厚煤层综采工作面强矿压分布规律与支护技术研究

针对纳林河二号矿井31102工作面沿空巷道支护困难问题,采用理论分析、现场实测等方法,研究了该工作面强矿压分布规律,设计了强矿压条件沿空巷道支护方法。研究结果表明:①31102工作面进入双工作面见方阶段时,工作面覆岩为标准的载荷三带结构,即"ILZ+DLZ+SLZ"。"ILZ"厚度为0～66.4m,"DLZ"厚度为66.4～312.9m,"SLZ"厚度为312.9m～地表。②31102工作面超前支承压力峰值为47.91 MPa,距离工作面约123m,最大影响距离约250m。依据微震实测数据分析结果,结合该矿井实际支护效果,提出强矿压条件下,基于临空巷道微震走向分布特征的"四位一体"分区控制超前支护技术。     

纳林河二号矿井采动影响下强矿压显现规律研究

根据纳林河二号矿井31102工作面实际情况划分了强矿压显现的危险区域,并且实现了对31102工作面强矿压显现的动态实时监测。通过理论模型分析了工作面超前支承压力分布规律。基于微震监测系统对上覆岩层时空演化规律进行分析,确定了工作面超前支承压力的影响范围以及采场上方裂隙发育的大致情况。对微震监测系统的数据进行统计分析,探究回采速度与微震事件之间的联系,提出强矿压危险区域的合理推进速度,降低强矿压显现灾害的风险。     

大同矿区双系煤层开采煤柱影响下的强矿压显现机理

针对大同矿区石炭系煤层8105工作面过上覆侏罗系煤层采空区留设煤柱时的强矿压显现特征,采用理论与现场实测分析相结合的方法,对侏罗系煤层采空区煤柱的应力影响规律与石炭系煤层顶板的垮裂带范围进行了分析,得到了双系煤层开采煤柱影响条件下工作面强矿压显现的“煤柱-覆岩运动”联合作用机理。研究表明：侏罗系煤层采空区留设煤柱的水平与垂直应力较高,达10.5～13.5 MPa,应力集中区深度为40～70 m,剪应力波及范围达180 m;8105工作面顶板的垮裂带高度为150～170 m;工作面过煤柱时的强矿压显现是由采空区煤柱与煤层顶板垮裂运动联合作用的结果。     

大采高工作面覆岩空间结构变化矿压显现规律研究

为研究工作面回采过程中，在经历不同的采空边界条件下，工作面不同覆岩空间结构变化及对矿压显现的影响，基于理论计算、微震监测、应力在线监测等方法，对母杜柴登煤矿30202工作面回采期间所形成的不同覆岩结构类型进行分析，得到不同覆岩空间结构下强矿压显现特征及危险区分布规律。研究结果表明：30202工作面回采过程中，先后经历“一面为自身采空区，三面为实体煤”到“两面为采空区，两面为实体煤”的边界条件，其覆岩空间结构相应的会经历“O”型、“O-S”型到“S”型覆岩结构转换和稳定的过程。工作面在“一面采空”条件下，回采过程中发生强矿压的危险性较小|工作面在经历“一面采空”到“两面采空”边界条件转变过程中，其临近已采工作面采空区侧及其端头煤发生强矿压的危险性较上一阶段明显增加|在“两面采空”条件下，本工作面高位岩层与相邻采空区上覆未回转下沉的高位岩梁容易产生连动，形成高位、跨度大的岩梁失稳，使得30202工作面回风巷侧在叠加应力影响下容易发生强矿压。研究结果可为工作面在不同开采条件下采场矿压特征分析、顶板控制和巷道支护设计提供一定借鉴。     

工作面端头三角区沿空巷道强矿压显现与应力转移分析

大同矿区同忻煤矿8105工作面5105沿空巷超前支护段矿压显现明显,来压强度大,巷道变形与单体支柱折损严重,严重影响了回采巷道的正常使用。在分析工作面沿空巷强矿压显现特征的基础上,得到了巷道强矿压主要影响因素,提出对工作面顶板进行双向应力转移以降低端头三角区集中应力的方法。研究表明:工作面端头双向支承压力将形成端部三角区高应力集中,对工作面沿空巷超前支护段的强矿压显现具有重要影响;采用改变形式的三参数威布尔函数对双向支承压力进行理论分析,得到了工作面端头三角区高应力大小及区域分布特征;提出了双向应力转移的方法,降低了沿空巷超前支护段围岩应力。现场实践中,通过对工作面5105沿空巷及顶回风巷顶板采取水压致裂技术后,工作面5105巷超前支护段强矿压显现得到明显改善,巷道变形量明显降低,保证了工作面的正常生产。     

