缩采放顶煤安全开采条件的认识

以实用采场矿压理论的成果为基础，较深入地分析了缩放条件下采结构力学模型特片，讨论了放顶煤缩采高效安全开采的条件问题。明确指出，采场支承压力分布出现内就力场是综放高效工采的客观基础；采用正确的放煤程序保证支架在高们态和高阻力状态下工作、以及采用正确的开采程序实现在稳定的内应力场掘进和维护巷道是综放工作实现高效安全的关系。     

深井特厚煤层综放开采适应性研究

巨野龙固煤矿1401工作面为深井大采高综放工作面,开采深度为800 m左右。为分析大采高条件下综放开采煤壁裂隙发育及煤矸放落的流动场特征,通过理论分析对3煤层综放工作面顶煤冒放性进行分析,理论证实龙固煤矿3煤层适宜采用综放工艺。应用FLAC3D数值模拟软件研究深井复杂条件下采场应力随工作面推进分布特征、顶煤塑性破坏规律的影响,为深井厚煤层确定放煤工艺参数、实现工作面安全高效生产提供理论依据。     

浅埋深中硬特厚煤层综放开采不同放煤工艺试验分析

通过对鄂尔多斯神东煤炭集团煤层厚度在7m以上的柳塔矿12108综放工作面进行现场试验研究,分析了特厚煤层综放开采技术条件下,不同放煤工艺对采放比、顶煤回收率、工作面推进速度以及回采工效的影响。研究表明采用综放开采后,顶板安全系数增加、初期投资降低、采出率提高,可实现安全、高产、高效、高采出率的生产目标。为相近条件下煤层进行安全高效综放开采提供了合理的理论依据。     

特厚煤层综放开采载荷传递及内、外应力场形成机制

以芦子沟矿特厚煤层(25m)综放工作面开采为研究背景,阐述了特厚煤层综放开采巷道沿空侧覆岩载荷传递机制,构建了侧向支承压力计算模型及计算公式。特厚煤层综放开采侧向支承压力中存在内、外应力场,相较中厚及厚煤层分层开采,特厚煤层综放开采内、外应力场呈现出新特点,内应力场范围和应力幅值相应增大,内应力场中也将出现高应力集中区,基于此提出了特厚煤层综放开采侧向支承压力的分区特征,为特厚煤层综放开采沿空侧巷道布置方式的选择及煤柱宽度的确定提供了依据。在芦子沟矿3107特厚煤层(25m)综放工作面开展区段煤柱留设的工程实践,现场应用效果良好。     

特厚煤层综放采场覆岩结构及矿压规律研究

华兴能源有限责任公司唐家会煤矿首采F61101工作面埋深超过500m,邻近矿井综放采场顶板周期来压期间出现支架安全阀频繁开启现象。为了保证类似条件下工作面安全高效开采,以唐家会煤矿F61101工作面为研究对象,对采场围岩应力演化规律、覆岩结构特征及矿压显现规律进行分析。针对特厚煤层综放采场开采条件,综合数值模拟、理论分析及现场工程实践,研究了综放采场围岩应力演化规律、覆岩结构特征、矿压显现规律等。结果表明：综放采场初次来压及周期来压步距分别为37.6m、9.9m,现场实测超前应力集中系数为1.8,采场超前应力集中区在工作面前方7～10.5m|采用应力拱理论分析了采场矿压总体上呈现动压小、静压大的原因,并计算了拱高及支架承受的理论静载荷,计算结果与现场实测相符。     

首个海域下综放工作面试采可行性研究

龙口矿区北皂煤矿海域下首采面是我国第1个海域下采煤工作面,也是世界上第1个海域下综放开采工作面。简述国内外海下及水体下开采情况,详细介绍了北皂煤矿海域下首采面的地层、水文地质、构造、顶底板条件,采用人工神经网络技术预测了综放开采导水裂缝带高度,分析了首采工作面综放开采的有利和不利条件,及采取的安全技术措施,结论认为首采工作面综放开采是可行的。     

