综采面片帮冒顶机理及处理技术现状与展望

综采工作面片帮冒顶后,为保证综采工作面安全快速通过片帮冒顶区域,采取高效的片帮冒顶处理技术是确保冒顶区域得到安全处置的重要手段。现有研究表明,采煤工作面片帮冒顶是受到煤岩应力分布、采动矿压分布、支架设备性能等多方面因素的影响。总结了大倾角、大采高及松软煤层工作面片帮冒顶机理,分析归纳了片帮冒顶处理技术,分析了基于视觉感知、机器人的创新处理技术。总结现阶段学者研究成果中存在的问题,提出未来研究中需要突破的技术难点、需要深入研究的方向。

特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮机制分析

针对特厚煤层大采高工作面,将超前支承压力作用的煤体分为破裂区、塑性区和弹性区。考虑支架护帮阻力等因素,建立了支承压力作用的煤体变形破坏及煤壁片帮分析力学模型。通过摩尔-库仑准则和非关联弹塑性分析,推导出了煤壁水平位移量及破裂区和塑性区半径解析表达式,分析了影响煤壁片帮的主要因素。理论结果与现场实测结果误差仅为15.6%,验证了模型的正确性。研究表明,随支承压力集中系数的增大、机采高度的增加以及支架护帮阻力的减小,煤壁水平位移量明显增大,煤壁片帮程度严重。工程实践表明,提高支架工作阻力,减缓煤壁处压力,控制合理采高以及增大支架护帮阻力,可有效缓解大采高综放工作面煤壁片帮程度。

大采高综采支架初撑力对煤壁稳定性的影响研究

为了解决大采高综采工作面易发生煤壁片帮及其难以控制的问题,提出了将控制煤壁片帮的切入点放在液压支架上,通过采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了综采液压支架初撑力为0-5 000 k N时对煤壁稳定性的影响规律。研究结果表明：当液压支架初撑力由0增大到5 000 k N时,煤壁内破坏深度由3.0 m减小为1.5 m,垂直集中应力峰值减小24%,煤壁处顶板下沉量减小24mm,煤壁水平偏移量减小8 mm。现场实测结果显示,提高液压支架初撑力能有效减小煤壁片帮次数和片帮深度;改善煤壁受力状态,最终减小煤壁片帮发生的概率。

大倾角软煤大采高综采工作面伪斜布置

大倾角软煤大采高综采工作面合理布置形式对保障矿井安全高效生产至关重要。以新疆焦煤集团2130煤矿25221工作面为工程背景,分析了大倾角软煤大采高综采工作面伪仰斜布置与伪俯斜布置的特点。通过力学分析结合数值模拟,着重研究了伪仰斜工作面煤壁片帮加剧的机理及伪俯斜布置抑制煤壁片帮的优越性。指出大倾角软煤大采高综采工作面伪俯斜布置须采用与之相适应的异型液压支架支护顶板。

特厚煤层仰采综放工作面过断层应力分布与围岩控制

针对特厚煤层仰采综放工作面过断层时煤壁片帮及冒顶严重、围岩难以控制的问题,结合济宁二号煤矿10301工作面地质条件,采用理论分析的方法得出工作面过断层时要采取的合理措施,并通过数值模拟方法得出工作面过断层时的应力、塑性区演化规律。结果表明:仰采工作面过断层时超前15 m破底、下扎角为11°的方式推过F49断层最为合理;工作面推进至断层35 m时,超前支承应力峰值逐渐增大并向煤壁侧靠近,易造成煤壁片帮;与此同时,断层活化程度逐渐增强,基本顶超前垂直应力峰值增加,周期来压步距减小,顶板不易控制;当工作面推进至断层15 m时,工作面上方岩层塑性区开始逐渐导通断层,直至揭露断层时完全导通,研究结果提出了加强放煤控制、顶板管理措施,能确保10301工作面顺利通过断层。

综采工作面大倾角破碎顶板片帮冒顶防治技术

梧桐庄矿311综采工作面煤层顶板破碎、开采煤层倾角达到20~30,°工作面煤壁片帮严重、冒顶事故频繁。通过采取化学注浆加固煤岩体技术,提高了煤岩体稳定性,消除了因工作面煤壁片帮引起的顶板事故,保证了工作面顺利回采。

