STUDIES ON THE LAW OF ROOF-COAL MOVEMENT BY USING THE ROOF-COAL CAVING METHOD

In this paper, the law of roof-coal movement has been investigated through the field measurement, theoretical analysis and numerical calculation. Several results, which are of important values for caving process, design of the supports, controlling end-face stability, raising recovery rate, realizing working face high output and other related aspects in practice, have been obtained. These results mainly include the following: roof-coal breaking curve of soft-coal seam, roof-coal movement curve of soft-coal and medium-hard coal seam, and roof-coal movement equation. The roof-coal caveability has been analyzed.

综采工作面无煤柱开采技术研究

针对亿欣煤业15号煤综采工作面采用传统采煤工艺留设煤柱造成资源浪费严重、煤炭回收率低、巷道掘进及返修工程量大等问题,以15号煤XV1213巷道为背景开展无煤柱开采技术研究,通过数值模拟分析了巷道顶板无切缝和有切缝模型的应力和位移情况,验证了顶板切缝对巷道围岩应力和变形的改善作用,并根据工作面现场条件设计了巷恒阻大变形锚索关键参数、顶板定向预裂切缝关键参数和无煤柱自成巷支护方案。现场应用表明,无煤柱成巷区巷道顶板整体下沉量较小,碎石巷帮无明显侧鼓现象,实体煤帮无明显片帮现象,满足留巷安全使用要求。经计算,切顶卸压无煤柱开采每米可创造经济效益8763.28元,经济效益显著。

不同顶板条件下顶煤放出的放煤试验研究

针对特厚煤层综放开采顶煤与顶板耦合作用破裂破坏机理及运移规律开展研究,进行了不同条件下实验室放煤试验,获得了不同组合情况时顶煤回收率的变化规律。研究成果确定了有利于顶煤冒放和回收的顶煤与顶板强度相适应的准则,为有效提高特厚煤层顶煤放煤效率和资源回收率提供了新途径。

三角煤柱孤岛工作面冲击地压防治技术研究

为解决近邻三角形煤柱孤岛工作面冲击地压防治问题,分析了国内该条件下导致冲击地压的研究现状;以唐山矿Y392工作面为研究对象,通过理论分析得出了以大埋深、上覆不规则煤柱、本层三角形煤柱、孤岛工作面冲击地压的主控因素;采用FLAC3D建立了数值模型,分析了本层三角形煤柱孤岛工作面的应力分布规律;提出了通过顶板预裂调控冲击地压主控因素的防冲方法;最后通过现场工程实践,建立并实施了以顶板预裂为主的冲击地压防治技术,通过应力法和钻屑法验证了顶板预裂对该条件下的冲击地压防控具有良好的效果。

基于梯形塌陷模型的煤层开采覆岩冒落带高度分析

针对我国煤层在开采过程中经常发生工作面迎头顶板突水,甚至发生溃砂、突泥事故的问题,基于矿压控制实用理论,以沙坪煤矿13102工作面为研究对象,揭示了断裂线型即导水裂隙带型的工作面迎头突水机理,并推导了煤层开采引起的顶板覆岩冒落带演化规律和顶板沉降过程中的应力状态。针对煤矿开采后覆岩冒落带的演化特征,提出了梯形垮落模型来描述覆岩垮落形式,并计算冒落带的高度利用数值模拟验证了理论模型和覆岩冒落带高度计算方法的适用性。

一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建方法

目前煤矿顶板灾害防治措施决策及事故原因分析等过程主要依赖人工经验,智能化水平较低。顶板灾害防治知识图谱可整合顶板灾害防治知识和经验,辅助顶板灾害事故原因分析和顶板灾害防治措施决策。提出了一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建方法。采用本体方法完成煤矿顶板灾害防治知识建模,将顶板灾害防治领域的概念分为矿井地质类、开采技术类、防治措施类和事故表征类,将概念之间的关系定义为使用、引发、易发、治理、预防和适用,为煤矿顶板灾害防治知识抽取(实体抽取和关系抽取)奠定基础;结合煤矿顶板灾害防治领域文本存在大量嵌套实体和关系之间存在实体重叠的特点,确定了基于跨度的实体抽取方法和基于依存句法树引导实体表示的关系抽取方法;构建了顶板灾害防治领域语料库,采用Neo4j图数据库存储数据,为顶板灾害防治知识图谱的应用提供数据来源支撑;展示了煤矿顶板灾害防治知识图谱局部构建结果,说明该知识图谱可辅助顶板灾害事故原因分析和防治措施决策,从而提高顶板管理的智能化水平;指出基于该知识图谱,结合自然语言处理和知识推理等技术,可实现顶板管理知识问答。

