厚基岩坚硬顶板下中厚煤层开采矿压规律研究

为探究厚基岩坚硬顶板工作面回采时矿压规律及覆岩垮落结构,以锦界煤矿三盘区首采工作面31301综采工作面为研究对象,采用理论分析、现场试验等方法进行研究,同时采用数值模拟进行验证。结果表明：影响工作面支架载荷的岩层为等效直接顶、下位基本顶、上位基本顶,等效直接顶基本随采随落,下位基本顶以台阶岩梁结构周期性垮落,上位基本顶及以上坚硬岩层以砌体梁结构周期性破断。工作面初采时,下位基本顶先出现周期性破断,工作面显现为弱来压状态,支架动载系数约1.14～1.2;当上位基本顶达到破断极限时,工作面开始出现强来压,且之后周期来压呈现强弱交替的规律,当下位基本顶来压而上位基本顶未来压时工作面矿压显现弱且来压持续距离较短,支架动载系数约1.18～1.28;当双层基本顶同时来压时工作面矿压显现强且来压持续距离短,支架动载系数约1.36～1.44,当下位基本顶先来压而上位基本顶后来压时工作面矿压显现先弱后强且呈现持续来压状态,支架动载系数约1.32～1.38。下位基本顶两次周期来压步距之和基本与上位基本顶周期来压步距一致,当下位基本顶两次来压步距之和小于上位基本顶周期来压步距时,则下位基本顶第二次周期来压一...     

浅埋厚煤层大采高工作面顶板岩层断裂演化规律的模拟研究

根据神东矿区上湾矿1 - 2 煤层的赋存条件,运用1∶50的大比例相似模拟试验,研究了 5.5 m 大采高综采工作面顶板垮落特征、顶板断裂位置及顶板垮落带和裂缝带“两带”高度等。研究结果表明：① 直接顶岩层分层垮落形成松散块体,难以充满采空区;② 由于一次采出的煤层厚度大幅度增加,原有直接顶远不能充填满采空区,基本顶的下位岩层分层垮落后,不能形成铰结结构,采高的增大使得直接顶的范围变大;③ 周期来压前,顶板的断裂位置一般超前工作面 7.65 m ;④ 顶板垮落带和裂缝带“两带”的高度呈现台阶式上升。     

综采工作面初采顶板预裂爆破参数的优化

在以往综采工作面初采过程中,随着工作面推进,经常出现直接顶和基本顶一次大面积垮落的情况,垮落过程中将采空区内瓦斯大量挤出,容易造成瓦斯超限,矿压比较大,工作面生产存在安全隐患。结合煤层围岩赋存情况,对综采工作面初采前顶板预裂爆破参数进行了优化,使工作面初采期间直接顶、基本顶均匀且多次少量有控制垮落,缩短垮落步距,减少顶板垮落的冲击,保证了大采高综采工作面初采期间安全生产。     

塔山特厚复杂煤层综放开采矿压显现规律研究

通过理论分析及现场实测,研究塔山8102综放工作面矿压显现规律。结果表明:初采阶段垮落顶煤可以充满采空区;正常放煤阶段,顶板不会形成悬顶结构,高位岩层可以形成一种类似铰接梁的平衡结构,但对支架危害不大;顶煤、直接顶与老顶的初次垮落步距分别为12 m、35 m和50m。     

锦界煤矿综采工作面水力压裂初次放顶矿压显现规律

为消除锦界煤矿综采工作面初采期间需采取强制放顶措施而产生大面积悬顶等一系列安全问题,分析了爆破强制放顶技术的矿压特点,并通过监测水力压裂初次放顶的水压和流量,统计顶板初次垮落特点和工作面支架工作阻力变化,分析了锦界煤矿31111工作面水力压裂初次放顶矿压显现规律。研究表明:水力压裂初次放顶呈现出分层、分次、逐步垮落特点,消除了初采期间顶板大面积一次垮落给工作面造成的危害。初采期间工作面支架来压动载系数降低,有效缓解初次来压对支架造成的冲击载荷。矿压规律及顶板垮落效果显示,水力压裂是一项安全可靠的工作面初次放顶技术。     

