综采工作面端面顶板失稳规律及支护对策

为保证综采工作面端面顶板的稳定,结合某矿综采工作面破碎顶板条件下开采的生产实际,采用理论分析与FLAC3D数值模拟计算相结合,综合分析工作面端面顶板失稳规律,提出了工作面端面顶板稳定性控制技术。分析认为,支架工作阻力对端面顶板控制影响较大,随着支架工作阻力的增大,端面顶板稳定性增强,发生冒顶概率较小;当支架工作阻力达到额定工作阻力的80%以上时,支架工作阻力的增加对端面顶板的控制作用影响减弱;当支架支护阻力达到一定工作阻力时,工作面顶板发生压剪破坏,破坏区域位于煤壁前方顶板;应合理控制支架前后工作阻力比值,比值为1~1.2时能够加强端面顶板与支架的稳定性。     

基于UDEC的复合顶板端面冒顶影响因素研究

针对大埋深复合顶板端面易冒顶,煤壁易片帮等问题,以孙疃煤矿7242工作面为背景,采用理论计算及数值模拟等方法,从端面距、支架工作阻力、顶板黏聚力3个方面对复合顶板端面冒顶影响规律进行研究.研究结果表明:端面距是影响端面冒顶的主要因素,降低端面距可以减少顶板裂隙的发育,提高端面顶板的稳定性;支架工作阻力间接影响端面顶板的稳定性,支架工作阻力的大小与顶板裂隙发育高度及冒顶片帮事故负相关;较大黏聚力的岩体对于提高端面顶板稳定性有着积极作用.基于研究结果,有针对性地提出支架工作阻力提升至6800 kN,端面距控制为0.3 m,及时维护工作面顶板和煤壁稳定性的控制措施,现场实施结果证明,针对性措施保障了端面顶板的稳定性.     

基于UDEC下端面煤岩体稳定性及其合理支护参数数值模拟研究

大倾角松软煤层综放面实现高产高效的关键之一是端面顶煤稳定性控制。借助数值模拟软件UDEC,模拟了在端面距、支架工作阻力、支架前柱走向倾角、老顶周期来压以及直接顶厚度等影响因素下端面岩体的稳定性。其结果表明,随着端面距的增大,端面顶板冒落高度和煤壁偏帮深度都随之增大;控制顶板冒落高度、支架工作阻力和支架前柱走向倾角都有合适的临界参数;老顶是否周期来压和直接顶厚度对端面围岩顶板的破坏深度有直接影响,继而对这些影响因素进行了量化分析,提出了围岩稳定合理控制参数,减少了采煤工作面冒顶事故和煤炭资源的损失,并对同一条件下的综放开采具有重要的指导意义。     

深井厚冲积层综放面支架合理工作阻力的确定

为了更好地控制工作面顶板,分析了原支架使用时工作面的矿压显现规律,又通过科学的理论计算和分析,结合现场实际,提出了按照岩梁位态方程确定支架额定工作阻力,并通过矿压实测检验。研究结果表明,深井厚冲积层条件下按照岩梁位态方程计算确定的综放面支架额定阻力是比较准确的,有效避免了瞬时载荷对支架的破坏,很好地控制了工作面顶板,也为相似条件下综放工作面的支架工作阻力的确定提供了借鉴。     

大采高液压支架初撑力与额定工作阻力合理比值研究

基于连续介质力学的离散元方法,建立液压支架数值模拟模型,将该液压支架置于工作面开采的实际物理过程中,实现综采工作面开采过程中液压支架与围岩耦合的动态数值模拟。以鄂尔多斯矿区某矿综采工作面覆岩条件及液压支架实际工作特性为基础,进行了综采工作面液压支架不同工作阻力条件下的数值开采试验。直观地反映了液压支架在不同初撑力、额定工作阻力条件下对上覆岩层下沉量变化和液压支架运行工况的影响。数值计算结果表明,液压支架初撑力对控制顶板岩层下沉量的作用比额定工作阻力大,当液压支架初撑力与额定工作阻力的比值为0.65~0.70时,具有最佳的运行工况。为类似条件下的大采高液压支架工作阻力选定提供了参考。     

大倾角轻型支架综采放顶煤矿山压力显现规律研究

通过对鹤煤二矿二1煤层3604综放工作面支架工作阻力、工作面顶板破碎度、巷道变形以及顶煤运移的观测,掌握了支架工作阻力、工作面端面区域顶板破碎及冒落状况、工作面巷道的变形情况、顶煤及顶板运移规律.同时也确定了工作面周期来压步距、来压强度以及支架工作阻力的变化规律,为合理评价该支架在大倾角煤层条件下的适应性和确定合理支护方式提供了科学依据.     

