厚松散含水层下工作面压架机理分析与防治对策

针对松散承压含水层下提高回采上限开采引起的压架突水事故。基于岩层控制中的关键层理论,结合上覆岩层结构特征分析,采用理论分析、数值模拟计算对松散承压含水层下提高回采上限开采覆岩运移、矿山压力、支架-围岩关系进行了系统分析,获得了特定地质开采条件下覆岩破断、运移特征,揭示了压架机理,即高水压的载荷传递作用下单一关键层破断引起的覆岩整体复合破断是造成工作面压架的本质原因,提出了防止此类工作面开采压架技术对策。     

松散承压含水层下重复采动对覆岩破断特征的影响研究

以松散承压含水层下压架突水灾害的防治问题为工程背景,结合皖北祁东煤矿7131工作面的开采条件,研究了承压含水层下重复采动对覆岩破坏特征的影响规律。结果表明,当松散承压含水层下某一煤层工作面在初次采动条件下存在压架突水危险时,若其他邻近煤层先开采使得该煤层回采处于重复采动状态,覆岩结构完整性降低,承压含水层的载荷传递作用会受已采煤层的开采扰动而减弱,该煤层工作面回采时覆岩不易发生如初次采动条件下的整体破断,压架突水危险性降低。基于重复采动对覆岩破坏特征的影响规律,提出了松散承压含水层下采煤的"释压开采"方法,即可将不具有压架突水危险的煤层作为"释压层"先开采,弱化承压含水层对下部岩层的载荷传递作用,破坏压架突水灾害的发生条件,从而避免承压含水层下采煤压架突水事故。     

承压含水层“高阻力支架-围岩”相互作用研究

松散承压含水层下煤层开采容易造成工作面压架事故。为了研究不同支架工作阻力对松散承压含水层下煤层开采的影响,以UDEC模拟软件为工具,研究工作面支架工作阻力在6 000 kN、8 000 kN、10 000 kN下对关键层结构稳定性情况影响。研究结果表明:松散承压含水层下开采,初次来压时不同的支架工作阻力对关键层结构稳定性影响较大,支架工作阻力为6 000 kN、8 000 kN时在初次来压期间容易发生压架事故,10 000 kN支架工作阻力下并没有发生压架事故,可见,提高支架工作阻力能够避免压架事故。     

松散承压含水层下采煤工作面支架选型

针对松散含水层采煤工作面压架突水灾害的防范,首先需要结合松散承压含水层下采煤压架突水灾害的发生条件,对工作面内的支架进行合理的选型设计。通过对松散含水层采煤工作面支架工作阻力选型的研究,通过2种计算方法进行计算,把工作面3段分开研究,可以看出在松散承压含水层条件下开采,采煤工作面的支架工作阻力至少为10 000 kN,能力满足工作面正常的安全生产,可防止工作面突水压架事故的发生。     

邻近松散承压含水层开采工作面压架机理与防治

采用实测和实验模拟方法，就松散承压含水层下薄基岩采场压架事故的机理与防治进行了深入研究.结果表明:直接赋存在基岩顶界面上的松散承压含水层的水位在采场压架时迅速下降，证明松散承压含水层下部的基岩是整体破断下沉的.由于松散承压含水层的载荷传递作用，导致薄基岩条件覆岩关键层易产生复合破断，引起基岩的整体破断和砌体梁结构的滑落失稳.这是造成华东矿区部分矿井在邻近松散承压含水层开采时工作面发生压架事故的根本原因.最后提出了松散承压含水层下薄基岩采场压架防治对策.     

基于改进灰关联分析和熵权法的开采区域划定

为划定厚松散含水层薄基岩下煤层安全开采区域,降低煤层开采的安全风险,通过分析国内外大量薄基岩厚松散含水层下煤层开采的工程案例,选取导水断裂带高度、厚松散层底部含水层单位涌水量、采高、厚松散层底部黏土层厚度、以及覆岩厚度5个指标作为煤层安全开采区域划定的基础指标,并以导水断裂带高度与采高平方根之比、底部含水层单位涌水量、底部黏土层层厚与采高之比以及覆岩厚度与采高平方根之比作为评价因子,将厚松散含水层薄基岩下采煤的综合安全性划分为5个等级。通过将熵权理论引入改进的灰关联分析法中,建立综合评价模型,对某矿厚松散含水层薄基岩下煤层安全开采区域进行了划定。结果表明,应用该模型划定的煤层安全开采等级与实际等级完全吻合。     

松散承压含水层下采煤突水机理与防治研究

针对祁东煤矿多起采煤工作面突水灾害问题,采用现场测试和模拟实验方法,对松散承压含水层下采煤顶板导水裂隙发育特征与突水机理、突水危险区域预测与突水灾害防治对策等进行了深入研究.结果表明:祁东煤矿采煤工作面每次突水前都伴随有压架现象,说明工作面突水灾害的发生与覆岩破断运动紧密相关.由于松散承压含水层的载荷传递作用,易导致覆岩关键层产生复合破断,引起松散承压含水层下部较大范围岩层的整体破断,使得顶板导水裂隙发育高度异常增大而沟通含水层,这是引发松散承压含水层下采煤发生异常突水灾害的根本原因.提出了松散承压含水层下采煤突水危险区域的预测方法和突水灾害防治对策,指导了祁东煤矿松散承压含水层下采煤突水灾害的防治实践.     

