综放工作面端面冒顶机理与围岩控制技术研究

针对9102综放工作面在回采过程中端面顶板破碎等围岩支护难题,首先对工作面的工程概况及顶底板条件进行分析,重点分析了采场围岩支护难点及端面冒顶机理,然后在具体回采经验的基础上,设计了9102综放工作面采场围岩控制体系,然后进行了现场实践及效果分析,工作面推采过程中仅发生局部轻度片帮冒顶事故,端面煤岩体整体稳定程度较高,安全生产工作得到保障。

沿空留巷工作面弧形三角区悬顶水力压裂治理技术研究

针对榆家梁煤矿52号煤层52306沿空留巷综采面回风巷三角区顶板不能随周期来压冒落,形成悬顶,大面积的悬顶压力作用在超前支护段,出现超前支护段顶板下沉、沿空留巷混凝土墙体受挤压剪切变形的问题,提出顶板帮部支护方案,根据柔模混凝土墙体的承载力计算选定墙体厚度为1200 mm,在52306回风巷应用水力压裂技术,对端头悬顶坚硬顶板进行处理。现场应用试验后,巷道围岩变形减小,围岩压力稳定,不再出现强矿压显现问题。

大采高三角区坚硬顶板治理技术研究

针对国能神东煤炭集团有限责任公司大柳塔煤矿52507大采高采煤工作面端头悬顶面积大、采空区漏风严重以及端头位置矿压显现异常等问题,依据现场情况提出采用水压预裂的方式弱化端头顶板,实现即时垮落。通过数值模拟分析发现,水压预裂可以取得较好效果,并依据水压预裂的技术方案对52507综采工作面进行施工。现场应用后,采面端头位置顶板可实现随采随垮,保证综采工作面的安全生产。

综采工作面断层应力区顶板控制技术

基于马兰矿12702工作面在过F1断层区,受断层牵引作用导致工作面顶板出现破碎、煤壁出现片帮现象,综采一队通过技术研究,分析了工作面过断层应力区主要存在的技术难题,并对端面顶板破碎区提出了“撞楔超前支护+注浆加固”联合控制措施。通过现场实际应用效果来看,采取联合控制技术后,控制了顶板破碎、冒漏现象,保证了工作面安全回采,取得了显著应用成效。

临空工作面坚硬顶板初次来压的步距端部切断控制法

针对具有坚硬顶板的临空初采工作面,建立了其采空区1边简支、3边固支的力学模型,并据此确定出初次来压步距为63 m。为了避免顶板大面积突然冒落产生的工作面飓风事故,确定采用端部切断坚硬顶板法弱化顶板以降低工作面的初次来压步距。按照顶板切落碎胀后充满采空区并有效支撑上覆岩层的原则,确定坚硬顶板端部切断高度为12 m,此时坚硬顶板已成为悬臂梁;通过建立悬臂梁力学模型确定出此时工作面的初次来压步距为22 m,符合安全生产的要求。现场试验表明,该工作面坚硬顶板端部切断12 m后,初次来压步距减小为16.5 m,消除了顶板大面积突然冒落的安全隐患,保证了工作面的安全回采。

特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮机理及控制

针对不连沟煤矿F6202大采高综放工作面煤壁片帮严重的问题,通过现场调研观测,根据煤壁片帮位置,总结并分析了回采过程中煤壁片帮的基本特征。进一步分析了顶板结构、液压支架工作阻力及工作面推进速度对煤壁片帮程度的影响。研究表明:顶板形成的"下位组合悬臂梁-上位砌体梁"结构中组合悬臂梁失稳断裂引起煤壁上方"反弹区"向煤壁冲击,以及支架工作阻力偏小、工作面推进速度过快引发组合悬臂梁结构强度伪增强而积聚更多应变能瞬间释放是导致大采高综放条件下煤壁片帮的重要因素,增大液压支架工作阻力能够降低煤壁片帮程度。提出了"煤层注水、适当减缓工作面推进速度、提高液压支架工作阻力"的片帮综合治理方案;工程实践表明,治理后煤壁片帮频次和日片帮深度均值较之前大幅减小,取得良好片帮治理效果。

东曲煤矿综采工作面端面顶板失稳规律及其控制研究

依据东曲煤矿14214综采工作面破碎顶板条件下开采的生产实际，采用FLAC3D数值计算和理论分析相结合，分析了工作面端面顶板失稳规律。研究表明：随着支架工作阻力的增大，端面顶板冒落程度变小，稳定性增强，当支架工作阻力为额定工作阻力的80％以上时，支架工作阻力的增加对端面顶板的控制作用影响减弱；当支架支护阻力达到额定工作阻力时，工作面顶板塑性破坏区域位于煤壁前方顶板中且破坏形式主要为压剪破坏；支架前后柱工作阻力比值不同，前后柱所控制顶板的区域不同，破碎顶板条件下应适当提高前柱阻力，其比值为1～1．2有利于端面顶板的稳定性控制与支架的稳定。