综放工作面厚硬顶板破断特征与支架工作阻力确定

针对综放工作面厚硬顶板初次来压步距难以确定的问题,以东周窑煤矿8301工作面为工程背景,建立厚硬基本顶的固支梁模型,运用能量法求得分布于基本顶中的水平应力,进而得到基本顶初次来压步距解析式,采用数值模拟对顶板破断特征和工作面支架工作阻力进行分析,并对不同推进距离下工作面不同位置支架工作阻力进行了现场监测。研究结果表明:相比一般综放工作面,坚硬顶板条件下工作面初次来压步距和支架工作阻力明显增加,顶板破断后对工作面形成冲击较大,矿压显现剧烈;8301工作面初次来压步距为58 m,周期来压步距为15~20 m,动载系数为1.5~1.8;基于能量法求得支架额定工作阻力为13 000 kN,而来压期间支架工作阻力为11 000 kN,是额定工作面阻力的84.6%,能够满足厚硬顶板条件下煤矿安全高效开采的要求。     

破碎厚煤层工作面端面顶板漏冒机理与防治

针对破碎厚煤层工作面端面顶板的岩层结构特点,构建了工作面端面顶板的结构模型。运用块体理论,在分析"块体"结构顶板失稳破坏形式的基础上,又对破碎厚煤层工作面端面顶板失稳破坏进行了力学分析,进而揭示了该类型工作面端面顶板漏冒的机理和动态破坏过程。通过对晋煤集团赵庄煤业公司3307破碎厚煤层工作面端面顶板稳定性的分析,给出了防治工作面端面顶板漏冒的主要措施。     

离散元法在分析综放采场矿压中的应用

运用UDEC数值模拟程序，以不同顶煤条件下的综放开采端面顶板稳定性模拟为例，建立了数值模型、设计了计算方案、设定了力学参数；对影响综放开采端面顶板稳定性的因素进行了分析；并给出了极限端面距的定义，分析了其影响因素，根据模拟条件计算出不同顶煤条件下的值；最后提出了不同顶煤条件下端面顶板稳定性的控制原则和确定了不同顶煤条件下的支架工作阻力，并通过实际得到验证。图5，表4，参6．     

敏东一矿放顶煤支架动态承载特征及数值分析

利用KJ216-F压力监测分站系统,监测敏东一矿I01163上01生产工作面放顶煤支架前后支柱工作阻力。借助FLAC3D数值模拟软件模拟工作面采场实际情况,对放顶煤支架动态承载特征进行深入研究。结果表明:对于近水平放顶煤工作面,放煤支架前后柱工作阻力差值在工作面不同位置呈现不同数值,此现象与工作面不同位置支承压力引起的顶煤破碎程度不同有关。不同顶煤条件下,放煤支架前后阻力差值随着顶煤硬度的改变而发生变化,顶煤硬度越小,支架前后柱阻力越小且分布越均匀,顶煤硬度适中,支架前后柱阻力差值较大,支架上方呈现出典型的顶煤破碎分区,并且可以通过支架前后柱阻力差值来预测支架上方顶煤破碎区域分布情况。     

破碎顶板条件下的安全回采技术研究

为了解决破碎顶板条件下工作面的安全回采问题,本文以马兰矿12704工作面为研究对象,分析了12704工作面顶板破碎失稳的原因,结合12704工作面的生产实际情况,利用加长挑梁安设在工作面机头、机尾与巷道交叉的支架前梁段,有效地控制三角区域顶板,减少大量支护材料以及配件资金投入,为该工作面安全回采奠定了基础。     