深埋复合顶板煤巷离层失稳机理及控制研究

为探究深埋复合顶板煤巷离层失稳及控制机理,以淮南某矿1692(1)运输顺槽为工程背景,原位观测并分析巷道顶板变形破坏特征及原支护效果,基于材料力学原理建立复合顶板岩层力学模型,解析复合顶板各分层挠度表达式,揭示复合顶板离层失稳机理,并探究全长锚固和锚索对复合顶板离层控制机理,提出全锚改性-长锚索组合联合支护技术。研究结果表明:联合支护利用全长锚固增加复合顶板底层的弹性模量,使复合顶板底层挠度下降,通过锚索将复合顶板各分层组合成整体,形成组合梁结构,使复合顶板整体挠度降低,现场监测表明顶底板移近量下降64%,顶板未发现离层现象,最大裂隙深度由8.1 m降低至3.8 m,降低53.80%,煤巷的稳定性得到显著提升。研究结果可为深埋复合顶板离层垮落失稳控制提供借鉴。

弹−塑性基础边界两侧采空(留煤柱)基本顶板结构初次破断特征

为了研究两侧采空留煤柱工程条件下基本顶板结构的断裂位态及工程指导意义,构建考虑实体煤弹塑性变形与两侧煤柱宽度及支撑能力弱化的基本顶板结构双塑化基础边界力学模型,基于有限差分算法与主弯矩破断准则系统计算了在非对称煤柱区和长边实体煤区的断裂线形态、区位属性及整体位态特征,并从7个层面、横纵向4对区域与传统模型对比,阐明新模型所得新结论及工程意义。结论如下:(1)两侧非对称煤柱参数对长边实体煤区域的基本顶主弯矩及破断位置影响小,但分别显著影响煤柱区的主弯矩大小、位置及断裂形态。两侧煤柱区(较强/宽煤柱区+较弱/窄煤柱区)基本顶断裂线形态有3类演化模式,随基本顶厚度及弹模增大而煤柱宽度、支撑能力及悬顶跨度减小,其变化规律为:非对称的“连续单弧形+连续单弧形”→“连续单弧形+开口间断双短弧形”→非对称的“开口间断双短弧形+开口间断双短弧形”。(2)长边实体煤区基本顶的断裂线主要有3类区位属性,随基本顶厚度及弹模增大而实体煤的塑性区宽度、塑化程度及悬顶跨度减小,其演变规律为:断裂线在塑性煤体区(C-S式)→弹塑性煤体分界区(C-TS式)→弹性煤体区(C-T式);(3)考虑断裂线区位属性,随基本顶厚度和弹模增大而煤柱宽度、支撑能力及悬顶跨度减小的基本顶全区域破断模式及演变规律为:C-S式的■→C-TS式的■→C-T式的■→C-T式的■→C-T式的■。针对研究两侧采空(煤柱)基本顶板结构破断的3类力学模型,从7个层面对比了3类模型的重要区别,从横向4个区域(开采区域的前方与后方、两侧煤柱区)与纵向4个区域(非对称遗留煤柱下伏、下伏开采空间出/进煤柱/体)阐明了其重要工程作用。

