浅埋厚松散层薄基岩综采工作面开采覆岩切落体结构分析及应用

浅埋厚松散层薄基岩综采工作面开采覆岩破断失稳诱发的强压显现问题日益凸显,已对矿井安全及高效生产带来严重威胁。为此,以神东矿区22614工作面为工程背景,采用现场监测、相似试验与力学建模相结合的研究方法,分析其强矿压显现特征,揭示采动覆岩破断失稳诱因,构建覆岩破断结构力学模型,核定工作面液压支架工作阻力,并开展现场实例应用。结果表明:现场监测的工作面开采顶板平均破断步距为11.2 m,液压支架平均工作阻力为8450.1 kN,最大工作阻力为11857 kN;相似试验中,工作面开采老顶呈短悬臂岩梁剪切破断,断裂面贯通地表,覆岩滞后煤壁整体切落,平均垮落步距为12.5 m;通过建立浅埋厚松散层薄基岩综采工作面覆岩切落体结构平面力学模型,提出了覆岩切落体结构失稳判据,指明不稳定系数与覆岩切落角和液压支架承载力间的正相关关系;并给定了工作面液压支架工作阻力计算公式,算出了液压支架平均承载力为8364.22kN,与现场监测结果具有较好的一致性。该结果可为我国浅埋厚松散层薄基岩综采工作面支架选型和顶板控制提供重要的理论依据。

厚松散层薄基岩综采面覆岩破坏高度发育规律

为确保高承压松散含水体下缩小安全煤岩柱开采,合理回采防水煤柱内所留的煤层,在淮南煤田潘集矿区深厚松散层薄基岩条件下的综采工作面,采用地面地质钻孔、井下声波检层CT技术探测等多种现场实测手段,结合离散单元数值模拟,对深厚松散层薄基岩综采工作面覆岩破坏带高度发育的时空分布规律进行研究。研究结果表明:覆岩破坏带随工作面推进动态变化,随着综采工作面向前推进,导水裂缝带高度35.20～45.10 m,垮落带高度7.28～16.24 m;其覆岩破坏由下向上、由后向前逐步发展。

浅埋深薄基岩高强度开采工作面压架机理分析

为解决浅埋深薄基岩高强度开采影响下引起的压架事故,采用数值模拟和理论分析的手段,分析了工作面推进过程中覆岩的破坏过程及压架事故发生机理。结果表明:在煤层开采过程中,不同岩性的岩层中应力分布差异很大,其破断冒落条件也不相同;覆岩中上行裂隙、下行裂隙同时发育贯通是压架事故发生的前提;覆岩载荷传递因子的变化、基本顶破断岩块架后切落、地表厚风积沙的存在以及水沙对基本顶破断岩块运动形式的影响,均增加了顶板沿煤壁大范围切落并导致压架事故发生的概率。通过对乌兰木伦煤矿31402工作面局部压架事故进行分析可知,采高增大而破断岩块长度减小,基本顶结构仅以单关键块形式出现,是基本顶结构容易发生切落的主要原因。

巨厚冲积层薄基岩综放开采覆岩移动规律

巨厚冲积层薄基岩条件下,综放开采工作面经常出现异常来压,给顶板控制提出了较大的挑战。通过数值计算的方法,分析了600m厚冲积层、不同基岩厚度条件下的顶板变形破坏特征,得出基岩厚度小于120m时,覆岩可能出现全厚切落现象;揭示出巨厚冲积层在运动变形过程中具有整体性且难以形成稳定的强承载结构;现场实测出了工作面异常来压规律,证明了巨厚冲积层和薄基岩结构间的关系。该研究成果为类似条件下的综放面安全高效开采提供了借鉴。

浅埋煤层厚积砂薄基岩顶板破断机理研究

本文在物理相似模拟和数值模拟的基础上,通过对神东集团薄基岩浅埋煤层开采的研究,建立了上覆岩层的梯度复合板力学模型。利用承压砌块模型分析了周期来压过程,并给出了初次来压和周期来压机理。

大柳塔煤矿薄基岩浅埋煤层工作面矿压规律研究

为了研究薄基岩浅埋煤层矿压规律,防止薄基岩浅埋煤层工作面发生切顶事故,造成溃砂溃水事故,通过对大柳塔煤矿22614工作面现场矿压观测,得出了薄基岩浅埋煤层工作面矿压显现规律,结果表明:工作面上覆基岩厚度大于10 m的区域,工作面顶板来压比较明显,支架动载系数相对比较大,工作面上覆基岩厚度小于10 m的区域,工作面顶板来压不明显,实测工作面支架工作阻力大部分为5 400～7 200 kN,现有支架能满足生产需求。

