中厚煤层综采工作面支架实时工作阻力确定

为研究中厚煤层综采工作面液压支架实时工作阻力随顶板断裂的演化过程,建立了基于弹性基础梁的采场顶板力学模型,分析了顶板运移规律,指出上覆岩层超前工作面断裂,给出了超前断裂距的解析解。结合工程实际,分析了工作面初次来压和周期来压时顶板破断形式,得到了周期来压期间支架实时工作阻力的计算公式。研究结果表明:单个来压周期内老顶发生2次断裂,初次破断前,支架工作阻力是关于老顶悬露长度的非线性函数,当悬露长度达到极限破断距时,老顶发生破断,支架工作阻力达到最大值;二次破断前,支架工作阻力随工作面推进呈二次函数式增大,老顶发生破断时达到最大值。     

浅埋深综放工作面矿压显现规律及控制研究

现有工作面矿压规律研究主要是针对浅埋深大采高工作面矿压规律和顶板结构进行研究,针对浅埋深综放工作面强矿压显现规律和控制技术研究较少。针对该问题,以某煤矿42202工作面为研究背景,采用工作面支架监测和微震监测相结合的实测方法,研究了工作面的强矿压显现规律:42202工作面的初次来压步距为60m,周期来压步距为18～26m,来压时支架动载系数高达1.58,片帮深度达1 100mm,立柱下缩量为50～80mm,强矿压导致工作面压架,来压时中部压力大、两侧小,表明工作面来压时矿压显现较为剧烈;微震事件主要集中在工作面超前位置及辅运巷,日累计能量与日频次变化趋势基本相同。分析了浅埋深综放工作面的强矿压机理,指出浅埋深综放工作面强矿压显现的主要原因是采场覆岩高位关键层形成的砌体梁结构与低位关键层形成的悬臂梁结构发生联动失稳效应。针对强矿压显现问题,提出了水压致裂的顶板弱化措施,采取水压致裂措施后,支架工作阻力最大值由59.1MPa下降到50.1MPa,降低了约15%;深孔最大应力降低了15%,浅孔最大应力降低了32%,表明水压致裂对顶板弱化和减弱巷道围岩应力有较显著作用。     

塔山矿不同宽度面间煤柱条件下的综放面回采矿压

综放面回采矿压及巷道支护是实现煤矿安全开采的关键,但不同宽度面间煤柱条件下的综放面回采矿压存在很大的差异。本文以8101小煤柱综放面、8204小煤柱综放面和8214大煤柱综放面为例,分析回采过程中正常段周期来压、见方区域周期来压和混凝土墙及巷道变形特征。实验结果表明,小煤柱综放面在二次见方期间出现明显的来压情况,回采至初次、二次见方附近会出现明显的巷道两帮挤压变形现象;大煤柱综放面的周期来压步距明显小于小煤柱综放面,且综放面来压时支架工作阻力增大。     

巨厚松散层下煤层开采薄基岩变形及矿压显现研究

以赵固一矿12051综采工作面为研究对象,采用UDEC数值模拟软件对巨厚松散层条件下煤层开采薄基岩变形及矿压显现进行了研究。结果表明:(1)工作面初次来压步距为55 m,周期来压步距为15m;开采后上覆薄基岩出现垮落带和裂隙带,垮落带高度为12.4 m,垮采比为3.54,裂隙带高度为36.7m,裂采比为10.48。(2)随着工作面推进距离的不断增加,工作面前方支承压力影响区范围、支承压力峰值和塑性区范围均增加;当基本顶初次来压后,工作面前方支承压力处于稳定状态,主要表现为最大应力集中系数和塑性区范围基本保持不变。研究结果可为类似地质条件下综采工作面围岩控制提供依据。     