峻德煤矿“8·29”冲击地压事故分析

为了找出峻德煤矿"8.29"冲击地压发生的主导条件,分析冲击地压发生时的围岩及矿压规律,以峻德煤矿实际开采及地质条件为基础,通过采用FLAC3D数值模拟软件再现该矿"8.29"冲击地压发生的过程,分析了工作面推进至1、2、3倍见方时的围岩应力情况。模拟结果表明,在工作面至约3倍见方时,上端头的应力集中程度及应力集中范围明显大于下端头,上巷的影响范围约超前下巷15~20 m,模拟结果与实际冲击地压发生区域应力分布情况比较一致。     

补连塔煤矿22303工作面两巷超前矿压规律实测分析与模拟研究

为了掌握7.0 m支架综采工作面矿压显现规律、覆岩结构特征与支架的适应性,在补连塔煤矿22303工作面开展了7.0 m支架综放开采试验。在现场实测22303工作面7.0 m支架不同开采阶段两巷超前矿压规律的基础上,采用数值模型对两巷支承压力的变化及两巷支承压力随采高的变化情况进行了分析。结果显示:大采高模型的应力影响范围随着开采逐渐增大,影响范围增速较快,应力值也增大较快,其开采引起的超前影响范围达到65 m。     

工作面过煤柱强矿压显现机理及地面压裂控制研究

针对特厚煤层工作面受远场上覆煤柱大结构影响的强矿压显现机理及控制难题,综合采用现场实测和数值模拟的研究方法,对工作面强矿压显现特征及机理进行研究,提出并实施了地面压裂控制强矿压的技术。现场实测表明,3-5#特厚煤层开采后覆岩破断发展至上覆侏罗系煤柱位置,造成煤柱大结构破坏,数值计算表明,煤柱集中应力致使下伏相邻硬厚岩层整体性的切落失稳是造成工作面强矿压显现的主要原因。据此,提出基于地面水力压裂高位硬厚岩层的采场矿压控制技术手段。实践表明,地面压裂扩展半径大,工作面来压强度明显降低,压裂效果显著,表明地面压裂是实现强矿压控制的有效创新手段。     

多层坚硬顶板综放开采矿压规律及控制技术研究

针对特厚煤层和多层坚硬顶板赋存条件下,工作面易出现液压支架压死、煤壁片帮和沿空巷道围岩变形严重、矿压显现强烈的问题,以同忻煤矿特厚煤层综放工作面为工程背景,对回采巷道和工作面进行矿压显现监测,分析多层坚硬顶板作用下的围岩应力和变形规律。研究表明:工作面开采引起的采动应力影响范围较大,多层坚硬顶板作用下覆岩形成了大结构,在其作用下围岩应力和变形表现为"上升突变"和"下降突变"交替出现。研究结果说明了特厚煤层大采出空间和多层坚硬顶板的共同作用是综放工作面强烈矿压显现的主要原因,据此提出了坚硬预裂爆破切顶和沿空巷道恒阻大变形锚杆吸能支护控制技术,可对强矿压进行有效防治。     

坚硬顶板工作面临近采空区强矿压显现机理研究

为了研究坚硬顶板工作面临近采空区影响下的强矿压显现机理,以同家梁矿为例,采用理论分析和UDEC数值模拟方法,研究采空区侧向悬顶下的围岩应力分布特征。结果表明:在区段煤柱采空侧形成约30m长的侧向悬臂,形成5.01MPa的叠加应力;采空区侧向支承压力的影响范围达到80m,临空巷道处于侧向支承压力升高区内。强矿压显现是坚硬顶板悬顶和临近采空区覆岩运动共同作用的结果。     

