坚硬特厚煤层综放工作面覆岩破坏运动规律

采用现场观测和数值模拟分析的方法,对陕西彬长大佛寺煤矿40301首采综放工作面覆岩移动、矿压显现特征进行了分析研究,总结了坚硬特厚综放工作面覆岩运动破坏规律。结果表明,工作面存在较明显的周期来压现象,并具有一定的瞬时冲击性载荷特征。首采综放工作面顶板初次来压步距65.6m,周期来压步距23.67m,来压时最大工作阻力7291kN/架。工作面支承压力峰值在煤壁前方10～15m处,峰值压力约为19～25MPa,支承压力影响范围可达工作面前方50～60m。     

急倾斜水平分段综放面强矿压致灾机理及其防治

急倾斜特厚煤层水平分段综放开采条件下的强矿压致灾日益突出,严重制约矿井的安全生产。以乌东煤矿北采区45#特厚煤层为研究背景,构建物理相似模型,揭示了采场覆岩垮冒结构特征,理论分析综放面覆岩应力传递特征;通过FLAC3D软件建立三维数值计算模型,分析了急倾斜特厚煤层水平分段综放开采后覆岩的应力场及塑性区的变化特征。结果表明:急斜煤层赋存环境复杂,顶板不易垮落,易在采空区形成悬空顶板;+600水平分段煤层开采后,覆岩应力重新分布,在+575水平工作面沿煤层倾向距顶板巷6～45 m的采场煤岩体内,形成轮廓为"三角形"的应力集中区;随开采水平不断向深部延伸,应力集中程度不断增加,矿压显现也随之增剧。针对覆岩垮冒结构及应力特征,进行超前预裂爆破弱化技术,综放工作面支架压力和电磁辐射监测表明:支架压力下降了5～10 MPa,煤岩体平均电磁辐射强度由35.5 mV下降为14.4 mV,明显减缓了工作面强矿压显现,实现了安全生产。这对类似矿井安全开采提供了值得借鉴依据。     

南梁煤矿近距煤层采空区下开采工作面矿压规律研究

上煤层覆岩结构失稳特征是影响下煤层开采工作面矿压显现的主要因素。针对南梁煤矿30103工作面浅埋近距离煤层采空区下开采条件,采用相似模拟实验及理论分析对覆岩垮落特征和支架阻力进行了模拟研究。结果表明：采空区下开采,基本顶初次来压步距45 m,周期来压步距6～16 m,支架工作阻均小于8 500 kN;走向煤柱下开采,基本顶初次来压步距50 m,周期来压步距10～14 m,支架工作阻均小于9 000 kN。工作面在集中煤柱下25 m和出煤柱7 m处,上覆岩层发生滑落失稳,对工作面形成明显的动载冲击,支架阻力超过额定阻力,最大值达13 158 kN。集中煤柱弱化后,释放了煤柱集中应力,使得来压时上覆岩层形成相互协调破坏,避免了基本顶滑落失稳形成的载荷瞬态释放,支架阻力仅达到8 743 kN。采空区下开采顶板动压防控的优先次序为集中煤柱>走向煤柱>采空区。     

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;     

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。     

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;     

覆沙层下大采高工作面覆岩运移规律

大采高开采的方法是提高煤炭资源回收、实现矿井高产高效的重要发展方向,但也造成工作面覆岩破坏严重。为此,文中以宁东煤田赋存的覆沙层下特厚煤层为背景开展大采全高工作面覆岩运移研究,运用相似模拟的方法并综合多种监测仪器从模拟现象、力源两个角度对大采高工作面覆岩运移、下沉乃至垮落的特征进行了全程监测与分析。研究表明:大采高工作面覆岩垮落初次来压步距较大,支架带压移架后极易发生直接顶乃至老顶的突然垮落,工作面来压强烈、伴随有明显的支架动载现象;延伸至地表的裂隙有诱发地表覆沙层弯曲、有溃入工作面的可能;模型开采结束后形成了6条贯穿至地表且与工作面推进方向成60°的垮落裂缝;模型内部各岩层下沉范围随着工作面的推进而不断扩大,呈U字型下沉趋势。     

基于相似模拟实验的采动裂隙场演化规律研究

针对目前综放开采条件下对顶板岩移破坏时空演化规律研究不足的问题,采用相似模拟实验的方法对综放开采条件下覆岩移动和破坏机制以及采动裂隙分布规律和形态特征进行研究,结果表明:随工作面推进裂隙带逐渐地往上演化发展,而且当关键性岩层垮落断裂时,这种裂隙演化更为迅速;当工作面回采至240m时,离层裂隙趋于闭合,采动影响达到模型的顶部,裂隙带高度不再随着工作面推进距离的变化而改变。     

