大采高综采推进速度对关键层垮落型式的影响研究

针对大采高综采工作面推进速度对覆岩关键层"悬臂梁"垮落运动的关系及其对矿压的影响,通过对工作面关键层"长悬臂梁"和"短悬臂梁-砌体梁"两种结构对工作面矿压影响机理和张集矿1611(3)大采高综采工作面矿压实测数据进行分析验证,发现不同推进速度下关键层"悬臂梁"垮落型式的矿压显现规律;在慢速推进时,关键1与关键层2破断重叠,致使工作面来压剧烈,支护困难,适当提高推进速度可以避免两关键层同时断裂,降低来压强度。     

大采高工作面推进速度对关键层垮落型式的影响研究

针对大采高综采工作面推进速度对覆岩关键层"悬臂梁"垮落运动的关系及其对矿压的影响,通过对工作面关键层"长悬臂梁"和"短悬臂梁-砌体梁"两种结构对工作面矿压影响机理和庞庞塔煤矿大采高综采工作面矿压实测数据进行分析验证,发现不同推进速度下关键层"悬臂梁"垮落型式的矿压显现规律;在慢速推进时,关键1与关键层2破断重叠,致使工作面来压剧烈,支护困难,适当提高推进速度可以避免两关键层同时断裂,降低来压强度。     

推进速度对大采高工作面关键层“悬臂梁”垮落形式的影响

针对大采高综采工作面推进速度对覆岩关键层"悬臂梁"垮落运动的关系及其对矿压的影响,通过对工作面关键层"长悬臂梁"和"短悬臂梁—砌体梁"2种结构对工作面矿压影响机理进行分析,并利用张集矿1611(3)大采高综采工作面矿压实测数据对机理进行分析验证,得出不同推进速度下关键层"悬臂梁"垮落形式的矿压显现规律:在慢速推进时,关键层1与关键层2破断重叠,致使工作面来压剧烈,支护困难,适当提高推进速度可以避免两关键层同时断裂,降低来压强度。     

坚硬顶板条件下周期来压规律分析

某矿8#煤层1201综采工作面下位顶板坚硬难冒,顶板悬露面积大,分析工作面采场顶板形成"短悬臂梁-砌体梁"结构,开采过程中将出现悬臂梁周期性破断和砌体梁结构周期性失稳,二者共同决定工作面的来压显现规律,分别使工作面形成小周期来压和大周期来压,顶板来压显现强烈。通过数值模拟与支架的工作阻力实测方法验证了采场顶板形成"短悬臂梁-砌体梁"结构,分析得出工作面大、小周期来压步距及大周期来压期间动载系数,这与顶板"短悬臂梁-砌体梁"结构破断规律相吻合。     

7.0m大采高工作面覆岩破断及矿压显现规律研究

为解决神东矿区7.0 m大采高综采工作面的安全高效开采问题,采用现场实测、理论分析和物理模拟的手段,对19个特大采高工作面的矿压规律和关键技术进行研究。研究结果表明:特大采高工作面矿压显现较普通采高工作面更加强烈;由于特大采高工作面采高明显增大,覆岩第一亚关键层易进入垮落带,难以形成"砌体梁"结构,而呈"悬臂梁"结构周期性破断,形成工作面的周期来压,其持续长度与支架控顶距接近,较关键层"砌体梁"结构来压持续长度明显偏大;并且随着埋深的增大,高位关键层的破断对特大采高工作面矿压显现的影响也逐渐加大,多关键层的同步破断显然会传递更大的覆岩载荷,进而加剧了工作面矿压显现。针对特大采高工作面的矿压显现特征与特殊的覆岩破断规律,建立了支架合理工作阻力的确定方法,研发了特大采高工作面开采设备,开发了大断面巷道支护技术、强制放顶技术和末采快速贯通技术,实现了特大采高工作面的安全高效开采。     

大采高综放工作面顶板破断特征及液压支架阻力确定

以神东矿区某矿大采高综放42105工作面为背景,采用现场实测、理论分析和相似模拟等方法对工作面矿压和顶板破断特征进行分析,并得出更合理的液压支架工作阻力。结果表明,随着采高的增大,覆岩最下位关键层易进入垮落带,不能形成"砌体梁"结构,呈现"悬臂梁"的周期破断特征。提出了重复采动下大采高综放面下位关键层以"悬臂梁"形式破断时支架工作阻力的确定方法,并依此确定了42105工作面支架的合理工作阻力为19 800 k N。     

软岩下浅埋煤层大采高综采面矿压显现规律研究

通过对内蒙古同煤鄂尔多斯矿业投资有限公司色连一号矿(以下简称"色连矿")综采面现场实测与理论分析,就其工作面矿压显现特征、覆岩关键层结构形态和运动规律及其对矿压显现的影响等问题进行了深入研究。覆岩中细、中粒砂岩层分别为亚关键层I、Ⅱ,亚关键层I破断运动形成"悬臂梁"结构,其周期性失稳运动产生工作面小来压,亚关键层Ⅱ破断运动形成"砌体梁"结构,其失稳运动形成工作面周期来压。"悬臂梁"结构的"稳定—失稳"运动促使下,在直接顶中产生拉断区和压缩变形区,"两区"贯通时最易发生严重端面漏冒。     

