软煤大采高综采煤壁片帮机理与控制

煤壁片帮是大采高综采工作面经常面临的问题,在软煤层中这种问题更加突出,软煤层中能否成功应用大采高综采技术的关键在于能否防止片帮现象的发生。通过实验模拟,研究了采高6.0 m左右软煤层在不同停采时间、不同支架工作阻力条件下煤壁片帮的规律,得到不同条件下的拟合公式,从理论上分析了煤壁片帮的影响因素,提出了预防煤壁片帮的措施。     

三软煤层工作面煤壁片帮防治技术研究

三软煤层工作面煤壁片帮问题已成为制约采面安全生产和高产高效的主要因素之一。通过介绍三软煤层工作面和煤壁片帮状况,结合煤壁片帮的原因进行分析,对三软煤层工作面煤壁片帮的常规治理措施进行论述,并对从根本上治理煤壁片帮的技术途径和方法进行了探讨,可为三软煤层工作面煤壁防治工作提供借鉴。     

大采高大倾角工作面煤壁片帮机理分析

为研究大倾角大采高工作面煤壁片帮机理,控制煤壁片帮。建立大采高大倾角条件下的煤壁片帮模型,利用压杆失稳理论解释煤壁片帮现象。通过理论计算得出了大采高大倾角工作面煤壁片帮临界力以及片帮最易发生的位置,分析了倾角、采高与片帮临界力和片帮位置的关系。结果表明：煤壁片帮临界力与采高和煤体自身刚度有关,与煤层倾角无关。采高越大,煤壁片帮临界力越小,煤壁抗弯刚度越大,煤壁片帮的临界力越大。煤壁片帮发生的位置受煤壁自身刚度、顶板压力、煤层倾角、采高的影响,但主要由采高决定,煤壁最易片帮位置距离顶板约0.398倍采高处。此外,现场观测了攀枝花煤矿11073大采高大倾角工作面的煤壁片帮现象,现场观测与理论分析结果一致。现场采用提高支架工作阻力等措施,有效地控制了煤壁片帮现象。     

三软不稳定煤层工作面煤壁片帮机理及防治技术

为防止在三软不稳定煤层回采工作面使用悬移支架时发生由煤壁片帮引起的冒顶事故,通过分析"三软"不稳定煤层滑移式片帮和压剪式片帮的片帮机理,并提出煤壁片帮防治技术,根据"三软"不稳定煤层工作面煤壁片帮的主要特征,实施了在回采工作面煤壁上端打木锚杆和煤层注水相结合的技术,辅之以加强支架—围岩关系的管控和优化回采工艺的防治煤壁片帮的综合措施。现场试验结果表明,实施煤壁片帮综合防治措施后,片帮深度超过0.3 m的片帮率由52.6%降至12.5%,最大片帮深度由0.82 m降至0.42 m,回采工作面的煤壁片帮得到有效控制。     

煤壁片帮失稳的尖点突变模型分析

针对工作面煤壁的受力特性和变形特征,将劈裂后的煤壁视为压杆,应用突变理论对压杆的不稳定性进行分析。基于弹性理论求出压杆系统的总势能,进而建立了煤壁片帮的突变模型。通过对煤壁片帮突变失稳发生的必要条件和充分条件进行分析,得出煤壁片帮的主要影响因素,并提出有效预防煤壁片帮的措施。研究结果表明:煤壁片帮失稳的发生与否不仅取决于煤壁上方纵向载荷的大小,还取决于煤体的几何尺寸和煤的物理力学性质等因素;横向力的扰动与煤壁片帮的发生之间存在着非线性的关系。     

极软厚煤层煤壁片帮与防治机理

详细分析了极软煤层煤壁片帮与防治机理，提出了减缓煤壁压力和提高煤体抗剪强度是防治极软煤层煤壁片帮的主要技术途径.研究表明：放顶煤开采、提高支架工作阻力可以减缓煤壁压力，煤体合理注水可以提高煤体黏聚力与抗剪强度，它们是防治极软煤层煤壁片帮的有效措施.加快工作面推进度、适当降低采高也有利于防治煤壁片帮.     

