特厚松散覆岩采煤工作面顶板破断规律研究

针对特厚松散顶板采煤工作面顶板破断机理研究不足造成顶板漏冒压坏工作面液压支架问题,采用理论分析、相似模拟实验、数值模拟分析等手段,进行特厚松散顶板采煤工作面顶板破断规律、机理及特征研究,进行特厚松散顶板在采动过程中的裂隙发育情况、离层情况、冒落和垮落特征分析。研究得出:特厚松散顶板采煤工作面顶板垮落特征与常规顶板地质条件下有所不同,特厚松散顶板以冒落拱形式破断;基于特厚松散顶板破断特征,利用采动岩体力学理论,建立了特厚松散顶板破断的力学模型,确立了特厚松散顶板采煤工作面冒落拱参数。该技术成果可为其他类似地质条件矿井煤炭开采提供技术指导。     

覆岩多层坚硬顶板条件下特厚煤层综放工作面支架阻力确定

为分析覆岩多层薄采空区坚硬顶板条件下特厚煤层工作面的强矿压显现机理,合理确定工作面支架支护阻力,采用理论分析、相似模拟与现场实践相结合的研究方法,对特厚煤层开采条件下的多层顶板破断规律与工作面支架阻力确定问题进行了探讨,得出了工作面支架阻力确定原则与方法。研究表明:多层坚硬顶板的破断形式与破断次序对工作面矿压显现影响较为明显;关键层顶板的单层垮断或多层同步失稳将对应不同的工作面支架阻力;坚硬厚层顶板同步失稳条件下,单纯提高支架阻力将难以满足特厚煤层工作面合理支护要求。以大同矿区某煤矿工作面生产实际为背景,对特厚煤层工作面进行了支架合理选型同时配以坚硬顶板的水压致裂控制技术,取得了良好的顶板控制效果。     

强冲击大采高工作面关键层周期破断规律研究

为探究强冲击大采高工作面关键层周期破断规律,以内蒙古鄂尔多斯母杜柴登矿井30202工作面为例,采用即时加载带理论对上覆岩层进行了划分,在进行了钻孔揭露覆岩层位分析后,理论计算了坚硬砂岩组覆岩周期破断步距,结合微震监测数据分析了影响工作面冲击危险的关键层位。研究结果表明30202工作面上覆岩层中,中高位顶板周期破断对工作面冲击危险存在重要影响,中高位顶板周期性破断期间大能量事件频发,须做好工作面周期来压期间冲击地压防治安全技术措施。     

采场上覆整体移动带坚硬岩层破断规律研究

为了防治采场上覆坚硬岩层突然破断给矿井造成的离层水（瓦斯）突涌等严重次生灾害,对某煤矿工作面连续大面积开采上覆整体移动带内坚硬岩层的破断规律进行了研究。以该煤矿首采区覆岩空间赋存、岩体结构、力学性质及地应力等地质工程条件为基础,采用薄板理论计算、数值模拟等方法,对采区首采面及后续工作面开采上覆整体移动带坚硬火成岩岩床初次破断及周期破断距进行了理论计算和过程模拟分析。结果显示,首采面开采过程中坚硬火成岩初次破断约300 m,周期破断约130 m;后续工作面开采时受邻近采空区影响,火成岩初次破断约260 m,周期破断约120 m;结果与现场实测数据分析相一致。研究成果对坚硬覆岩下煤层开采离层水、离层瓦斯突出等地质灾害预测及防治具有重要意义。     

公乌素矿1604工作面覆岩关键层的判定及分析

综放工作面上覆岩层中的关键层位置及破断距的确定对控制工作面的矿山压力有重要的作用。以公乌素1604超长综放工作面的上覆岩层为研究对象,采用钱鸣高院士的关键层理论,对工作面上覆岩层的载荷量与破断距进行计算研究。研究结果表明,1604工作面上覆岩层中的C2、C7、C11～13、C16～18为单一或组合硬岩层,其中距煤层顶板20.75 m厚为12.65 m、破断距为31.2 m的复合岩层C11～13为亚关键层,距煤层顶板40.59 m厚为13.2 m、破断距为36.7 m以细粒砂岩为主的复合岩层C16～18为主关键层。关键层及破断距的确定将对1604综放工作面顶板的管理有着一定的指导意义。     

浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采强来压原理分析

针对浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采期容易出现大面积悬顶、基本顶初次来压时矿压显现异常剧烈问题,以神府矿区石窑店煤矿为工程背景,采用岩石力学实验、钻孔窥视对顶板岩层结构进行分析,在此基础上应用数值模拟和理论分析对该类顶板初采期的致灾机理进行研究。结果表明:直接顶整体性强、强度大,其初次垮落歩距大且呈大面积垮落特征,这是初采期间容易出现飓风灾害的原因;由于上位基本顶承担大部分上覆岩层载荷,其破断距只承担自身载荷的下位基本顶破断距,导致砂岩基本顶同时破断,破断后形成的厚岩块三铰拱结构稳定性差,当工作面回采到岩梁前端断裂线位置时即发生滑落失稳,给工作面支架带来巨大冲击,这是导致浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采期容易产生灾害的原因。     

采动覆岩隔水层稳定性力学模型及应用研究

为了研究覆岩隔水层的稳定性,预防煤矿顶板突水灾害,实现保水采煤,本文将单一岩层形成的顶板隔水层简化为地基上四边固支的薄板,考虑了隔水层以下破碎岩体对隔水层的支撑作用,根据能量法推导了其挠度以及应力表达式,得到了覆岩隔水层应力分布特性,求出了临界载荷随工作面推进距离的变化规律,并结合具体工程实例,利用数值模拟软件进行了覆岩隔水层稳定性分析。研究结果表明:1)煤层开采后,覆岩隔水层在长边边缘中间应力最大,容易发生破坏;2)破碎岩体的支撑作用对隔水层的稳定性具有重要的影响,煤层采厚越小,破碎岩体对覆岩隔水的支撑作用越强,隔水层越不容易破断。研究成果可为煤矿顶板防治水研究以及保水采煤实践提供一定的参考。     

大采高采场顶板运移破断特征的数值模拟研究

基于大采高采场采动引起的覆岩运移破断问题,主要对大采高工作面开采过程中顶板的运移变形与破断失稳规律进行数值模拟研究,结果表明:亚关键层下部岩层属于冒落带,亚关键层上部到主关键层范围属于裂隙发育带,主关键层上部岩层属于弯曲变形带;当关键层从稳定转变为破断失稳时,其变形量陡增;工作面开采高度和关键层数量对覆岩运移变形以及稳定性的影响效果显著。     

特厚煤层综放复合关键层顶板运动规律研究

以徐矿集团新疆库车县榆树田煤矿为工程背景,针对榆树田煤矿110501首采工作面在初采阶段顶板来压不明显、上覆顶板岩层存在复合关键层结构特征等特点,通过理论计算分析、数值模拟、现场实测等手段,对榆树田煤矿110501首采工作面初采期间上覆岩层移动破断规律特征、上覆顶板岩层复合关键层对工作面来压步距的影响等进行研究分析。     

煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用

水力压裂技术在煤矿坚硬、完整顶板岩层弱化及高应力巷道卸压方面得到越来越广泛的应用。以陕西曹家滩煤矿特厚煤层综放开采工作面、特厚稳定顶板岩层为工程背景，开展了顶板岩层地质力学测试、可压性试验，水力裂缝扩展理论分析及三维数值模拟，提出井下工作面定向钻孔区域水力压裂顶板层位、压裂钻孔布置与参数确定方法及压裂工艺。在井下进行了工业性试验和系统的地面微震实时监测，获得了顶板水力压裂裂缝空间展布特征。同时，进行了液压支架工作阻力，工作面周期来压步距及持续距离，来压动载系数及顶板岩层破断能量监测与分析，综合评价了水力压裂效果。初步建立了集压裂层位确定与参数设计，井下定向钻孔压裂工艺与装备，水力裂缝空间展布监测与压裂效果综合评价为一体的煤矿井下定向钻孔水力压裂成套技术。井下试验结果表明：在曹家滩煤矿井下地应力状态下（最小主应力为垂直应力），水力裂缝以水平裂缝为主，沿钻孔两侧扩展平均距离为80 m左右，有效弱化了工作面范围内上覆坚硬、完整顶板，实现了区域顶板改造。压裂区域工作面强矿压显现显著减弱，确保了工作面安全生产。最后，分析了水力压裂存在的问题，展望了技术发展方向。     

