活鸡兔井近距离下煤层开采层间距变化对矿压的影响

为掌握近距离下煤层开采时层间距变化对工作面的矿压影响规律,根据大柳塔煤矿活鸡兔井21306工作面矿压观测结果,对不同层间距段矿压规律进行对比分析,得出近距离下煤层开采层间距变化对矿压影响规律,并对其矿压规律的机理进行分析。结果表明,对于近距离下煤层开采,层间距15m时,工作面矿压不受层间距变化的影响;层间距由15m减小到9m时,工作面来压步距整体上有减小趋势,来压规律性减弱,非来压期间支架工作阻力明显上升,来压持续长度减小,动压系数减小。层间关键层的厚度变化和缺失与否及层间岩层的破坏程度是决定下煤层开采时工作面的矿压显现规律的主要因素。     

近距离采空区下工作面矿压显现分区特征研究

针对神东矿区近距离采空区下工作面初采期间多次强烈矿压显现现象,采用现场实测、理论分析对初采期间不同区域矿压显现特征及其机理进行了分析。研究表明,相对于上位煤层常规工作面,下位煤层工作面矿压呈现明显的非周期性和分区演化特征,且采空下工作面初采期间来压位置与上覆单侧采空煤柱和关键层初次断裂位置相吻合,据此对初采期间矿压显现进行了分区。建立了工作面初采期间矿压显现各分区覆岩运动结构及其力学模型,分析了不同区域内矿压显现机理;工作面出上覆单侧采空煤柱阶段矿压显现受关键层破断与煤层间岩层的耦合作用,受层间距影响,工作面出现"偏态"矿压现象;工作面在采空区下回采时,由于煤层间岩层已破坏,其对来压期间矿压显现影响较小,对非来压期间矿压显现影响较大。提出了近距离采空区下工作面矿压防治措施,即在单侧采空煤柱下合理选择开切眼位置和合理提高工作面推进速度。     

7.0m支架综采面矿压显现规律研究

基于神东矿区补连塔煤矿22303工作面矿压实测结果,对世界首个7.0 m支架综采面不同开采阶段的矿压显现规律进行了总结,并结合神东矿区各类大采高综采面的矿压显现,对比分析了不同采高综采面矿压显现规律的差异。结果表明:上覆遗留煤柱区下开采时7.0 m支架工作面矿压显现正常,但在临近推出煤柱区时,工作面内煤壁片帮现象严重,直接导致刮板板输送机被压死。而长壁采空区下开采时,7.0 m支架工作面在煤层间单一关键层结构和2层关键层结构区域呈现出不同的矿压显现。煤层间单一关键层结构区域,关键层距离煤层越近,矿压显现各项参数(除来压步距外)越大;而在煤层间2层关键层结构区域,工作面来压步距及动载系数呈现出大小交替的周期性变化规律,且大来压步距对应小动载系数。通过对比7.0 m支架综采面与神东矿区其它几个大采高综采面的矿压显现规律发现,随着采高的增加,支架支护强度缓慢增加,而动载系数随之减小,且采高越大、亚关键层1距离煤层越近,越易形成亚关键层1的"悬臂梁"结构,从而来压持续长度越长。     

近距离厚煤层开采工作面矿压显现规律

为了获得神东矿区上湾煤矿12301工作面过上覆采空区及其留设煤柱时矿压显现规律,采用现场实测的方法,对近距离煤层下行开采工作面的矿压显现特征进行了研究。结果表明:工作面过上覆采空区的周期来压平均步距为12 m,支架动载系数平均为1.31;过集中煤柱的周期来压平均步距为8 m,支架动载系数平均为1.42。造成该现象的主要原因是,下煤层工作面的矿压显现受上覆关键层活动影响。过采空区时,顶板主关键层呈现出"稳定—失稳—稳定"的活动规律;过集中煤柱时,顶板亚关键层和煤柱呈现出"稳定—失稳—稳定"的活动规律。     

浅埋煤层开采界定指标取值特征分析

浅埋煤层上覆岩层是由诸多岩层分层构成的一定厚度的基岩层和其上方由风积砂、粘土层、风化层等构成的载荷层组成,单一关键层、宏观一带是浅埋煤层工作面矿压显现的主要特征,亦是与常埋深煤层工作面矿压显现规律间的根本区别。以煤层上覆岩层组成、长壁回采工作面覆岩活动规律、煤层埋藏深度作为浅埋煤层开采界定指标,论证了指标合理取值。     

