沟谷地形下浅埋煤层工作面矿压规律研究

通过现场实测,对神东矿区活鸡兔井三盘区在沟谷地形下浅埋煤层工作面采动发生的动载矿压现象进行了研究和理论分析,结果表明:浅埋煤层工作面在不同地形下矿压显现的强烈程度存在明显差异,在地形为非沟谷地段、沟谷下坡段和沟底,工作面周期来压末阻力多数小于11000 kN,没有发生强烈的矿压显现;而在沟谷上坡段,工作面周期来压末阻力最大为11892 kN,发生多起强烈的矿压显现.     

麻地梁煤矿沟谷地形浅埋煤层矿压显现规律

为研究沟谷地形下浅埋煤层综采工作面矿压显现规律,以麻地梁煤矿507首采工作面地质条件为背景,利用矿压动态监测系统,对工作面内液压支架工作阻力进行监测,分析了该工作面进入浅埋深区域后的矿压显现规律以及沟谷垂深、沟谷坡角、冲沟切割系数对支架工作阻力的影响.研究结果表明:507工作面周期来压呈现明显的"分区性",来压主要体现在中部测区,上、下部测区来压特征不明显,总体来压次数少于中部;随着覆岩厚度的减小,来压步距增大,持续距离延长,动载系数亦有所增加.沟谷地形下,冲沟切割系数是影响支架阻力的主导因素,沟谷坡角次之.随着两者的增加,支架阻力增量均有所增大.冲沟切割系数大于0.65时,支架工作阻力增量超过10％;冲沟系数为0.40～0.65时,支架工作阻力增量为5％～10％;冲沟切割系数小于0.40时,支架工作阻力增量小于5％.     

双倾斜沟谷地形工作面矿压规律研究

针对22202工作面对应地表呈现双倾斜沟谷地形的情况,综合现场实测、理论分析与FLAC3D数值模拟的方法,对矿压显现规律与岩层顶板运动进行了研究。研究表明:在初入台阶段时表现出对应位置支架工作阻力无明显增加,随进入范围增加阻力增大的支架数量增加,但表现出一定的滞后。     

双倾斜沟谷地形工作面矿压规律研究

针对02工作面对应地表呈现双倾斜沟谷地形的情况,综合采用现场实测、理论分析与FLAC3D数值模拟的方法,对工作面矿压显现规律与岩层顶板运动进行了研究。得到倾斜沟谷地形矿压显现呈现的3种特征,对工作面安全过倾斜沟谷地形具有重要指导作用。     

沟谷地形对浅埋煤层开采矿压显现的影响机理

针对神东矿区活鸡兔井工作面过沟谷地形时发生的动载矿压问题,通过现场实测、理论分析与模拟实验,就沟谷地形对浅埋煤层开采动载矿压显现的影响机理进行了深入研究。结果表明：浅埋煤层开采工作面过沟谷地形上坡段时易发生端面切顶、冒顶和支架活柱急剧下缩的动载矿压。由于覆岩主关键层在沟谷段受侵蚀影响而缺失,过上坡段时主关键层破断块体缺少侧向水平挤压力作用,不易形成稳定的“砌体梁”结构而滑落失稳,使得作用在下部单一关键层结构上的载荷明显增大而产生滑落失稳,从而引起工作面的动载矿压。若沟谷地形中主关键层未缺失,则浅埋煤层工作面过沟谷地形上坡段时一般不易产生动载矿压。该研究结果指导了活鸡兔井21305,21306工作面过沟谷地形动载矿压灾害的防治实践。     

浅埋采动煤层工作面矿压规律研究

本文论述了印度ＰＶ煤矿在浅埋、下部煤层局部采空条件下，使用中国综采成套设备开采工作面的矿压观测结果，并据此牟支架的架型、支护强度以及类似的采动条件下应采取的措施，提出具有充分论据的建议。     

沟谷坡角对浅埋煤层工作面矿压影响的研究

针对神东矿区活鸡兔井在沟谷地形下工作面动载矿压灾害问题,通过力学分析和物理模拟实验,就沟谷地形的坡角对工作面动载矿压的影响进行了研究.结果表明:当工作面推进到覆岩主关键层被侵蚀的沟谷地形时,临近上坡面的主关键层破断块体侧向水平挤压力作用较小;随坡角增大,主关键层上覆岩层载荷逐渐增大,块体结构不能满足砌体梁的"S-R"稳定条件而滑落失稳,使亚关键层结构块体承受的载荷迅速增大,导致工作面活柱急剧下缩片帮冒顶严重而发生动载矿压;当坡角小于15°时,工作面一般不会发生动载矿压显现灾害事故.理论分析和模拟结果与现场实测吻合良好.     

近浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律研究

为掌握榆神矿区近浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律,选取区内某矿N1200大采高综采工作面为研究对象,开展了相似材料物理模型实验研究及现场实测分析。研究表明,N1200工作面初次来压步距为56 m,周期来压步距平均为15.8 m,支架平均工作阻力4 843 kN,动载系数最大1.95,支架工作阻力达到9 739 kN即可满足现场需求;由于受到上覆双关键层叠合破断的影响,工作面呈现大小周期来压现象,小周期来压时岩层垮落角以主关键层为界呈上大下小分布,大周期来压时动载系数及超前支承压力峰值均增大。     

近浅埋煤层大采高矿压显现规律实测研究

本文通过现场实测,揭示了近浅埋煤层的矿压显现规律,分析顶板活动规律和来压机理,对研究浅埋煤层顶板结构理论和指导生产实践具有重要的理论和实践意义.     

沟深对浅埋煤层工作面矿压的影响规律研究

针对神东矿区活鸡兔井在沟谷地形下工作面动载矿压灾害问题,通过理论分析和模拟实验,就沟谷沟深对工作面动载矿压的影响规律进行了研究。结果表明：当工作面推进到沟谷地形时,沟深越深,覆岩主关键层(PKS)被侵蚀的可能性越大,由于沟谷上坡段被侵蚀的 PKS 块体不能够形成稳定的砌体梁结构产生失稳,从而使亚关键层(SKS)结构块体承受的载荷迅速增大,导致工作面发生发生动载矿压灾害事故;反之,若沟深较小,PKS 块体未被侵蚀,则一般不会发生矿压事故。理论分析和模拟结果与现场实测吻合良好。     

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。     

中厚偏薄煤层综采面矿压显现规律研究

基于祁东煤矿东翼一水平三采区6137中厚偏薄煤层首采工作面开采条件,采用KBJ-60Ⅲ-1矿用数字压力计、KBJ-60Ⅲ-2矿用压力数据采集器连续记录了液压支架的工作阻力、超前支承压力及两巷断面收缩量,分析了工作面液压支架支护阻力的循环变化规律及工作面沿倾斜方向上的压力分布特征,研究了支护参数、顶板管理及支架的适应性,掌握了工作面上覆岩层运动规律及其矿压显现规律,为今后井下类似条件下开采、巷道布置与支护设计提供了科学、可靠的依据。     

试论近水平煤层采场的3种基本结构形式

基于煤层开挖力学效应和覆岩运动规律,揭示了覆岩破坏垮落过程中产生的压力拱和结构拱现象,研究了结构拱与压力拱的内在统一关系,提出了煤矿采场压力拱的3种形式。在此基础上,根据理论分析、相似模拟和数值模拟研究成果,认为近水平煤层采场存在围岩承载结构、矿压运动结构和工作面防护结构3种形式,分别简称为"大结构"、"小结构"和"微结构",并研究了3种结构的具体形式和矿压显现的关系,得到了煤柱与采场大结构的关系。并针对神东矿区浅埋近距离煤层下层煤开采出煤柱时发生的压架事故案例,从压架前、后采场的3种基本形式的变化分析事故发生的原因,并提出了防治对策。     

浅埋煤层综采工作面地表移动规律研究

为了控制煤层开采对东胜地区脆弱的生态系统的破坏,获得该地区综采工作面地表移动变形规律,采用在综采工作面上方建立地表移动观测站的方法,经过多次观测获得数据并进行处理分析,结果表明:地表刚开始移动就表现出突然性、剧烈性的特点,下沉值急剧增大,并很快达到最大值,迭到充分采动;工作面停采后,地表短时间内达到稳定状态.在开切眼附近煤柱侧50 m、采空区侧100m为集中变形区域,该区域内地表变形值超过建筑物Ⅰ级损坏标准.概率积分法预计参数取值为下沉系数0.71,水平移动系数0.40,左拐点偏移系数0.07,右拐点偏移系数0.37.     