大采高综放工作面端头支护技术

综放工作面端头管理和支护的好坏是决定工作面能否正常运转与安全高效开采的关键。结合王庄煤矿大采高综放工作面的开采技术条件,分析了大采高综放开采条件下工作面端头支护的特点和要求,介绍了自主开发研制的ZDWX-07型侧向自移式端头液压支架的技术特征、结构、工作原理和特点,初步使用取得了良好的现场应用效果。     

高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度与控制技术

针对高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度留设问题,以羊场湾煤矿为工程背景,建立了综放工作面侧向基本顶破断结构模型,推导出低应力区范围表达式及其影响因素;采用FLAC3D数值模拟软件分析巷道掘进和本工作面回采期间不同煤柱宽度下巷道围岩应力与位移演化特征。研究表明:(1)高强度开采综放工作面因采场尺寸大、推进速度快、断裂步距大,导致内应力场范围亦大于常规工作面。(2)高强度开采综放工作面区段煤柱宽度的确定,应充分考虑多次剧烈采动、基本顶破断、巷道大断面等因素,结合试验工作面地质生产条件确定内应力场范围6.31~7.58 m,合理煤柱宽度为9~14 m。(3)本工作面回采期间,覆岩结构被再次激活,致使围岩变形破坏加剧,煤柱宽度10~14 m时,煤柱具有一定自稳能力并承担较少的顶板载荷,综合考虑各因素确定合理煤柱宽度为10 m。(4)受高强度开采及基本顶破断等因素影响,窄煤柱沿空巷道可能诱发大范围破碎、煤柱帮大变形及顶板不对称下沉等变形破坏,要实现此类巷道围岩稳定性控制应对煤柱帮和顶板重点加固,据此,提出了非对称围岩控制技术,并进行现场应用,巷道控制效果明显。     

强富水含水层下综放开采水砂灾害防控关键技术

弱胶结煤层覆岩抗采动变形能力差,高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,在近距离强富水含水层下综放开采具有极大的危险性,常发生突水溃砂事故。为了实现强富水含水层下综放开采水砂灾害的安全防控,研究了基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测与监测、煤层采放高度设计与实时调整的突水溃砂灾害防控关键技术。提出基于网络并行电法和井下加密钻探的精细化探查组合方法以查明工作面开采的水文地质条件;采用经验公式预计、数值模拟计算、钻孔注水法实测以及电-震一体化监测等手段获取动、静态综放开采的覆岩破坏高度特征;通过控制煤层采放高度、优化工作面两巷在煤层中的位置、电-震一体化监测覆岩破坏高度反算煤层采放高度等方法达到及时调控煤层采放高度的目的。以应用工作面为例,采用并行电法、钻探验证,覆岩破坏高度实测以及煤层采放高度的精准控制等方法,基于地质条件探查与分析,动态控制了煤层覆岩的采动破坏范围,实现了工作面在近距离强富水含水层下的综放安全开采。研究表明,物探、钻探探测可有效获取水文地质信息以及综放开采覆岩破坏的关键参数,将采动裂隙场与水文地质条件相结合,控制煤层采放高度,对不同含水层采取疏或保的不同对策,实现了强含水层下综放安全开采。     

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。     

厚松散层薄基岩综放开采覆岩破断机理研究

采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法对厚松散层超薄基岩厚煤层综放开采覆岩的破断机理以及对采动裂隙发育的影响进行了深入研究。研究结果表明：超薄基岩在风化作用下，力学性质大幅度降低，煤层顶板中无基本顶关键层，工作面推进过程中形成动态平衡的应力拱，拱脚分别位于采空区稳定矸石上和工作面前方煤壁内，在应力拱的作用下，工作面矿压显现不明显；应力拱阻止了采动裂隙的发育，应力拱最终发育高度决定了采动裂隙的发育高度，采动裂隙在风化基岩中发育速度快，也极易闭合，虽然采厚较大，但最终有效导水裂隙带发育不高。研究结果合理解释了厚松散层超薄基岩综放开采静压大、动压小，动载系数小、采动裂隙发育不充分等现象，实现了超薄基岩下厚煤层综放开采安全高效生产。     

