大倾角煤层长壁开采顶板结构时空演化特征

为了明确大倾角煤层走向长壁开采顶板结构时空演化规律,采用物理相似模拟、数值模拟、现场实测综合互馈的研究手段,对采空区矸石的非均匀充填特征、顶板结构空间展布形态、围岩主应力大小渐变与方向偏转的演化过程和支架工作阻力的区域性特征进行研究。结果表明：随着推进距离的不断增大,底板上矸石堆积范围增大,在支架后方采空区开始往复出现倒三角的临空面;在深部采空区,矸石堆砌与水平面之间夹角沿倾向下部至上部不断减小;顶板位移呈现出“增大-稳定”的演化趋势,峰值位置由工作面倾向中上部区域向倾向中部迁移;顶板应力传递拱壳呈典型的非对称分布特征,拱壳内部岩体受力状态由双向受压转为单、双向受拉,主应力方向由x轴正向转为负向;顶板变形破坏的非对称性使得工作面支架工作阻力呈现倾向中上部较大、离散程度高,倾向中下部较小、离散程度低的区域特征。研究结果可为大倾角煤层长壁采场顶板稳定性控制提供一定的参考与指导意义。     

大倾角综采面覆岩移动规律的相似材料模拟

为了全面研究大倾角煤层开采上覆岩层垮落特征和围岩应力分布规律,运用相似材料模拟新庄孜矿大倾角综采工作面的开采,研究开采后大倾角工作面上覆岩层移动规律及应力变化特征.随着工作面的推进,岩层裂隙自下而上发展,顶板不断冒落,形成初次来压和周期来压;冒落的岩层有垂直位移且沿层理下滑,使得采空区上部垮落高度比下部大,工作面下部的初次和周期垮落步距比上部小.覆岩的冒落拱呈不对称性,边界向采空区上部偏移,呈上虚下实的状态.模拟实验为大倾角煤层综采技术的应用和推广提供了理论依据.     

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。     

大倾角煤层开采“关键域”转换与岩体结构平衡特征

为解决大倾角煤层走向长壁开采过程中采场围岩中"关键域"非确定性和岩体结构变异问题.采用平面、三维立体相似模拟实验、数值分析、理论分析等综合研究方法,分析了沿工作面倾斜方向不同区域"关键域"转换和岩体结构平衡机制,结果表明:在覆岩"应力-冒落"双拱作用下,工作面下部"关键域"向直接顶和伪顶岩层转移,岩体结构破断方式为直接垮落,中部"关键域"处于基本顶中下位岩层中,岩体结构破断方式为一次回转垮落,上部"关键域"向基本顶上位岩层中转移,岩体结构破断方式为二次回转垮落,不同区域岩体结构破断的分区特征,导致了工作面来压的时序性和非均衡性.     

大倾角煤层回采巷道断面适应性

基于大倾角煤层回采巷道围岩应力显现规律,采用数值分析方法对不同类型断面巷道的围岩塑性区及应力非对称分布特征进行研究,并建立异形断面巷道围岩破坏力学模型,确定其合理的支护方式.结果表明,大倾角煤层回采巷道围岩塑性区沿煤层倾斜方向演化,顶底板破坏深度大于两帮,且两帮破坏程度差异大;巷道断面形状不同,导致巷道围岩应力集中程度、塑性区及变形量等有很大差异;拱形巷道围岩变形适应性好,异形巷道两侧的顶角煤易发生剪切破坏,但考虑回采巷道掘进、设备运行及服务年限等需求,常用异形巷道;采用"锚网+钢带+锚索"的支护形式,加强异形巷道顶板帮及坡顶煤的支护,满足支护阻力大于F1和F2,可明显减少巷道围岩变形,保持巷道的稳定性.     

大倾角综采工作面覆岩运移规律

为研究大倾角综采工作面覆岩运移规律,运用FLAC3D数值模拟软件建立模型,分别模拟了煤层开采过程中不同推进距离的围岩垂直应力分布,以及顶底板垂直位移,并通过现场对液压支架工作阻力沿推进方向和倾斜方向的统计分析,进一步分析了大倾角工作面覆岩运移特征.结果表明:大倾角煤层开采过程中,沿工作面倾斜方向垂直应力和位移具有非对称性,中部和上部覆岩位移量和垂直应力释放范围均较下部大,覆岩活动较为剧烈.研究结论为工作面支架安全管理提供了依据.     