基于组合赋权三维云评估技术的深部煤矿顶板事故风险分析

为了更好地对深部煤矿顶板事故展开风险评价,提出了组合赋权三维云评估技术。基于事故统计及事故致因理论,对深部煤矿顶板事故风险指标体系展开研究,采用博弈论对改进层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)和熵权法进行博弈分析,以实现风险指标的组合赋权,通过构建三维云模型,对深部煤矿顶板事故危险性进行可视化分析。结果表明:包括行为、技术、设备、环境、管理5大风险因素在内的一级指标并其下20个二级风险指标是深部煤矿顶板事故风险评价指标体系的主体内容,且以环境风险权重最大;由三维云评估技术分析可知,平煤九矿的顶板事故风险级别为Ⅲ级,即修复后可接受,与该矿生产实际情况相符。组合赋权三维云评估技术的提出有助于完善深部煤矿顶板事故风险评价方法,可应用于工程实践。

极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制方法研究

极近距离煤层传统长壁开采,受上层遗留煤柱和采空区垮落等因素的影响,下煤层开采过程中应力环境复杂、矿压显现剧烈,易诱发巷道围岩大变形。为解决上述问题,提出了极近距离条件下巷道定向切顶–约束高强支护无煤柱自成巷控制方法。通过顶板定向预裂切顶,主动改变顶板悬臂结构,切断采空区向巷道顶板的应力传递。充分利用矿山压力和岩体碎胀特性,取消煤柱留设,结合高强支护加强巷道顶板整体性,共同实现切顶自成巷。建立了极近距离煤层开采覆岩结构模型,计算了下煤层切顶自成巷巷旁支护阻力。以典型极近距离煤层为工程背景,开展了不同开采方法的数值试验对比研究,结果表明,提出的自成巷控制方法使巷道围岩应力降低59.8%,巷道顶板变形减少70.8%,并明确了极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制机理。在此基础上,开展了典型极近距离煤层工程设计及现场应用研究,结果表明该方法有效降低了矿压显现程度,保证了自成巷的安全稳定控制。

层状复合夹煤岩石组合体试样强度试验与破坏特征研究

针对巷道复合夹煤组合结构顶板易冒落问题,以某矿取芯和钻孔窥视探测获得的巷道层状复合夹煤顶板结构组合类型为实验背景,对砂质泥岩、中砂岩以及煤厚度为20、30、40 mm不同结构组合类型的复合试件进行了单轴压缩试验,研究了复合夹煤岩石组合体的力学特性与破坏特征。试验结果表明:复合夹煤岩石组合体的抗压强度均小于单一岩石,中砂岩夹煤厚度为30mm时抗压强度达到单一中砂岩抗压强度的85.95%,抗压强度随着煤厚变薄而下降;砂质泥岩夹煤厚度为20 mm时仅为单一砂质泥岩抗压强度的32.5%,随着夹煤厚度增加抗压强度也增大,夹煤厚度超过30mm后抗压强度增大不明显。复合夹煤岩石组合体整体呈X状共轭斜面剪切破坏、单斜面剪切破坏、部分拉伸破坏,随着复合夹煤岩石组合类型不同呈现不同的破坏特征等。

厚硬顶板悬顶致灾机理及切顶控制技术研究

针对侧向厚硬悬顶下临空巷道围岩变形大、失稳风险高的问题,以大同马脊梁煤矿3810工作面运输巷为工程背景,建立了厚硬侧向悬顶力学模型,确定合理切顶位置理论值为内错煤柱3.98 m。建立UDEC数值计算模型,分析了厚硬悬顶长度、断裂位置对煤柱应力分布及3810运输巷围岩变形的控制效果,结果表明:降低悬顶长度、在煤柱上方合理位置断裂,能够有效降低煤柱侧向应力集中程度,减少巷道围岩的破坏范围及变形。根据分析结果,确定煤柱采空区侧厚硬悬顶进行切顶卸压控制,促使厚硬顶板及时垮落,提高采空区顶板垮落带高度,从而降低煤柱承载的载荷并为煤柱提供侧向约束,提高煤柱承载性能。提出了厚硬侧向悬顶水压致裂切顶卸压控制方案并应用于现场,结果表明:3810运输巷采取水力压裂切顶措施后,巷道围岩变形得到显著改善;切顶后巷道两帮最大值移近量为600 mm,顶板最大下沉量为277 mm;相对于未采取切顶方案的区段,巷道变形量分别降低39.6%(两帮)、31.8%(顶板),巷道有效断面能够满足矿井安全高效生产的需要。