特厚煤层综放工作面矿压显现规律分析

采用现场矿压观测和RFPA数值模拟方法对耿村煤矿易自燃特厚煤层综放工作面矿压显现规律进行了分析研究。结果表明,耿村煤矿12170综放工作面存在比较剧烈的矿压显现,老顶存在较明显的周期来压现象,老顶周期来压平均步距为16.06 m;整个工作面全长范围内,老顶来压具有明显的不一致性,即中下部和下部来压强度大,上部和中上部来压强度小;综放支架在回采过程中支护阻力充足,其可靠性较好,能够适应2-3特厚煤层综放开采的要求;RFPA数值模拟结果与现场矿压观测结果一致,表明了RFPA数值模拟方法应用于矿压显现规律分析的有效性。     

综放工作面初采期抛物线型高位钻孔瓦斯抽采研究

针对采用常规高位定向长钻孔在工作面初次来压期间瓦斯抽采效果不佳的问题,以中煤华晋集团有限公司王家岭矿12309综放工作面为工程背景,通过物理相似模拟和数值计算分析了初采期综放工作面煤层顶板覆岩结构和裂隙发育规律:初采期的煤层顶板裂隙发育高度低、数量少,随着工作面的推进,顶板裂隙逐步发育,裂隙发育的高度和范围随着推进距离的增加而增大,裂隙最大发育高度约为28m,工作面来压步距约为50m;初采期工作面瓦斯浓度和涌出量较大,沿工作面倾向,瓦斯浓度从20～150架支架逐渐增大,沿工作面走向,由煤壁300mm至后刮板输送机瓦斯浓度逐渐增大,采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的50%以上,瓦斯涌出量整体上呈上升趋势,且有明显的阶段性特征。根据现场实际情况和初采期综放工作面瓦斯涌出特征、覆岩结构及裂隙演化规律,对初采期的常规高位定向钻孔的轨迹进行了优化设计,提出了初采期抛物线型高位定向钻孔瓦斯抽采方法。将钻孔的终孔位置设计在煤层里,与采空区直接导通,用于工作面初采期采空区低位瓦斯抽采,解决了初采期常规高位水平长钻孔层位较高的问题。现场应用结果表明:相比于常规高位定向钻孔,采用抛物线型高位定向钻孔可在工作面采空区基本顶初次来压前有效抽采采空区低位瓦斯,瓦斯抽采纯量平均提高了约37%,上隅角和回风流最大瓦斯体积分数均小于0.80%,达到了瓦斯抽采的预期效果。     

极近距离煤层同采工作面错距优化研究

针对现有极近距离煤层联合开采研究方法获取开采错距存在较大误差的问题,以某煤矿9号和10号煤层为工程背景,分析了极近距离同采工作面在30,36,44m开采错距下的矿压规律,研究了3种开采错距下工作面支架工作阻力变化与支承压力的演化特征。结果表明:100402综采工作面支架工作阻力随开采错距增大呈现先减小后增大的特点,36m开采错距下100402综采工作面倾斜方向支架工作阻力利用率变化幅度最为平稳;090402普采工作面超前支承压力峰值随开采错距增大呈现先减小后增大的演化特征,其与支架工作阻力变化规律一致;开采错距为36m时上下工作面两巷受超前支承压力影响,前顶板锚杆压力变化平稳,顶板离层较小,离层量基本稳定在0.6mm以内,说明36m开采错距合理,工作面两巷超前段锚杆压力与顶板离层略有增大,需加强巷道支护。     

特厚煤层充分采动覆岩下沉规律研究

大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律,采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术,对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监测与分析,结果表明:特厚煤层大空间开采早期,覆岩会超前工作面出现自上而下的岩层变形破坏现象,之后才发生自下而上正常的层组破断下沉运移;采场覆岩变形破坏呈现阶段性台阶跃升的变化特征,与关键层所处位置具有一致的对应关系,表明关键层在岩层运动中起主控作用;充分采动条件下覆岩运动出现联动下沉现象。通过物理模拟试验进一步研究了充分采动时覆岩全地层联动下沉的本质,结果表明在主关键层初次破断前,各关键层的分组分层运动趋势较明显,当主关键层初次破断后,受各关键层周期破断长度及上下岩层复合破断规律的影响,覆岩下沉运移更易呈现全地层联动现象。     