深井特厚煤层工作面强烈动压区安全开采技术

为保障深井特厚煤层工作面在强烈动压区的安全开采,以新巨龙矿井2302S工作面为背景,通过现场监测、数值模拟和理论分析,研究了深井特厚煤层工作面强烈动压区的致灾机理与安全开采技术。研究结果表明：应力监测得到的强烈动压区内冲击地压危险区超前影响距离约为117 m,峰值影响距离约为48 m,压架危险区超前影响距离约为26 m,并采用数值模拟进行了验证;工作面过强烈动压区时存在煤柱冲击和采场压架两类动力灾害,诱发煤柱型冲击地压的机理主要在于工作面开采引起煤柱应力高度集中;诱发采场压架的主要机理在于支架控顶距的突变导致支架载荷异常;根据强烈动压区致灾机理提出了相应的安全开采技术,并进行了现场验证,保障了工作面的安全开采。     

断层破碎区域煤岩体动压影响范围确定

断层破碎区域的巷道极易发生变形,随着回采工作面的推进,工作面前方会造成应力集中且加剧断层的活化或者运移,诱发矿区动力学灾害。为了确定断层区煤岩体动压影响范围,以屯宝煤矿缓倾斜煤层1193工作面为研究背景,联合现场实测和理论分析,通过现场布置煤壁应力计和锚杆应力计来收集围岩内部的应力分布信号。以巷道表面变形测量为基础,结合内部应力变化的综合考量,从整体上分析可以确定断层发育区域的动压影响范围为34 m,峰值位置为5 m。动压影响范围的科学确定可以为巷道的合理支护提供支撑,从而保障屯宝煤矿1193综放工作面在断层区域的安全高效生产。     

香山矿倾斜煤层动压巷道支护方法

针对平煤集团香山矿22140工作面倾斜煤层动压巷道合理支护方案设计,首先进行了围岩松动圈测试,得知上帮围岩松动圈范围普遍比下帮大;之后进行了采动作用下围岩应力变化的数值模拟分析,计算结果显示动压作用下上帮中部的应力增大值最大。综合分析结果,得知对于倾斜煤层动压巷道变形控制的关键在于针对围岩应力分布的非对称性进行设计,并给出了22140工作面巷道的合理支护方案,现场监测结果表明支护方案能够维护巷道在采动过程中的安全使用。     

基于覆岩结构理论的冲击煤层孤岛工作面宽度研究

针对冲击煤层孤岛工作面上覆岩结构复杂、开采极易诱发冲击地压等灾害问题,提出了采前孤岛工作面宽度设计的留设方法。以山东某矿为工程背景,首先根据孤岛工作面周边采动情况及覆岩运动规律,确定关键层是否破断,进而得到了孤岛工作面“Γ”型覆岩结构分布;其次采用矿压理论分析不同覆岩结构分布对工作面应力传递规律,估算了孤岛工作面静态支承压力;最后根据孤岛工作面应力分布特点,理论分析了工作面整体支承强度,并结合工作面回采冲击失稳发生机理,确定了工作面宽度合理范围。通过工程类比与理论计算,得到了该矿3上1105孤岛工作面宽度大于170 m的结论,为工作面宽度设计提供理论依据。     

大倾角煤层多重扰动煤巷围岩应力分布规律

基于山西大远煤业有限公司1202工作面运输平巷大倾角煤层赋存条件,采用理论分析和数值仿真的综合研究方法,研究巷道在采空区侧向支承压力与超前支承压力叠加作用下的应力分布规律,并基于应力分析结果,提出合理的区段煤柱宽度。研究显示：在叠加压力作用强烈影响下,巷道围岩应力呈非对称分布特征,帮部集中应力与煤层底板侧向支承压力峰值影响范围贯通;侧向支承压力成为导致工作面超前支承压力非对称分布的主要因素,两者产生强烈应力叠加效应,形成典型多重扰动叠加应力环境;从减小巷道围岩应力非对称程度出发,并考虑煤柱与顶板和底板岩层的滑移破坏,建议山西大远煤业有限公司大倾角煤层区段煤柱宽度取值范围为6-12 m。     

