辛置煤矿厚硬基本顶大巷煤柱回收工作面运输巷支护设计

针对霍州煤电集团辛置煤矿厚硬基本顶大巷煤柱回收工作面运输顺槽支护难的问题,本文采用FLAC3D数值模拟研究方法,对运输顺槽进行分析设计。模拟结果显示:工作面回采稳定后,运输顺槽顶板塑性区最大发育深度为4.5 m,两帮塑性区最大发育深度为2 m,最终确定,工作面运输顺槽巷帮采用锚杆、网支护,顶板采用锚杆、锚索、锚网混合支护。现场实测结果表明,测点段巷道围岩顶板围岩变形稳定在350 mm,顶板变形量稳定在240 mm。

厚硬基本顶短壁工作面预裂切顶技术应用研究

为了解决辛置煤矿厚硬基本顶条件下短壁综采工作面的安全高效回采难题,采用FlAC3D数值模拟软件模拟研究了工作面在初次采动影响下的顶板位移变化情况以及采场支承压力演化特征,对比分析了工作面在不同推进距离情况下的矿压显现规律,并且提出了适用于该短壁工作面的双向聚能爆破预裂切顶技术方案。结合现场实际情况及监测结果,认为双向聚能爆破预裂切顶技术的应用实现了坚硬顶板的弱化处理,缓解了工作面的矿压显现程度,能够满足矿井安全高效生产。

软煤厚硬基本顶沿空掘巷煤柱宽度优化与控制技术

本文以东庞矿21221综采工作面为工程背景,综合采用理论计算、数值分析、现场实践等多重方法,研究采场覆岩破断规律与巷道围岩破坏机制,确定了软煤厚硬基本顶沿空掘巷窄煤柱宽度为7 m,并对其支护技术及机理进行深入研究。结果表明:①理论计算显示,窄煤柱合理宽度范围为4.94~8.1 m;②数值模拟结果显示,7~9 m煤柱尺寸时,煤柱和巷道上方围岩塑性区区域减小,弹性核区范围扩大,有利于锚杆索在顶板中的锚固;③工程实践表明,7 m窄煤柱及软煤沿空巷道综合控制技术可有效控制巷道围岩大变形,巷道断面满足使用要求。

坚硬基本顶采煤工作面初采切顶技术研究及应用

综采工作面基本顶大面积悬顶导致初采期间矿压显现明显,为降低初采来压强度,采用深孔爆破工艺,对关键区域顶板进行爆破预裂,促进顶板冒落,缩小了初采期间顶板关键层位的极限跨距,减小初次来压强度。

厚硬基本顶切顶卸压成巷及围岩控制技术

预裂切顶是无煤柱自成巷技术的关键,其效果直接关系到留巷的稳定性,而厚硬基本顶条件下切顶留巷的矿压现象、覆岩运移规律及控制技术又有其特殊性。以某矿切顶留巷为工程背景,综合运用UDEC数值模拟、物理相似模拟、理论分析计算及现场工业化试验等方法系统开展厚硬基本顶情况下切顶卸压成巷及围岩控制技术研究。首先,利用UDEC数值模拟软件,对比分析不同切顶高度下留巷围岩应力及位移分布规律,结果表明:切顶高度为7 m时,采空侧顶板无法沿切顶线断裂,导致留巷顶板出现下沉离层现象;切顶高度为9 m时,基本顶沿切缝线垮落,煤壁上方基本顶内应力由25~30 MPa降至20~25 MPa;再增加切顶高度对应力分布影响甚微。其次,通过物理相似模拟实验,对比分析不同切顶高度下留巷覆岩运移及矿压变化规律,结果表明:切顶高度为7 m时,基本顶断裂线位于实体煤帮侧,巷道围岩将受到断裂岩块的挤压破坏作用,从而导致巷道顶板破碎、离层、倾斜,甚至直接顶与基本顶大面积垮塌;切顶高度为9 m时,基本顶沿切缝线断裂,采空区顶板垮落时不会对巷道围岩产生挤压影响,卸压效果明显;随着切顶高度增加,切顶高度达到12 m时,基本顶沿着切缝线断裂,但是卸压幅度变化不大。再次,通过理论分析计算,确定现场工业化试验所需的预裂切缝关键参数。现场试验表明:对于厚硬顶板,孔底装药量对爆破效果影响十分显著,装药量在1.0 kg/m时可以克服孔底阻力,达到良好预裂效果;切顶高度为7 m时,巷道试验段中的单体柱出现上部被压弯变形,下部陷入底板的现象,巷道顶板向采空区侧倾斜,切缝侧顶板下沉量为450~500 mm;切顶高度为9和12 m时,巷道试验段中切缝侧顶板下沉量小,且未发现支柱损坏等现象,切顶效果良好。最后,基于上述研究,兼顾现场地质生产条件及技术经济综合考量,确定优选切顶卸压具体技术方案,针对性地提出集“高强切顶锚索补强支护、爆破预裂卸压、单体柱强支撑、插底插顶防失稳可缩U型钢+金属网挡矸”于一体的留巷强支护系统,经现场监测,切缝侧顶板、实体煤帮最终变形量分别为186,119 mm,保证了下个工作面回采时安全使用。