无煤柱切顶留巷覆岩破坏特征及微震实测研究

为进一步研究无煤柱切顶留巷技术开采后的覆岩破坏规律,以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值模拟的研究手段,结合现场微震监测技术建立了微震波形数据库,研究了随工作面持续开采,无煤柱切顶留巷不同阶段的覆岩采动裂隙演化及应力空间展布特征,得出了工作面覆岩周期性破断规律。研究结果表明：工作面发生初次来压时的覆岩裂隙发育高度为57.6 m,切顶前中部裂隙带发育高度为95.5～96.1 m,裂采比为23.8～24.0,边缘侧裂隙发育高度为105.9～106.4 m,裂采比为26.4～26.6。切顶后工作面两侧裂隙带最终发育高度为104.3～105.2 m,裂采比为26.1～26.3,工作面中部裂隙带由于上覆岩层的不断压实弥合,最终发育高度为94.3～95.2 m,裂采比为23.6～23.8。当巷道分别处于掘进、切缝阶段,顶板位移基本没有产生改变;当其进入顶板下沉、切顶成巷阶段,顶板位移不断增大。切顶卸压完成后,巷道侧支承压力峰值增大,表明切缝之后的工作面跨度进一步增大,倾向支承压力不断增大;工作面顶板卸压效果显著,顶板产生大范围应力释放现象。在该工作面布置了微震监测系统...     

近距离煤层群重复采动下端面冒顶影响因素分析及防治

现有对于端面顶板冒漏的研究多针对单一煤层,而近距离煤层群开采下的端面顶板稳定性不同于单一煤层,在近距离煤层群开采过程中,由于相邻煤层间距较小,上位煤层开采后会使下位煤层开采区域的顶板结构和应力环境发生变化,容易出现端面冒顶、煤壁片帮和顶板压架等灾变问题。以发生过3次大范围冒顶事故的某矿井17101工作面为工程背景,根据煤壁、液压支架与端面顶板稳定性关系,建立了近距离煤层群重复采动下的"端面顶板-煤壁-支架"模型,确定了近距离煤层群重复采动下端面冒顶的影响因素主要为顶板-围岩强度、支架工作阻力、推进速度和端面距。利用UDEC模拟软件模拟不同影响因素对重复采动下端面冒顶的影响,得出以下结论:(1)重复采动过程中顶板与煤体都受到了损伤破坏,顶板与煤壁强度降低,容易出现支架前端顶板冒落,引发顶板冒落与煤壁片帮等灾害,顶板-围岩强度越大,顶板的稳定性越好。(2)液压支架工作阻力偏低是造成工作面端面冒顶的重要原因之一,液压支架工作阻力越大,端面顶板越稳定。(3)工作面推进速度对端面顶板稳定性具有明显的影响,工作面推进速度越慢,采场顶板下沉现象越严重。(4)端面距为端面冒顶的重要影响因素,端面冒顶与端面距呈线性相关,冒落高度随着端面距的增大而增加,端面距越小,端面顶板越稳定,但是端面距太小也会影响到工作面的正常开采,应根据实际情况来确定。针对4个主要影响因素,提出了重复采动下端面冒顶的防治措施,即增加顶板与围岩的强度、提高液压支架工作阻力、合理控制推进速度和减小端面距。上述防治措施可为近距离煤层群重复采动下端面冒顶提供有效的解决方法。     

急倾斜煤层分段开采冲击矿压防治工程研究

针对某煤矿工作面急倾斜煤层分段开采矿压冲击的问题,研究与分析了分段开采时上覆岩的垮落特点、分段开采的冲击机理,提出了利用防控动载、静载力源的卸压防治技术预防矿压灾害的方案,通过煤层顶板深孔爆破实现动载防控,底板钻孔爆破实现静载防控。在某工作面实施该矿压防控方案,结果表明,实施矿压防控措施后,开采作业中矿震发生的次数以及总能量均逐渐减少,矿压防控效果良好。     

综放面压架事故及其防治技术

本文结合某综放工作面实际生产条件,为防治该工作面压架事故,提出了“采空区留顶煤间隔煤垛”技术.实践证明,所留煤垛确实能支撑顶板,控制工作面顶板下沉量,有效避免了顶板冲击和压死支架情形.     