寺河矿大采高综采面末采阶段水泥注浆控制片帮冒顶技术

寺河煤矿采用6.2m大采高综采一次采全高的采煤工艺,工作面进入末采阶段(工作面沿推进方向不足150m)易发生大面积煤壁片帮和端面冒顶事故。为了解决上述技术难题,在详细分析工作面围岩结构的基础上,针对性地提出水泥浆液预注浆控制工作面围岩垮落技术,采取6m浅孔堵漏注浆和12m深孔高压注浆相结合的施工工艺,保证了工作面的顺利推进和安全生产。

综放面端头顶板弧三角形悬板结构分析

为提高工作面端头煤炭回收率和上下端头支护质量,对回采后形成的端头顶板弧三角形悬板结构进行了分析,建立了矩形板结构的力学模型,利用功的互等原理,推导出扰度的基本表达式,并运用MATLAB编程计算,分析了均布力与悬板结构间的关系,确定了悬板的破断点,解释了弧三角形悬板的产生机理。

综采工作面三角区悬顶的控顶技术

综采面回采过程中两顺槽三角区容易产生大面积悬顶,难以垮落、存在重大隐患。神东矿区目前采取垛沙袋墙、退锚等措施处理悬顶,效果不明显。通过对综采工作面三角区悬顶打孔注入高压水,使岩层分层压裂而致顶板垮落,取得较好成效。若用高压水致裂技术再配合退锚技术,悬顶垮落效果将会明显提高。

近距离煤层群重复采动下端面冒顶影响因素分析及防治

现有对于端面顶板冒漏的研究多针对单一煤层,而近距离煤层群开采下的端面顶板稳定性不同于单一煤层,在近距离煤层群开采过程中,由于相邻煤层间距较小,上位煤层开采后会使下位煤层开采区域的顶板结构和应力环境发生变化,容易出现端面冒顶、煤壁片帮和顶板压架等灾变问题。以发生过3次大范围冒顶事故的某矿井17101工作面为工程背景,根据煤壁、液压支架与端面顶板稳定性关系,建立了近距离煤层群重复采动下的“端面顶板-煤壁-支架”模型,确定了近距离煤层群重复采动下端面冒顶的影响因素主要为顶板-围岩强度、支架工作阻力、推进速度和端面距。利用UDEC模拟软件模拟不同影响因素对重复采动下端面冒顶的影响,得出以下结论:①重复采动过程中顶板与煤体都受到了损伤破坏,顶板与煤壁强度降低,容易出现支架前端顶板冒落,引发顶板冒落与煤壁片帮等灾害,顶板-围岩强度越大,顶板的稳定性越好。②液压支架工作阻力偏低是造成工作面端面冒顶的重要原因之一,液压支架工作阻力越大,端面顶板越稳定。③工作面推进速度对端面顶板稳定性具有明显的影响,工作面推进速度越慢,采场顶板下沉现象越严重。④端面距为端面冒顶的重要影响因素,端面冒顶与端面距呈线性相关,冒落高度随着端面距的增大而增加,端面距越小,端面顶板越稳定,但是端面距太小也会影响到工作面的正常开采,应根据实际情况来确定。针对4个主要影响因素,提出了重复采动下端面冒顶的防治措施,即增加顶板与围岩的强度、提高液压支架工作阻力、合理控制推进速度和减小端面距。上述防治措施可为近距离煤层群重复采动下端面冒顶提供有效的解决方法。

厚煤层综放工作面端头大面积悬顶控制技术研究

基于综放工作面回采过程中回风巷和运输巷三角区容易产生大面积悬顶,难以垮落,存在重大隐患的情况,利用高压水致裂煤岩体理论,对综放工作面端头采取高压注水致裂顶煤进行理论分析。针对杨村矿厚煤层综放工作面端头大面积悬顶问题,工作面端头采取高压注水、拆除锚杆及锚索紧固件和支架降低初撑力的方法,有效解决了端头大面积悬顶问题,提高了煤炭回收率,取得了较好的安全、经济效果。

浅埋深工作面端头悬顶定向水力压裂卸压技术应用

针对浅埋工作面端头悬顶和压架多采用架间或工作面巷道打眼爆破方式处理顶板存在较大安全隐患等问题,在分析杨伙盘煤矿顶板岩性和浅埋深悬顶原因的基础上,提出利用定向水力压裂技术破坏顶板完整性,结合水压记录仪监测曲线判断岩石开裂和扩展程度,将工作面支架承受的高应力向远离顶板方向转移的方法。回采实践和矿压监测数据分析表明,在采用定向水力压裂处理工作面顶板后,工作面端头矿压显现明显缓和,高阻力区占比明显降低,范围在5000~7000kN的支架阻力由36%降低为29%,卸压后支架所受载荷基本呈正态分布。由此可见,定向水力压裂技术是一种控制浅埋深强动压应力环境的有效手段。

