动趋势;进一步采用霍普金森试验研究了煤样动静载条件下的力学特性,得出峰值强度与煤壁稳定性存在较好的一致性关系,一定程度上反映采动影响下细微节理构造和缺陷对煤壁稳定性的影响程度。以阳泉矿区为例,分别将一矿、二矿、五矿和新景矿15号煤样动、静峰值强度与现场实际的煤壁稳定性进行对比,认为煤样动态峰值强度能较好地反映采动应力对煤壁稳定性的影响,为强扰动下科学采高的界定提供了理论依据。

大采高短壁采煤机油缸的选型设计

介绍了大采高短壁采煤机的基本结构,对短壁采煤机的调高油缸和滑动油缸进行受力分析,计算油缸的设计载荷,确定了油缸的主要参数,再对油缸强度进行校核。设计过程不仅为短壁采煤机整机液压系统设计提供了基础数据,同时对于同类采煤机油缸的选型设计具有较高的参考价值。

大采高综采工作面煤壁应力及稳定性研究

利用煤壁力学模型,分析工作面前方支承压力与煤层压缩角之间的关系,结合成庄矿4322工作面的实际情况,研究大采高综采工作面煤壁应力,计算得出煤壁上的应力为15.0 MPa,工作面前方支承压力峰值为22.6 MPa,煤壁极限平衡区宽度为16.4 m。利用数值模拟软件FLAC3D,求解工作面回采150 m后煤壁的应力,以验证理论计算结果,通过分析工作面中部和端头煤壁的塑性破环范围,研究4322工作面煤壁稳定性。结果表明:工作面两端头煤壁比中部煤壁容易发生片帮。根据工作面前方支承压力分布规律和煤壁前方塑性区范围,研究大采高综采工作面煤壁片帮机理,提出煤壁片帮防治措施。

8.5m大采高综采工作面煤壁稳定性的理论分析

大采高综采工作面片帮问题是影响高效安全开采的主要因素之一,为了研究大采高对煤壁稳定性的影响,基于上湾矿四盘区1-2煤层8.5 m大采高工作面围岩力学条件,采用压杆理论分析煤壁的挠度特征,得到煤壁容易发生片帮的位置在煤壁的中上部;并提出梯形滑块模型,在考虑摩擦力的前提下通过力学计算,得到护帮力不能小于0.251 MPa;针对8.5 m超大采高综采工作面,特别提出了采用支架增压增力复合护帮机构支护方式,护帮板长度分别为1 100、1 600、800 mm,总长度达3 500 mm,可以有效地减少工作面大块煤壁片帮现象。

7 m超大采高开采关键技术及液压支架优化设计

针对厚及特厚煤层超大采高综采因采高加大造成的矿压强、煤壁稳定性控制难问题,通过理论分析和数值模拟综合分析法,设计采用Φ530 mm大缸径立柱提高液压支架控顶效果,降低超前支承压力和顶板对煤壁的影响,通过37.5 MPa高泵压和3 500 mm护帮板等综合配合提高煤壁稳定性维护效果,通过四连杆优化设计等提高液压支架稳定性,为超大采高安全、高效开采提供了保障。

大采高综放开采几个理论问题的研究

提出大采高综放开采的概念,对大采高综放开采主要基础理论问题如:大采高综放开采工作面参数的确定、煤壁片帮冒顶机理与防治、提高工作面煤炭采出率、大断面高煤帮巷道支护、围岩活动规律与特种综放支架研发进行了探讨,以期推动这一技术的发展.