浅埋煤层大采高工作面矿压规律及机理研究

通过对大采高工作面推进过程中支架压力、煤壁完整性、顶板变形监测,得出工作面初次来压、周期来压规律及矿压显现特征。大采高工作面初次来压时,支架压力明显升高,煤壁动力现象不明显,周期来压时,支架活柱发生下缩,煤壁片帮严重,来压特征强烈。大采高工作面开采后,上覆岩层垮落带中形成"悬臂梁"结构,裂隙带中形成"砌体梁"结构,根据覆岩破断特征,给出了"悬臂梁"结构的形成条件,揭示了两种结构对工作面矿压特征产生的机理。     

浅埋煤层大采高工作面支架工作阻力确定

通过对大采高工作面推进过程中支架压力监测,得出工作面周期来压规律。根据覆岩破断特征,揭示了大采高工作面周期来压是由上覆岩层垮落带中形成"悬臂梁"结构造成的。建立关键层"悬臂梁"、"砌体梁"平衡方程,给出了确定大采高工作面支架工作阻力的计算方法。     

大采高采场关键层“悬臂梁”结构运动型式及对矿压的影响

通过理论分析并结合模拟实验,提出了大采高覆岩关键层“悬臂梁”结构的3种运动型式,即：“悬臂梁”直接垮落式、“悬臂梁”双向回转垮落式、“悬臂梁-砌体梁”交替式。结合关键层“悬臂梁”与“砌体梁”结构对采场矿压影响的对比分析,揭示了关键层“悬臂梁”结构3种运动型式对采场矿压的不同影响规律,并得到了补连塔煤矿7.0 m支架综采工作面矿压实测数据的验证。     

浅埋煤层群大采高采场初次来压顶板结构及支架载荷研究

以陕北榆神矿区浅埋近距离煤层群下行开采为背景,通过物理模拟研究了下煤层工作面初次来压的顶板结构特征。近距离煤层下煤层开采时,间隔岩层顶板一般具有单一关键层,顶板初次破断形成"非对称三铰拱结构",结构上的载荷层为上煤层采空区垮落顶板。上煤层垮落顶板结构在下煤层采动后活化,与下煤层三铰拱结构共同形成"非对称三铰拱梁与拱壳载荷结构"。通过建立浅埋煤层群下煤层关键层固支梁力学模型,修正了基本顶极限垮距计算公式,确定了下煤层顶板结构块的参数。建立了煤层群下煤层开采初次来压的支架载荷计算模型,揭示了工作面顶板动压机理。基于动静载荷作用,提出了初次来压的合理支架工作阻力确定方法,为浅埋近距离煤层群开采的顶板初次来压控制提供了理论依据。     

土层覆盖下浅埋煤层工作面支架选型研究

基于支架工作阻力与顶板最终下沉量的“P-△L”双曲线关系，采用数值模拟计算方法，同时考虑相似模拟试验结果，研究土层覆盖下浅埋煤层工作面的矿压显现规律．结果表明：土层覆盖下浅埋煤层工作面初次来压时只有关键层破断垮落，支架栽荷并不大，随着工作面推进顶板垮落向上发展至地表，从而在工作面与地表形成贯通裂隙时，支架阻力才最大．最终确定了陕北南梁煤矿土层覆盖下浅埋煤层20115工作面的支架工作阻力为6500kN，为南梁矿综合机械化开采的工作面支架选型提供技术依据．     

神东矿区大采高综采工作面关键层运移规律研究

大采高和特大采高综采工作面由于其特殊性,顶板结构运动形式与中等采高工作面相比存在较大不同。大采高综采工作面受采动影响后,通过对其上覆岩层关键层的运移规律进行研究得出:对于大采高或者特大采高情况下,覆岩关键层通常会以"悬臂梁"结构破断的形式存在,有时也会形成稳定的铰接结构,而上位关键层则一般可形成"砌体梁"结构;当上部关键层发生破断时,其下部关键层也将受到上部关键层破断的影响,工作面压力显现情况和周期来压步距不直接受上部关键层的破断影响而是由下部关键层是否发生破断而决定。     

浅埋深双关键层结构采场矿压规律研究

采用现场矿压观测、理论分析方法对锦界煤矿31109工作面的矿压显现特征及来压机理进行研究。研究结果表明工作面存在大小周期来压现象,小周期来压荷载多集中在工作面中部,大周期来压时工作面大部分支架均处于来压状态;主、亚关键层周期破断距分别为10.1 m、18.2 m,破断后均不形成砌体梁铰接结构;主关键层断裂岩块以悬臂梁向后下方回转下沉,一方面使得亚关键层在煤壁上方提前破断滑落,造成工作面大范围剧烈来压显现,另一方面会使得亚关键层在断裂线处受到损伤,此后造成工作面小范围缓和来压显现。     

