综采工作面合理支护强度的计算方法

以大柳塔煤矿新开43101薄煤层工作面的支护强度设计问题为工程背景,先计算出采场上方直接顶和基本顶的运动步距,并依据上覆岩层地质条件参数,构建出新开工作面的顶板结构模型。基于"以岩层运动为中心"的实用矿山压力理论思想,由所构建的顶板结构模型,计算出工作面顶板压力,从而确定工作面支架的合理支护强度。     

基于岩层质量指数对采场直接顶运动参数的分析

以潘一矿1241(3)综采工作面为对象,首先用岩层质量指数法求出顶板的岩层质量,顶板第1层属于质量"坏"的岩层:顶板第2层为质量"一般"的岩层。应用专家系统法算出工作面直接顶厚度,直接顶由第1层顶板和第2层顶板的一部分组成。然后再求出直接顶初次垮落步距和悬顶距,直接顶第1层初次垮落步距和直接顶第2层初次垮落步距相差不大,由于复合直接顶岩层质量为"坏",因此悬顶距较小。最后推断出直接顶的垮落方式,直接顶的2层同时垮落。研究直接顶的运动参数为工作面顶板控制提供了依据。     

极近距离煤层下层煤采场顶板结构与控制

为进一步发展顶板岩层控制技术,针对极近距离煤层开采时下层煤的顶板岩层结构特点,构建了"散体-块体"顶板结构模型。运用散体和块体理论,对极近距离煤层下层煤工作面下位直接顶岩层结构的稳定性进行了力学分析,揭示了下层煤开采时端面顶板冒落的机理。以下层煤顶板岩层结构和工作面支架载荷为研究对象,通过力学分析研究了工作面的支架载荷,得出了支架载荷的确定方法,在此基础上以大同矿区极近距离煤层为研究对象,通过现场实测进一步论证了该方法的客观性与实用性。     

米山煤业浅埋煤层坚硬顶板水压致裂技术应用

坚硬顶板在工作面回采后易形成大面积悬顶,从而引发顶板安全事故,当煤层埋深浅、顶板岩层厚度较大时,尤为如此.本文以米山煤业某矿15112工作面为例,提出对15112回风巷顶板进行水压致裂的方法,切断巷道与采空区顶板岩层的力学传递路径,改善巷道围岩力学环境.现场实践表明:水压致裂技术不仅可以软化巷道顶板,避免采空区大面积悬顶,还可以有效控制巷道大变形.     

采空区下近距离煤层综采工作面支架载荷分析

基于采空区下近距离煤层采高和顶板岩层结构,按照支架的力源将采空区下近距离煤层开采时顶板分为"直接顶岩层+垮落带岩层"、"直接顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层"、"直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层"、"直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层"4种类型。针对不同类型顶板结构,运用相应的力学模型分析其支架-围岩关系,计算采空区下近距离煤层工作面载荷,确定支架的工作阻力,给出定量的计算公式。     

采场上覆岩层垮落步距计算方法

影响采场的运动岩层由直接顶和基本顶组成。已知工作面直接顶、基本顶厚度及岩性的条件下,在工作面回采前,运用"板"和"梁"2种力学模型对直接顶初次垮落步距、基本顶初次来压步距和基本顶周期来压步距进行推算,为工作面顶板控制提供技术支持,确保采煤工作面安全生产。     

深部厚煤层长壁高水充填工作面矿压显现规律

通过研究深部厚煤层长壁高水充填1126工作面双节式液压支架顶梁对顶板的重复支撑作用,发现高水材料充填开采工作面矿压显现规律有以下特点:改变了采空区围岩的受力环境,引起直接顶岩层和基本顶岩层厚度的改变;工作面直接顶岩层的稳定性等级下降,从4类非常稳定顶板,变成介于1类不稳定顶板和2类中等稳定顶板之间的顶板;基本顶岩层从3级来压强烈顶板转变为1级来压不明显的顶板。     

基于能量计算的预掘回撤通道顶板下沉量分析

采用预掘回撤通道技术的综采工作面在末采阶段易发生顶板大变形而引发压架事故。本文基于工作面贯通后的3种基本顶破坏形式,建立了不同的回撤通道顶板力学模型,通过分析顶板变形过程中的能量释放与做功过程,求得不同基本顶破坏形式下的回撤通道直接顶下沉量。结合张家峁煤矿N14201工作面回撤通道顶板大变形案例,分析了不同顶板力学模型的影响因素,发现基本顶破断位置、关键块及其上覆岩层厚度、关键块回转角和支护强度对回撤通道顶板下沉量影响显著,确定了张家峁煤矿N14201工作面发生压架事故的原因,即基本顶在保护煤柱上方4～6 m范围内破断以及上部3^-1煤层开采导致主关键层破断失稳。     

坚硬顶板预裂技术研究

针对坚硬顶板工作面顶板悬顶问题,以西铭矿48708工作面坚硬顶板条件为基础,对坚硬顶板岩层力学结构特性进行了分析,得出该工作面悬顶主要为端头悬顶问题,提出采取浅孔定向爆破和CO2复合气体顶板预裂相结合方案处理工作面悬顶问题.根据现场试验结果,该方案能够有效实现顶板预裂效果,解决悬顶问题.     