大倾角走向长壁开采"R-S-F"动态稳定性实验

通过平面应力走向、倾斜和三维可加载块体模型等手段,较系统地研究了大倾角煤层走向长壁工作面(倾斜布置)开采过程中矿山压力显现规律、围岩变形、破坏与移动特征和工作面支架与设备的下滑机理;分析探讨了顶板破断岩块运动、底板破坏滑移以及主要回采工序对支架或支护系统工作阻力和"R-S-F"(顶板-支架-底板)系统动态稳定性的影响;提出了现场工业性试验时需要注意和重点解决的关键技术问题。     

大倾角“三软”煤层走向长壁工作面下行收作法

随着单体液压支柱在地方煤矿的推广应用和生产管理技术水平的提高,走向长壁采煤法适应的煤层倾角范围有逐步增大的趋势。瓦庄煤矿自2008年以来先后开采了8个大倾角走向长壁工作面,其中还包括三个下石盒子组3层煤大倾角＂三软＂煤层走向长壁工作面。     

大倾角走向长壁开采“R—S—F”动态稳定性实验

通过平面应力走向、倾斜和三维可加载块体模型等手段，较系统地研究了大倾角煤层走向长壁工作面(倾斜布置)开采过程中矿山压力显现规律、围岩变形、破坏与移动特征和工作面支架与设备的下滑机理；分析探讨了顶板破断岩块运动、底板破坏滑移以及主要回采工序对支架或支护系统工作阻力和“R—S—F”(顶板—支架—底板)系统动态稳定性的影响；提出了现场工业性试验时需要注意和重点解决的关键技术问题。     

大倾角多区段开采顶板运移及其采空区充填规律实验研究

为了研究大倾角煤层多区段开采围岩运移规律,采用物理相似模拟实验方法,分析了大倾角煤层多区段采场顶板和煤柱变形破坏规律、底板应力分布及演化规律、垮落矸石充填特征等。结果表明:大倾角煤层多区段开采围岩运移规律不同于单区段开采,下区段采动导致上区段采场倾向中、上部垮落顶板出现二次下沉和滑移,顶板运移曲线呈现沿倾斜方向"上大下小"的双峰特点,垮落顶板非均匀充填导致采空区底板应力沿倾向呈现出中部下部上部,下区段采动导致上区段采空区中部底板应力显著增加。下区段开采致使区段煤柱上、下两侧非对称受载并发生破坏,引发了煤柱-上区段采场煤岩体的连锁运动;区段煤柱支承压力从上区段开采时的"W"型分布变为下区段开采时的"V"型分布,增载系数达到4.9.研究可为大倾角煤层多区段围岩控制提供了理论指导。     

基于FLAC3D五沟煤矿1019工作面采动围岩变形研究

垮塌和突水是严重威胁矿井安全的因素,五沟煤矿1019工作面属于深部煤层开采,开采难度较大,同时首次采用走向长壁开采的方式开采10煤。为实现安全绿色开采,根据五沟煤矿的工作面概况及水文地质资料,使用FLAC3D软件对煤层开采过程中的围岩变化进行模拟。通过对工作面推进过程中竖向应力、竖向位移、剪切应力云图的分析得出:煤层开挖后工作面围岩应力重新分布,在应力的作用下产生变形,但在渗流模式下煤层顶底板的应力和位移较小,工作面整体相对稳定。结合安全开采提高围岩性能的思路,提出对煤层顶底板实行监控及支护手段,进而为1019工作面安全开采提供理论可行性支持。     

大倾角不等长工作面矿压显现特征研究

为了解决大倾角煤层不等长综采工作面回采衔接点处围岩控制的难题,以淮南某矿12124工作面为研究对象,采用数值模拟和现场观测方法,构建了不等长工作面FLAC3D数值模拟试验模型。开展了不等长工作面衔接点处围岩应力演化规律与控制方法研究。数值模拟结果表明:(1)受煤层开采与切眼2的叠加影响,工作面对接前后垂直应力出现先增大后减小的变化趋势,且工作面倾向不同位置点的围岩应力变化呈现非对称性;(2)通过衔接点前后支承压力演化过程的对比分析,确定工作面衔接点处为矿压重点防控区域。结合数值模拟结果及现场观测,提出了不等长工作面支架对接技术以及顶板管理措施,工作面回采顺利,实现了工作面的安全高效开采。     

大倾角“三软”煤层工作面支护设计的研究

依据现场实测结果和大倾角“三软”煤层工作面开采的特点,建立了对支护设计影响较大的围岩不同力学结构模型。在此基础上,分析了大倾角“三软”煤层工作面矿压显现特征及其对工作面支护的影响,提出了工作面支护设计的原则和方法。     

