大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响

为研究大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响,以新疆焦煤集团2130煤矿25213工作面为研究对象,采用物理相似模拟实验、Rhino+Kubrix+FLAC 3D相结合的数值模拟及现场实测的方法,深入分析了大倾角大采高工作面不同夹矸层数、厚度下煤矸互层顶板失稳规律与顶板-支架相互作用特征。结果表明,煤矸互层顶板破坏是由于倾斜中部、靠近支架的煤线先产生局部压剪破坏,随之向附近软煤夹层、夹矸扩展,导致顶板非均衡破坏,诱发架前冒顶、煤壁片帮等现象。大倾角大采高煤矸互层顶板工作面支架工作阻力、顶板最大主应力及顶板变形均呈明显的非对称性,且随着夹矸层数增加,支架上方煤矸顶板集中应力影响范围、围岩变形影响范围及塑性破坏范围均有所增大。煤矸互层顶板支架与围岩有顶板与支架正接触、破断顶板作用于支架掩护梁、架间相互作用等3种作用特征。较一般顶板的大倾角工作面,煤矸互层顶板对支架作用力明显减小,支架工作阻力整体呈倾斜中、下部大于上部的特征;支架非对称受载表现为前柱侧向载荷大于后柱,但随夹矸厚度的增加,顶梁受载程度趋于均布化。结合研究结果,提出了缩短空顶时间、分区域控制、超前预爆破及工作面实时矿压监测等一系列大倾角大采高煤矸互层顶板稳定性控制措施,其中,重点控制工作面倾斜中部煤矸互层顶板的稳定性,来保证工作面的安全高效生产。

大倾角大采高工作面煤矸互层顶板漏冒规律研究

为了保证大倾角大采高综采工作面在煤矸互层顶板下的安全高效开采,解决工作面频繁发生顶板漏冒的问题。采用物理相似模拟实验与理论分析等方法对大倾角大采高工作面煤矸互层顶板应力分布与演化规律、破坏与漏冒特征进行研究。结果表明:工作面回采时,煤矸互层顶板受压在支架顶梁上方断裂;移架过程中煤矸互层出现离层、台阶下沉等现象,支架支护阻力急剧增大,断裂煤矸层因支架反复支撑作用而挤压破碎;当支架支护作用削弱时,支承应力向工作面前方煤体转移,工作面前方支承压力逐渐增大、应力集中,导致煤矸互层顶板超前断裂、煤壁片帮,破碎煤岩体从支架前方沿煤壁片帮处漏冒。通过理论分析,发现煤矸互层漏冒前,工作面顶板剧烈下沉,提出以控制顶板下沉量的方式来预防煤矸互层架前漏冒,具体防治措施为:带压移架、提高支架支护初撑力、提高煤壁稳定性。

深部巷道复合顶板全锚索一次支护研究

城山煤矿一采区3B煤层右0巷顶板为复合顶板岩层,为解决其巷道顶板易离层冒顶问题,提出新型巷道复合顶板全锚索一次支护方案。采用弹塑性基本理论分析了锚索加固机理,指出高预应力全锚索可大幅提高支护结构的早期支护强度与刚度,有效控制复合顶板的离层和下沉,高预应力为复合顶板岩层提供了法向约束应力,明显改善了顶板岩层应力状态。针对右0巷顶板岩层岩性及分层状况,运用数值模拟和现场实测的分析方法综合评价了巷道复合顶板全锚索一次支护效果,分析了掘进、回采期间顶板下沉及锚索承载规律,掘进期间顶板最大下沉量为34 mm,回采期间顶板最大下沉量为63 mm。现场试验表明:全锚索一次支护对控制深部复合顶板变形效果十分显著,可为深部复合顶板巷道支护提供参考。

工作面煤岩互层复合顶板深浅孔注浆加固技术研究

为了解决工作面煤岩互层复合顶板出现破碎松散、离层脱落、整体漏矸严重甚至大面积冒顶等难题,以新元煤矿9104工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析及数值模拟方法,研究了工作面煤岩互层复合顶板失稳破坏机理,划分了长度分别为3、25、23 m的基础治理区域、关键治理区域及重要治理区域,确定了工作面复合顶板分区、分重点加固的治理思路。基于此,提出了在回风巷进行"两深孔、一浅孔、两材料、三区域"的分区复合超前预注浆协同加固技术的方案,并依据现场工程实践、工程类比及理论计算公式确定了注浆材料及注浆关键参数。现场工程应用表明,该技术可有效解决工作面煤岩互层复合顶板破碎松软导致的大面积漏矸、冒顶及开采受阻等问题,确保工作面能以正常速度安全回采。

软弱互层复合顶板动压巷道锚杆(索)破断规律

软弱互层复合顶板动压巷道支护与围岩稳定性控制一直是工程现场及科研院所研究的热点及难点问题之一。基于皖北矿区某矿Ⅱ7324N工作面回风巷顶底板岩性及工作面推进过程中巷道矿压显现规律与锚杆(索)破断特征,判定该巷道属于下软上硬的软弱互层复合顶板动压巷道。对巷道内锚杆(索)破断特征与规律分3个区域进行分析,并基于此规律简要总结降低软弱互层复合顶板动压巷道锚杆(索)破断率的措施。研究成果对于解决该类巷道支护过程中普遍存在的支护难度大、效果差等问题具有重要意义。

Ground pressure law of fully mechanized large cutting height face in extremely-soft thick seam and stability control in tip-to-face area

When stepped coal getting technology was applied to high seam mining working face, with field observations the following aspects of working face were analyzed based on the inherent conditions of extremely soft thick seam mined by Liangbei Mine, such as the brokenness and activity law of rock seam in the working face, the law of load-bearing of its supports, and the instability character of coal or rock in tip-to-face area. The following are the major laws. Pressure intensity of roof in high seam mining with extremely soft thick seam is stronger than one in slicing and sublevel-caving as a whole. But the greater crushing deformation of coal side makes pressure intensity of roof in the middle of working face be equivalent to one in sublevel-caving. In the middle of working face the roof brokenness has less dynamic load effect than roof brokenness in the two ends of working face. The brokenness instability of distinct pace of roof brings several load-bearings to supports. In condition of extremely soft thick seam, the ratio of resistance increment of supports in two ends of working face is obviously greater than that of supports in the middle. Most sloughing in coal side is triangular slop sloughing caused by shear slipping in high seam mining with extremely soft thick seam. Ultrahigh mining is the major reason for roof fall. Instability of coal or rock in tip-to-face area can be controlled effectively with the methods such as improving setting load of supports, mining along roof by reinforcing floor and protecting the immediate roof in time, and so on.

基于正交试验煤岩互层顶板巷道失稳因素研究

通过现场调研、矿物组分分析和层状顶板力学模型计算,得到6个煤岩互层巷道失稳因素.对6种因素各取3个水平进行正交模拟试验,得到了各影响因素之间敏感性排序.结果表明:通过水对煤岩互层弱化程度是造成顶板表面、深部位移、高帮顶板下沉量以及两帮移近量变化大的最敏感因素,同时煤岩互层次数,煤岩互层单层厚度对3种下沉量造成了不同程度的影响;而巷道宽度、断面形状是造成两帮移近量的重要敏感因素.研究结果通过线性回归方程进行验证,与正交试验结果基本一致,并且提出了该地区煤岩互层顶板巷道失稳控制对策.