急倾斜特厚煤层顶板非对称平顶型拱结构对比分析

急倾斜特厚煤层(倾角大于45°)水平分段综放开采与缓倾斜煤层综放开采后的悬空顶板在赋存状态和受力环境上均存在明显差异,导致2种情况下顶板失稳垮落后所形成的顶板结构区别较大。以乌鲁木齐矿区急倾斜特厚煤层顶板结构演化规律为研究目标,采用理论分析、数值计算和现场监测等综合方法,揭示急倾斜特厚煤层非对称平顶型拱结构随煤岩层赋存角度变化的演化规律。结果表明:急倾斜特厚煤层顶板垮落后能够形成平顶型拱结构,并且随煤层倾角增大,非对称平顶型拱结构的拱高、高跨比和半拱跨度比均减小,拱顶位置向地表浅部方向移动,顶板垮落范围和垮落岩体的体积减小,支架承受载荷降低。     

成庄煤矿4311综放工作面矿压显现规律及覆岩垮落特征

掌握综放工作面来压和覆岩运移规律对综放工作面安全高效开采具有重要意义。以成庄煤矿4311综放工作面为工程背景,通过物理模拟对工作面覆岩垮落特征、矿压显现规律、支架载荷分布规律和覆岩"三带"发育特征进行了研究。结果表明:4311工作面初次来压步距58.5 m,周期来压步距11.5～27 m,平均18 m。工作面覆岩垮落呈现明显的"三带"分布规律,垮落带高度最大48 m,裂隙带高度最大169 m,煤层顶板169 m以上为弯曲下沉带。工作面推进222 m后达到充分采动,最大裂采比26.20,工作面顶板来压时,支架载荷一般大于3 500 kN/架,最大为4 115 kN/架,给出了合理的支架选型工作阻力为4 372～4 938 kN,4311综放工作面开采过程中没有出现压架现象。     

亚急斜煤层采空场覆岩变形破坏数值与相似模拟

依据煤层倾角及开采后顶板破坏特征及其影响不同,将倾角在45～60°的煤层称为亚急斜煤层,其开采过程中顶板影响相对显著。文中针对乌鲁木齐矿区,通过相似材料与数值模拟试验,对亚急斜水平分段放顶煤开采过程中采空场覆岩变形破坏特征进行了试验研究。研究结果表明:亚急斜煤层开采过程中采空场覆岩变形破坏主要沿煤层法向方向发展;基本顶(老顶)岩层破坏后并没有直接垮落,而是有可能形成一定的结构体——铰接岩块结构;关键层位结构体的回转失稳是造成大范围覆岩剧烈活动的根本原因;岩层结构的存在,特别是关键层位结构体的存在,使得覆岩大范围垮落对工作面的影响程度大大降低了,支架可以保持良好的运转,有助于工作面的安全高效生产。     

坚硬煤层综放开采支架-围岩关系特点分析

实践表明,坚硬特厚煤层综放工作面的支架载荷及其波动较大,周期来压明显且存在大压、小压现象,来大压时有时还非常剧烈。这与一般的松软或中硬特厚煤层综放工作面有着明显的差别。文中对此进行了系统总结。分析认为,坚硬煤层综放工作面存在剧烈矿压显现的根本原因是顶煤传递顶板压力的能力较强,以及顶板存在的大、小结构的特征。     

坚硬煤层综放开采支架-围岩关系特点分析

实践表明，坚硬特厚煤层综放工作面的支架栽荷及其波动较大，周期来压明显且存在大压、小压现象，来大压时有时还非常剧烈。这与一般的松软或中硬特厚煤层综放工作面有着明显的差别。文中对此进行了系统总结。分析认为，坚硬煤层综放工作面存在剧烈矿压显现的根本原因是顶煤传递顶板压力的能力较强，以及顶板存在的大、小结构的特征。     