极近距煤层矿压显现强度的间距影响规律研究

为分析浅埋近距煤层下工作面在通过上层采空区和遗留煤柱时矿压显现机理,合理确定支架支护阻力,对浅埋深、近距条件下煤层开采矿压显现强度变化规律与工作面支架阻力确定问题进行了探讨。结果表明:随着层间距的增大,支架阻力逐渐减小;当层间距小于15 m时,层间距变化对该工作面矿压显现变化影响较大;当层间距大于15 m时,层间距变化对该工作面的矿压显现变化影响较小。在采空区、煤柱与实体煤层下矿压显现呈现不同规律:采空区下来压步距9.8 m,最大工作阻力10 920 k N,动载系数1.3;煤柱下来压步距10.8 m,最大工作阻力11 065 k N,动载系数1.35;实体煤下来压步距12.2 m,最大工作阻力10 742 k N,动载系数1.39。     

极近距离煤层联合开采工作面矿压显现规律实测研究

为了掌握极近距离联合开采工作面矿压显现规律,实测了灵石煤矿极近距离9#煤与10#煤联合开采工作面的支架工作阻力,分析了进行联合开采回采工作面顶板的矿压显现规律。研究表明:进行联合开采的090105和100105回采工作面都具有明显的周期来压现象,工作面周期来压步距分别为13.4 m和10.6 m;下煤层工作面比上煤层工作面动压影响大,矿压显现更明显,下煤层工作面来压时间持续更短。为极近距离煤层联合开采矿压控制提供了重要依据。     

近距离下煤层过遗留煤柱应力集中区研究

在我国,近距离煤层赋存和开采所占比重很大,吕梁矿区木瓜煤矿层间距小于10 m的可采储量占总储量的80%,上煤层已采完,回采工作面间遗留20 m区段煤柱,对下部煤层回采造成一定影响,所以,研究近距离下煤层过遗留煤柱应力集中区具有重要的现实意义。针对木瓜煤矿近距离上煤层采空区、遗留煤柱下巷道维护和矿压显现严重的技术难题,基于近距离煤层上部煤层开采遗留煤柱应力集中会在底板中传递的规律,对下煤层应力影响范围进行了理论计算;并结合10-103工作面的生产技术条件,采用现场矿压监测方法,对工作面上部、中部、下部位置的液压支架监测数据进行分析,采取工作面调斜和加强超前支护措施,对近距离下部煤层过遗留煤柱应力集中区具有一定的指导意义。     

浅埋深近距离煤层矿压及覆岩运动规律研究

为解决浅埋深近距离煤层下位工作面外错巷道矿压显现强烈的问题,采用现场实测、理论分析和数值模拟的方法,对浅埋深近距离煤层巷道及工作面矿压显现规律进行了研究。结果表明:外错巷道围岩塑性破坏严重,实测最大片帮深度达3 m,部分煤块崩落喷出,给掘进施工带来了严重的安全隐患,造成此现象主要原因是巷道位于上覆煤柱应力集中区,并承载了煤柱附近基本顶离层区的载荷;内错巷道位于基本顶离层区下,矿压显现不明显;12.77 m的砂质泥岩直接顶可对工作面采空区进行有效充填,工作面矿压显现程度缓和。     

浅埋近距离多煤层采空区下厚关键层破断特征及支架工作阻力确定

针对浅埋近距离多煤层中间厚关键层破断呈现的大小周期来压现象,以神东补连塔煤矿上煤层采空区下大采高工作面为背景,采用现场实测与理论分析等方法对多煤层工作面厚关键层破断特征及矿压显现规律进行了研究。结果表明:多煤层中间厚关键层在矿山压力和自身弱面结构影响下将以分层方式垮落;根据关键层判别方法、钻孔岩芯和工作面矿压显现综合判断,垮落位置位于该岩层中部,上位厚关键层顶板形成"砌体梁"结构,下位厚关键层顶板形成"悬臂梁"结构;"砌体梁"结构对工作面矿压影响减弱,"悬臂梁"结构成为支架作用力的主要力源;正常回采时影响支架稳定的最危险状态是悬臂梁与砌体梁组合同时破断,对工作面顶板管理带来一定的困难;厚关键层在特殊情况下会产生整层破断形成"台阶岩梁"结构,应提前采取应对措施。     