特厚煤层大采高综放开采关键技术

大采高综放是特厚煤层的主要开采方法,但随着割煤和放煤高度的增加,将带来矿压显现剧烈、工作面煤壁片帮严重、顶煤采出率低、瓦斯涌出量大等突出问题。笔者在分析我国煤炭综放开采技术发展历程的基础上,以塔山煤矿8105工作面为工程背景,研究了14~20 m特厚煤层大采高综放工作面顶煤顶板运移规律,成功研发了大采高综放工作面片帮综合防治技术、高效高采出率放煤技术和"低瓦斯赋存,高瓦斯涌出"条件下安全保障等关键技术。井下试验表明:塔山煤矿8105工作面采出率达88.9%,较8104工作面提高5.9%;工作面设备平均开机率达92.1%,2011年累计生产原煤1 084.9万t,首次实现了大采高综放开采全国产技术工作面年产1 000万t的目标。

大倾角综采工作面过背斜方法的研究

为了解决川煤广旺集团唐家河煤矿1813综采工作面在过背斜时出现的大量冒顶与片帮,采用FLAC^(3D)软件对1813工作面的过背斜方法进行了模拟,分析了在不同开采方法下的塑性区的变化,工作面支架的受力范围以及顶底板的相对移近量,比较两种过背斜开采方法的优劣。结果表明,对于倾斜煤层综采过背斜来说,在条件允许的情况下,应该更多地采用控底留顶直线的开采方法或缓曲线开采方法,能较好地控制煤壁及顶底板矿压显现,保证生产的安全。此外,给出了工作面不同部位治理冒顶与片帮的对应方法:上部应采用化学剂加固煤壁,中部宜采用控底留顶,下部应采区二次支护,假顶过渡方法。

我国大采高综采技术及围岩控制研究现状

在分析大采高综采技术特点的基础上,指出大采高综采是我国厚煤层实现自动化、信息化、智能化开采的首选采煤方法。分析了国内外大采高综采的发展历程及现状,认为我国少数矿区大采高综采单产水平、工效已经达到世界领先水平,受煤层松软、倾角大、采深大、地质构造发育等复杂地质条件及装备制造水平低的影响,我国大采高综采技术整体水平与国际领先水平相比仍有很大差距。总结了'砌体梁'、'组合悬壁梁-铰接岩梁'、'煤壁压杆模型'等围岩控制理论与技术研究成果,总结得到了我国大采高综采技术的发展特征,采高不断加大,最大采高8.5 m,工作面宽度不断加大,最宽达420 m,松软、大倾角、浅埋、高瓦斯等不同煤层赋存条件下大采高综采工作面已实现安全高效开采。提出了大采高综采技术未来发展方向与需要解决的问题,认为综采压架事故呈上升趋势,在支架围岩关系及合理支架工作阻力确定方法、煤壁片帮机理及控制措施,矿压和微震综合预警等方面仍需开展精细化研究。

机采高度对顶煤冒放性与煤壁片帮的影响

针对特厚煤层大采高综放开采顶煤冒放性与煤壁片帮难题,采用理论分析、数值模拟及技术经济综合对比分析等方法,分析了工作面机采高度对煤炭资源回采率及煤壁片帮的影响。通过建立特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮的压剪力学模型,分析了大采高综放工作面煤壁片帮机理,研究了相同机采高度情况下大采高综放工作面较大采高综采工作面煤壁片帮更加剧烈的原因。增加液压支架对顶煤的主动支护作用力及选择合理的液压支架架型结构参数,既可以提高顶煤的冒放性,同时还可以降低煤壁的片帮概率。综合分析不同机采高度对煤炭资源回采率、煤壁片帮控制及工程与设备投资的影响,确定罐子沟煤矿大采高综放工作面机采高度为4.5 m,设计研发的ZFY12000/26/47型两柱掩护式整体顶梁大采高综放液压支架使用效果较好。

综放面煤壁片帮的理论分析和防治

综放面前方煤体出现应力重新分布,产生支承压力,导致煤壁片帮。研究根据煤壁前方煤体的变形特点,将其划分为破碎区、塑性区及弹性区,其变形过程划分为塑性流动(残余变形阶段)、塑性变形、弹性变形3个阶段,并给出了各阶段煤体强度的本构关系。在此基础上运用极限平衡理论,推导出煤壁破碎区宽度的理论计算公式,理论分析了煤壁片帮的机理,结合工作面实际情况,提出预防和治理煤壁片帮的措施。理论指导实践,取得了良好的控制效果,减少了片帮量。

大采高仰斜工作面玻璃纤维增强塑料锚杆煤壁加固技术及应用

针对段王矿090502综采工作面存在近200m仰采段,为提高煤壁稳定性,避免或减少煤壁片帮发生,提出玻璃纤维增强塑料锚杆煤壁加固方案,通过数值模拟方法对煤壁加固参数进行了优化研究,并进行了现场应用。研究结果表明:采用20mm×3.0m全螺纹玻璃纤维增强塑料锚杆、间排距为1.5m×1m进行煤壁加固,不仅可保持煤壁稳定,而且施工方便,保证了工作面的正常回采。