松软煤层稳定顶板综放工作面的矿压显现特点

针对乌兰煤矿5343综放工作面的特殊开采条件,采用现场矿压观测和综合分析方法研究了松软煤层稳定顶板综放工作面的矿山压力显现规律,掌握了其矿压显现的基本特点。5343综放工作面顶板初次来压步距24.2 m,周期来压步距平均9.41m,工作面支架平均载荷和最大载荷的差距不大,但支架前柱的载荷显著大于后柱的载荷。该结论有助于提高这类综放工作面的安全生产水平。研究结果表明,与一般的松软煤层综放工作面相比,松软煤层稳定顶板综放工作面的矿山压力显现相对比较剧烈,工作面存在着比较明显的周期来压现象,工作面煤壁片帮冒顶更为严重,工作面顶板管理难度很大;     

偏薄中厚煤层综采面矿压显现规律

针对偏薄中厚煤层亟待开采的现状,采用理论分析和数值模拟的方法对偏薄中厚煤层综采工作面的覆岩运移规律及应力分布特征进行研究,结合现场实测分析了工作面顶板的来压特征和支架工阻,得出了工作面矿压显现的一般规律.研究结果表明:工作面自开切眼开始向前推移,塑性区破坏范围以"O"型圈的形式向四周延展,影响区域不断扩大;岩层运移和应力分布经历了初始、发展和稳定的动态过程,覆岩移动受时空因素影响显著,支承压力与顶板破断具有同步效应;从能量场的角度揭示了能量释放与应力集中是导致煤矿动压灾害的根源.研究结论为相同煤层条件下的采场矿压观测和顶板监控提供理论指导.     

急倾斜煤层顶煤超前预爆破工艺分析

急倾斜煤层综放面顶煤弱化是实现安全高效开采关键技术之一。水平分段放顶煤开采已成为乌鲁木齐矿区目前采用的主要开采方式。以乌鲁木齐矿区急斜特厚煤层高阶段综放开采问题为研究背景,通过对碱沟煤矿东三+564 mB3+6综放工作面煤层赋存与开采条件调查,辨识了影响安全开采的灾变源,实施了顶煤超前预爆破弱化工艺,并采用多种监测手段,保障了安全开采。     

松软煤层稳定项板综放工作面的矿压显现特点

针对乌兰煤矿5343综放工作面的特殊开采条件,采用现场矿压观测和综合分析方法研究了松软煤层稳定项板综放工作面的矿山压力显现规律,掌握了其矿压显现的基本特点.5343综放工作面顶板初次来压步距24.2m,周期来压步距平均9.41m,工作面支架平均载荷和最大载荷的差距不大,但支架前柱的载荷显著大于后柱的载荷.该结论有助于提高这类综放工作面的安全生产水平.研究结果表明,与一般的松软煤层综放工作面相比,松软煤层稳定顶板综放工作面的矿山压力显现相对比较剧烈,工作面存在着比较明显的周期来压现象,工作面煤壁片帮冒顶更为严重,工作面项板管理难度很大;     

急斜特厚煤层综放面瓦斯运移规律与综合治理

水平分段综放开采是急倾斜煤层充分回收煤炭资源的重要手段.瓦斯动力学迁移致灾与煤岩运移规律密切关联.针对急倾斜特厚煤层高阶段综放开采下易导致瓦斯突然急剧释放、瓦斯超限及综合治理难题,以乌东煤矿西采区安全开采为研究背景,采用理论分析、实验测试和现场试验等方法,提出了基于矿压调控的瓦斯立体抽放工艺技术,开展现场应用验证.结果表明:工作面预抽率为5.8％,回风瓦斯浓度基本保持在0.02％左右,实现了工作面安全高效生产.     

矿井急倾斜煤层开采实践

我国急倾斜煤层分布广泛,其地质条件大多数比较复杂,经过长期的勘探和开采,对现有生产矿井中的急倾斜煤层的赋存特征已有相当的了解,急倾斜煤层的开采方法与煤层埋藏的地质条件有密切关系。开采急倾斜煤层的煤矿存在水害威胁、瓦斯、自然发火等重大安全生产隐患。为了保证急倾斜煤层综放工作面安全开采,加强回采工艺各环节管理,防止溃水溃泥、瓦斯增大等带来的不安全隐患。通过改革综采支架和开采技术管理,增强综放工作面安全开采。回采实践证明,急倾斜煤层开采管理方法保证了梅河煤矿四井多个综放工作面的顺利安全回采,创造了巨大效益。至今在梅河煤矿四井急倾斜煤层综放开采经历了25年,有较成熟的开采经验。为类似矿井开采提供了宝贵的管理经验。     

