采动覆岩卸荷膨胀累积效应

地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。     

基于关键层控制的部分充填采煤技术

建筑物(村庄)下压煤开采一直是困扰我国煤矿的重大技术难题。针对充填采煤技术面临的难点与挑战,结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发了基于关键层控制的部分充填采煤技术。研究揭示了覆岩关键层对地表沉陷控制机理;建立了基于关键层控制的地表沉陷控制模型及部分充填采煤的设计方法;研发了采空区条带(墩柱)充填、冒落区嗣后充填和覆岩隔离注浆充填等部分充填采煤技术,已在淮北、淄博、阳泉、皖北等矿区10余对矿井的40余个工作面成功应用。部分充填采煤技术充分利用了覆岩结构的自承载能力,减少了充填工作量、降低了充填成本,是高效低成本的建筑物压煤充填开采技术。     

鲍店矿仰斜开采综采面顶板控制研究

本文通过深入细致的现场测定及理论分析，弄清了造成鲍店煤矿一采区端面冒顶及低产低效的原因，在此基础上对１３０３面及１３０２面进行了综合治理。通过支护质量监测、支架选型及顶梁改造、水胀锚杆加固顶板及采掉部分下位直接顶等技术措施的实践，取得了有益的经验和较好的效果。     

上向水平分层充填采矿法的优化研究

针对新桥硫铁矿上向水平分层江砂胶结充填采矿法存在的问题，优化了采矿方法，科学地设计了胶结充填体强度，在试验基础上，优化了充填材料及配合比。得出了满足安全生产条件的充填体强度：矿柱充填体单轴抗压强度为2．1MPa，矿房浇面充填体σ14=1．0MPa，σ28=3．0MPa；达到了最佳充填材料配比：矿柱和矿房浇面的充填体灰沙比分别为1：7和1：5。研究成果已在新桥硫铁矿推广应用，效果良好．     

超长综放面瓦斯涌出特征及其影响因素

对以邻近层瓦斯涌出为主的阳泉三矿K8206高瓦斯超长综放面瓦斯涌出特征进行了分析，研究了工作面推进速度、生产能力及高抽巷抽采能力对工作面瓦斯涌出量的影响，取得了超长综放面本煤层瓦斯涌出量和生产能力之间、邻近层瓦斯涌出量和推进速度之间的关系式．研究表明：后部高抽巷合理布置和促使顶板早垮是工作面快速度过初采期的主要办法；采取有效措施降低本煤层瓦斯涌出量和保证走向高抽巷良好的抽采能力是高瓦斯超长综放面高产高效的有力保障．     

基于岩层移动的"煤与煤层气共采"技术研究

研究了岩层移动对煤层气卸压运移的影响，结果证明，覆岩关键层的破断运动对邻近层煤层气涌出的动态过程起控制作用；覆岩主关键层位置将决定下保护层可能的最大卸压高度。     

FJ液压支架的顶梁改造与使用

在鲍店煤矿端面冒顶治理中，对ＦＪ－４×４５７支架的顶梁进行了改造，本文对此进行了介绍，并对改造顶梁的使用效果进行了分析，对类似开采条件下支架选型与顶板管理有借鉴作用。     

覆岩离层分区隔离注浆充填减沉技术的理论研究

分析了关键层下离层动态发育对离层充填的影响，针对目前离层区充填工艺不能阻止覆岩关键层初次破断的问题，提出了“覆岩离层分区隔离注浆充填”技术，它综合离层充填与条带开采技术的优点，通过离层区充填置换或减小分区隔离煤柱宽度，使“离层区充填体+关键层+分区隔离煤柱”形成共同承载体，从而达到有效减缓地面沉降的目的，提高了煤层采出率，促进了覆岩离层充填减沉技术的发展.采用数值模拟方法对离层分区隔离注浆充填原理作了进一步证实，并对其适用条件进行了分析.     

砌体梁的“S－R”稳定及其应用

采场上覆岩层能否形成“砌体梁”结构，其核心是“砌体梁”关键块所处的“Ｓ－Ｒ”稳定条件，本文对此进行了详细的分析，并给出了判定依据，由此进一步建立了考虑直接顶力学特性在内的采场较为完整的力学模型，对支架工作状态也作了更为深入的分析，由此能较为全面地解释采场矿山压力现象。