综放开采覆岩导水裂隙带高度研究

为了对某工作面3煤层综放开采后的顶板水害防治提供理论依据,分别采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的经验公式预计、数值模拟和井下仰孔分段注水法实测3种方法对回采工作面的覆岩导水裂隙带高度进行了研究,所得经验公式预计值为51.1,59.0m,数值模拟计算值为63.5m,实测值为65.4m;综合比较分析得出该地质条件下开采覆岩导水裂隙带高度为63.5~65.4m,山西组砂岩含水层位于导水裂隙带范围内,属于直接充水含水层,但裂隙带未波及石盒子组砂岩含水层与新近系松散含水层,正常综放开采不会对工作面涌水产生直接影响。     

残煤复采大采高液压支架阻力对煤壁片帮影响分析

以圣华煤矿复采工作面为工程背景,阐述了残煤复采工作面煤壁片帮机理,通过理论计算和运用计算机数值模拟方法分析了不同支架阻力下煤壁片帮情况,并比较了支架阻力在残煤和实体煤条件下对煤壁片帮的影响,得出了如下结论:1煤壁片帮的程度随着支架工作阻力的增大而减小,且煤壁片帮最大深度与支护强度基本呈线性关系;在同等工作阻力条件下,残煤的煤壁片帮程度要远大于实体煤的煤壁片帮程度;2在实体煤条件下,当工作阻力达到8 000kN时,煤壁片帮情况已经不严重,而在残煤条件下,工作阻力要达到9 000kN才能够控制顶板的下沉和煤壁的破坏深度。最后确定圣华煤矿复采工作面支架阻力为9 000kN。     

微震监测技术在顶板来压预测预报中的应用

介绍了微震监测系统在千秋煤矿预测预报顶板来压中的应用情况。实践结果表明,微震监测系统可实现对综放工作面老顶初次来压的预测判断;微震监测与日常钻屑量监测、矿压监测等数据较为一致,采用综合性的冲击地压预测预报技术能更有效地对采场动力灾害进行预测预报;用大能量事件频次作为微震监测系统的有效参数可较准确地对采场动力现象进行预测预报,并总结出顶板来压的前兆信息模式,该项结论能有效预防采场动力现象和冲击地压事故的发生。     

基于三量协同监测的采场来压识别预警系统研发

根据《2013-2017年度全国煤矿安全事故案例汇编》,煤矿矿压监测单纯依靠应力监测和人工测距,存在工作量大、值班人员多、稳定性低的现状。对近几年煤矿采场来压、支架工作阻力、顶底板移近量、活柱下缩量监测进行了研究,创新性地研究了基于三量协同监测采场来压识别和预警系统。该系统能对顶板周期来压时间、步距、强度、支架倾角、支柱移近速率及升降状态等作记录分析,并对下一周期来压进行预测,减少了顶板监测人员数量,提高了劳动效率,实现了减员增效。该研究成果对贯彻落实《关于开展"机械化换人、自动化减人"科技强安专项行动的通知(安监总科技[2015]63号)》起到积极、有效的推进作用,并对煤矿采场矿压研究理论、控制技术及顶板灾害预测相关科研课题起到抛砖引玉效应,具有广阔的市场前景。     

厚松散含水层失水沉降相似模拟实验研究

目前缺乏对厚松散含水层地质采矿条件下覆岩破断及变形规律的深入研究。以淮南矿区潘四东煤矿11111工作面为工程背景,构建相似材料模型,采用数字摄影测量提取位移法记录模型开挖过程中覆岩破断过程及覆岩变形情况。分析了含水层失水沉降原因:覆岩在W型剪切应力拱作用下形成2条纵向的主导水裂隙带,导水裂隙带的进一步发育引起含水层失水固结,在厚松散层重力作用下进一步压实,随着覆岩破断运动的加剧,在弯曲带和覆岩共同挤压下形成О型剪切应力拱,压缩薄层空间,导致地表下沉量增大。分析了失水状态下覆岩损伤情况:工作面开采工作完成且覆岩达到稳态后,前垮落角为57°,后垮落角为62°,导水裂隙带高度为63 m,开切眼及终采线上方覆岩在应力集中作用下断裂,产生纵向裂隙,开切眼及终采线上方垮落带区域内覆岩产生横向离层裂隙,纵向裂隙和横向离层裂隙加剧了覆岩与含水层间的水力联系。给出了失水状态下覆岩动态运动规律:随着开采工作面的推进,各观测线覆岩下沉量逐渐增大,接近开采工作面的观测线覆岩下沉量最大,工作面上方覆岩的观测线下沉量曲线走势基本类似且跳变一致,含水层上方的观测线下沉量曲线走势基本吻合且跳变同步,工作面上方与含水层上方的观测线下沉量跳变异步,表明含水层对覆岩移动变形具有重要作用。     