急倾斜煤层走向综采覆岩破坏特性研究

为研究急倾斜煤层走向综采覆岩变形及破坏规律,采用力学分析、相似模拟实验及数值模拟分析,得到工作面覆岩破坏特性及岩层移动规律.研究表明:(1)急倾斜煤层综采面推进后,顶板位于工作面中部偏上覆岩处的岩层出现了挠度最大值,导致顶板断裂呈现由工作面顶板岩层的"中上部-上部-中下部-下部"的垮落顺序.(2)工作面上部覆岩以产生拉伸破坏为主,中、下部覆岩以剪切破坏为主;直接顶冒落的矸石充填下部近1/3的采空区域,且上部出现垮落区域比下部范围明显更大.(3)工作面下部应力集中系数比上部大1.2倍左右,工作面的下部端头支护处在极不均匀的高应力集中区,工作面端头及超前支护相当困难.     

急倾斜煤层分段开采下部煤岩体应力及位移演化规律

为了掌握急倾斜特厚煤层分段开采时工作面下部煤岩体应力及位移演化规律,采用数值模拟方法研究了工作面下部煤岩体和工作面底板的应力及位移分布,并分析了分段高度和开采深度对下部煤岩体应力及位移的影响。研究表明：上分段开采后,下部不同深度煤岩体卸压范围均呈长轴沿煤层走向的椭圆状,但卸压范围并不对称,底板侧和顶板侧的煤岩体卸压程度不同,靠近底板侧卸压程度更大。下部煤体卸压深度大小为底板侧>工作面中部>顶板侧。煤层底板不同深度出现不对称卸压区,靠近回采分段上端部的煤层底板处垂直应力明显集中。急倾斜煤层分段开采,段高对下部煤体的卸压深度范围影响较小。开采深度不同时,随着埋深增加,工作面下部煤岩体应力集中区域增大,下部同一深度煤体的垂直应力、垂直位移均出现明显增加,开采深度对工作面下部煤岩体的卸压范围影响明显,埋深越大卸压范围也越大。     

综放面覆岩运动“时-空-强”演化规律分析

综放面覆岩运动是制约安全开采的关键问题之一。以新疆大南湖一矿1303综放工作面开采为工程背景,基于对工作面覆岩运动"横三区"与"竖三带"经典理论的理解,将区块链式演化思想应用于综放覆岩运动数值模型构建与链式演化过程精细计算,构建开采扰动区覆岩物理与数值计算模型,并将其植入三维有限差分计算FLAC~(3D)程序,揭示综放面覆岩运动"时间-空间-强度"链式演化与失稳破坏规律。结果表明:大南湖一矿综放面覆岩垮落带与裂隙带分别约为16.8 m与115 m.具有承载性的岩层受到外力破坏,均会出现应力集中;岩层垮落根据承载层和开挖尺寸不同,出现"分离-协同"运动现象,应力呈现"集中-分离-集中"规律,重合后的应力演化集中,造成工作面强矿压作用,这对现场安全开采提供了科学指导作用。     

急斜放顶煤开采顶板卸载拱结构分析

运用弹性薄板理论对急斜煤层水平分段放顶煤开采基本顶岩层进行拉应力分析,得出了顶板破断的判别准则.依据判别准则实例验证了分段开采后暴露岩板所受荷载只是整个上覆岩层中的一部分,指出上覆层中存在卸载拱结构,正是结构体的存在承担了大部分上覆岩层荷载,直接影响了开采过程的矿压显现.通过对卸载拱影响因素的研究,指出卸载拱是顶板岩层中的一种动态扩展结构,当原有的拱式平衡被打破,拱结构朝顶板侧上移,并达到一种新的平衡态,因此其范围是不断扩展的一个"平衡-失稳-再平衡-再失稳"的动态扩展过程,也是造成工作面矿压显现的原因.     