450m超长综采工作面矿压显现规律研究

为掌握超长综采工作面矿压显现规律及其发生的机理,采用现场观测和理论分析的方法对哈拉沟煤矿450 m超长综采工作面矿压显现规律进行分析。结果表明:450 m超长综采工作面存在大小周期来压现象,2次小周期来压后间隔8 m出现一次大周期来压,且大周期来压期间工作面倾向压力分布呈现三峰值W型特征。亚关键层和主关键层共同作用导致工作面呈现大小周期来压特征,即主关键层破断导致亚关键层提前破断,进而造成了工作面来压步距和来压强度的大小交替变化。周期来压时基本顶分别在压力峰值区域发生破断,各破断岩块随着工作面推进沿工作面倾向发生回转下沉,导致其附近区域支架工作阻力增加。     

地表沟谷对上湾煤矿超大采高工作面矿压显现规律影响分析

采用实地测量、遥感分析、理论计算等方法,就神东矿区地表石灰沟对上湾煤矿8m超大采高工作面开采矿压显现影响进行了分析研究。结果表明,石灰沟对工作面整体影响范围约为950m,可划分为正常回采区、沟谷影响区、沟谷影响危险区等3个区域;工作面覆岩存在2个关键层,其中主关键层与石灰沟沟底垂直距离约为17.7m,主关键层受沟谷地貌的侵蚀影响程度不明显,主关键层保持完整且破断后容易形成稳定的"砌体梁"结构,预计工作面发生明显动载矿压灾害的危险性较小。鉴于超大采高工作面上覆岩层运移规律、矿压显现规律、顶板控制、巷道围岩控制均呈现新特点,提出了矿压监控与预测、主关键层强化、开采技术方案优化、工作面支护质量提升等系列超大采高工作面过沟谷地貌动载矿压防范措施。     

浅埋煤层开采矿压显现影响因素的敏感性分析

针对浅埋煤层工作面矿压显现影响因素多样的情况,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合,分析了浅埋煤层埋深、承载关键层厚度及其层位等因素对工作面矿压显现的影响。研究表明:承载关键层厚度对浅埋煤层工作面来压步距影响最大,煤层埋深次之,承载关键层距煤层距离的影响较小;承载关键层的层位决定了工作面矿压显现的剧烈程度,承载关键层距煤层的距离L与煤层埋深H比值η0.35时,工作面来压强烈,当η0.35时,工作面来压强度较小。结合工作面地质生产条件,分析了浅埋煤层工作面开采时承载关键层的破断形式及工作面矿压显现特征。     

浅埋近距离煤层群分类及其采场支护阻力确定

以神府矿区浅埋煤层群开采为背景,采用实测、物理模拟及理论分析的方法,揭示了浅埋煤层群开采的矿压特征,提出了基于岩层控制的浅埋煤层群科学分类。建立了3类浅埋煤层群顶板结构模型,提出了工作面合理支护阻力的确定方法。研究表明:间隔层厚度与下煤层采高之比(间采比G)是影响煤层群下工作面矿压特征及浅埋煤层群分类的关键指标。提出了浅埋煤层群的3类划分:Ⅰ类为无关键层的浅埋极近距离煤层群,间采比一般小于3.3,下煤层工作面来压主要受上煤层垮落顶板活化结构影响,存在来压分区;Ⅱ类为浅埋单关键层近距离煤层群,间采比一般为3.3～7.3,表现为典型浅埋煤层矿压特征;Ⅲ类为浅埋双关键层近距离煤层群,间采比一般大于5.3～11.3,表现为近浅埋煤层矿压特征。通过建立下煤层开采顶板结构模型,给出了工作面支护阻力的计算方法。     

近距离煤层群底层开采覆岩结构及运动规律研究

针对崔家寨矿近距离煤层群开采,应用关键层理论并结合离散元数值模拟,研究了底层1#煤层首采面采场覆岩结构及运动规律。结果显示:E12101工作面基本顶初次来压步距为59 m,周期来压步距为24 m。上覆5#、6#2层煤的开采,起到一定的卸压作用,应力向底层传递较快,随着工作面的推进,工作面前方水平应力有增大的趋势,而垂直应力会减弱,工作面超前支承压力影响范围为30 m左右,在工作面前方10 m左右较强烈。     