综放开采见方构造区冲击危险性分析及防治研究

目前针对综放工作面的冲击危险性分析只是从单一地质构造或见方效应因素考虑,而冲击地压矿井的开采条件一直变化,影响因素复杂多样,需要具体分析综放开采条件下地质构造与见方效应耦合区域内的冲击危险性。以胡家河煤矿401111工作面为工程背景,采用微震台网监测技术获取了见方构造区内微震事件能量及频次分布特征,研究了见方构造区的冲击危险性,得出以下结论:(1)见方构造区冲击危险性高,区域内断层及褶曲分别影响煤层连续性及变形特征,致使构造应力异常。(2)上覆岩层压力伴随工作面开挖逐渐向煤层转移,区域内静载荷集中程度显著,工作面推进过程见方效应致使顶板活动频繁,导致较高水平的集中动载荷。(3)见方效应与地质构造联合作用时,工作面近场煤体内集中静载荷处于最高水平,远场集中动载荷扰动最频繁,两者耦合作用下的区域冲击潜在风险极大。针对见方构造区存在的冲击危险性,从空间维度由上及下对见方构造区的3个层位采取了具体的防治措施:(1)厚硬顶板断裂会产生较高水平的动载荷,对其进行预裂爆破,降低顶板与相邻采空区的联通活动。(2)工作面间煤柱及实体煤受上覆岩层的压力影响,静载荷集中程度高,实施大直径钻孔卸压,降低煤帮完整性支承压力向深处煤层转移。(3)对底板实施大直径钻孔+爆破卸压技术,阻断帮部支承压力向底板转移路径,降低巷道底鼓变形。工程实践结果表明,该防治措施卸压效果良好,见方构造区内顶板周期来压步距缩短,基本在15m以内,工作面微震事件能量均小于104 J,无大能量事件发生,可为同类型矿井条件的冲击地压防治提供参考。     

路天煤矿1604综放工作面顶煤冒放性评价

放顶煤开采是利用采动支承压力的作用使煤体自然压裂破碎和跨落并从支架放煤口放出,因此,顶煤冒放性的好坏就成为该采煤法的关键所在。文章根据路天煤矿的煤层赋存条件,运用模糊数学分类方法,采用Matlab编程计算,并结合煤层强度、赋存深度、节理裂隙发育程度、夹矸厚度、煤层厚度和直接顶的充满系数6个因素,对该煤矿1604综放工作面顶煤冒放性进行了分析评价。评价结果表明,1604综放工作面顶煤冒放性好,对路天煤矿的生产实践具有一定的指导意义。     

巨厚砾岩孤岛工作面微震特征研究

为有效防治巨厚砾岩孤岛工作面的冲击地压,运用微震监测技术,开展了针对千秋煤矿21141孤岛工作面的微震时空演化特征规律及周期来压与超前支承压力之间的相关性研究。结果表明,微震事件高发区域有3个:Ⅰ区为21141孤岛工作面前方50~300m范围内,Ⅱ区为21141孤岛工作面距采区胶带下山600~900m范围内,Ⅲ区为21采区下山煤柱区域,微震事件多发生在工作面前方的垮落带;顶板周期来压前,微震事件的频次、日累计能量有所增加,顶板来压期间,微震事件的频次、日累计能量都明显高于非来压期间的事件频次及能量;大部分冲击地压发生在超前支承压力峰值范围。