房式采空区下近距离煤层开采支架工作阻力研究

为研究房式采空区下近距离煤层开采支架合理支护阻力,基于石圪台煤矿实际地质条件,构建了房式采空区下关键层初次破断与周期性破断力学模型,得到了初次来压和周期来压步距表达式,并构建了对应的"支架-围岩"相互作用力学模型,获得了支架工作阻力的计算式。研究结果表明:房式采空区下煤层开采关键层破断步距主要特点有2个:①关键层初次破断及周期性破断步距与上覆留设煤柱应力集中程度密切相关;②破断步距大小受关键层前次破断位置影响较大。理论计算31201综采工作面关键层初次来压步距为40.1 m,前3次周期来压步距分别为20.4、18.9、20.8 m。与均布载荷条件下相比,房式采空区下支架支护阻力的主要影响因素有2个,即关键层受上覆岩层集中力的位置和关键层初次破断结构形态。理论计算获得该工作面初次来压和前3次周期来压合理工作阻力分别为17 372、11 722、15 252、15 206 kN。结合工程实例,验证了理论推导的合理性,研究成果为房式采空区下近距离煤层开采液压支架选型提供了指导。     

房式采空区下长壁回采顶板垮落特征研究

以鄂尔多斯地区房式采空区下煤层长壁开采为主要研究对象,采用支架工作阻力观测、理论分析了房式采空区下煤层长壁开采围岩应力场的分布和顶板的垮落特征,根据采场支架工作阻力的分布特征,认为房式采空区上部覆岩在一定的采高范围内存在上部大结构,综采工作面顶板及上方煤柱形成小结构,上部覆岩大结构与下部顶板小结构垮落的不同周期性,将会引起工作面周期来压的不等距和来压强度的不等强性。     

浅埋煤层房式采空区下开采煤柱稳定性研究

房式采空区煤柱留设状况复杂,房柱及隔离煤柱结构的失稳对下位煤层回采工作面造成严重影响,为掌握浅埋煤层房式采空区下开采的矿压显现特征,确保煤矿安全生产,以石圪台矿2~#、3~#煤层为工程背景,通过理论分析和数值模拟方法,揭示了2~#煤层6 m×8 m房柱和20 m隔离煤柱带的应力场分布特征以及下位回采工作面过房式采空区的围岩应力特征和塑性区演化规律。结果表明:在2~#煤层房式采空区6 m×8 m房柱失稳结构下,3~#煤层应力处于卸压状态,应力降低16%;3~#煤层在开采过程中,超前支承压力最大峰值均处于2~#煤层留设20 m隔离煤柱及房柱失稳区域下方。     

近距离煤层群下煤层开采矿压显现规律研究

本文通过实测山西省某矿区某煤矿的近距离煤层群采空区下煤层开采的矿压显现规律,理论研究了了上煤层采空区与遗留煤柱对下煤层回采工作面矿压显现的影响,并对下煤层回采工作面初次来压、周期来压步距及工作面液压支架随工作面推进过程的变化进行了实测分析。结果表明,通过滑移场理论和极限平衡理论推导得到的采动底板破坏公式,能够较好的结合具体的煤层及底板岩层条件进行底板破坏深度及范围的计算,另外相比较覆岩中无采空区下测区,采空区下测区周期来压较混乱,强度不同的周期来压交替出现,强度较大的周期来压时压力增加过程短,来压较突然,且强度较大的周期来压对应的来压步距较短。该研究有利于为了进一步认识近距离煤层群采空区下回采工作面的矿压显现规律。     

走向长壁综采工作面矿压显现实测分析

根据实测凤凰山煤矿XV3308综采工作面液压支架工作阻力、活柱下缩量、顶底板移近量及工作面煤壁片帮、采空区悬顶等情况,总结了走向长壁综采面矿压显现规律。通过矿压观测数据分析了液压支架的使用效果,为今后相邻综采面的高效回采提供了借鉴。     