大采高工作面推进速度对煤壁片帮影响分析

以霍尔辛赫矿3207大采高工作面为工程背景,采用现场观测和数值模拟的方法对不同推进速度下煤壁片帮情况进行分析。研究结果表明当推进速度由4.4m/d变为2.4m/d时,周期来压步距由19.8m变为14.7m,煤壁日平均片帮深度增大为原来的1.22倍,片帮范围也增大为原来的1.35倍。推进速度低导致周期来压步距短、来压频繁、煤壁暴露时间长是造成煤壁片帮情况加重的直接原因。

曹家滩煤矿大采高智能化综放面工艺优化

基于曹家滩煤矿122107大采高综放工作面工艺参数实测结果,分析了曹家滩煤矿综放工作面各个工序所用时间和工作面系统开机率,提出了曹家滩综放工作面工艺再优化提高的主要途径,即适度加大工作面长度至350m,提高采煤机截深至1.0m,提高采煤机割煤速度至6~8m/min;支架移架时间应为15.5~17.3s,推前刮板输送机时间应为8.2~9.6s,拉后刮板输送机时间应为8.1~10.2s,伸护帮板时间应为8.6~10.2s,收护帮板时间应为17.1~25.7s,放煤方式调整为“两轮顺序成组往返放煤”,这样工作面月产量可以达到162~217万t,年产量可以达到1784~2390万t,开采效率将是现阶段的1.8~2.4倍。

煤体强度及倾角对大采高煤壁稳定性的影响研究

运用弹性力学理论分析了大采高工作面煤壁失稳机理,建立了大采高工作面的失稳判别准则。应用PFC模拟了不同煤体强度条件下煤层倾角对大采高煤壁稳定性的影响,发现工作面俯仰角对煤壁稳定性的影响随着煤体强度的增加而减弱,但对煤壁失稳形式影响较小。

大采高综采工作面片帮机理及控制技术研究

针对三道沟煤矿85201大采高工作面片帮严重的问题,结合工作面实际条件,通过理论分析了煤壁片帮发生的力学机理,通过数值模拟研究了不同采高、支护强度、推进速度对工作面煤壁片帮的影响,研究结果表明,采高越小、支护强度越大、推进速度越快,工作面煤壁越稳定。最后,依据三道沟85201工作面的实际情况,提出了煤壁片帮控制措施,有效的保证了矿井的安全生产。

大采高工作面煤壁片帮力学机制与深度研究

为了揭示大采高工作面煤壁片帮发生机理,确定片帮位置与深度,基于弹性力学、PFC^(2D)数值模拟等方法,对神东矿区补连塔煤矿12511大采高综采工作面片帮机理进行研究;揭示了工作面煤壁渐进劣化特征,建立了工作面"薄板"力学模型与煤壁片帮深度经验计算公式,进而推导出煤壁变形的挠度方程,确定支架护帮结构控制煤壁片帮的技术。结果表明:工作面煤壁片帮失稳位置在采高的0.579倍处;最大煤壁片帮深度0.98~1.61 m;调整工作面支架顶梁前端结构,确定工作面支架的护帮结构平均支护强度应大于0.16 MPa。

大倾角软煤层综采工作面防片帮技术

针对平煤集团十三矿己15-17-11081采煤工作面地质构造复杂、煤层倾角大、煤体松软,在开采过程中极易片帮冒顶,使工作面回采难以正常进行,经过分析研究,采取了打超前锚杆,防止片帮冒顶,超前锚固控制工作面煤壁,取得良好效果,使该工作面的生产实现正常,稳产高产。

松软厚煤层综放开采煤壁片帮控制技术研究

以芦岭煤矿Ⅱ927工作面为工程背景,通过理论分析、数值模拟及现场试验等方法,分析了松软煤层工作面的破坏机理及控制措施,提出煤壁片帮的控制原则及控制途径,确定了控制方案和合理的参数,包括工作面支架工作阻力、采高、工作面推进速度及注水量的调整。该研究可为松软厚煤层综放开采的生产实践提供较好的理论指导和宝贵经验。

三软煤层综放工作面片帮漏顶原因分析及对策

神火煤电公司泉店煤矿主采的山西组二1煤层属典型的三软中厚煤层,在实际回采过程中,容易发生片帮漏顶事故。根据综采放顶煤工艺的特点,分析了综放开采中片帮漏顶事故发生的原因,提出了超前管理、降低采高、拉超前架、煤壁打玻璃钢锚杆、加快推进速度等防治措施。通过实施这些措施,有效控制了破碎顶板对工作面回采的影响,实现了矿井的安全生产。