大柳塔煤矿12305工作面覆岩活动规律的相似模拟

为了研究薄基岩浅埋煤层开采过程中覆岩活动规律,利用相似材料模型法,对大柳塔煤矿12305工作面进行了相似模拟实验,得出了薄基岩浅埋煤层开采过程中覆岩活动特点。结果表明,薄基岩浅埋煤层开采的覆岩活动规律与常规开采顶板活动规律存在根本区别,应该有其自身的开采理论指导现场生产。

薄基岩大断面切眼超长锚杆锚索联合支护技术研究

针对赵固二矿1105大采高工作面切眼矿压显现剧烈、围岩变形大、难以维护等问题,以理论分析、数值模拟和现场试验为主要研究方法,对切眼支护参数进行优化设计。结果表明,常规锚杆锚索联合支护无法锚固到稳定岩层内;而采用新型的5m超长锚杆和锚索联合支护,切眼围岩变形得到了较为明显的控制,顶板下沉量由212mm降低到170mm,变形速率大大降低,两帮片帮程度明显较小。

浅埋深薄基岩煤层顶板破断中的微震分布特征

为研究薄基岩浅埋煤层顶板破断过程中的微震分布特征,采用ARAMISM/E微震监测系统对某矿3301工作面进行监测。监测结果显示,工作面每推进95m左右,周期性出现一次大能量微震事件,说明顶板的周期性破断造成微震释放能量表现出一定的周期性,利用微震释放能量的周期性可以推断基本顶发生周期来压步距;微震事件具有明显的空间效应,利用微震定位结果,可以揭示煤层开采引起的岩层破裂高度,进而圈定岩层的破坏范围;顶板来压滞后于微震事件8h左右,利用微震事件与顶板来压的时间差,可预测薄基岩浅埋煤层顶板大面积来压。

深埋薄基岩顶板来压与底板破坏深度关系

为解决现场顶板频繁剧烈来压造成的底板突水问题,根据实测深埋薄基岩采场矿压显现特征及关键层垮断失稳判别方法,分析了顶板来压时冲击载荷的作用机理,应用弹性理论及摩尔-库仑准则推导了顶板冲击载荷和支承压力叠加作用下的采场底板破坏深度计算公式,研究得出了顶板来压与底板破坏深度的关系,提出了相应的底板破坏深度控制技术,现场应用生产效率提高约91.7%。结果表明:顶板来压步距越大,冲击载荷越大;顶板冲击载荷及支承压力的叠加作用导致底板破坏深度增加;随来压步距增大,底板破坏深度先增加后又趋于稳定;顶板剧烈来压的周期性造成了底板破坏和底板出水的周期性。

浅埋薄基岩厚煤层覆岩移动演化规律数值模拟研究

文章应用RFPA2D岩石破断过程分析系统,对神府煤田柠条塔煤矿浅埋薄基岩厚煤层N1201首采工作面开采过程中覆岩移动演化规律进行数值模拟分析。模拟研究了煤层采动后其上覆岩层破断发展过程,揭示了工作面推进过程中采场岩层的破断机理和来压特点以及煤层顶板支承压力的变化规律,并与井下现场实测来压步距进行对比分析,为今后开采神府矿区相似工作面的顶板管理及矿压控制提供了重要的参考价值。

厚松散含水层煤层开采突水溃沙防治技术

为了有效解决神东矿区薄基岩厚松散含水层煤层开采突水溃沙难题,以哈拉沟煤矿22206工作面为例,分析工作面开采所面临的水害情况,针对地面施工注浆工程存在受地表条件限制大、施工干扰多、工程费用高及对地表生态环境破坏的实际问题,提出了井下疏放水与注浆加固相结合的治理方法,并在此基础上形成了"疏注结合、先疏后注、边治边探、先治后采"的突水溃沙防治技术路线,在哈拉沟煤矿应用结果表明:井下疏水注浆技术实施之后工作面少数支架间有淋水滴沙现象,采空区涌水中携带有少量泥沙,对工作面正常回采无影响,其余地段均未出现流沙现象,该技术达到了最优的治理效果。

