综放工作面顶板灾害类型和发生机制及防治技术

综放工作面采出煤层厚度大，上覆岩层活动空间大，易发生顶板事故。为理解综放工作面顶板灾害发生机制，统计分析了部分煤矿综放工作面顶板灾害案例，按顶板条件及灾害特征将综放工作面顶板灾害分为松软顶板大面积切顶压架和坚硬顶板大面积垮落及压架2类。分别以崔木煤矿和曹家滩煤矿综放工作面为例，分析了2类顶板灾害发生特点，提出了相应顶板灾害发生机制：松软顶板工作面顶板胶结性弱，支架实际刚度不足致使顶板在煤壁处断裂，破断后易失稳，同时支架支护强度不足，最终导致切顶压架灾害；坚硬顶板工作面顶板整体性好，不易破断，悬顶到一定极限突然破断，对支架造成冲击，若断裂线在煤壁处则极易导致工作面切顶压架。结合工程实践，提出了2类顶板灾害防治技术措施：对于松软顶板综放工作面采取合理提高支架刚度、支护效率以及工作面推进速度，加强预警等手段预防大面积切顶压架灾害；对于坚硬顶板工作面除加强支架管理、合理开采设计等，还需从顶板改性入手，如采用井下区域水力压裂技术弱化顶板，防治顶板大面积垮落和压架灾害。     

厚硬砂岩顶板水压致裂技术的应用

干河矿2-126综采工作面顶板为厚硬砂岩顶板,工作面来压步距长、矿压显现强烈,支架前方煤壁发生片帮垮落,威胁工作面生产安全.为解决坚硬顶板悬顶问题,提出水压致裂技术对顶板进行弱化.现场应用效果表明:采取水压致裂措施后顶板卸压效果明显,能够控制顶板及时垮落,工作面来压平稳,支架工作承受载荷在可控范围内,保障了工作面的正常生产.     

回采工作面超前预注浆加固技术研究

针对岳城矿1308工作面回采过构造期间,工作面顶板变形破碎、煤壁片帮,导致支架接顶不实、压架死架等现状,提出了工作面超前探测+深孔预注浆的治理方法。经过工业性试验,顶板围岩得到了有效控制,试验期间未发生大面积垮落,未出现漏顶冒顶现象。该技术能够有效控制构造区顶板围岩的整体结构,提高煤体塑性,为工作面高效回采提供良好条件。     

坚硬顶板综采工作面爆破放顶技术研究

以胡底矿4304工作面为工程背景，通过数值模拟分析了随工作面推进顶板垮落情况和矿压分布特征，推测出工作面初次来压步距为37m，存在顶板大面积悬露而突然垮落的问题。采用超前深浅孔相结合的松动爆破技术，对工作面顶板进行弱化处理。结果表明：经过爆破处理后，4304工作面直接顶的平均垮落步距为15.4m，小于模拟结果|基本顶沿工作面呈现分段来压的特点，在工作面上部来压步距最大|初采期间未观测到煤壁大范围片帮、煤炮等明显来压现象，且未出现回风巷瓦斯超限问题，爆破放顶效果较好。     

台头矿2S224工作面矿压监测与结果分析

通过对台头矿2S224工作面顶板破碎度、煤壁片帮、巷道变形和支架载荷的现场观测,分析了该工作面的矿压显现规律,得出了工作面的周期来压步距;同时探讨了工作面顶板垮落模式和出现端头悬顶的原因。研究表明提高该工作面推进度是降低顶板破碎度和减少片帮的有效措施。     

基于实测数据的非坚硬顶板综采工作面大面积来压原因分析

综采工作面由于受地质条件、回采工艺、支护强度的影响,有时会发生大面积来压和突然垮落现象,造成人员伤亡。理论和实测分析表明,不仅坚硬顶板会发生大面积顶板来压灾害,相对顶板较软的长壁工作面也会发生大面积顶板灾害,只是两者灾害发生的位置、破坏形式有所不同。以支架工作阻力实测数据为依据,对非坚硬顶板发生的大面积来压原因进行了分析。分析结果表明:支架初撑力、工作面推进速度、支撑效率为工作面压架重要影响因素,并通过分析支架安全阀开启率实现压架的预警。     

倾斜煤层炮采顶板事故分析

介绍了倾斜煤层开采矿压显现特点，分析了倾斜煤层开采工作面的常见大面积漏冒，靠煤壁附近、工作面两端、放项线附近的漏冒，复合顶板推垮型、顶网下推垮型冒顶的原因，提出了各种常见冒顶事故预防措施。     

基于充填法与冒落法开采的矿压显现规律研究

基于翟镇煤矿的冒落法和充填法开采实践,对比分析了在充实率为40％ ～ 70％的7203E上充填工作面和7203E下综采工作面的矿压显现规律,得出翟镇煤矿采用不同采煤方法的矿山压力显现特点.研究表明:在充实率为40％ ～ 70％条件下的充填工作面和垮落法采煤工作面一样,均呈现出较为明显的周期来压特性,充填法工作面的来压步距较垮落法工作面大,动载系数和来压强度明显要小；充填工作面基本顶来压强度仍然很明显,尤其在复合顶板条件下回采,支架前方煤壁片帮仍然严重,仍需重视空顶区域的顶板管理.     