急倾斜中厚煤层双斜开采顶板垮落堆积与应力演化特征

俯伪斜开采降低工作面倾角能力有限,倾角60°以上急倾斜中厚煤层长壁综合机械化开采方法亟待突破。以华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿3212工作面为工程背景,在俯伪斜开采的基础上提出了双斜开采的采煤方法,并采用物理相似模拟、数值模拟等方法,分析了双斜开采顶板破断矸石充填滑移堆积规律及应力演化过程。结果表明:双斜开采工作面布置需要与矿井开采设计相协调,工作面两巷维护难度大,其中回风巷侧受采动应力影响大,而运输巷与工作面支架的协调配合难度大;双斜开采由于其异形采空区顶板结构,垮落步距更大,其矸石垮落堆积呈倒三角形且存在周期性滑移特征,并且由于大块矸石堆积造成工作面上部和中部的非均匀来压现象;双斜开采原岩应力随工作面的推进逐渐增大,工作面倾斜上部、中部、下部来压强度不同,一般倾斜中上部来压大于下部,但倾斜下部支承压力应力集中系数大于工作面中上部,双斜开采顶板应力演化特征受工作面形状和推进距离的影响,并由于巷道调斜角作用,应力释放范围呈现由倾斜上部至下部逐渐变小的非对称特征。

乡村振兴背景下农村居民共同富裕统计测度及其分解——以宿州市为例

缩小地区之间和地区内部居民之间收入差距是中国实现共同富裕目标的重要议题之一。基于共同富裕内涵,构建了用于识别农村居民家庭共同富裕的多维指标体系,并在此基础上设计了各个指标的测度方法,以宿州市为例进行了实证检验。研究结果表明:乡村振兴战略实施以后,农村常住居民的生活条件和环境得到了极大改善,但是老弱病残幼成为农村常住居民的主要群体,劳动力水平、劳动力的健康状况、儿童就读学校成为农村居民实现共同富裕的重要影响因素。

大采高综采工作面切顶留巷矸石帮变形控制技术研究

为解决厚煤层大采高综采工作面切顶留巷矸石帮围岩控制难题,首先利用理论分析建立了不同挡矸支护条件下矸石帮位移变化的力学公式,以此为基础提出矸石帮变形控制双策略,减弱矸石帮变形压力和增强矸石帮的抗变形能力;其次利用现场实验设计两种类别共4组挡矸支护方案,探讨不同支护方案的矸石帮控制效果,验证理论研究成果。结果表明:①增强矸石帮侧顶板支护强度,能减弱矸石帮变形压力;②增架卡兰个数、增加卡兰预紧力、增加卡兰个数、增强U型钢之间的摩擦力等能增加U型钢滑移初始滑移应力,增强矸石帮的抗变形能力;③挡矸支护控制效果为:2副卡兰+单体支柱<2副卡兰+单元支架<2副卡兰+单元支架+呛柱<3副卡兰+单元支架。该研究可为同类条件下切顶留巷矸石帮变形控制提供参考。

深部顶板夹煤层巷道变形破坏分析及其控制

为了探究深部顶板夹煤层软岩巷道大变形破坏问题,以平煤六矿三水平戊二胶带运输巷为工程背景,开展夹煤层巷道围岩破坏分析及控制对策的研究。首先,构建原支护体系组合拱力学模型,推导出直墙半圆拱形巷道稳定判别式;其次,提出“锚网索-梁-注浆-组合砂浆锚索”联合返修控制对策,即沿戊8煤层顶板进行巷道扩刷,采用锚网索、梯子梁完成基本支护,对围岩进行深浅孔注浆加固、顶板及两帮关键部位布置组合砂浆锚索等加强支护,并通过数值模拟分析返修前后应力、位移场分布特征;最后,开展工业性试验,并监测矿压。结果表明:两帮及顶底板最大收敛量分别为93、112 mm,后期变形速率均低于1 mm/d,围岩变形得到有效控制,返修效果良好。