坚硬厚基岩浅埋煤层切眼合理放顶高度研究

针对坚硬厚基岩浅埋煤层初采期合理强制放顶高度的问题,以神府矿区石窑店煤矿215206工作面为背景,采用数值模拟对浅埋厚基岩顶板需要处理的合理层位进行研究,并在此基础上分析研究强放高度与基本顶初次来压歩距关系。结果表明:当顶板处理层位达到下位基本顶时,下位基本顶和直接顶垮落可充满采空区,从而使上位基本顶只发生断裂而非垮落,避免上位基本顶发生垮落失稳带来的强冲击,能有效减小基本顶初次来压强度;强制放顶高度存在一个合理区间,在此区间内来压步距随着放顶高度增加而线性减小,当超过该区间时基本顶初次来压步距增大并维持在一个定值,最终研究确定215206工作面切眼强放高度为7m。     

回坡底矿近距离煤层采空区下工作面矿压显现规律研究

近距离煤层在我国分布非常广泛,为研究近距离煤层下位煤层开采时顶板的运移规律和采煤工作面的矿压显现规律,以回坡底矿10-101工作面为例,根据工作面详细的地质条件,采用UDEC数值模拟软件模拟研究顶板的垮落特征,通过现场矿压监测分析工作面来压规律,结果表明:由于上位煤层对于下部煤层顶板的破坏,下位煤层开采时,顶板和上覆岩层随采随跨,工作面无明显的周期来压现象,11-101工作面所用液压支架工作阻力富余偏多。     

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。     

坚硬顶板特厚煤层初采初放卸压控制及回采率分析研究

针对工作面初采期间强矿压显现现象以及采出率低的问题,以唐家会煤矿坚硬顶板特厚煤层为背景,采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法综合研究开切眼切顶卸压技术条件下工作面上覆岩层垮落规律、围岩应力与位移演化特征、顶煤受采动影响破坏规律。FLAC^3D数值模拟发现,采用切顶卸压技术可以切断工作面基本顶和切眼煤壁的应力传递,降低工作面超前支承压力峰值,加快上覆岩层回转下沉失稳,使顶板垮落更充分,同时使工作面前方顶煤水平位移增加,顶煤得到更高程度的破坏。理论分析发现,初采切顶卸压技术使基本顶由固支梁转化为悬臂梁,工作面切顶后可以避免采空区顶板大面积悬空,使顶板迅速垮落,优化工作面应力环境。现场实测表明,该技术的应用有效解决了坚硬顶板特厚煤层工作面强矿压显现问题,保障了工作面安全开采,使综放开采可以快速放煤,大幅提高了煤炭回采效率和经济效益。     

固体充填工作面液压支架合理工作阻力确定

通过深入研究某矿建下固体充填工作面矿压显现规律,进一步分析了充填采场覆岩移动规律,并通过建立力学简化模型来分析充填支架与围岩的关系,直接顶和基本顶由于受到固体充填体的支撑作用,直接顶的初次垮落步距增大,采场周期来压现象不明显,但仍有周期来压现象,且来压步距增大,从而合理确定充填液压支架的工作阻力。研究成果为充填支架选型提供依据,也促进了固体充填开采工艺的发展。     

大倾角煤层坚硬顶板综采面预裂破顶技术研究

通过数值模拟理论分析与现场试验相结合的方法,研究并验证大倾角煤层坚硬顶板综采面预裂破顶技术的合理性,针对中厚坚硬顶板悬露距离长、突然断裂垮落产生冲击气流,发生推垮型事故,支架工作阻力急剧增大、支柱压穿、柱腔压裂、支架变形、瓦斯突然涌出,瓦斯超限等问题,研究大倾角坚硬顶板条件下的综采工作面矿压显现规律、工作面顶板的垮落特征、大倾角坚硬顶板破断后覆岩移动规律。提出大倾角坚硬顶板控制技术,以破坏顶板的完整性为前提,根据直接顶、老顶的厚度及岩性特点设计放顶方案。研究成果为具有类似条件的矿井坚硬顶板控制具有重要的借鉴意义。     

小纪汗煤矿11213大采高工作面矿压规律研究

为解决小纪汗煤矿11213大采高综采工作面来压剧烈,部分支架压死及支架掩护梁开裂等问题,通过分析工作面开采地质条件和现场矿压观测结果,认为关键层的垮落失稳结构特征是矿压显现剧烈的主要原因。根据关键层理论应用数值模拟研究得到11213工作面上覆岩层存在复合关键层结构,上位及下位关键层的周期性破断导致工作面来压,特别是上位关键层的破断导致工作面来压剧烈,因此提高液压支架的初撑力和稳定性能够很好的防止煤壁片帮,控制直接顶和基本顶的相对运动,从而有效地保证工作面安全有序生产。     