煤矿采场围岩智能控制技术路径与设想

煤矿采场围岩的智能控制是实现煤矿智能化的重要组成部分。本文重新定义了采场围岩系统的内涵，明确了围岩控制的范围，包括工作面推进与垂直方向上基本顶范围内支架围岩“小结构”以及影响采场围岩控制的远场岩层；根据作用方式将采场围岩系统因素分为“可控因素”与“不可控因素”，由此确定了围岩智能控制的重点和基本原理。建立了采场围岩系统“多参量智能感知-精准分析模式判别-自主决策-快速执行-控制效果动态评价”智能控制的技术构架，进一步明确了实现智能围岩控制的科学问题和关键技术难题，并提出了工作面开采系统智能化、装备围岩自适应控制、复杂条件围岩智能控制、统一坐标系下的采场围岩系统稳定性分析4点关键技术设想。结合实际案例分析了支架工况信息的可挖掘性，并用堆叠LSTM实现对采场矿压的智能预测。     

大采高液压支架结构优化设计及适应性分析

针对大采高工作面动载矿压显现、煤壁易片帮等问题,基于红柳林煤矿7.0 m大采高开采实践,建立了大采高工作面顶板岩层断裂的"悬臂梁+砌体梁"结构模型及支架与围岩的简化动力学模型,确定了7.0 m大采高液压支架合理工作阻力;对比分析了大采高液压支架架型、护帮结构对围岩的适应性,进行了大采高液压支架结构优化设计及适应性分析。研究结果表明:将大采高工作面"砌体梁"结构上方岩层作为动力学模型的边界条件,以支架立柱的抗冲击特性要求为理论判据,通过动力学仿真计算可得大采高支架的合理工作阻力。两柱掩护式大采高支架较四柱支撑掩护式支架具有支护强度大、四连杆稳定机构受力状态好、质量轻等优点;护帮板与伸缩梁分体结构的护帮力、合力作用位置及可靠性均优于护帮板与伸缩梁连体结构;设计采用抗冲击双伸缩立柱、高压升柱系统等,提高了大采高液压支架对围岩的适应性。     

强冲击大采高综采工作面超前支护技术

通过对纳林河二号煤矿31102工作面回风巷超前支护段强矿压作用机理及回采过程中微震监测系统、超前应力监测系统、地面沉降观测数据的综合分析,总结了临空巷道回采期间超前支护段巷道变形机理及覆岩运动规律。结合现场矿压规律和微震监测数据分析结果,将超前支护前300 m划分为高、中、低频区和稳定区,针对不同区段采取“四位一体”支护设计。现场实施后巷道变形得到有效控制,实现了安全高效回采,对类似矿井大采高临空巷道超前支护有一定借鉴意义。     

某矿43308沿空留巷围岩控制技术研究

针对某矿43308综采工作面运输巷采用柔模混凝土沿空留巷的方法保留下来的工程背景,在该工作面生产地质条件的基础上,对运输巷超前影响段及留巷段矿压显现规律进行数值模拟分析,结果显示,巷道超前影响段垂直应力峰值在工作面前方5~10 m的位置,较大影响范围为30 m;而在留巷段,在工作面侧向应力扰动下,围岩应力环境劣化,围岩变形加剧。对运输巷设计了超前段、滞后段补强的支护方案及巷旁支护方案,现场监测显示留巷围岩稳定。     

深部高应力双巷布置工作面煤柱宽度合理性研究

为确定深部高应力双巷布置工作面合理巷间煤柱宽度,提高巷道煤柱稳定性及资源回收率,以园子沟煤矿1022101工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的研究方法,掌握巷道巷间煤柱应力分布规律,确定深部高应力巷间煤柱侧向支承压力分布特征,并采用FLAC3D数值模拟分析了工作面多次回采影响下的不同宽度(7m、10m、13m、16m、19m、22m、25m)煤柱应力场分布特征,结合现场试验巷道15m、25m煤柱侧围岩破坏情况分析,最终确定深部高应力条件下合理巷间煤柱宽度。研究表明：当煤柱宽度为16～25m时,多次回采影响下煤柱应力集中,容易引发冲击地压|而宽度7～10m时煤柱整体压垮,巷道变形破坏严重。综合考虑资源回收、巷道围岩稳定性及动力灾害防治问题,确定园子沟煤矿深部高应力巷间煤柱宽度为13～15m时较为合理。