兴泰煤矿二1煤层坚硬顶煤预裂爆破技术

 急倾斜坚硬厚煤层的开采方法是采矿技术所面临的难题之一。由于急倾斜坚硬厚煤层矿山压力显现不清楚,煤层顶板管理复杂,顶板事故多,回采率低等诸多因素的存在,使得矿井生产能力的提升及经济效益的提高受到束缚。兴泰煤矿二₁煤层具有煤质坚硬、倾角大、瓦斯高、煤层厚等显著特点。因此,提高坚硬顶煤的冒放性是兴泰煤矿放顶煤开采所面临的主要技术难题。本文在对坚硬顶煤破碎特点分析的基础上,结合兴泰煤矿二₁煤层工程地质条件,提出了提高二₁煤层坚硬顶煤冒放性的主要技术措施及三种预裂爆破方案。通过现场试验,成功的解决了二₁煤层坚硬顶煤难以放出的问题,取得了预期的效果。实现了急倾斜坚硬厚煤层放顶煤开采技术的突破,对中国急倾斜坚硬厚煤层的开采具有指导意义。     

大倾角近距离煤层开采覆岩运移及顶板破坏特征

大倾角近距离煤层采场的矿压显现规律较大倾角单一煤层长壁采场更为复杂,需进行深入的研究。以2130煤矿4#煤和5#煤近距离大倾角煤层开采为背景,采用物理相似材料模拟实验、数值计算、理论分析和现场试验相结合的研究方法,系统研究了大倾角近距离煤层采场的覆岩运移及顶板破坏特征。结果表明,大倾角近距离煤层的连续开采,影响采场的覆岩垮落规律、围岩应力分布、顶底板变形破坏特征;近距离煤层两工作面不同的位置关系导致下煤层工作面顶板形成不同的力学结构、发生不同的变形破坏及位移,影响下层煤开采的矿压显现; 25221工作面的基本顶岩梁首先于上端处发生破断,并在之后的运移中于中部再次发生破断,影响了工作面支架载荷与稳定性,使工作面支架呈现出倾斜中部受载较大、下部次之、上部最小和中下部支架受载稳定、中上部受载多变的非对称特征。研究结果可为大倾角近距离煤层开采提供理论依据,并为2130煤矿的后续开采提供参考。     

软岩厚煤层综放开采覆岩破坏特征实验研究

为了探讨软弱岩层条件下厚煤层综放开采的覆岩破坏及矿压显现规律,运用三维相似材料模型实验台对铁煤集团大平煤矿S2S9工作面开采过程进行了实验研究,综合运用内部传感器监测和外部量测来获取模型应力、位移.实验结果表明:在未充分采动前,覆岩裂隙带范围总体趋势是按"梯形"的方式向上向前扩展,在工作面的推进过程中,直接顶初次垮落步...     

水平分段巷道放顶煤采煤法研究

论述了急倾斜中厚－厚煤层水平分段巷道放顶煤采煤方法，分析了工作面生产能力和促使顶煤冒落放出的措施。工业性试验表明，这是拓宽放顶煤采煤法在急倾斜煤层应用的有效途径。     

浅埋近距煤层采空区覆岩移动规律相似模拟

浅埋近距煤层采空区坚硬顶板覆岩与煤柱破坏易导致动力灾害,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉降,为确保此类矿井的安全高效开采,结合冯家塔煤矿1402综采工作面实际,对该煤矿进行了煤柱破坏与覆岩移动规律的物理相似材料实验模拟研究,试验是以1-1采区的开采为模拟对象,模拟在工作面长度为270 m的单一走向长壁开采后,上覆岩层的移动和变形规律。研究结果表明:随着浅埋近距煤层采空区的增大与时间的推移,开采时大面积来压是由于保护煤柱逐渐被压垮引起覆岩大面积冒落,致使近距煤层之间采空区导通,垮落从直接顶开始,逐步扩散至地表,上覆岩层的运移以垂直为主,水平运移并不明显,形成梯形状下沉,上部煤层开采后其覆岩关键层破断块体结构的稳定性是影响下部煤层开采时工作面矿压显现强烈程度的重要因素。