基于离散元方法及矿压显现监测的顶煤冒放效果评价

顶煤冒放性是决定综放工作面放煤成败的重要因素。根据高家堡煤矿101综放工作面的地质条件,借助离散元的二维颗粒流程序(PFC2D软件)对不同的放煤步距进行数值模拟。结果表明,其最佳的开采形式为"一采一放",即合理的放煤步距为0.8 m。由工作面回采期间液压支架工作阻力实测结果可以推断,在"一采一放"开采条件下,采场是在大厚度坚硬细粒砂岩垮落后形成的半拱状的"岩-矸"结构掩护下推进,没有出现基本顶周期性运动形成的周期来压现象。顶板运动总体较为稳定,保证了井下的生产安全,这为其他矿区类似条件下的开采提供了宝贵经验。     

浅埋薄基岩大采高工作面顶板破断特征和来压规律

为了揭示浅埋薄基岩大采高工作面顶板破断运动结构特征,在张家峁煤矿22201工作面辅运顺槽内施工3组钻孔,现场观测不同层位的顶板位移量,钻孔窥视顶板破断位置,实测统计对应的工作面支架工作阻力和超前支架工作阻力。结果表明:工作面上方顶板分层垮落,具有显著的时间和空间效应;顶板破断超前于工作面来压,超前破断距离约15～20 m;顶板冒落带高度15～18 m,平均顶板破断角65°;初次来压形成非对称三铰拱结构,周期来压形成台阶岩梁结构;端头区域内倾向不同层位的顶板呈弧形拱状冒落。工作面初次来压步距为32 m,来压时支架的平均工作阻力11 448 kN/架,周期来压步距为10～15.8 m,平均13 m,来压时支架的平均工作阻力10 343 kN/架,支架选型合理且利用率高;回风顺槽侧超前支承压力显现较明显,超前支承压力峰值位于工作面前方5 m内,显著影响范围约为10 m,一般影响区为15 m.     

澄合二矿24504综采工作面矿压显现特征

澄合二矿5号煤层松软、顶板稳定性差、煤层厚度较大,开采条件复杂,24504工作面为澄合二矿第1个采用1次全厚综采开采的工作面。采用现场观测方法,研究了24504工作面的矿压显现特征。工作面初次来压步距为31 m,平均来压步距9.4 m.工作面存在比较明显的周期来压来压现象,但来压强度变化相对较小;工作面平均支架工作阻力为2 500 kN/架,周期来压期间平均支架载荷3 713 kN/架,周期来压时平均最大支架载荷达到4 052 kN/架;工作面支架适应性比较好,主要设备选型配套合理。     

坚硬石灰岩顶板破断及来压规律模拟实验研究

澄合矿区10号煤层顶板为厚层状石灰岩层,其力学强度高、完整性好,采后不易垮落,严重威胁工作面安全.采用相似材料模拟实验,分析了10号煤层开采过程中坚硬石灰岩顶板的移动破坏和矿压显现特征.实验得出工作面项板初次来压步距65 m,周期来压步距平均22.8 m.结果表明,来压步距较大,矿压显现强烈,支架裁荷较高;厚层石灰岩项板垮落后冒落带较少,支架后方顶板多呈连续的弯曲下沉结构.     

孤岛煤柱膏体充填开采覆岩运动规律研究

为研究孤岛煤柱膏体充填开采覆岩运动规律,对岱庄煤矿2351膏体充填工作面支架压力进行了实际观测和分析。由于周围工作面回采结束时间较长,采空区内覆岩跨落后已经基本稳定。该工作面充填开采顶板初次来压步距为33.6 m,监测到的前4次周期来压步距分别为18.3、8.8、13.79、m。膏体充填条带煤柱开采采场与覆岩结构的特殊性决定了第一个周期来压步距相对较大。由于三面采空,虽然采用膏体充填采空区支撑上覆岩层,工作面顶板及其上覆岩层的断裂和下沉仍然十分显著。充填膏体的支撑作用使采场宏观矿压显现不明显,但三面的采空导致支架上的工作阻力较大,在推采停顿时间较长时矿压显现尤为明显。     

建北矿综放工作面矿压规律研究

黄陵矿区开采实践证实,综放液压支架能平衡采场上覆岩层载荷,综合机械化开采对于预防顶板事故固然就像"安全箱"一样可靠,但这必须是建立在设备选择合理并保证良好的运行状况的基础上的。并且建北矿的煤层赋存条件、支护、采高以及井型等方面与邻近的煤矿都有很大差异,如果不加研究而盲目地套用其综放工作面的矿压规律,将会存在严重的安全隐患,甚至导致事故的发生,而造成巨大的经济损失。4-2101工作面作为建北煤矿首采综放工作面其顶板运动及矿压显现规律具有一定的代表性。通过对首采工作面进行系统的矿压观测,获得了老顶初次来步距、来压的强度、支架阻力的动载系数等矿压规律参数。总结出了首采工作面的矿压显现规律,提出了合理的支护改善措施,研究成果不仅能指导4-2101工作面安全生产,而且对于研究工作面顶煤,顶板运动规律、支架选型、支护质量及实现矿井安全、高产、高效等都具有重要的现实意义。     