千米深井厚层坚硬顶板水力压裂卸压技术研究

针对千米深井工作面坚硬基本顶难垮落的问题,以邢东煤矿2129千米"孤岛"工作面厚层坚硬基本顶为工程背景,探析了其基本顶在深部应力环境和工况条件下难垮落的原因,提出了在深井工作面采用水力压裂切顶卸压的顶板控制技术,并结合工作面实际采动影响得出了水力压裂的设计方案及施工工艺,实现了工作面"卸压-推进"连续配合作业;同时,运用数值模拟及现场矿压实时监测对卸压效果进行了分析与评价。研究发现,在千米深井厚层坚硬顶板的工作面实施水力压裂进行切顶卸压技术效果明显,有效实现了厚层基本顶分层分次逐渐垮落,降低了工作面顶板的周期来压显现强度。现场试验发现,在此环境下出现钻孔施工困难,需采用单孔多次压裂、增加注水量、强力封孔等措施使每个压裂钻孔充分发挥作用。实践证明,采用该技术后,千米深井厚层坚硬顶板难垮落问题得以有效解决。

厚硬基本顶综放沿空巷道应力分布特征及煤柱宽度确定

厚硬基本顶综放工作面开采强度高、基本顶厚度大,区段煤柱的稳定性直接影响着巷道的安全稳定,针对这一影响因素,采用理论分析、数值模拟的方法计算分析沿空巷道的覆岩结构特征及应力位移变化情况,确定合理煤柱宽度。结果表明:厚硬基本顶主要破断方式为两端拉断作用下破坏,计算得到巷道煤柱的留设宽度为7.5 m以上,分析了不同宽度煤柱下的垂直应力及形变量,最终确定煤柱合理留设宽度应为8 m。

综采工作面厚硬砂岩顶板深孔爆破预裂卸压技术与应用

由于厚硬砂岩顶板整体性好、承受能力强,大面积的厚硬砂岩顶板断裂垮落时,造成采场压力极度不稳定,因此工作面厚硬顶板弱化是煤矿顶板控制中一个亟需解决的问题。为防止由于采空区上部的厚硬顶板造成的大面积且在短期内不易松动或垮落的悬顶。综合考虑九里山煤矿14141工作面上的顶板岩层情况,对其上的顶板岩层进行深孔爆破切顶卸压工作。通过深孔爆破,使得厚硬顶板岩石处于松散破碎状态并随着工作面的推进而垮落。根据实际的地质条件,计算分析得到钻孔布置、钻孔间距、钻孔深度、装药量、封孔长度等相关参数。根据工作面附近的岩层覆盖情况进行有限元软件模拟,模拟结果显示,随着厚硬顶板的塌落基本顶的应力显著降低。在九里山煤矿进行现场应用,井下采场矿压检测表明,方案实施后工作面上部顺槽侧支架的平均压力降低了30%,降低了工作面施工人员的危险系数。使用厚硬顶板深孔爆破预裂卸压技术,可有效地解决采场压力大的问题。

厚煤层综放回采率对坚硬顶板破断步距影响机制

针对新疆潘津煤矿2301厚煤层综放工作面回采率影响坚硬顶板破断步距问题,利用现场实测和理论分析方法,通过分析顶煤作用下坚硬顶板结构形态,研究了综放开采回采率对坚硬顶板破断步距影响机制。结果表明:坚硬顶板厚煤层综放期间,顶煤对上覆基本顶关键层产生挤压作用,厚煤层回采率增大时基本顶关键层所受下方支撑力将明显减小,使工作面呈现顶板破断步距减小的特征;厚煤层厚度与坚硬顶板厚度之比n越大、强度之比m越小时,厚煤层回采率对坚硬顶板破断步距影响越明显。