高水压松散含水层下超长工作面突水预测及控制

祁东煤矿8222工作面为高承压含水层下的超长工作面(最大为235m),突水威胁大,针对8222工作面复杂的水文地质条件,为防止回采期间发生压架突水事故,研究了松散层含水层富水性特征、基岩风化的工程地质特征、阻隔水性能及开采覆岩破坏规律等内容,采用了顶板超前预裂爆破、长观孔预警、增大工作面支架阻力、合理控制推进速度等技术。研究结果表明,在采取上述综合措施的情况下,高水压松散含水层下超长采煤工作面可实现安全可控回采。     

高承压含水层上煤层安全开采技术探讨

为了保证高承压含水层上10煤的安全开采,指出采用条带开采方法采煤,并采取水害综合防治措施.首先分析矿井地质、水文地质条件,认为正常开采条件下底板注浆、疏水降压可行性较差,选择条带开采方法;然后,根据相关“规程”,以“下三带”理论为指导,综合考虑隔水层真实厚度、底板破坏深度、阻水带厚度、岩体损伤等因素,计算不同开采深度下条带开采宽度和煤柱留设宽度;最后,提出进行探查底板含水层水文地质条件、留设断层煤柱、进一步完善排水系统等综合防治水措施,增强矿井综合抗水灾害能力.研究结果可指导该矿井高承压含水层上10煤的安全开采.     

松散承压含水层载荷传递机理的实验研究

利用专门设计的实验模拟装置，首次就松散承压含水层的载荷传递机理进行了实验研究．通过实验结果的对比分析，得出由于承压水的流动性和补给作用，松散承压含水层对载荷的传递起很大作用．有松散承压含水层时，上覆表土层的载荷通过松散承压含水层均匀地作用于下部基岩上，开挖过程中，基岩顶界面上的载荷基本保持恒定；无松散承压含水层时，基岩顶界面上的表土层载荷随煤层开挖而显著降低．结果表明，有松散承压含水层时两关键层复合破断，无松散承压含水层时，两关键层由下而上分步破断．     

提高综放工作面端头煤层放出率的试验

为了提高综放工作面端头顶煤的放出率,进行了软厚直接顶(顶煤)条件下综放工作面端头区放煤的现场试验。实测研究了综放面端头区放煤条件下的矿压显现特征,优化了端头区放煤参数,并对放煤效果进行了实测分析。试验结果表明,软厚直接顶及顶煤具有较好的随动性和充填程度,利于端头放煤的安全高效实施。综放面端头区顶板压力很小,是工作面中部的6.54%。由于端头放煤后端头区顶板活动加剧,顶板压力增大了26.64%。综放面端头区放煤的顶板控制关键是"护"和"稳",改善端头支护系统的稳定性是端头区安全放煤的保障。根据综放面端头顶板的稳定性程度,合理确定了端头区的可放煤区域和双轮或三轮顺序不等量控制放煤工艺。     

漳河水库下厚煤层综放开采技术研究

为保障五阳煤矿7802工作面漳河水库下厚煤层综采放顶煤安全开采,研究综放开采导水裂缝带高度发育规律,探讨了综放采场覆岩结构破坏及采动渗透性间关系,计算了水库下综放开采安全所需防水煤柱高度,制定相应的防治水技术措施。结果表明:中至坚硬覆岩综放开采导水裂缝带发育高度基本与煤层一次采高成正比,比例系数为20.22;煤层顶板基岩厚度大于水库下安全开采所需煤柱高度;监测知井下工作面涌水与地表水体没有水力联系,实现水库下压煤安全开采。     

彬长矿区坚硬特厚煤层综放面矿压显现特征

为了确保矿区坚硬特厚综放开采条件下安全生产,采用物理相似模拟和现场观测的方法,对综放工作面覆岩移动、矿压显现特征进行了分析研究,总结了坚硬特厚综放工作面矿压显现特征.研究结果表明,工作面来压过程中覆岩破坏范围大,支架载荷较大并具有一定的瞬时冲击性,矿压显现剧烈.可为坚硬特厚煤层综放工作面矿压显现规律的认识和顶板管理提供借鉴.     