近距离煤层下位煤层顶板弱化处理技术

为了解决工作面初次来压垮落步距过大问题,针对平朔井工二矿11号煤层赋存情况及开采技术条件,通过利用基本顶固支岩梁力学模型,对该矿11号煤层首采工作面基本顶初次垮落步距进行了分析和计算,提出了在工作面开切眼中采用顶板深孔预裂爆破弱化的方法,减小工作面初次来压的垮落步距。现场矿压监测与分析结果表明,顶板经过弱化处理后初次来压步距仅为15.6 m,从而减小了采空区顶板悬露面积,有效防止了该工作面顶板大面积来压的发生,保证了近距离煤层开采中下位煤层首采工作面初采期间的安全回采。     

麻家梁矿采动双硬顶板工作面覆岩运移规律

以麻家梁煤矿14201双层坚硬顶板工作面为例,进行相似模拟实验和矿压观测,得到了上位坚硬顶板的初次来压步距为106 m,周期来压步距为50~60 m,下位坚硬顶板的初次来压步距为60 m,周期来压步距为20~25 m,发现双硬顶板破断失稳整体呈现"下位短悬臂梁与上位长砌体梁"结构,垮落方式分为下位坚硬顶板单层垮落和上、下位坚硬顶板的同步垮落2种;下位坚硬顶板垮落形成"小周期来压";上位坚硬顶板垮落给采场及巷道围岩造成较为剧烈的影响,形成"大周期来压"。     

综放工作面端头悬顶水力压裂治理技术研究

为解决王家岭煤矿综放工作面端头悬顶难垮问题,依据顶板岩层力学性质和赋存特征,采用数值模拟手段研究综放工作面矿压显现规律,揭示综放工作面端头悬顶机理并提出相应的治理技术。研究结果表明:水力压裂可定向压裂顶板岩层,从而削弱顶板的强度及完整度,使采空区顶板分层分次垮落,缩短初次来压和周期来压步距,端头悬顶面积小于10 m~2,减小甚至消除了坚硬难垮顶板给工作面安全回采带来的威胁。     

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。     

大倾角综放工作面矿压显现规律研究

大倾角煤层综放工作面的覆岩破断特征与矿压显现规律受倾角大、“三软”和其它地质条件等的影响,会出现支架钻底、煤壁失稳片帮、架间漏顶冒顶和支架咬架倒架等问题,严重影响工作面的安全正常生产。以汾源煤业大倾角煤层5-101综放工作面为研究对象,采用物理相似模拟实验和现场监测方法,分析大倾角煤层综放工作面覆岩运移破断特征、顶板垮落步距及矿压显现规律。研究表明：大倾角综放工作面受采空区矸石充填程度的差异非均衡性,下端头充填密实,基本顶形成“倾向砌体”铰接结构,上端头基本顶作为规则冒落带随割煤推进发生冒落,呈悬顶状态居多;基本顶向工作面正上方延伸扩展发生离层,中下部的上方区域离层量大于其他区域,顶板破断沿工作面倾斜呈起伏状。大倾角综放工作面顶煤松软,支架后柱空顶显现严重,整体压力偏低,正常推采期间支架长期处于低阻力运行状态。大倾角综放工作面不同区域顶板来压频次和强度差异性较大,两端区域顶板来压频次和强度要低于中部区域,工作面矿压显现呈现明显的“时－空－强”非对称特征。     

开元矿坚硬顶板工作面深孔预裂技术研究

开元矿9814回采工作面上覆厚硬砂岩顶板,初采初放期间易发生顶板悬露,使得支架工作阻力增高、煤壁片帮破坏,同时基本顶的突然破断会引起强矿压显现,威胁工作面生产安全。针对坚硬顶板控制难题,提出在开切眼采用深孔预裂技术,提前对工作面前方顶板进行劣化,并设计了爆破施工参数。现场应用效果表明:通过深孔预裂技术的实施,采面前方顶板劣化效果明显,顶板及时垮落,基本顶来压平稳,支架工作阻力在可控范围内,保障了工作面的正常生产。     

8605工作面坚硬砂岩顶板深孔预裂爆破卸压技术研究

煤峪口矿8605回采工作面顶板为厚硬砂岩顶板,采面推过后不能及时垮落,在悬露顶板作用下工作面矿压显现强烈、支架工作阻力增高、煤壁片帮破坏。针对以上难题,提出深孔预裂爆破技术对顶板进行卸压,设计了深孔预裂爆破参数。应用效果表明:采取深孔预裂爆破措施后,随着工作面推进不再出现顶板悬露现象,工作面来压平稳,支架工作阻力在可控范围内。     

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。