大采高综采采场关键层运动型式及对工作面矿压的影响

掌握大采高综采采场关键层结构形态及运动型式是分析工作面矿压显现规律的基础。采用理论分析方法,得出了大采高综采采场关键层存在2种结构形态和6种运动型式,并给出了各结构形态和运动型式的形成条件,2种结构形态为垮落带关键层"悬臂梁"结构形态和断裂带关键层稳定"铰接"结构形态,6种运动型式为"悬臂梁"直接垮落式、"悬臂梁"双向回转垮落式、"悬臂梁"二次回转垮落式、"悬臂梁-铰接"结构交替式、"砌体梁"结构运动型式和"短砌体梁"结构运动型式。采用UDEC数值模拟方法验证了各形成条件下的关键层的运动型式,揭示了6种关键层运动型式对采场矿压的影响规律,最后得到了现场实测数据的验证。     

土层覆盖下浅埋煤层工作面支架选型研究

基于支架工作阻力与顸板最终下沉量的“P-△L”双曲线关系,采用数值模拟计算方法,同时考虑相似模拟试验结果,研究土层覆盖下浅埋煤层工作面的矿压显现规律．结果表明：土层覆盖下浅埋煤层工作面初次来压时只有关键层破断垮落,支架载荷并不大,随着工作面推进顶板垮落向上发展至地表,从而在工作面与地表形成贯通裂隙时,支架阻力才最大．最终确定了陕北南梁煤矿土层覆盖下浅埋煤层20115工作面的支架工作阻力为6500kN,为南梁矿综合机械化开采的工作面支架选型提供技术依据．     

砂岩直覆顶板预裂爆破矿压控制技术

赋存于煤层顶板的关键岩层破断会引起采场强烈的矿压显现,尤其是直接赋存于煤层顶板的厚硬砂岩层作为主关键层,其破断容易引发矿山动力灾害。针对某工作面顶板厚砂岩直覆特征,运用关键层理论分析了该岩层梁式初次断裂的极限步距、周期性跨落步距及相应的支护阻力要求,为使工作面支架能够承载顶板压力,切眼向前每隔20 m采用超前深孔预裂爆破措施。矿压实测结果表明,厚砂岩的强制放顶减缓了顶板载荷对支架的作用,实现了现有支护设备条件下工作面的安全回采。     

特厚煤层综放开采大空间采场覆岩结构及作用机制

针对大同矿区石炭系3-5号特厚煤层坚硬顶板综放开采时工作面易出现压架、临空巷道超前区域变形、破坏严重等强矿压显现问题,采用理论分析、物理模拟及现场实测等方法,建立了特厚煤层开采大空间采场岩层结构演化模型。结果表明：特厚煤层综放开采覆岩远、近场关键层运动都可能会对采场矿压产生影响,近场关键层为“竖O-X”破断的“悬臂梁+砌体梁”结构,远场关键层为“横O-X”破断的“砌体梁”结构模型。近场关键层结构主要影响工作面支架压力及其稳定性,近场关键层结构中,以“悬臂梁”结构破断运动的关键层层数越多,对支架安全越不利;远场关键层结构则主要对工作面临空侧巷道变形产生影响,其破断块体的回转运动对临空侧巷道围岩产生径向挤压作用,是造成巷道超前底臌的主要原因。据此开发了基于地面钻孔压裂与井下顶板预裂相结合的远、近场协同弱化的坚硬顶板预控技术,将有效降低岩层破断的能量释放和关键层结构失稳的压力传递,减轻特厚煤层综放开采采场矿压的显现强度。     

麻家梁矿采动双硬顶板工作面覆岩运移规律

以麻家梁煤矿14201双层坚硬顶板工作面为例,进行相似模拟实验和矿压观测,得到了上位坚硬顶板的初次来压步距为106 m,周期来压步距为50~60 m,下位坚硬顶板的初次来压步距为60 m,周期来压步距为20~25 m,发现双硬顶板破断失稳整体呈现"下位短悬臂梁与上位长砌体梁"结构,垮落方式分为下位坚硬顶板单层垮落和上、下位坚硬顶板的同步垮落2种;下位坚硬顶板垮落形成"小周期来压";上位坚硬顶板垮落给采场及巷道围岩造成较为剧烈的影响,形成"大周期来压"。     

薄基岩浅埋煤层工作面顶板来压过程研究

薄基岩浅埋深工作面初次来压经历基岩层下部分层垮落、关键层及其上部岩层破坏垮落、松散载荷层滞后垮落等3个阶段。关键层悬臂梁破断垮落成承压砌块,其垮落及沿架后切落,形成工作面周期来压。松散载荷层垮落时重力功作用于基岩层及顶板,形成短暂剧烈的动载现象。