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。     

巨厚岩层下重复采动采场支承压力分布规律数值分析

以鲍店煤矿10采区为背景,利用UDEC数值软件,研究高位硬厚岩层下近距离煤层开采超前支承压力及硬厚岩层底部应力变化规律。结果表明:上煤层开采时,超前支承压力及影响范围在硬厚岩层破断前达到最大值,硬厚岩层破断后,超前支承压力峰值呈周期性变化,变化范围较小,在硬厚岩层底部离层空间两端出现应力集中现象。下煤层开采时,超前支承压力集中程度高于上煤层工作面,在应力峰值外侧未趋于稳定,出现波浪形变化,硬厚岩层底部未形成显著的应力集中现象。     

巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践

以永陇矿区崔木煤矿为研究背景,分析矿区含(隔)水层与煤层的空间组合及覆岩特征,结合导水裂隙带发育高度探查结果,开展巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践研究。结果表明:该区导水裂隙带发育高度为煤层采厚的19.93~23.23倍,已波及上覆白垩系含水层。以所确定的保水开采保护层厚度30 m为阈值,将研究区划分为自然保水开采区、可控保水开采区和保水限采区,并提出各分区相应的保水开采途径。实践表明:巨厚砂砾岩含水层下保水开采的有效途径主要包括控制导水裂隙发育高度,选用适当的工作面布局及推进速度,以及隔水层采动破坏后的恢复与再造。     

孟巴矿厚松散含水层下协调保水开采模式

孟巴矿的地质采矿条件具有近地表松散富含水层厚、煤层顶板厚、煤层厚的"三厚"特征,开采煤层覆岩中含有多个含水层组,矿井水害是威胁矿井安全生产的主要因素。在覆岩多水体条件下,为了有效防止近地表厚松散UDT含水层进入井下,导致淹井灾害发生,提出上保下疏的开采水害防治模式。一分层安全开采的关键技术是控制复合关键层的结构稳定,应用初始后屈曲理论解析其稳定性,得出结构关键层的极限破坏长度,通过线性回归给出分层开采覆岩导水裂缝带发育高度预计计算公式,分析确定了一分层开采工作面宽度不超过150 m,限高开采3 m;依据对UDT含水层防护的安全煤岩柱高度确定二分层开采高度,二分层开采后覆岩结构关键层发生破坏,既能够有效疏放LDT隔水层以下含水层水,又能够保证LDT隔水层的完整性,达到UDT水体不发生下泄的目的,保障了矿井安全开采;根据工作面协调减损开采原理,确定开采分层合理错距约为82 m,下分层的巷道布置在上分层开采采空区下的厚煤层分层错距协调限高开采布置模式,实现有效降低了覆岩应力的叠加效应,减轻LDT隔水层的变形破坏程度。开采结果表明:厚煤层分层协调布置开采方法,有效减轻了UDT含水层下LDT隔水层应力叠加损伤程度,保护了隔水层的完整性;一分层限高综采,二分层限高综放开采分次疏放了煤层顶板至LDT底板2个含水层组,解决了矿井排水能力较小条件下的水害防治问题;分层工作面错距协调布置开采方法,有效降低了开采边界导水裂缝带发育高度,减小了LDT变形破坏程度,同时释放了一分层区段煤柱应力,实现了覆岩整体下沉,不但有效地降低了覆岩破坏高度,而且减小了冲击矿压冲击强度,开采期间UDT水位变化幅度稳定保持在一定范围内,实现了多水体条件下上保下疏的厚煤层分层安全开采模式。     