综放工作面切顶压架原因分析及防治技术

为解决铁北矿综放工作面矿压显现强烈,频繁发生切顶压架事故的难题,通过现场观测和理论分析可知,特殊顶板条件及支架工况差是导致切顶压架事故发生的主要原因,采用KJ21顶板灾害监测预警系统,对反映支架工况的支架初撑力、支架循环末阻力、支架安全阀开启、周期来压步距、支架不保压、支架不平衡等6个关键指标进行监测分析,采用数理统计和类比方法分析监测数据得到了导致工作面发生切顶压架事故的5个主要原因,据此提出了防止工作面切顶压架事故发生的措施。结果表明,对工作面支架工况进行监测分析有利于预防切顶压架事故发生,使工作面平均月产量由原来的17万t提高至25万t以上。     

察哈素煤矿工作面顶板岩性变化对矿压规律的影响研究

针对工作面走向长度不断加大、顶板岩性变化剧烈的情况,有必要研究其对工作面矿压分布规律的影响。采用理论分析、支架工作阻力和宏观矿压显现监测的方法,研究了工作面不同阶段周期来压步距、支架来压判据限和煤壁片帮、冒顶等参数的差异,进而获得了不同顶板岩性对工作面矿压分布规律的影响:顶板岩层中存在坚硬基本顶时支架来压判据限和周期来压步距要大于存在软弱基本顶的工作面,且周期来压步距不仅和强度有关,而且也和顶板岩层厚度有关;另外,工作面直接顶厚度增大会减缓支架的工作阻力强度变化;基本顶的强度较高且厚度较大时,宏观矿压显现也较强烈。     

厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制与防控技术

针对潘四东煤矿11513大倾角工作面煤壁片帮、支架滑移倾倒和顶板大面积来压问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法对厚硬顶板下大倾角软煤开采的灾变机制和防控技术开展研究。研究结果表明:在厚硬顶板下大倾角软煤开采初期,围岩塑性破坏主要集中在煤壁和底板岩层;邻近工作面区域煤岩体位移表现出煤壁挤出位移量>底板鼓起位移量>顶板下沉位移量的特征;由于厚硬顶板的存在,随工作面推进距离的增大,煤壁挤出位移量逐渐增大,煤壁片帮失稳的概率倍增。根据厚硬顶板下大倾角软煤开采围岩位移和变形破坏特征,结合现场观测提出厚硬顶板下大倾角软煤开采2种灾害模式,一是以“片帮-冒顶”为主导,诱发“支架-围岩”系统发生大范围失稳的动态互馈的时发性灾害,二是厚硬砂岩破断诱发冲击动力显现的瞬发性灾害。基于厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制,采用厚硬顶板深孔预裂爆破初次放顶技术,控制厚硬顶板运动;采取煤壁注浆加固、支架防倒防滑以及“铺金属网+工字钢”辅助液压支架管理破碎直接顶等措施,防治煤壁片帮和破碎顶板漏冒,保证“支架-围岩”系统的稳态工作。通过对支架工作阻力和煤壁片帮统计分析发现,11513工作面采取系列防治措施后,煤壁得到有效控制,初次来压时,支架工作阻力较为富裕,安全阀开启较少且支架无明显倾倒滑移现象,实现了厚硬顶板下大倾角软煤的安全高效开采。     

近距离煤层下层综放工作面压架机制研究

以大佛寺煤矿40109综放工作面在近距离煤层重复采动过程中出现的压架事故为研究对象,利用顶板灾害监测预警系统掌握40109工作面在回采过程中周期来压规律,结合40109工作面工程地质条件分析以及顶板涌水情况可知,上煤层回采扰动、下层厚煤层开采以及矿井水侵蚀造成的40109老顶破断-失稳是压架事故发生的主要原因。后期通过加强对40109综放工作面顶板的合理管理,有效预防了压架事故的发生,保证了该工作面的安全快速回采。     

