大采高综放工作面片帮影响因素及防治技术

煤壁稳定性问题严重影响了大采高综放工作面的正常作业,造成难以实现高产高效开采。为此,通过理论分析、数值模拟、现场实践等方法,研究了大采高综放工作面的片帮原因和影响因素,并将工作面煤壁受力情况简化为杆体力学模型,分析得出了煤壁发生中部片帮的机理。得出结论:减小采高、工作面伪俯斜开采、增大支架工作阻力、工作面快速推进和煤体注水注浆等技术措施,可有效地控制大采高综放面煤壁片帮问题。     

综放开采合理割煤高度确定

为确定综放开采合理的割煤高度,采用理论分析和FLAC3D数值模拟的方法,研究了不同割煤高度对煤壁片帮深度、顶板位移、工作面超前支承压力的影响。研究结果表明:片帮深度与割煤高度成正比,采高越大,片帮程度越剧烈。顶板水平位移和垂直位移在采高小于4.5 m时,随采高增大缓慢增加;采高大于4.5m时,随采高增大增幅显著增大,即割煤高度4.5 m可以有效控制顶板。支承压力峰值随采高增大而增大;不同模型采高,超前支承压力影响范围均为煤壁前方90 m左右。割煤高度4.5 m时,煤层采出率为82.12%~85.08%,达到国内综放开采采出率的较好生产水平。因此,建议综放开采合理的割煤高度为4.5 m。     

大采高综放工作面煤壁弧型滑动失稳机理与控制技术

针对同忻煤矿8107大采高综放工作面煤壁严重片帮事故,综合现场调研、煤岩样力学试验、数值模拟及理论分析,建立大采高综放工作面煤壁弧形滑动失稳力学模型。结果表明:大采高中硬煤层片帮主要形式是煤壁上部的弧形滑动片帮,片帮起始破裂点位于煤壁深部顶煤"冒落拱"拱脚位置。严格Janbu法煤壁弧形滑动片帮安全系数计算结果表明:8107大采高综放工作面煤壁片帮关键控制指标为护帮阻力Fr,控制区间1 000~2 000kN;弧形滑动轨迹控制参数α,合理值区间30°~60°;煤体力学参数及顶煤冒落拱相关参数。煤壁片帮主要原因是支架护帮千斤顶进液管路严重泄漏导致支架护帮阻力不足,YHX型液压泄漏检测仪通过拾取分析泄漏产生的高频声波和振动信号实现了液压故障检测和准确定位。     

综放采场围岩支承压力分布及动力灾害的层厚效应

以谢桥矿1151(3)综放工作面地质及开采技术条件为背景，采用大型非线性三维计算机数值模拟，对不同开采高度（3.0，5.4，8.0，12.0 m）进行模拟研究.研究表明：不同采高工作面围岩支承压力分布规律存在明显差异，随着煤层一次采高的增加，工作面煤体内和采空侧煤柱内支承压力峰值呈下降趋势，峰值位置超前工作面距离增大，煤体抵抗损伤应变能的区域变大；工作面侧向实体煤支承压力峰值沿走向在工作面前方与煤层厚度无明显关系，而在工作面后方随采高逐渐降低，峰值位置离煤壁也越远.应用损伤力学和能量法分析了支承压力分布对煤与瓦斯突出层厚效应影响规律，表明综放开采随一次开采高度的增加，采场周围煤岩体内积聚的弹性能降低且抵抗损伤变形的能力增强，有利于减缓动力灾害.     

大采高综放工作面煤壁片帮与顶煤冒放性影响分析

针对塔山煤矿大采高综放工作面煤壁片帮防治难题,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,分析了相同机采高度情况下大采高综放工作面煤壁片帮较大采高综采工作面煤壁片帮剧烈的原因,揭示了综放工作面抑制煤壁片帮与提高顶煤冒放性之间的矛盾,研究了液压支架结构参数对煤壁片帮的影响。研究结果表明:由于受塑性破坏区叠加及顶煤冒落放出的影响,相同机采高度情况下,大采高综放工作面煤壁片帮比大采高综采工作面更加剧烈;合理的液压支架初撑力可在缓解煤壁片帮的同时提高顶煤冒放性;整体顶梁比铰接顶梁更有利于抑制煤壁片帮,同时可以通过适当增大液压支架顶梁长度来缓解煤壁片帮与顶煤冒放性的矛盾;护帮板与伸缩梁分体结构作为大采高综放液压支架一种新的护帮结构形式,比护帮板与伸缩梁连体结构更有利于抑制煤壁片帮。     