坚硬顶板处理步距的数值模拟

为了达到煤矿工作面安全、高产高效生产,改变坚硬顶板岩体的物理力学性质,以减小顶板悬露面积,防止或减弱这种大面积顶板来压相当重要。由于坚硬顶板跨落时矿压显现明显,一次跨落的面积大,高度大,有强烈的周期性来压,并有明显的动压冲击现象,所以在基本顶来压前必须对顶板进行处理。目前处理坚硬顶板的措施主要有两种:既注水弱化顶板和爆破弱化顶板。而处理步距的确定对于安全、高产高效生产起关键的作用,利用FLAC3D对某煤矿2#煤层进行数值模拟,表明当工作面推进距离达到28m时,超前支承压力峰值已经达到7.43MPa,集中系数约为1.55,此时基本顶对工作面产生的冲击作用已较为明显,所以对工作面进行强制放顶的步距不应该超过28m。

康家滩煤矿8^#煤层顶煤顶板运移规律研究

为了研究康家滩煤矿8#煤层坚硬顶煤的冒放性,对88203工作面坚硬顶煤顶板的破断、运移规律进行了现场观测和分析研究。利用深基点观测方法,在88203综采工作面回风巷内设置矿压观测站,对工作面顶煤顶板的不同层位进行深基点观测;利用LB数字摄像仪观测方法监测了顶煤的破坏发展过程。观测结果表明,顶煤距煤壁前方15m以内开始移动,顶板岩层移动距离煤壁前方都在18.5m以内,顶板滞后于顶煤的运移,且顶煤冒落时位移量较大;采动超前支承压力超前作用距离为10-13m,产生压裂破坏和新裂隙,说明支承压力对顶煤有预裂作用。88203工作面顶煤不能随采随冒,顶板也不能及时垮落,因此,如果采用放顶煤工艺需对顶煤顶板采取人工处理措施。

工作面上方厚坚硬顶板水力弱化技术实践

为使韩家湾煤矿213108工作面在初采初放过程中上部坚硬基本顶及时垮落,杜绝采空区大面积悬顶,降低来压强度,确保工作面初采初放安全回采。通过分析水力压裂技术原理及施工工艺,对水力卸压钻孔进行设计,采用高、中、低位3种钻孔的联合布置形式,保证弱化效果和顶板垮落时间。在厚坚硬顶板水力弱化后对巷道的围岩变形量和端头悬顶长度进行了监测分析。结果表明,水力弱化顶板后,213108工作面回采期间围岩变形量较小,巷道端头悬顶长度在合理范围内,未出现大面积悬顶现象。

厚硬基本顶下5-1022巷锚网梁索棚联合支护技术应用

以汾源煤业5-1022巷赋存松软直接顶岩层、厚硬基本顶岩层为工程背景,提出了及时强主动支护原则、浅层围岩被动强化支护、充分利用厚硬基本顶承载能力的厚硬基本顶下巷道支护思路和原则。基于此,开发了厚硬基本顶下锚网梁索棚联合支护技术,现场应用后,围岩变形均可控,实现了汾源煤业5-1022巷的稳定控制。

厚硬基本顶综放沿空巷道受载变形机制研究

针对厚硬基本顶综放沿空巷道回采期间两帮变形剧烈的问题,以柳巷煤矿为工程背景,通过室内试验、现场实测、理论分析和数值模拟等手段,对巷道受载变形机制进行研究。结果表明:1)综放窄煤柱巷道围岩完整度排序由高到低为顶板、实体煤帮及窄煤柱帮,采动影响下煤帮破碎直接导致两帮锚杆工况下降;2)厚硬基本顶整体破断,断裂线位于实体煤上方距采空区14~15 m,关键块回转下沉过程中与上覆岩层之间出现变形不协同,继而导致断裂线附近煤体受载加大,这是采动影响下实体煤帮出现大变形的主要原因;3)随工作面推进窄煤柱发生压剪破坏,压剪断裂线附近煤体破坏严重直接导致窄煤柱帮大变形。