大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响

为研究大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响,以新疆焦煤集团2130煤矿25213工作面为研究对象,采用物理相似模拟实验、Rhino+Kubrix+FLAC 3D相结合的数值模拟及现场实测的方法,深入分析了大倾角大采高工作面不同夹矸层数、厚度下煤矸互层顶板失稳规律与顶板-支架相互作用特征。结果表明,煤矸互层顶板破坏是由于倾斜中部、靠近支架的煤线先产生局部压剪破坏,随之向附近软煤夹层、夹矸扩展,导致顶板非均衡破坏,诱发架前冒顶、煤壁片帮等现象。大倾角大采高煤矸互层顶板工作面支架工作阻力、顶板最大主应力及顶板变形均呈明显的非对称性,且随着夹矸层数增加,支架上方煤矸顶板集中应力影响范围、围岩变形影响范围及塑性破坏范围均有所增大。煤矸互层顶板支架与围岩有顶板与支架正接触、破断顶板作用于支架掩护梁、架间相互作用等3种作用特征。较一般顶板的大倾角工作面,煤矸互层顶板对支架作用力明显减小,支架工作阻力整体呈倾斜中、下部大于上部的特征;支架非对称受载表现为前柱侧向载荷大于后柱,但随夹矸厚度的增加,顶梁受载程度趋于均布化。结合研究结果,提出了缩短空顶时间、分区域控制、超前预爆破及工作面实时矿压监测等一系列大倾角大采高煤矸互层顶板稳定性控制措施,其中,重点控制工作面倾斜中部煤矸互层顶板的稳定性,来保证工作面的安全高效生产。     

沿空巷道切顶围岩变形控制机理及工程应用

为减少薄-中厚煤层开采工作面区段煤柱损失,提出了切顶法沿空成巷无煤柱开采技术,即在上区段回采工作面运输巷内,采用张拉聚能爆破在运输巷顶板与采场侧向顶板间形成一条切缝结构面,该结构面可阻滞采场侧向顶板移动压力向沿空巷道围岩的传递,并促使侧向顶板沿切缝切落,切落矸石则隔断采空区而形成运输平巷采空区侧巷帮,矸石碎涨后充填冒落空间支撑上位岩层继续移动,从而实现沿空巷道稳定。沿空巷道切顶力学模型的理论与数值分析结果显示,巷旁爆破切缝将可传递采场岩层移动变形压力的岩梁结构改变为沿切缝切落的短臂岩梁结构,大大降低了沿空巷道受采场侧向岩层移动变形压力的作用,减小了沿空巷道围岩压力及变形量。基于该原理提出的巷内加强支护、巷旁密集支护、巷道顶板切缝等主被动联合切顶技术,在各种不同条件下薄煤层、中厚煤层切顶成巷工程实践中均取得了良好效果,实践表明,该方法可有效降低采场岩层移动对沿空巷道产生的压力,减小沿空巷道围岩变形。     

基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱留设方法

针对平顶山一矿31010工作面回采期间顶板丁戊三乘人巷严重变形的问题,通过现场实测和数值模拟研究了巷道变形的原因及保护煤柱留设的问题。结果表明：工作面回采后,上覆顶板岩层中的应力发生改变,将应力值等于1.05倍原岩应力的点构成的曲线定义为采动应力边界线。采动应力边界线由开采煤层向上覆岩层呈外扩式发展,采动应力边界线距开采边界的水平距离随着距开采煤层高度的增大而逐渐增大,但增大趋势逐渐减小。采动应力边界线内侧岩层应力出现增压区和减压区,而外侧岩层仍处于原岩应力状态,采动应力边界线是划定工作面上覆岩层是否受工作面回采影响的边界线。目前顶板巷道保护煤柱宽度是按岩层移动角进行设计的,没有体现内部岩层移动变形及应力特征,导致顶板巷道保护煤柱宽度不合理而出现破坏,为此提出了基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱宽度设计方法。按照此方法设计的平顶山一矿31010工作面顶板乘人巷保护煤柱宽度应为158 m。     

宁东矿区复杂难采煤层工作面初采阶段工程实践

复杂难采煤层工作面初采阶段煤岩体灾变过程是朝着不利于采场稳定性方向演化的过程,存在断层活化、煤壁片帮、顶板断裂和溃水溃沙等灾变现象.宁东矿区各矿井面临的开采环境日趋复杂,存在高温、埋深大、倾角大、地应力集中、软岩巷道支护困难、硬岩顶板破断不及时,极大地增加了开采难度.大倾角仰斜开采工作面,采场稳定性是决定安全开采的关键...     