浅析倾斜分层开采经验

本文通过水平分层与倾斜分层开采对比,阐述了大倾角煤层采用走向长壁倾斜分层综采放顶煤方法开采的优越性,同时就倾斜分层综放工作面技术管理加以阐述与探讨。     

大倾角煤层长壁开采矸石滑移充填效应分析

为研究大倾角煤层开采过程中矸石滑移充填对工作面矿压的影响机理,建立了大倾角煤层开采工作面下部矸石充填力学模型,并对新疆焦煤集团25112工作面展开了物理相似模拟实验和现场矿压监测。得到了大倾角煤层开采工作面岩梁剪切力、弯矩分布和两端支座反力的表达式,以及25112工作面矸石滑移充填特征和工作面不同区域支架载荷分布。结果表明,矸石滑移充填具有非均匀性,工作面矿压现象具有分区域性,来压时间具有时序性。由于受矸石的充填效应影响,大倾角煤层开采工作面充填区与近水平煤层开采相比,顶板岩梁的剪切力、弯矩都有所变小,工作面下部的矿压显现缓和于工作面中上部,来压时间滞后中、上部工作面。随着工作面沿倾向向上充填程度的逐步减弱,工作面矿压将增大,增大支架的支撑力可减缓工作面煤体(壁),顶板的受力状态,利于工作面的顶板管理。     

倾斜薄煤层开采工作面覆岩活动的规律

为解决倾斜薄煤层顶板控制技术难题,以东风煤矿倾斜薄煤层开采为背景,运用RFPA2D软件,建立数值模型,分析不同倾角下薄煤层工作面覆岩活动规律及顶板失稳特征。结果表明:倾斜薄煤层开采后,直接顶从采空区中部偏上向采空区弯曲,最后发生断裂破坏形成冒落带,顶板冒落沿层面向下滑动,冒落呈不对称形状;倾斜薄煤层工作面煤体上段顶板压力最大,下段次之,中段最小;随着煤层倾角的增大,顶板沿煤层倾斜方向的分力增大,垂直作用在支架上的分力减小,导致工作面推进方向的工作面矿压显现逐渐变缓,顶板下沉量也将变小。该研究为类似地质条件的倾斜薄煤层工作面顶板控制提供了理论依据。     

保护层开采过程中围岩应力演化规律研究

分析了冲击煤层上保护层开采过程中围岩应力演化规律,研究表明：在工作面开采前方0～20m范围煤岩体内纵向压力处于增长阶段,应力集中系数达到2.0,在20～60m为纵向压力逐步恢复阶段,应力集中系数达到1.7,应力集中峰值出现在工作面前方5m处左右,工作面开采50m之后,超前支撑压力有规律的呈现两次应力集中和两次应力释放现象;分析了保护层采空区及工作面下覆不同垂直高度处围岩应力随煤层开采进度演化规律,指出采空区纵向应力随采空区深入,呈现逐步增大趋势,在采空区两侧下方被保护层应力值升高幅度要大于其中间区域,保护层工作面的压实作用传递到被保护层工作面在空间上稍微滞后,这个滞后的距离在30～40m之间。     

浅谈大倾角综采工作面的开采技术

大倾角煤层采用走向长壁综合机械化开采中,工作面配套设备的稳定性是开采的技术关键。液压支架是综采工作面的主要设备,在开采时管理不好容易出现倾倒和下滑,严重时出现倒架、挤架,使支架推拉困难。输送机下滑同样是综采工作面常会出现的问题。     

谈大倾角工作面长壁采煤法回采工艺的完善

目前大倾角工作面的开采已成为我国煤炭资源的重要来源之一,其开采量呈现出稳定的上升趋势。然而与缓斜煤层的开采相比,生产环境的特殊性还是给实际作业带来了很多困难,不利于开采稳定、高效、顺利地进行。本文分析了长壁采煤法的特点,并针对多断层工作面作业中走向长壁炮采工作面采煤技术,提出了具体的应用方法及其必须严格控制几个关键环节。     

孤岛工作面沿空掘巷合理窄煤柱宽度模拟

针对孤岛工作面的回采巷道留设大煤柱造成煤炭资源的损失,且较宽的区段煤柱在工作面回采后形成应力集中,影响邻近煤层的开采和底板巷道的稳定的问题.以城郊煤矿2107孤岛工作面回采巷道沿空掘巷为工程背景,采用UDEC数值模拟软件对2107工作面回采巷道不同宽度条件下的围岩稳定进行了分析研究,结果表明:当区段煤柱宽度为4m时,巷道围岩控制能满足工作面安全生产的需要.