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。

基于赵固二矿煤岩损伤程度范围确定及渗透率演化规律研究

我国东部矿区深埋薄基岩厚煤层的开采面临着许多技术难题。受工作面开挖卸荷效应的影响,覆岩将发生大变形非连续破坏,而上覆岩层的非线性破坏是导致厚冲积层中水沙涌入工作面的根本原因。为了确定煤层及覆岩的损伤程度范围以及渗透率的演化规律,采用现场实测与数值模拟手段,以超声波波速的分布规律定量表征煤壁的损伤程度范围,以覆岩塑性区的高度和体积表征覆岩的损伤程度范围,并对FLAC3D的渗流模式进行二次开发,分析工作面推进过程中覆岩及采空区渗透率的演化规律。研究结果表明:煤壁的损伤范围与超前支承压力峰值范围一致,6~7 m;覆岩塑性区的高度以及损伤程度随着工作面推进距离的增大而增大,当工作面推进至130 m时,覆岩达到充分采动,塑性区形状呈“马鞍”形分布;隔水层未破坏前岩体的渗透率与垂直应力呈负指数分布,隔水层破坏后高渗透率区域呈明显的分区现象,采空区岩体的渗透率随着冒落矸石的逐渐压实而降低。通过覆岩高渗透率范围的分布确定水沙渗流的主要区域,为赵固二矿14030工作面顶板突水溃沙的防治提供理论依据。

煤矿薄基岩条件下巷道掘进工艺分析

随着大柳塔煤矿对52煤、22煤煤层的深度回采,在开拓巷道、准备巷道的掘进过程中常遇到顶板基岩变薄,造成支护困难、淋水大、巷道成型差等难题,严重影响掘进安全及掘进效率,如何选择一套较好的掘进工艺,实现高效、安全掘进是现阶段采矿学者需解决的技术难题之一。以大柳塔煤矿22316工作面运顺、回风措施巷掘进为例,介绍了薄基岩条件下支护、循环、人员组织3方面改优化策略,为同样条件下其他巷道安全、高效生产提供借鉴意义。

深埋薄基岩聚能爆破切顶卸压关键技术可靠性研究

为了明确聚能爆破技术在深埋薄基岩矿井切顶卸压中应用的适应性,以赵固一矿16061上顺槽为研究背景,设计了聚能爆破的关键技术参数,优化了聚能爆破施工工序和封孔工艺。研究结果表明,使用矿用封孔器配合注浆泵完成封孔,能够有效提高装药及封孔效率,爆破孔参数预裂爆破切缝效果较好,能够满足目前的切顶卸压要求。

浅埋深薄基岩大采高综采工作面开切眼支护技术

为了解决浅埋深薄基岩大采高综采面开切眼支护参数不合理,支护系统效能不足的问题,以红柳林矿25206工作面开切眼为工程背景,采用现场监测、数值模拟、理论分析、现场实践等手段对开切眼支护系统进行研究。研究表明:开切眼原支护参数能够较好控制围岩变形,但存在支护强度过高,锚杆(索)未能达到其额定支护阻力的问题;基于锚杆(索)协同支护方法,建立锚杆基础支护,锚索补强支护协同支护系统,计算合理支护参数,并利用数值分析进行锚杆和锚索方案的合理性和可靠性验证,确定在预紧力取50 kN时,顶板锚杆长度2.6 m,间排距1200 mm×1200 mm,帮锚杆长度2.2 m,间排距1200 mm×1200 mm,锚索直径17.8 mm,长度6.0 m,能够较好控制巷道围岩变形;优化支护方案后,顶部锚杆最大支护阻力稳定值78 kN,帮部锚杆为65 k N,顶部锚索为118 k N,锚杆(索)支护阻力显著提升,支护效能明显提高。通过矿井支护优化研究,形成了一套较完善的支护体系。

深埋薄基岩大采高覆岩移动相似模拟研究

为了研究埋深较大、薄基岩条件下随采高增大覆岩的移动规律,采用相似模拟的研究方法,研究了深埋薄基岩条件下大采高工作面的覆岩运移,结果表明:工作面来压步距减小,上"三带"之中弯曲下沉带已不复存在;随着采高增加,受开挖影响而引起的覆岩移动范围增加;传统的裂隙带估算公式用来计算6 m大采高工作面裂隙带高度时结果偏小。

浅埋深薄基岩煤层大采高综采工作面切眼支护优化研究

针对红柳林矿5-2煤切眼现有支护结构和支护技术设计的锚杆、锚索支护密度偏高,部分复杂生产条件下的支护效果难以达到设计要求,支护体实际受力常常远低于杆体强度的现状,采用联合支护的思想,结合现场测量,数值模拟,工程实践的方法对浅埋深薄基岩煤层大采高综采工作面的切眼支护进行了优化设计,确定了初步支护方案,将初步设计方案应用于现场,并对围岩支护效果进行监测分析。通过对浅埋深薄基岩大采高工作面切眼支护优化研究,形成了一套完善的支护设计体系,在保证安全的前提下有效的提高了切眼的掘进速度及支护效益,有效的降低了巷道工程的综合成本,经济和社会效益显著。

惠阳煤业15107工作面切巷支护技术研究

以惠阳煤业15107工作面切巷作为研究对象,针对15107工作面埋深较浅、局部顶板为黄土或黄矸等表土段这一特征,对15107工作面煤层赋存特征、地质和水文条件等影响15107工作面切巷支护的地质概况进行了分析,并对15107工作面切巷的临时支护、基本支护、补强支护和硐室的支护方案进行了研究。该研究可以为惠阳煤业及沁水煤田阳城区域15号煤层浅埋深薄基岩大断面巷道的支护工作提供技术支持。