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。     

大采高综采工作面煤壁应力及稳定性研究

利用煤壁力学模型,分析工作面前方支承压力与煤层压缩角之间的关系,结合成庄矿4322工作面的实际情况,研究大采高综采工作面煤壁应力,计算得出煤壁上的应力为15.0 MPa,工作面前方支承压力峰值为22.6 MPa,煤壁极限平衡区宽度为16.4 m。利用数值模拟软件FLAC3D,求解工作面回采150 m后煤壁的应力,以验证理论计算结果,通过分析工作面中部和端头煤壁的塑性破环范围,研究4322工作面煤壁稳定性。结果表明:工作面两端头煤壁比中部煤壁容易发生片帮。根据工作面前方支承压力分布规律和煤壁前方塑性区范围,研究大采高综采工作面煤壁片帮机理,提出煤壁片帮防治措施。     

大采高综放煤壁片帮及其支架性能分析

为了研究相同采高情况下大采高综放工作面煤壁片帮更剧烈的因素,采用理论分析、数值模拟、现场观测等方法,研究煤壁片帮受支架结构性能的影响,分析支架结构性能对煤壁片帮的作用。结果表明,大采高综放工作面煤壁片帮比大采高综采工作面更加严重。可以采取有效措施来降低煤壁片帮几率。     

综放面超前支承压力与影响因素关系分析

为了分析某矿2301S综放面超前支承压力分布规律,以确定巷道超前支护参数,建立了数值模拟模型,分别模拟了不同埋深、不同采高、不同煤层硬度条件下工作面超前支承压力分布规律。结果表明,埋深越大、采高越大,支承压力峰值及影响范围也越大,煤层硬度越大,矿压显现越剧烈,但支承压力峰值距煤壁距离及影响范围却减小。     

煤矿综采和综放矿压显现对比分析

为能对比分析出某煤矿综采和综放开采的矿压显现的不同特征,采用数值模拟的方法对采用综放开采和综采的开采后矿压显现特征进行分析。分析结果显示:由于割煤高度的变化,相对大采高综采而言,采用较低割煤高度综放开采可以有效降低煤壁的片帮。在顶板控制效果方面,综放开采要优于大采高综采,顶板下沉量是综采的60%。综放和综采相比,工作面前方煤体的支承压力分布形态均为峰值在煤壁前方的单峰应力分布,两者形态基本相似。综采的垂直应力集中系数要稍大于综放,两者的应力影响范围相差不大。     

布尔台矿区42102工作面大采高改综放开采矿压显现分析

针对布尔台矿区原42102大采高综采工作面矿压显现强烈,煤壁片帮深度大,工作面液压支架前漏矸、漏顶严重等问题,采用FLAC3D数值模拟方法,对比分析了42102工作面在综放开采和大采高综采两种开采模式下的矿压显现规律,结果表明:综放开采可以有效降低煤壁片帮,并且采高越小,煤壁片帮值越小,采高3.5 m综放开采的煤壁片帮量仅为采高5 m大采高综采的65%左右,且顶板下沉量仅为综采的20%~30%。在42102工作面改为综放开采后,经现场实测:综放工作面煤壁片帮程度较大采高综采减小了50%,未出现漏矸、漏顶和冒顶现象,工作面支架工作状态良好,控顶效果良好。     

特厚煤层综放工作面顶煤变形力学分析及试验研究

根据斜沟煤矿23103大采高综放工作面特厚煤层赋存条件,运用力学分析、PFC数值模拟和1∶40的大比例物理模拟试验,研究了大采高综放工作面顶煤的变形规律。结果表明:①随着顶煤厚度的增加,支承压力的峰值强度降低,峰值点距煤壁距离增加,支承压力影响范围加大;②顶煤在支承压力峰值区主要为剪切破坏;邻近工作面的煤壁,支承压力降低,顶煤的破坏主要为拉伸破坏;③煤壁前方顶煤运移以水平方向的变形为主;控顶距上方顶煤运移以垂直位移为主;④顶煤是以受拉破坏为主造成冒落;采高4 m时,顶煤垮落角平均值为67.36°,顶板断裂期间,顶煤垮落角的平均值为76.54°。给出顶煤滞后垮落的处理措施,对斜沟及具有相似赋存条件的煤层,具有一定的指导意义。     