薄基岩浅埋旺采工作面覆岩运移特征研究

为了掌握薄基岩浅埋旺格维利法回采工作面覆岩运移特征,以神东公司榆家梁煤矿42216旺采工作面为研究对象,通过理论计算和现场监测等技术手段,得到适合神东矿区自身特点的线性支架压力监测、顶板下沉和片帮观测及地表移动监测方案,提出薄基岩浅埋旺采工作面的极限悬顶面积的计算方法。结果表明,旺采工作面在开始回采时,顶板压力显现不明显,随着悬顶面积的增大,顶板压力极不稳定,压力时大时小,当直接顶经强制放顶或自然垮落后,顶板压力逐渐趋于稳定,随着短壁工作面向前推进,顶板压力呈现周期性特点;旺采工作面地表塌陷具有突然性、台阶状的特点。

薄基岩浅埋煤层覆岩运移流固耦合模拟实验

以石圪台矿薄基岩浅埋煤层为研究对象,解决了模型的密封性,实现了水压和水体的灵活加载,找到了隔水层材料配比。通过实验再现覆岩裂隙萌生、扩展及贯通全过程,上覆岩层不存在普通煤层开采的"三带",只存在垮落带和裂隙带"两带",导水裂隙带高度为6-16.4倍采高;顶板含水层使覆岩首先产生张裂隙,最终在采空区两端形成突水通道,造成顶板突水溃砂灾害。

薄基岩厚度变化对采场矿压显现的影响研究

厚松散层覆盖的极薄基岩顶板条件下安全开采问题,是制约神东矿区矿井高产高效的关键所在。论文结合大柳塔煤矿22614工作面矿压实测资料,研究了基岩变薄区—变厚区矿压显现规律特征,从矿压控制理论角度探讨了基岩厚薄变化区的矿压显现强度不同的机理。研究结果表明:基岩变薄区来压强度小于变厚区;基岩最薄区容易发生溃砂事故;变薄区前的基岩正常区和变厚区后的基岩正常区,其来压强度相当;基岩厚度薄,周期来压步距小,周期来压强度大;相同基岩等级区域基岩变薄区比变厚区周期来压步距小、来压强度小,动载系数小。

薄基岩工作面断层预注浆加固技术研究

杨村煤矿330工作面属于厚松散层薄基岩工作面,桲椤树二号正断层贯穿整个工作面,断层附近突水溃砂风险较大。通过对断层超前预注浆加固,提高断层破碎带的整体性和稳定性,减小因断层影响的冒裂带发育高度,从而实现工作面安全开采。

厚表土层薄基岩条件下回采巷道支护研究

针对在赵官煤矿3702运输巷掘进过程中,出现剧烈的巷道围岩破坏现象,局部地段需要架设工字钢棚进行二次支护的问题,采用非弹性区理论、有限差分数值计算软件FLAC3D分析确定厚表土层薄基岩的特殊地质条件下合理的巷道支护方案,并在赵官煤矿进行现场工业性试验,以检验支护方案的应用效果。试验证明:高强预应力让压锚杆有效地改善围岩的应力状态,将围岩变形量控制在合理的范围内,使围岩塑性区保持在1.5m。

改进Logistic函数模型在地表下沉预计中的应用

为了精确预计薄基岩厚松散层浅埋煤层开采引起的地表下沉,针对Logistic函数模型在浅埋煤层开采地表下沉预计应用中存在预计精度不高的缺陷,提出了Logistic函数模型的改进方法,得出了预计薄基岩厚松散层浅埋煤层开采引起地表下沉的表达式。工程实际应用结果表明:Logistic函数模型地表下沉预计值最大残差由改进前的340.2 mm减小至改进后的65.2 mm,且相对误差由原来的大于10%减少至10%以下,改进后的Logistic函数模型预计精度更高。

薄基岩大采高综采工作面煤壁片帮治理技术研究

文章针对赵固二矿2011工作面煤壁片帮情况,从煤质特性、地质因素和基岩厚度角度,分析了煤壁片帮严重的原因,采用了煤层注水、及时支护、加快工作面推进速度等措施,有效缓解了煤壁片帮情况,并对于工作面出现煤块大、处理耗费时间等问题,从割煤工艺角度,采用"4+2"割煤工艺治理片帮技术,实践表明,该技术在防治煤壁片帮取得很好的效果,为防片帮技术提供了新的思路。

浅埋煤层顶板运移及地表沉陷规律

以西部矿区杨家村煤矿浅埋深薄基岩煤层的长臂开采为工程背景,利用二维离散元数值分析软件UDEC,模拟了工作面的回采过程,总结分析了回采过程中煤层上覆顶板运移规律主要表现在顶板破断具有突然性和贯通性,地表沉陷的主要规律则表现为在地表形成锯齿状的沉陷断裂带,该规律与现场实际情况基本相符。在此基础上,该矿采取一系列技术措施有效避免了由此引发的次生灾害和损失。