房柱式开采遗留煤柱骨牌式失稳数值模拟

唐公沟煤矿技术改进前3-2煤层采用的是房柱式开采方式,在进行下位4-2上煤层开采时,顶板的相应区域将受到3-2煤层采空区遗留煤柱的影响而产生应力集中,易造成4-2上煤层开采时两巷片帮、冒顶,工作面煤壁片帮。通过建立UDEC数值模型,研究了4-2上煤层工作面推进过程中3-2采空区遗留煤柱的骨牌失稳现象,分析得出了4-2上煤层工作面位移变化规律及不同煤柱宽度对骨牌失稳效应的影响。     

软煤层大采高综采工作面煤壁稳定性研究

通过对压剪式片帮、重力滑落式片帮、横栱形片帮等软煤层大采高工作面煤壁片帮的机理分析,探讨了采高、煤体强度、停采时间、支架初撑力、软弱夹层、工作面推进方向等影响软煤层大采高工作面煤壁片帮的因素,并提出了增强工作面煤壁稳定性的六项技术措施。     

竖向裂隙发育煤层大采高综放开采煤壁片帮失稳机理及其控制

针对大同矿区塔山煤矿竖向裂隙发育煤层大采高综放开采典型煤壁片帮特征,基于压杆理论分析和实测研究,探讨了竖向裂隙发育煤层煤壁片帮失稳机理。理论计算得到了竖向裂隙发育煤层煤壁片帮临界稳定关系及对应的临界作用力,通过提高煤岩摩擦系数、降低煤壁条状煤体重心提高工作面煤壁的稳定性。结合塔山矿8105工作面大采高综放开采条件,采用煤层深孔内充水承压微爆破技术,取得了大采高煤壁片帮良好防治效果。     

特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮机理及控制

针对不连沟煤矿F6202大采高综放工作面煤壁片帮严重的问题,通过现场调研观测,根据煤壁片帮位置,总结并分析了回采过程中煤壁片帮的基本特征。进一步分析了顶板结构、液压支架工作阻力及工作面推进速度对煤壁片帮程度的影响。研究表明:顶板形成的"下位组合悬臂梁-上位砌体梁"结构中组合悬臂梁失稳断裂引起煤壁上方"反弹区"向煤壁冲击,以及支架工作阻力偏小、工作面推进速度过快引发组合悬臂梁结构强度伪增强而积聚更多应变能瞬间释放是导致大采高综放条件下煤壁片帮的重要因素,增大液压支架工作阻力能够降低煤壁片帮程度。提出了"煤层注水、适当减缓工作面推进速度、提高液压支架工作阻力"的片帮综合治理方案;工程实践表明,治理后煤壁片帮频次和日片帮深度均值较之前大幅减小,取得良好片帮治理效果。     

大采高夹矸煤层片帮机理

采用实验室内试块压力实验、理论分析及现场实测相结合的研究方法,以河东煤矿大采高工作面生产实际为背景,对大采高夹矸煤层工作面片帮作用机理进行分析。研究表明:夹矸及薄煤块不耦合叠加试件单轴抗压强度较不含夹矸的纯煤样强度有所增大,而变形量较纯煤样变形有所减小;煤壁片帮模型理论分析表明,煤层整体高度对煤壁稳定性影响较大,在相同外力条件下,高度越大,煤壁越容易失稳,夹矸层有效减小煤层整体厚度,工作面分层片帮严重程度明显较小;河东煤矿夹矸煤层片帮现象主要发生在10#煤层靠上部位置,片帮面积不大,影响程度较小。     

大采高综采工作面煤壁片帮特征及其稳定性分析

为研究大采高综采工作面的煤壁稳定性,采用2种压杆力学模型分析,得出煤壁的失稳位置离顶板的距离为0.35～0.5倍的采高。然后将片帮的煤体简化为单一滑动面模型,通过力学分析,得到衡量煤壁稳定性的稳定系数K。如果K>1,即下滑力大于抗滑力,此时发生片帮现象;如果K=1时,此时煤壁处于极限平衡状态;当K<1时,抗滑力大于下滑力,煤壁稳定。另外由K值的表达式可知,当煤体的内摩擦角和内聚力增大时,煤壁越稳定;当采高和顶板来压增大时,煤壁越易于片帮。通过现场实践分析,注射马丽散等增强煤体的抗剪强度,加强顶板及护帮的支护,加快工作面推进速度,及时移架等措施,有利于减小片帮发生,增强煤壁的稳定性。     

特厚煤层大采高综放开采机采高度的确定与影响

为了确定大采高综放开采合理的机采高度,基于理论分析与数值模拟计算方法,研究了不同机采高度对支架工作阻力、顶煤冒放规律、煤壁稳定性的影响。研究结果表明：大采高综放开采机采高度的确定应充分考虑采放比、煤壁稳定性、矿压显现、顶煤采出率及设备投资等。支架所需支护强度、顶煤采出率、煤壁片帮程度与机采高度成正相关性,但并不是简单的线性关系。由于受顶煤赋存条件及采出率等因素影响,相同采高大采高综放开采煤壁片帮几率要高于大采高综采。大采高综放开采是煤炭开采技术的新突破,是实现特厚煤层安全高效开采的有效途径。     