大倾角大采高工作面煤矸互层顶板漏冒规律研究

为了保证大倾角大采高综采工作面在煤矸互层顶板下的安全高效开采，解决工作面频繁发生顶板漏冒的问题。采用物理相似模拟实验与理论分析等方法对大倾角大采高工作面煤矸互层顶板应力分布与演化规律、破坏与漏冒特征进行研究。结果表明：工作面回采时，煤矸互层顶板受压在支架顶梁上方断裂|移架过程中煤矸互层出现离层、台阶下沉等现象，支架支护阻力急剧增大，断裂煤矸层因支架反复支撑作用而挤压破碎|当支架支护作用削弱时，支承应力向工作面前方煤体转移，工作面前方支承压力逐渐增大、应力集中，导致煤矸互层顶板超前断裂、煤壁片帮，破碎煤岩体从支架前方沿煤壁片帮处漏冒。通过理论分析，发现煤矸互层漏冒前，工作面顶板剧烈下沉，提出以控制顶板下沉量的方式来预防煤矸互层架前漏冒，具体防治措施为：带压移架、提高支架支护初撑力、提高煤壁稳定性。     

复采工作面通过条带式残采区覆岩稳定性特征研究

为了制定条带式残采区复采的合理开采方式,以西河煤矿3^#煤层条带式残采区为工程背景,采用三维相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究复采工作面通过条带式残采区引起的覆岩运移变形特征和稳定性演化规律。模拟结果表明:当工作面与条带式残采区斜交角度在30°以上时,采场前方覆岩破坏形成的剪切破坏区域和拉伸破坏区域呈现出独立的变化特征,工作面前方煤柱和顶板会对上覆岩层形成有效的支撑作用;旧采残煤复采过程中顶板垮落以分段、分步、局部零星的多次垮落方式为主,工作面整体的矿压显现并不十分强烈。研究表明:复采工作面通过条带式残采区时工作面与巷道呈30°夹角布置是合理可行的。     

综采工作面过冒顶区支护技术研究与应用

针对综采工作面顶板破碎、稳定性差的问题，提出了工作面顶板控制技术，提出在综采工作面冒顶区煤壁前方开巷道进行顶板加固、马丽散化学注浆剂加固、罗克休泡沫充填三者相结合的顶板控制技术方案并进行研究，最后在小纪汗11217综采工作面进行现场应用。结果表明，该技术创新方案有效地控制了综采工作面的顶板，工作面围岩稳定性增强，实现了综采工作面的安全、高效回采。     

大倾角大采高综采工作面支架受载与失稳特征分析

对支架的稳定性控制是大倾角大采高煤层安全、高效开采亟待解决的关键问题之一,以2130煤矿25221大倾角大采高综采工作面为研究背景,基于现场监测对覆岩破断运移规律和支架受载特征分析的基础上,通过理论分析系统研究了采高和工作面顶板运移对支架受载与失稳特征的影响。结果表明,在大倾角大采高煤层开采中,受采高增大影响,顶板运移的幅度和剧烈程度及支架工作阻力均较一般采高大倾角煤层开采时明显增大,架间推压、咬挤现象明显;当工作面顶底板岩层稳定时,使支架保持不转动和下滑的临界工作阻力均不超过支架自重的2倍;但受工作面顶板运移影响,支架亦会随着顶板的运动而运动,且其不会随着支架工作阻力的增大而消失;支架转动下滑的幅度和失稳概率随着支架工作阻力的减小、顶板与支架间摩擦力绝对值的增大、顶板载荷偏载程度的增大及采高的增大而增大,且其转动失稳的概率大于下滑失稳的概率。     

大倾角伪俯斜采场顶板运移规律实验研究

为研究大倾角伪俯斜采场顶板垮落运移及其与支架相互作用关系。采用大比例三维物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究手段,深入分析了伪俯斜采场初采阶段和正常回采阶段顶板应力演化与变形破坏规律,垮落顶板充填特征以及"支架-顶板"相互作用规律。结果表明,大倾角伪俯斜采场顶板应力分布与位移具有非对称性,顶板具有非对称"O-X"破断特征,且具有明显的时序特征,其中"O"破断顺序为:采空区侧边界—采煤工作面侧边界—上部边界—下部边界;"X"破断顺序为:工作面倾斜上方基本顶先发生破坏,随后基本顶沿顺时针方向依次破断。顶板周期性来压与垮落均具有分区特性与时序性,沿走向工作面各个区域顶板的垮落位置与支架相对位置不同,其中,工作面倾斜中部支架直接受到垮落顶板的作用,具体为"砸—压—推",而倾斜上部与下部垮落顶板仅在下滑过程中对支架产生倾向向下的推力,未出现明显的砸、压现象,上部作用最弱,破断顶板使支架发生不同程度的"倒"、"扭"现象;垮落顶板对采空区的充填可分为4个阶段,各个阶段交替转化的过程对工作面中、下部支架的稳定性产生了影响,矸石堆积区最终沿走向形成充填稳定区域与动态运移区域。为大倾角煤层伪俯斜采场岩层控制提供科学依据,也丰富了大倾角煤层采场岩层控制理论。