综采工作面合理支护强度计算研究

以某矿新开31煤层31101工作面合理支护强度为工程背景,基于"以岩层运动为中心"的实用矿山压力理论,计算直接顶和基本顶运动参数,构建工作面顶板结构模型,理论计算工作面合理支护强度。另外通过类比相似条件的22114工作面合理支护强度,确定31101工作面合理支护强度。综合2种方法确定工作面合理支护强度为1.18 MPa。     

寸草塔二矿近浅埋煤层掩护式液压支架适应性分析

通过对寸草塔二矿13107工作面矿压显现规律的观测及对工作面所选ZY7600-12/24型两柱掩护式液压支架对工作面顶板支护与控制效果的分析,应用综采工作面液压支架合理工作阻力确定方法、关键岩层控制理论、综采工作面支护强度回归公式计算等方法,对寸草塔二矿3-1煤层适宜的支架工作阻力参数进行了计算与分析,进而对该矿近浅埋煤层综采工作面掩护式液压支架的适应性进行了综合分析与研究。     

坚硬顶板大采高工作面压架事故及支架阻力分析

针对大同晋华宫煤矿坚硬顶板大采高综采工作面生产过程中发生压架事故的情况,深入分析压架事故的类型和原因,并基于大采高综采工作面覆岩结构特征,采用理论分析方法,分析得到了坚硬直接顶关键层的悬顶长度的计算方法及其影响因素;对大采高坚硬顶板综采工作面支架工作阻力的确定进行了载荷估算法的修正算法;并根据修正结果及地质条件,计算得到了402盘区工作面支架的合理工作阻力为12 184 kN,支护强度为1.22 MPa,同时确定了合理的支架架型;通过工业性试验,实测分析了所选支架的适应性,结果表明了理论分析计算结果和所选架型的合理性,保障了402盘区大采高综采工作面的安全高效开采。     

厚硬顶板综采工作面支架合理工作阻力的确定

根据顾桥煤矿1117(1)工作面的顶板岩性与矿压观测实际结果,应用矿山压力基础理论的"砌体梁结构力学"模型理论和实测统计法,来确定液压支架的沿米支护阻力和合理工作阻力,通过分析比较,确定了合理的支架工作阻力参数,并为厚硬顶板工作面合理确定液压支架工作阻力提供借鉴。     

安顺煤矿9103 综采工作面端头支护研究

针对9103综采工作面回采过程中,机头机尾推进进尺深度和速度有差异,导致工作面支架上窜,下端头支架无法对下端头进行有效支护。通过对工作面顶板岩性进行分析,结合不同的顶板运动强度确定合理的支护强度,并对支柱选型和支护密度进行研究,确立采用单体支柱配合4 m Π型钢梁架对工作面下端头支架和煤柱间顶板进行加强支护,为端头支护问题提出合理的解决方案。     

7.0m支架综采面矿压显现规律研究

基于神东矿区补连塔煤矿22303工作面矿压实测结果,对世界首个7.0 m支架综采面不同开采阶段的矿压显现规律进行了总结,并结合神东矿区各类大采高综采面的矿压显现,对比分析了不同采高综采面矿压显现规律的差异。结果表明:上覆遗留煤柱区下开采时7.0 m支架工作面矿压显现正常,但在临近推出煤柱区时,工作面内煤壁片帮现象严重,直接导致刮板板输送机被压死。而长壁采空区下开采时,7.0 m支架工作面在煤层间单一关键层结构和2层关键层结构区域呈现出不同的矿压显现。煤层间单一关键层结构区域,关键层距离煤层越近,矿压显现各项参数(除来压步距外)越大;而在煤层间2层关键层结构区域,工作面来压步距及动载系数呈现出大小交替的周期性变化规律,且大来压步距对应小动载系数。通过对比7.0 m支架综采面与神东矿区其它几个大采高综采面的矿压显现规律发现,随着采高的增加,支架支护强度缓慢增加,而动载系数随之减小,且采高越大、亚关键层1距离煤层越近,越易形成亚关键层1的"悬臂梁"结构,从而来压持续长度越长。     