超细水泥防治孤岛工作面煤壁片帮

孤岛工作面的自身条件使得巷道矿压显现明显,回采过程中巷道煤壁片帮严重,威胁着回采巷道 的使用及工作面的安全生产,同时制约着工作面的推进速度。为解决这些问题,采用超细水泥防 治煤壁片帮。分析了超细水泥黏度随凝结时间变化关系,得到了混合浆液的流动性和凝结时间随 水灰比的增大而增强的结论;了解了注浆材料中加入适量膨胀剂后的效果,计算出体积膨胀率由 原来的1.09倍增加到1.18倍;实验室内做了K8113工作面煤样的抗压试验,测得煤样抗压强度为 2.234 MPa,将块状煤样与超细水泥按照质量比7∶3以上组成黏结骨架,72 h 后测黏结骨架的抗压强度为7.864 MPa。将超细水泥防治片帮的方法应用到K8113工作面后, K8113工作面现场实测数据表明该方法是可行的。     

建筑荷载作用下采空区顶板岩梁稳定性分析

为了给煤矿塌陷区土地的治理利用提供理论依据,对建筑荷载作用下采空区顶板岩梁的稳定性进行了分析研究。采空区顶板岩梁突变失稳过程是比较典型的偏离平衡态的非线性过程,将浅部开采老采空断裂的顶板岩梁概化为三铰拱式力学结构模型。通过力学分析,建立了顶板岩梁力学系统的总势能方程,利用突变理论,构建了采空区顶板岩梁失稳的尖点突变模型,获得了采空区顶板岩梁突变失稳的条件,并通过工程算例进行了分析和验证。研究结果表明,煤矿塌陷区地基的稳定性不仅与采动岩体受地面建筑荷载的影响程度有关,也与老采空区顶板岩层的稳定性有关。采空区顶板岩梁在地表建筑荷载扰动下,若满足稳定的条件,则顶板岩梁回转后仍然处于稳定平衡状态。否则,采空区顶板岩梁将发生突变失稳。     

割煤高度对大采高综放工作面煤壁稳定性影响

采用FLAC3D模拟分析了割煤高度对大采高综放工作面煤壁稳定性的影响.模拟结果表明,增大割煤高度,首先是增大了煤壁无水平约束空间,加剧煤壁的变形和破坏,导致煤壁片帮,而煤壁片帮又加大了支架与煤壁间的无支护面积,使端面顶煤的变形加剧,从而诱发架前冒顶,割煤高度对煤壁片帮的影响更为明显,现场观测也同样验证了以上结论.     

中小煤矿在浅埋薄基岩下开采灾害防治研究

长壁留煤柱采煤法是陕北煤田中小型煤矿在采用单体支柱难以抗御剧烈的动压显现,在采空区留煤柱以支撑顶板防止切落而采用的一种特殊的采煤方法．在有限煤柱群的支撑下,顶板可能形成大面积悬露不垮,最终导致大面积整体垮落,这种大面积垮落的机理不同于坚硬或极坚硬顶板大面积垮落．针对陕北煤田中小煤矿采用的长壁留煤柱开采,其防灾减灾的技术目标是区分两类不同性质的煤柱,即区内煤柱和区域间的隔离煤柱,实现隔离小区域的适时无灾害垮落,防止跨隔离区的大范围垮落．建立防止大型顶板事故的“设计-诊断-监测-识别-对策”体系．     

大采高工作面煤壁片帮机理与控制措施

工作面采高增大后,推进中在剧烈载荷作用下,煤壁的稳定性较差。针对大采高工作面煤壁片帮现象严重的问题,以山西斜沟煤矿大采高工作面地质条件为背景,结合工作面煤壁的受力模式,对煤壁的两种片帮方式进行了分析,从而得到工作面煤壁的片帮特征。根据现场片帮情况的统计,煤壁片帮主要的两个位置分别为煤壁的最高点与煤壁高度为3.5 m位置处,该结果验证了理论分析的准确性。通过数值模拟方法,分析了工作面不同采高、煤壁支护强度、推进速度下的煤壁片帮情况,并有针对性地提出了煤壁控制措施。根据现场工作面推进中的煤壁宏观监测情况,在采取该煤壁控制措施后,煤壁片帮情况有了较大的改善,工作面稳定性有了很大提升,表明该煤壁控制措施具有着较好的应用效果。