斜沟煤矿采区大巷钻孔突水原因浅析

斜沟煤矿二水平21采区辅运大巷上山掘进遇特厚煤层垂直导水裂隙带,沟通顶板砂岩裂隙含水层水,造成工作面钻孔突水,累计突水量26 511 m3,影响大巷施工2个月。通过本次钻孔突水,对煤层浅埋薄基岩区顶板砂岩裂隙水影响矿井安全生产有了进一步认识,为今后斜沟煤矿及相似地质条件矿井防治顶板砂岩裂隙水积累了一定的经验。     

砂砾岩含水层下综放开采导水裂隙演化及防治水措施

以伊犁矿区第三系砂砾岩含水层下综放开采为工程背景,利用相似模拟实验研究了采动引起覆岩的破断特征。结果表明,工作面推进到135 m左右,裂隙带即与砂砾岩含水层贯通,这对于6-7煤层安全高效开采造成较大威胁。为了保障工作面回采安全,设计了超前探放水钻孔,累计泄水量344 800 m³,大幅度减少了对粗砂岩流砂层的补给作用;对首采综放工作面现场观测表明,垮落到采空区的粗砂岩流砂层成为湿润的固体砂,固体砂覆盖于采空区又起到防灭火的作用,对矿井安全生产十分有利。     

特厚综放工作面过断层防治水技术体系实践

为解决巨厚砂岩含水层影响下特厚煤层综放开采过断层水害防治的技术难题,以彬长矿区孟村煤矿首采面揭露的断层为例,采用槽波勘探CT成像、井下钻孔高位探查的手段对断层展布、含导水性和水害威胁进行了研究。针对该断层展布长、落差大、水害威胁严重的特点,研发了留设限高保护带、超前注浆加固、采空区涌水滞后分流等水害"A+B"综合防治技术。在首采面现场试验后,确保了孟村煤矿401101工作面回采通过DF29断层期间涌水平稳,未发生架前大面积淋水和采空区水量突增的情况,研究成果为彬长矿区类似条件矿井的安全生产提供借鉴。     

浅埋长壁综采工作面矿压控制技术与实践

针对印度巴兰布煤矿P1首采工作面浅埋深、长壁和坚硬上覆岩层的开采特点,通过采场矿压特征分析和UDEC数值模拟计算,针对P1工作面提出了地面爆破方法的矿压控制技术。试验结果表明:P1工作面的顶板岩层属于难冒顶板,采用地面爆破措施可以有效地提高顶板的冒放性,并通过结合相配套的技术管理手段,取得了良好的矿压控制效果。     

厚硬顶板宽煤柱临空巷道冲击地压防治技术研究

为研究厚硬顶板宽煤柱临空巷道冲击地压致灾机理,以彬长矿区文家坡矿4104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究分析了两次回采扰动下宽煤柱垂直压力分布状态及覆岩活动规律,得出了该矿工作面集中动、静载荷的演化机制及冲击地压致灾机理。针对4104工作面临空巷道44.5m宽煤柱及顶板以上20m处厚硬砂岩岩层,设计了基于帮部煤体爆破卸压及顶板深孔爆破预裂卸压的动静载荷分源治理补强方案,通过微震监测结果分析,相比措施调整前临空巷道围岩活动性降低了95%,防治效果显著。     

平朔井工三矿9~#煤层充水因素分析及水害防治

分析平朔井工三矿的充水因素,认为开采9#煤层的最大隐患是顶板石炭-二叠系砂岩突水,大气降水、地表径流以及大沙沟水补给下部含水层导入矿井也是不可忽视的因素,并利用导水裂隙带高度计算结果对煤层顶板水冒落安全性进行分析评价,为矿井水害防治提供了决策依据。