小纪汗煤矿中厚煤层接续工作面支架选型研究

根据小纪汗煤矿中厚煤层接续工作面煤层赋存条件,确定未来接续工作面开采较薄煤层区域。通过分析支架选型的基本原则和要求,确定选用两柱式综采支架、整体顶梁结构,支架中心距为1.75m。通过进行理论分析、类比分析、数值模拟分析,确定了支架支护强度不低于1.0MPa,结合支架尺寸结构,计算得到支架工作阻力不应小于8487.5kN。根据综合采高和现有型号,确定选用ZY11000/15/30D型较薄煤层综采掩护式液压支架。通过在小纪汗煤矿11203综采工作面进行矿压现场实测,得到工作面初次来压步距54m,周期来压步距平均16m,周期来压期间支架压力最大达到10794.7kN。实测表明,研究确定的支架支护强度和支架选型是合理的。研究为煤矿安全高效开采提供了保障。     

近浅埋煤层大采高工作面双关键层结构分析

根据实测统计分析,近浅埋煤层大采高工作面支架载荷普遍较大,且随采高增大有增加的趋势,工作面来压存在大小周期,厚度较大的等效直接顶静载是工作面支架的基本载荷。通过物理模拟实验,揭示了大采高工作面直接顶变厚和顶板结构铰接点上移的机理,提出了"等效直接顶"的定义,建立了近浅埋煤层大采高工作面顶板"双关键层"理论。近浅埋煤层大采高工作面顶板主要表现为"双关键层"结构,根据等效直接顶对采空区的充填程度,双关键层顶板结构分为"双砌体梁"和"斜台阶岩梁-砌体梁"两类,常见的是"斜台阶岩梁-砌体梁"双关键层结构。建立了双关键层顶板结构模型,揭示了工作面出现大小周期来压的机理,给出了支架初撑力和工作阻力的计算公式,可为近浅埋煤层大采高工作面顶板控制提供理论依据。     

金源煤矿回采面顶板垮落特征及支护参数分析

通过数值分析,研究得到回采面顶板沿走向、倾向以及不同工作阻力垮落、冒落特征及工作面矿压显现规律,确定了工作面的合理支护参数,为工作面顶板控制及矿井的安全高效回采提供了依据.     

大采高液压支架结构优化设计及适应性分析

针对大采高工作面动载矿压显现、煤壁易片帮等问题,基于红柳林煤矿7.0 m大采高开采实践,建立了大采高工作面顶板岩层断裂的"悬臂梁+砌体梁"结构模型及支架与围岩的简化动力学模型,确定了7.0 m大采高液压支架合理工作阻力;对比分析了大采高液压支架架型、护帮结构对围岩的适应性,进行了大采高液压支架结构优化设计及适应性分析。研究结果表明:将大采高工作面"砌体梁"结构上方岩层作为动力学模型的边界条件,以支架立柱的抗冲击特性要求为理论判据,通过动力学仿真计算可得大采高支架的合理工作阻力。两柱掩护式大采高支架较四柱支撑掩护式支架具有支护强度大、四连杆稳定机构受力状态好、质量轻等优点;护帮板与伸缩梁分体结构的护帮力、合力作用位置及可靠性均优于护帮板与伸缩梁连体结构;设计采用抗冲击双伸缩立柱、高压升柱系统等,提高了大采高液压支架对围岩的适应性。     

工作面支护与液压支架技术理论体系

工作面支护是安全高效综采的首要条件,液压支架是综采系统的核心。笔者和其合作团队持续30多年致力于综采工作面支护与液压支架技术理论的研究和实践,建立了综采工作面支护与液压支架技术理论体系框架,提出了液压支架与围岩耦合原理,建立液压支架与围岩耦合模型,分析了液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合规律,阐述了液压支架合理工作阻力、临界护帮力和支护系统稳定性控制策略,提出液压支架三维动态优化设计理论和方法,将围岩下沉、断裂等力、力矩以及边界条件的变化通过液压支架骨架模型传递和分解到具体的液压支架结构上,借助三维设计平台动态模拟仿真液压支架与围岩耦合作用的力学特征,优化得出对围岩最优支护效果的液压支架结构参数。提出液压支架系列型谱和工作面支护系统液压支架群组的自组织协同控制方法,将支护系统群组自组织协同控制分解为围岩自适应控制和队列保持推进控制两个控制线程,同步实现群体系统协调控制。建立了工作面支护设备技术标准体系。