强制放顶爆破参数研究

榆神府矿区煤层顶板属于非坚硬岩层,但由于工作面初次来压步距很大,单体液压支柱无法抗拒覆岩整体切落和大面积垮落压力而容易引发大面积垮落灾变。数值模拟分析表明,非坚硬顶板工作面初次来压步距可以通过深孔和浅孔强制放顶减小。通过数值模拟和实际开采条件分析,提出了采用深浅孔结合进行强制放顶预防大面积垮落灾变的方法。得到了炮眼直径与最小抵抗线的关系,确定了非坚硬顶板强制放顶的爆破参数,为避免顶板大面积垮落灾变提供了可靠依据。     

地面压裂坚硬顶板对矿山压力显现影响的实验研究

地面压裂是控制煤矿坚硬顶板减少矿山压力灾害的一种新方法。但该方法的有效性以及地面压裂形成的水压裂缝的产状对矿山压力显现的影响尚待进一步研究论证。通过物理相似模拟实验,在模型中坚硬顶板内分别不预制裂缝、预制水平裂缝和预制垂向裂缝并模拟煤层开采,研究了采动过程中顶板的周期垮落、坚硬顶板的破断和工作面的矿压响应。研究表明,随煤层开采覆岩呈 “ ”型垮落规律,即先垮落采空区上方A区域,然后沿工作面推进方向垮落与A临近的B区域,再垮落A、B上方的C区域,间隔一定周期B、C区域同时垮落;受水平裂缝影响,顶板周期垮落步距平均缩短23.08%;受垂向裂缝影响平均缩短19.23%;含水平裂缝和垂向裂缝的坚硬顶板均提前破断,平均破断步距缩短10.23%;工作面推进至裂缝影响区时,覆岩作用在开切眼煤壁附近的矿山压力和工作面超前支承压力降低,表明压裂坚硬顶板可降低工作面矿压。研究成果对于揭示覆岩垮落规律、地面压裂控制矿压显现规律和矿山压力灾害防治具有重要意义。     

基于RFPA~(2D)的煤层顶板覆岩采动破坏数值模拟

本文在分析工作面揭露的开采地质条件和岩石力学性能等参数的基础上,运用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D)模拟分析了工作面煤层顶板覆岩层采动破坏特征。结果表明采动引起工作面顶板覆岩离层面和纵向破断面的张开和闭合是一个动态演化过程。区域内直接顶初始垮落步距约10m,基本顶的初次来压步距为60～65m,采动冒裂高度为57m。模拟结果为工作面顶板管理及上隅角瓦斯抽采提供了科学依据。     

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...     

低瓦斯高强度开采综放工作面卸压瓦斯抽采关键技术

为研究低瓦斯高强度开采综放工作面采动覆岩裂隙演化过程中瓦斯的运移规律,提高矿井瓦斯治理能力,以王家岭矿12302工作面为例,研究了煤层开采后上覆岩层的垮落和位移特征,通过分形维数定量描述了裂隙的发育情况,得到了覆岩的三带高度、跨落角、裂隙区等参数,以此参数建立数值模型研究采动裂隙与瓦斯运移的耦合特性,将研究结果应用于现场的卸压瓦斯的抽采设计并进行了效果检验。结果表明:走向模型的冒落带为28.2 m,裂隙带为118.6 m,切眼处和停采线处的垮落角分别为59.5°和51.5°,倾向模型的冒落带为28.2 m,裂隙带为113.6 m,进刀端和停采线处的垮落角分别为62.5°和55.5°;随着工作面开采距离的增加,分形维数先增大后减小最后趋于平稳;采场卸压瓦斯整体上有向上、向采空区深部、向回风巷一侧运移的特性,采空区深部瓦斯浓度可达20%,上隅角瓦斯浓度接近1.5%,采动裂隙带瓦斯聚集区位于距回风巷20～50 m、高度距煤层顶板25～50 m范围内;采用高位定向长钻孔抽采采动裂隙带聚集瓦斯的抽采效果较好,上隅角和回风流瓦斯浓度均小于0.8%,保证了矿井的安全生产,为类似条件下的瓦斯治理提供参考。     

马兰矿深埋中厚煤层覆岩移动变形规律相似模拟研究

为了研究深埋中厚煤层在开采过程中的覆岩移动变形规律,预测顶板裂隙发育高度,以马兰矿地质资料为背景,利用室内相似模拟试验法,观测10702工作面采动覆岩破坏规律,应用计算机数值模拟软件对相似模拟中导水裂隙带发育高度加以验证。研究表明:由相似模拟试验可知,10702工作面的初次来压步距约为40 m,周期来压步距约为15 m;顶板垮落带发育高度为17.6 m,导水裂隙带发育高度为44.3 m。由计算机数值模拟可知,导水裂隙带发育高度约为45.5 m,与相似模拟试验结果基本吻合。裂隙发育位置的确定,不仅为综采放顶煤的生产安全提供理论依据,同时也为顶板冒落事故及透水事故的防治提供理论支持。