浅埋深薄基岩平顶拱形棚支护应用

薛虎沟煤业2#煤层为浅埋深薄基岩煤层,为保证回采期间两巷超前支护的安全可靠,设计采用平顶拱形棚支护,在直壁三心拱29U型钢棚基础上,棚梁顶部变为平顶,棚梁与棚腿搭接处保持原先弧度。支护后,巷道最大位移量变化在10 mm以内,变化量均在设计范围内。结果表明,在浅埋深薄基岩的顶板条件下采用平顶拱形棚支护效果较好。

薄基岩厚表土层近风化带工作面液压支架选型技术

不同厚度基岩条件下支架与围岩的相互作用不尽相同。该文分析了基岩较薄、深厚表土层、临近风化带的地质力学特征,研究了工作面采场支架围岩的相互关系及应力变化,采用载荷经验估算法、理论计算法等计算出液压支架的合理工作阻力,结合地质条件对工作面液压支架进行合理的选型,对类似条件下支架选型有一定的指导意义。

深厚表土薄基岩综放采场合理支护阻力研究

以新巨龙矿井2301采场为工程背景，通过数值模拟研究了深厚表土薄基岩采场合理支护阻力，结果表明：深厚表土薄基岩采场支架载荷具有显著的时间效应，支架载荷来自顶煤、直接顶自重、基本项破断产生的冲击载荷和厚表土层缓慢变形产生的附加载荷，建立了此类采场支护阻力的计算模型；综合考虑支架载荷显著的时间效应和试验采场多种岩层结构模型，确定试验采场合理支护阻力为13700kN；微震监测结果表明试验区域基岩层厚度为50m，直接顶厚度为30m，基本顶厚度为20m；支架载荷监测结果表明采场支架的工作阻力基本处于10000～14000kN，从而验证了所选支架的适应性，对深厚表土薄基岩综放采场支架选型具有参考意义．

深埋薄基岩大采高工作面矿压规律研究

为了解释某矿11050工作面端面漏顶、煤壁片帮严重等剧烈矿压显现现象,采用数值模拟和现场实测,研究了深埋薄基岩厚松散层条件下大采高工作面煤壁前方支承压力分布规律以及顶板来压规律,研究结果表明煤壁前方支承压力随采高增大,峰值点并不一定增大,但支承压力影响范围增大;工作面来压步距变短,工作面中部的支架载荷大于上部和下部,工作面下部支架的动压系数大于上部和中部。

深厚表土薄基岩综放工作面地表沉陷与冲击地压联动效应研究

结合新巨龙矿井深厚表土薄基岩综放工作面冲击地压防治问题,开展深厚表土层地表沉陷与冲击地压联动效应的实测研究。研究表明：深厚表土薄基岩首采综放工作面地表沉陷启动距约为114 m,仅为采深的1/7,远小于一般采场的启动距（1/4~1/2）倍采深。当地表进入充分采动阶段后,地表沉降速度与冲击地压存在明显的联动效应：地表沉降速度开始迅速增加时,工作面动压显现强烈;地表沉降速度迅速增加一般超前工作面动压显现。综合分析微震和地表沉陷数据,验证了岩层运动、地表沉陷与冲击地压发生具有一定相关性,可作为冲击地压预警的辅助参考。

深厚松散层薄基岩采动沉陷致裂井壁机理

针对深厚松散层在不发生固结和冻融沉降的条件下井壁仍出现破裂的问题,结合概率积分法和Knothe时间函数,建立可计算多工作面开采引起井筒位移的动态移动模型,分析采动对井壁受力的影响规律,并结合工程案例,揭示深厚松散层薄基岩采动沉陷致使井壁破裂的机理。结果表明:采动沉陷引起井壁产生向下的附加应力是造成井壁破裂的主要原因;井壁竖向附加应力随深度的增加先增大后减小;利用井筒动态移动模型可近似求解不同时刻、不同深度处的井壁应力,且对井壁破裂的时间和位置具有很好的预测效果。研究成果对保障深厚松散层薄基岩中井壁安全和井壁设计具有重要意义。

深埋薄基岩厚煤层开采顶板突水溃砂通道形成机理研究

我国中东部矿区相继进入深部开采阶段,为了研究深埋薄基岩厚煤层开采覆岩运动中突水溃砂通道的形成机理,采用室内试验、现场实测、理论分析、数值模拟等多种研究手段,开展了覆岩厚冲积层垮落形态、采动裂隙扩展路径以及薄基岩破断形式的研究。研究结果表明,厚冲积层的垮落形态呈对称冒落拱与非对称冒落拱交替循环出现,其中对称冒落拱的采动裂隙由高位厚冲积层起裂,并以Ⅰ类裂纹的形式向薄基岩双向向下扩展,导致薄基岩发生拉伸破断,工作面来压缓和;非对称冒落拱的采动裂隙由高位厚冲积层中萌生,以Ⅱ类裂纹形式向薄基岩单向向右下侧扩展,导致薄基岩发生剪切破断,工作面来压强烈;基于上限定理得出冒落拱的理论方程,预测结果与相似模拟试验所得数据吻合,可以用于冒落拱的形态演化预测。