综放工作面过陷落柱影响区煤壁片帮防治技术

陷落柱影响区煤岩往往较为破碎,工作面回采过陷落柱时易出现煤壁片帮及冒顶情况,影响工作面安全开采。为保证工作面安全开采,以赵庄二号井2309工作面为工程背景,分析了综放工作面过陷落柱时的应力演化规律和顶板结构特征,通过采取分阶段细化工作面管理和重点区域超前注浆加固的煤壁片帮综合防治技术,有效预防了工作面煤壁片帮和冒顶。现场工业性试验表明,采取综合防治技术措施后,工作面煤壁整体直立平整,最多连续出现2个架片帮,片帮深度不超400 mm,没有出现漏顶现象;工作面推进速度为2.46 m/d,为正常区域的81.7%。     

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和地表移动监测方案,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。     

基于大采高仰采面的煤壁片帮数值模拟研究

片帮往往引起冒顶,而冒顶的扩大引起片帮的加深,甚至使顶板破碎,引起支护方式的失效,造成机电事故、支架失稳等现象,严重影响了矿井的安全生产。为了研究大采高工作面煤壁片帮因素,采用UDEC数值模拟软件,分析了不同采高下和不同工作面深度下煤壁最大片帮深度与采高关系以及工作面埋深的关系曲线。研究得出:随着工作面采高的增大,煤壁最大片帮深度也逐渐增大;当采高小于4 m时,最大片帮深度增长幅度较缓,当采高大于4 m时,最大片帮深度增长较快,说明影响煤壁片帮剧烈程度的分界线为4 m;随着工作面埋深的增大,煤壁最大片帮深度也逐渐增加。该研究为预防大采高煤壁片帮提供一定的理论指导。     

特厚煤层大采高综放开采关键技术

大采高综放是特厚煤层的主要开采方法,但随着割煤和放煤高度的增加,将带来矿压显现剧烈、工作面煤壁片帮严重、顶煤采出率低、瓦斯涌出量大等突出问题。笔者在分析我国煤炭综放开采技术发展历程的基础上,以塔山煤矿8105工作面为工程背景,研究了14~20 m特厚煤层大采高综放工作面顶煤顶板运移规律,成功研发了大采高综放工作面片帮综合防治技术、高效高采出率放煤技术和“低瓦斯赋存,高瓦斯涌出”条件下安全保障等关键技术。井下试验表明：塔山煤矿8105工作面采出率达88.9%,较8104工作面提高5.9%;工作面设备平均开机率达92.1%,2011年累计生产原煤1 084.9万t,首次实现了大采高综放开采全国产技术工作面年产1 000万t的目标。     

矿用液压支架压力监测系统在综采工作面的应用

介绍了KJ345矿用液压支架压力监测系统的工作原理、系统组成及功能;通过系统对N2719综采工作面矿山压力进行监测,为煤矿生产中片帮冒顶事故的预防和顶板安全管理提供可靠的数据和决策依据。     

短长壁大倾角综放工作面坚硬顶板超前弱化技术研究

大倾角短长壁综采放顶煤工作面厚层坚硬顶板不易垮落,采空区易发生大面积悬顶、瓦斯积聚以及顶板垮落动力冲击等灾害。以博斯坦煤矿1131工作面为例,计算了工作面顶板破断歩距,通过分析坚硬顶板处理方法,提出了顶板弱化技术方案,针对大倾角坚硬顶板超前弱化确定了合理的炮眼布置方式、爆破参数以及安全技术措施,通过现场实践,实现了工作面顶板及时垮落,确保矿井安全生产。     

深埋坚硬煤岩大采高长壁工作面矿压观测及显现规律

针对深埋坚硬煤岩大采高长壁工作面矿山压力显现强烈、煤壁片帮严重、顶板控制效果较差等问题,以红庆河煤矿3-1101大采高综采工作面为例,介绍了深埋坚硬煤岩大采高长壁工作面矿山压力的观测方案和实施方法。通过现场观测和相关数据分析,得出了该工作面矿山压力显现规律、特征、液压支架工作状态和工作面煤壁片帮等结果。提出了相应的安全技术措施和建议,以有效满足控制深埋坚硬煤岩大采高长壁工作面顶板和煤壁片帮的要求,为类似煤层的安全高效开采提供较好的参考依据。     

高瓦斯综放工作面顶板深孔预裂爆破技术应用

余吾煤业S2206高瓦斯综放工作面基本顶岩层厚度大、致密坚硬,初采时易形成大面积悬顶,突然大面积垮落时,易造成工作面矿压显现剧烈、瓦斯骤然升高等问题,基于此,提出对S2206工作面进行初采前顶板弱化,并通过开切眼深孔预裂爆破,预先破坏开切眼顶板的完整性,缩小了顶板初次垮落步距,杜绝了这种顶板大面积来压隐患,同时提前回收了顶煤,实现了S2206工作面安全、高效生产。