浅埋超大采高工作面覆岩“切落体”结构模型及应用

针对浅埋煤层矿压显现强烈,易于发生切顶压架事故的问题,以神东矿区浅埋煤层为例,统计分析了7个矿、30余个综采工作面矿压数据,结果认为,与普通埋深及深部煤层相比,浅埋煤层工作面液压支架载荷大、周期来压步距短、动载系数大。采用钻孔位移计实测分析了上湾矿8.8 m超大采高工作面覆岩破断及地表岩移特征,破断位置位于工作面后上方,各层位测点呈整体同时破断,破断范围快速波及地表,当工作面推进11 m后,距顶板26 m处测点最大下沉量227 mm,当工作面推进296 m后,地表最大下沉量5.89 m。对比分析覆岩破断与液压支架工作阻力的对应关系,认为覆岩破断后没有直接与采空区矸石接触,而是形成某种结构并产生缓慢下沉现象。采用相似模拟方法分析了上湾矿8.8 m超大采高工作面覆岩破断及运动规律,认为正常情况下,呈整体同时破断的块体能够相互铰接并形成结构,当支护质量不足或者遇到地质异常区时,结构易发生整体滑落失稳,导致工作面压架事故。基于以上认识,提出了浅埋超大采高工作面覆岩"切落体"结构模型,分析了切落体结构的稳定条件及失稳类型,认为浅埋煤层覆岩呈整体切落式破断,形成以滑落失稳为主的铰接结构。研究得到了液压支架合理工作阻力计算公式,并以上湾8.8 m工作面为例进行了验算,结果表明,基于"切落体"结构计算的支架工作阻力能够满足工作面顶板支护要求。"切落体"结构为浅埋煤层液压支架合理工作阻力确定提供了理论依据,丰富了浅埋煤层开采岩层控制理论。     

浅埋煤层采场围岩力链演化规律及工程应用

浅埋煤层回采过程中,矿山压力显现剧烈,压架事故时有发生。针对回采过程中易突发剧烈的矿压现象,系统研究了煤层围岩力学特征及支护结构的受力状态。首先采用颗粒元计算软件模拟分析采场围岩力链演化特征,随后分别建立了覆岩强力链拱失稳前、后力学模型,工作面支架受力模型,推导出强力链拱迹线方程,获得强力链拱在失稳前、后支架荷载的计算表达式,并在此基础上结合现场实测对工作面支架荷载进行了分析。研究结果表明:煤层开挖前,煤岩体受力架构由力链网络组成,围岩的承载作用主要来自于强力链,广泛分布的弱力链仅对围岩起辅助承载作用;煤层开挖后,强力链集结成束形成力链拱,力链拱是承载采场上方煤岩体重量的主要力系,工作面支架仅承担位于强力链拱下方的煤岩体重量;且随工作面的推进,强力链拱不断调整,先后经历了"形成—扩展—稳定—破断"的动态演化过程。随强力链拱拱顶的不断发育,当其承担荷载超过自身强度极限后便会失稳破断,导致剧烈的矿压现象,工作面支架荷载大幅增加,强力链拱的失稳断裂是工作面产生强动载现象的本质原因。研究成果合理解释了浅埋煤层工作面突发的剧烈矿压现象,为煤层的安全高效开采提供借鉴。     

综采工作面过沟谷地貌的覆岩结构演化规律及协同控制

为解决中西部地区沟谷地貌条件下厚煤层综采强矿压灾害问题,采用理论分析和数值模拟方法,研究沟谷地貌条件下开采覆岩结构特征和时空演化规律,建立沟谷地貌条件下回采工作面支架承载力学模型,得到支架载荷并进行支架合理选型,提出了协同控制措施。研究结果表明：工作面进、出沟谷过程中,破断块体临空侧在上坡段缺少水平应力,无法形成稳定铰接结构,极易发生滑落失稳和整体下沉,失稳后全部载荷作用于工作面支架,是强矿压事故发生的根本原因。提出支架工作阻力和支架架型优选,以及对动载易发区域超前预警、加强临时支护的协同控制措施,现场实测发现ZY12000/28/64D型液压支架工作状态良好,能够较好地适应沟谷地貌条件下煤炭的安全生产要求。