放顶煤工作面矿压显现规律数值模拟分析

为进一步了解晋能控股装备制造集团某矿放顶煤工作面采煤作业矿压显现对顶板及工作面的力学作用及造成的顶板及工作面的变形情况,采用数值计算软件FLAC3D来对放顶煤工作面进行了分析,创建了数值计算模型,确定了数值计算参数,模拟分析结果表明:在进行放煤作业时,该防顶煤工作面煤壁前方的超前支承压力范围会变大,支承压力峰值会出现提前现象;在工作面不断推进的过程中,煤壁前方的应力集中系数也会变大,支承压力峰值会出现前移现象;放顶煤工作面煤壁的上部位移、中部位移以及下部位移会出现不同步现象,具体主要为中部位移及上部位移较大、下部位移较小,煤壁片帮现象易出现在煤体的中上部位置,应加强支护煤体的中上部;该放顶煤工作面初次来压步距为32m。     

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。     

浅埋两硬煤层综放面支承压力分布规律研究

为研究浅埋两硬煤层综放面支承压力的分布特征,用钻孔应力计对安家岭矿4102工作面回采巷道两侧煤体内的应力进行了实测。研究表明:浅埋两硬煤层综放面超前支承压力、后方支承压力及侧向支承压力的影响范围较大,超前支承压力峰值位置到煤壁以及侧方支承压力峰值点到煤柱侧帮的距离都较小(3~4m),这是与普通煤层综放面超前支承压力峰值点前移及侧方支承压力峰值远离巷帮的规律不同之处,侧方支承压力峰值出现在工作面后方,在工作面采动影响稳定后,煤柱侧巷帮煤体内会出现明显的破碎垮落区、塑性区和弹性区。     

霍尔辛赫3207大采高工作面上覆岩层运移数值模拟分析

为了解决霍尔辛赫煤矿松软破碎顶板厚煤层开采存在的问题,以确保3207大采高工作面的顺利安全回采,基于采煤工作面上覆岩层运移规律,结合霍尔辛赫3207大采高工作面现场实际情况,利用FLAC3D软件对3207工作面超前支承压力、工作面滞后应力状态及推进速度对煤壁片帮的影响进行了数值模拟分析,得到了3207工作面上覆岩层运移规律。研究结果表明:3207工作面超前支承压力峰值位置距离工作面6~7 m,滞后支承压力峰值位于工作面煤壁后方10~14 m;3207工作面推进速度越慢,煤壁拉应力破坏区和剪应力破坏区就越大,发生片帮的概率增大。     

仰采综放工作面围岩应力分布特征

红会四矿地质条件复杂,综放工作面仰采坡度大,造成煤壁片帮和端面冒顶非常严重,是制约工作面安全高效生产的主要因素之一。采用FLAC3D计算分析了6种不同仰采坡度下工作面围岩应力的分布特征。结果表明,当仰采坡度超过20°时,工作面前方支承压力峰值点加速向煤壁移近,当仰采坡度35°时,支承压力峰值点距煤壁仅1.7 m;煤壁内拉应力区也迅速扩大,2.5 m高处煤壁内拉应力区深度已经达到4.4 m。     

浅埋深薄基岩综放工作面超前支承压力分布规律的埋深效应

采用数值模拟的方法,研究了煤层埋藏深度对浅埋深、薄基岩、厚松散层特厚煤层综放开采超前支承压力的影响,研究结果表明:随着煤层埋藏深度的增加,综放工作面超前支承压力峰值大小和峰值距煤壁的距离呈对数增加,而支承压力集中系数呈线性减小。煤层埋藏深度的增加有利于顶煤的破碎,进而间接提高了特厚煤层采用综放开采的采出率。     

大采高综放工作面长度的空间效应初探

为了合理选择大采高综放工作面合理长度,采用数值模拟方法对大采高综放工作面不同长度情况下覆岩结构和围岩应力分布进行研究,研究结果表明,随着工作面长度的增加,工作面超前支承压力影响范围增大,峰值远离煤壁,峰值增大,工作面覆岩"应力拱"高度加大,矿压显现加剧;当工作面长度超过一定值后,支承压力距离、大小、"应力拱"高度将趋于稳定。该研究成果对于确定合理的大采高综放工作面长度具有重要的指导意义。     

大采高采场超前支承压力分布规律研究

大采高工作面在开采时易导致煤壁产生失稳片帮现象,对工作面安全生产产生重要影响。文章根据某矿大采高工作面实际开采情况,利用FLAC3D数值模拟软件建立数值模型,研究大采高工作面开采超前支承压力分布特征。研究表明:1)通过理论分析得到超前支承压力峰值距离为8.3 m;2)工作面前方可分为应力增大区、应力减小区和原岩应力区;3)工作面前方的支承压力分布范围为30~36m,峰值应力点为5.8m~8.8m。研究成果可为大采高煤矿的安全生产提供理论依据。