矿井采煤工作面顶板事故防治策略研究

随着中国采煤工作面深度和开采规模不断扩大,顶板事故不断增多,给矿井生产带来了极大的影响。如何有效防治顶板事故,成为了亟须解决的问题。论述了矿井采煤工作面顶板事故防治的重要性,通过对事故成因的分析,提出了相应的防治策略,通过对比,证实了研究方向的准确性,可以为矿山安全生产提供有益的参考。

淮南矿区煤层顶板分段压裂水平井抽采技术及效果研究

淮南矿区为典型高瓦斯矿区,煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大,为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果,在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上,采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试,结果显示三向应力场类型主要为σ_(h,max)>σ_(v)>σ_(h,min),具有实施顶板分段压裂水平井技术的充分条件;利用MFrac Suite软件分别模拟了水平段距离煤层1、3、5 m时的压裂缝参数,压裂缝半长最大107.33 m、最小89.47 m,具有理想的压裂效果,说明顶板分段压裂水平井在淮南矿区具有比较好的地质适应性与可行性。以潘一煤矿13-1煤层“L”型顶板分段压裂水平井CBM01井为研究对象,采用井下钻孔检测与数值模拟等手段综合分析了瓦斯治理效果,结果显示CBM01井抽采415 d即显著降低了煤层瓦斯压力与瓦斯含量,距离水平井50、65 m处瓦斯压力由6.4 MPa分别降至2.6、2.7 MPa,降低幅度均超过55%,水平段两侧各15~20 m范围内瓦斯含量由13.5 m^(3)/t降至最大9.11 m^(3)/t、最小6.92 m^(3)/t,平均7.92 m^(3)/t,约10 m范围均降至8 m^(3)/t以下。最后,采用数值模拟方法预测了CBM01井抽采10 a的产气效果及瓦斯治理效果,气井抽采10 a累计产气约272.08×10^(4)m^(3),水平段倾向单侧约150 m范围内气含量均降至8 m^(3)/t以下、压力均降至3 MPa以下。综合研究结果表明,煤层顶板分段压裂水平井技术在淮南矿区瓦斯治理方面均具有较大的优势和应用效果。

薄煤层灰岩顶板巷道围岩稳定性控制

为合理控制薄煤层灰岩顶板巷道稳定性,避免过度支护引起巷道顶板失稳。以鲁西某矿薄煤层灰岩顶板巷道为研究对象,运用数值模拟、理论计算等研究方法,研究了不同类型灰岩顶板采场应力分布特征、围岩矿压显现规律及其塑性破坏形态特征,灰岩临界安全厚度影响性分析。研究结果发现:实体巷道的应力环境较好,应力集中程度相对较低,而沿空巷受2次采动影响范围更大、应力集中程度更高。煤矿巷道围岩在不同应力环境下需要不同程度的支护,主要集中在加强巷道两帮的支护和在特定情况下加强超前影响范围内的支护。

唐山矿托煤顶巷道支护参数设计与优化

为研究深部托煤顶巷道围岩变形特征,以唐山矿0293工作面为背景,基于普氏拱理论分析了巷道围岩顶板及两帮的破坏深度,根据工作面赋存条件,采用FLAC3D软件模拟架棚和锚杆两种支护方式并进行对比,得到最佳的支护形式为“锚杆+锚索”。设定7种不同参数的锚杆支护方案,进一步进行模拟比较得到最优方案。研究结果表明:理论上0293工作面巷道顶板破坏深度在3.03 m,巷道两帮破坏深度在2.81 m;唐山矿托煤顶巷道围岩的煤体较软,具有较大的变形量,锚杆(索)对于巷道围岩变形的控制明显优于架棚支护。确定最优的托煤顶巷道支护方案为:顶锚杆间排距700 mm×700 mm,顶锚索间排距1400 mm×1400 mm,3根锚索,帮锚杆700 mm×700 mm,帮锚索4500 mm,每排2根时,对巷道围岩变形的控制效果最好。