工作面末采段深孔预裂切顶护巷技术研究

针对工作面进入末采阶段后,由回采作业引起的采区大巷围岩变形失稳现象,基于超前支承压力分布力学模型,运用极限平衡理论及半平面解法,理论计算得出超前支承压力峰值位置、影响范围及采区大巷处应力大小,分析大巷处应力增高主要是由于工作面上覆岩层较为完整,加剧了超前支承压力的向前传递而引起的。因此,提出采用深孔预裂爆破技术,利用爆生裂隙的贯通形成结构弱面,从而破坏超前支承压力的传递路径,达到减小工作面采动影响范围及提高大巷围岩稳定性的目的;根据工程地质条件,定量分析选取爆破切顶关键参数,并运用数值模拟验证了方案合理性;通过现场工业性试验及矿压监测数据分析表明:在爆破切顶条件下,5^(#)、8^(#)测点顶底板移近量分别减少41%和55.5%,两帮移近量分别减少68.1%和74.8%,说明该方案可改善采区大巷应力环境,缩小超前支承压力的影响范围。

工作面顶板弧三角形悬板结构的形成机理与控制技术

为获得非固支或简支状态下采场基本顶的变形及断裂结构形态,建立两临边固支、两临边自由的弹性薄板力学模型,推导挠度解析式,并分析基本顶上下板面应力分布特征、断裂线发展轨迹及弧三角形悬板结构的形成机理。结合顾桥矿1125(1)工作面现场情况,提出预应力桁架锚索为主、锚杆+钢筋网等支护为辅的综合控制技术。结果表明,两临边固支、两临边自由采场工作面上端头实体煤侧边界处的断裂线呈弧形分布,形成上弧三角形悬板结构,在该结构的掩护下,工作面上端头顶板易形成下弧三角形悬板结构。应用新控制技术,1125(1)工作面上端头区域顶板形成的下弧三角形悬板结构可为人员及机械设备提供所需的安全空间。

破碎顶板回采巷道端头及超前支护技术

针对焦煤公司演马庄矿27131工作面高应力、顶板破碎的条件,通过理论计算,得出工作面端头及超前支护范围内的支柱支护密度,并通过对比分析提出了"矿用工字钢+单体支柱+金属网"的超前支护技术与"长Π型钢梁+单体支柱"的端头支护技术,并对二者进行优化;最后,通过现场观测巷道顶板下沉量对支护效果进行了检验。

水力压裂技术在大柳塔煤矿52502工作面的应用

大柳塔煤矿52502工作面宽度129 m,日平均进尺达26 m,属于典型的短工作面开采,超强度回采和强承载力岩层使工作面开采之后直接顶不容易自然垮落,采空区形成大面积悬顶,造成工作面超前应力集中,进而引起片帮、压架、底鼓等问题。随着工作面不断向前推进,悬顶面积不断增大,顶板超出其极限承载力时发生大面积垮落形成飓风,造成设备严重损坏或人员重大伤亡,为矿井安全高效生产带来较大的安全生产隐患。为了保障正常安全回采,该矿联合中煤科工集团西安研究院有限公司共同研究提出:采用煤矿井下定向长钻孔双封单卡多点拖动式分段水力压裂顶板弱化技术,拟通过超前弱化煤层顶板结构,从而提高坚硬顶板的裂缝发育程度、降低顶板整体强度,现场应用效果良好,有效避免采空区形成大面积悬顶,为类似条件工作面提供借鉴和参考。

端头放煤时采煤面过渡架工作阻力的确定方法

由顺槽锚杆支护挤压加固理论出发,分析了综放面端头顶板结构的形成、破坏过程,探讨了过渡架对端头顺槽顶板的控制作用,在考虑端头放煤对顶板结构影响的情况下,得出过渡架的最小工作阻力。在此基础上结合王庄矿6202工作面的地质条件,确定了综放面过渡架的型号,并在现场进行了应用。应用结果表明,支架工作阻力满足端头放煤要求,端头放煤后顶板压力增加,过渡架应提供较大的工作阻力支撑端头顶板,保证端头部分的整体稳定。

预裂爆破强制放顶技术在悬移支架工作面的应用

针对郑州煤电米村煤矿里28煤柱工作面在初放回采过程中,顶板坚硬,跨落不及时的问题,为降低顶板初次来压强度,通过采取预裂爆破强制放顶技术,消除工作面大面积悬顶带来的事故隐患。

回撤通道防冲断顶爆破设计方案优化及应用

针对纳林河二号矿井回撤通道防冲断顶爆破设计方案存在的问题,从应力阻断和正面保护回撤通道的角度出发,对断顶爆破设计方案进行设计、优化,并分析、验证“高+低位”爆破具有两个方面明显的技术优势;爆破致裂破碎方面,“高+低位”串联一次起爆,震动应力波叠加,增强了爆破区域的致裂、块体破碎作用,爆破影响区域炮孔应力变化梯度降低37.5%~40%,增强了阻断高应力传递的功能,避免采动应力与煤柱集中应力冲击灾害力源的叠加问题;爆破尺度方面,消除了影响工作面冲击显现的近距离岩层(10倍采高)范围内的应力传递路径,避免了卸压盲区,实现全层位的阻断,对主回撤通道形成正面保护作用。