综放面过上分层终采线冲击地压危险性分析

综放工作面过上分层终采线时容易发生冲击地压现象，综放面接近上分层终采线时，前方煤体可看成是煤柱，可作为煤柱型，中击地压来分析，煤柱型冲击的主要影响因素有煤层的刚度和顶板岩层的刚度，具体反映在煤层的强度和冲击倾向性、顶板的来压和加速运动等。采用改变煤体物理力学性质的办法，可以防治煤柱型冲击地压的发生。东滩煤矿两个综放面过上分层终采线工作面的监测结果、治理效果说明了此冲击地压现象。     

综放工作面支架围岩关系相似材料模拟试验

为了解决开采中存在的矿山压力问题,采用相似材料模拟试验的研究方法,分析了塔山矿综放工作面顶板运动范围、规律以及支架受力情况。认为综放面直接顶和基本顶有上位和下位之分,上位直接顶和基本顶在运动过程能形成平衡结构;工作面顶板不同来压阶段,支架受力不同;试验结果得出了通过减小控顶距能够降低工作面支架压力,防止支架压死的途径为适当缩小控顶距,适当增加支架的可压缩量和提高支架的支撑能力。     

综采工作面初采期局部高抽巷瓦斯治理效果分析

以开元煤矿9801综放工作面为研究对象,针对综放工作面初采期瓦斯频繁超限的问题,结合工作面上覆煤岩层覆存状态及采动破断规律,提出了9801综放工作面初采期局部高抽巷布置方案：局部高抽巷分为初采倾向高抽巷段、走向高抽巷段和辅助倾斜高抽巷段3段,顺序联结成抽采系统;初采倾向高抽巷段布置在6号煤层中,至开切眼水平距离为15 m;走向高抽巷段布置在3号煤层中,至工作面的垂直距离为43 m,与回风巷的距离为4 m。现场实际应用表明：回风瓦斯体积分数控制在0.6%左右,尾巷瓦斯体积分数控制在1.4%左右,较好地解决了9801综放工作面初采期瓦斯超限断电问题。     

上隅角埋管抽放前后采空区瓦斯运移规律研究

针对新安煤矿14211沿空留巷综放开采工作面上隅角瓦斯浓度超限问题,对综放开采工作面采空区瓦斯运移规律进行了研究。根据CFD数值模拟的理论,建立采空区瓦斯渗流的三维非均质模型,并得到了模型中相应参数的确定方法。利用Fluent数值模拟软件,对比分析了沿空留巷综放开采工作面上隅角瓦斯有无情况下的采空区瓦斯运移及浓度分布规律。模拟结果表明:通过上隅角瓦斯抽放可平均减少42%的上隅角和采空区的瓦斯,有效解决了沿空留巷综放开采工作面上隅角瓦斯积聚问题,从而保障了综放开采工作面的安全生产。     

薄基岩综放采场直接顶结构力学模型分析

为深入研究薄基岩综放采场矿压显现规律,以山西潞安矿业集团司马煤矿薄基岩区厚煤层开采为研究背景,采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法对薄基岩综放采场直接顶结构特征进行了研究,建立了薄基岩综放采场直接顶结构力学模型,分析了直接顶“半拱”式平衡结构的形成机理和破断规律。结果表明：根据司马矿薄基岩区直接顶厚度和岩层性质不同,将直接顶划分为Ⅰ型和Ⅱ型两种类型;采高6.5 m,直接顶厚度大于15 m时,容易形成“半拱”式平衡结构,采场矿压呈现出来压步距短、静压大、动压小、动载系数小等特征,“半拱”结构有规律的破断失稳是薄基岩综放工作面矿压显现的根源,该结论解释了司马煤矿薄基岩综放采场的矿压显现规律。     

大埋深综放工作面机尾段合茬工艺应用

煤矿受地质条件、埋藏深等影响,综放工作面多为不规则布置,为提高工作面的单产水平和资源回收率,在推采过程中需要进行工作面合茬。综放工作面支架、运输机等设备吨位重、尺寸大,给合茬工作增加难度。通过合理优化采煤工艺、设备布置、加强顶板管理等措施,确保合茬工作安全有序完成,确保了综放工作面的稳产高产。     

大采高综放开采及其应用可行性分析

根据当前综放开采技术发展水平,通过分析影响综放工作面产量进一步提高的主要原因,提出了大采高综放开采的概念并指出该方法是综放工作面实现年产1000万t的重要途径。按大采高综放工作面实现年产1000万t的要求,主要从设备配套的角度分析了大采高综放开采应用的可行性。