重复采动下7m大采高综采面支架载荷及来压规律研究

基于补连塔煤矿22303工作面矿压实测结果,掌握了重复采动下7m支架综采面旺采区、倾向煤柱区、走向煤柱区和长壁采空区下开采矿压规律,并从覆岩结构变化和底板破坏的角度对不同区域下开采矿压差异机理进行了分析。结果表明:旺采区、倾向煤柱区和走向煤柱区下开采工作面周期来压步距明显大于长壁采空区下开采,而动载系数明显小于长壁采空区下开采。上煤层关键层是否有良好的承载作用和上煤层开采支承压力对底板的破坏是造成下煤层开采工作面周期来压步距差异的主要原因,而上煤层关键层是否有良好的承载作用是动载系数差异的主要原因。工作面来压期间支架最大载荷为16367k N,说明16800k N的支架工作阻力能够很好地满足顶板控制条件。研究结果对神东矿区今后生产实践有重要的指导意义。     

浅埋房式采空区下煤层长壁综采矿压规律研究

根据温家梁三号煤矿地质生产条件,采用理论分析、数值模拟及现场实测等方法,分析了浅埋房式采空区下综采长壁工作面矿压规律。结果表明:工作面充分采动后覆岩呈现冒落带与裂隙带的"两带"发育特征;在工作面来压期间出现顶板沿支架前方煤壁处切落现象,台阶下沉量高达1.0m,在地表形成断裂地堑。     

煤层覆岩破坏特征对承压水上安全开采的影响

通过承压水上煤层带压开采的相似模拟试验,分析采空区内底板隔水岩层垂直方向应力分布情况及变形特征,获得采空区内底板隔水岩层垂直方向位移值的变化规律。结果表明:老顶初次来压后,覆岩裂隙带高度逐渐增加,在采空区内底板岩层表面形成的压力也逐渐增加;当底板表面形成的压力较小而无法抑制住下伏承压水压力时,采空区内底板隔水岩层垂直方向位移值随工作面推进逐渐增大。因此,在评价承压水上安全开采时,需要考虑老顶初次来压后,煤层覆岩随工作面推进时的破坏特征。     

采空区底板不同深度岩体裂隙演化规律

为研究采空区底板不同深度岩体裂隙演化规律,首先探讨了工作面推进过程中底板不同位置的垂直应力和水平应力分布情况,工作面推进工程中,水平应力变化程度较小,垂直应力变化显著,变化程度远大于水平应力,底板应力也变化显著,其中围压基本保持不变,轴压会随工作面推进呈现先增大后变小的趋势,并可能减小到0,甚至使轴压由压应力变成拉应力;以杏花矿为背景,通过UDEC数值模拟软件得到了底板不同深度裂隙倾角分布规律,底板深度与裂隙数量的关系,结果表明:煤层开采后底板裂隙数量随底板深度增加而减小,直至不再发育;底板浅部以倾角较小的拉张裂纹或Ⅱ型剪切裂纹为主,深部以倾角较大的压剪扩展裂纹为主。     

急倾斜特厚煤层工作面非对称冲击矿压机理

针对急倾斜特厚煤层水平分段综放开采工作面冲击矿压灾害,以窑街三矿为工程背景,采用离散元数值模拟(UDEC),研究了急倾斜特厚煤层水平分段开采顶板破断及结构演化规律,再现了矿震作用下工作面非对称冲击矿压孕育和发生过程;理论分析了工作面底煤应力非对称分布特征;基于动静载叠加原理揭示了工作面非对称冲击矿压发生机理;最后提出了防治对策。研究结果表明：急倾斜特厚煤层水平分段综放开采工作面在顶底板非对称错峰支承压力作用下,煤体受载特征沿倾向呈现分区差异性：顶板侧挤压、中部剪切、底板侧拉-剪。工作面底煤中形成浅部汤匙状卸压区和深部非对称应力集中区,顶板侧煤体垂直应力峰值和剪切应力峰值均为底板侧的5倍。进入深部开采后,工作面悬顶长度增大,同时采空区内关键岩块发生回转、滑移和倾倒的可能性增加,导致矿震强度增大。当动载应力与工作面底煤应力集中区中的静载应力叠加大于“煤体+液压支架”系统的极限应力时,发生急倾斜特厚煤层水平分段综放开采工作面非对称冲击矿压。研究结果与现场实测相吻合。