浅埋深极近距离煤层工作面矿压显现规律研究

针对神东矿区石圪台矿12102工作面矿压显现不明显和周期来压步距较大等问题,采用现场实测、理论分析和物理模拟的方法,对浅埋深极近距离煤层开采工作面的矿压显现特征和周期来压规律进行了研究.结果表明:采空区下煤层工作面的周期来压步距为23 m,是上煤层工作面的2.1倍,而周期来压持续长度反而减少了0.8～1.6m,造成该现象的主要原因是下煤层工作面的矿压显现受上覆主关键层回转运动的影响,因主关键层破断块体较长且距离下煤层较远,导致主关键层破断块体回转较小角度便能受到采空区冒落矸石的支撑,从而出现了工作面周期来压步距更大及来压持续长度更短的现象.     

云冈矿薄煤层开采不稳定层间距顶板破断研究

为研究薄煤层开采中不稳定层间距顶板破断规律,以云冈矿8411工作面为工程背景,采用力学结构理论分析,数值模拟计算,现场实施检验等方法进行研究。结果表明:薄煤层不稳定层间距煤层开采顶板破断符合散体破坏结构,岩块发生散体失稳滑落。数值模拟结果显示顶板结构强度低,无支撑作用,随着工作面的推进,顶板持续冒落,矿压显现微弱。通过对现场数据采集分析矿压规律,确定工作面初次来压步距为25.5 m,周期来压步距为21m,矿压变化规律与数值模拟结果相吻合。     

上覆煤层开采后下伏煤层卸压机理分析

以开滦唐山矿Y485工作面受上覆5#煤层采空影响为背景,基于关键层理论,采用数值模拟和现场实测研究了上覆煤层开采后下伏煤层的卸压机理。结果表明:覆岩中往往存在多层关键层,会对工作面支承压力产生影响。卸压开采后上覆关键层发生破断,下伏煤层工作面回采时仅在层间关键层的影响下支承压力的影响范围和峰值显著降低。唐山矿上覆5#煤层工作面回采后,仅在层间关键层的影响下,下伏9#煤层Y485工作面超前支承压力影响范围由73 m减小至38 m,超前支承压力峰值与工作面煤壁的距离由29 m减小至20.5 m。当两煤层间存在厚硬关键层时,开采上覆煤层对下伏煤层进行卸压时,下煤层工作面支承压力峰值的最大值是无关键层时的2.34倍,下煤层回采时仍产生了显著的应力集中。     

顶板定向钻孔水压致裂工作面强矿压控制试验研究

针对神东矿区布尔台煤矿42107工作面回采过程中频繁发生的强矿压显现问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对井下定向钻孔水压致裂顶板厚硬关键层控制工作面强矿压显现进行了研究。研究结果表明:4-2煤层顶板厚度约22 m的粉砂岩亚关键层2是影响工作面强矿压显现的主要因素;理论分析通过顶板弱化降低亚关键层2的强度,在一定程度上能够削弱工作面强矿压;通过减小亚关键层2破断块体竖向节理的摩擦角以模拟顶板致裂效果,亚关键层2弱化改性后,42107工作面两侧的区段煤柱以及实体煤壁上的支承压力峰值显著降低,减小幅度约18.3%;实际在42107工作面顶板布置了3个定向钻孔,由该工作面内11台液压支架在致裂前后的工作阻力曲线得出,来压期间支架最大工作阻力由22 535 kN减小至19 599 k N,周期来压步距则由致裂前的21.0 m减小为致裂后的16.9 m,表明定向钻孔水压致裂覆岩关键层能够较好地控制工作面强矿压显现。     

近距离煤层下行开采矿压显现规律相似模拟研究

为了研究近距离煤层下行开采的矿压显现规律,采用相似模拟的研究方法,以木瓜煤矿西二盘区煤层赋存特征为原型,以实验室测得的煤层及围岩物理力学参数为基础,在实验室模拟下行开采近距离煤层,得出了近距离煤层开采上覆岩层移动特征和矿压显现规律,主要表现为下煤层开采过程中工作面压力大,来压周期性不明显及垮落角大于上层煤等特点。