深部煤层低瓦斯耦合灾变机制

为探索深部开采中消突并达到安全开采条件煤层发生瓦斯异常涌出或煤与瓦斯突出的成因,通过文献调研和现场调查,确认含瓦斯煤层低压灾变的存在;通过现场瓦斯监测、微震观测、实证分析,认识消突煤层低瓦斯灾变的过程与成因;通过含低气压大煤样气-固耦合物理试验和理论分析,研究承压煤样低气压应力-应变-渗流场演化路径和气-固耦合物理灾变机制。结果显示,进入深部开采后陆续有消突达到安全开采条件煤层发生低瓦斯灾变现象的报道;现场观测和分析揭示出顶板来压、顶板来压破断冲击和底板来压起臌冲击作用下煤层低瓦斯灾变的模式;模拟采、掘工作面边界条件,0.4 MPa气压条件下的气-固耦合物理试验观察到了低气压灾变过程的3个阶段:弹性压密——气体常速与减速稳态渗流、塑性扩容——气体增速非稳态渗流、破裂失稳——气体非稳态渗流灾变。得到:在防突措施扰动下,稳压区煤层已不再是原生状态裂隙,而有大量新生裂隙产生,为瓦斯解吸游离创造条件,可形成局部富集区,是瓦斯低压灾变的发动区;分析得出采动超前区段瓦斯赋存状态"三带"动态演化规律,根据峰值应力,定量划分出40%极限弹性、极限弹性和极限破坏载荷所对应的"三带"动态演化特征;采动瓦斯赋存"三带"动态演化是导致低压瓦斯灾变的主要原因;提出了瓦斯普通涌出-低值异常涌出-高值异常涌出的灾变过程和条件;顶、底板破断冲击动压叠加作用下,可导致含瓦斯煤层低压灾变提前发动。     

综采工作面过上覆房采区顶板管理措施研究

针对柳塔煤矿22煤层开采过程中受上覆近距离房采区遗留集中煤柱应力影响发生强矿压显现、支架压死等问题，综合采用现场实测、理论分析、数值模拟的方法对工作面来压异常原因及矿压规律进行了研究，提出定向长钻孔分段水力压裂技术，并对实施效果进行了分析。结果表明：工作面来压强烈主要是由于上覆煤柱应力集中且受采动影响煤柱发生失稳导致多重应力叠加，通过实施水力压裂提前弱化顶板的方式能够有效解决来压强烈的问题，保证回采作业安全，为后续工作面安全生产提供指导。     

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。     

高应力区硬煤层巷道钻煤粉卸压技术分析

针对高应力区硬煤层巷道,由于难以注水,采用传统煤体爆破和大直径钻孔卸压方式往往不能将冲击危险降低到可接受水平。通过现场试验,提出了一种钻煤粉卸压技术,其特点是采用小直径、小孔间距的钻孔钻出大量煤粉,其原理类似于使煤层巷道围岩产生大变形,变"硬"煤为"软"煤,其效果使高应力区煤体得以有效卸压,降低和解除冲击危险,保证工作面安全生产。     

近距离煤层联合开采的通风阻力测试及围岩破坏规律研究

近年来,随着煤层开采深度的增加,深部的煤层组正在逐渐成为各煤矿的主产煤层。与单一煤层开采不同,由于部分煤层的厚度较小,且各煤层之间的间距也较小,因此多采用多煤层联合开采的方式布置。本研究通过对某矿井近距离煤层开采条件下的通风阻力参数的测试结果进行理论分析,确定该煤矿在工作面回风巷与上部已采封闭工作面存在严重漏风现象。通过数值模拟技术,对该矿地质条件下近距离煤层矿压规律进行数值分析,经分析发现近距离煤层应力互相影响造成的破坏区主要集中在巷道端头附近的位置,由于破坏区的存在必然会出现漏风现象,通过数值模拟所得到的结果与现场实测的情况相符。通过对围岩的破坏规律的分析,认识到近距离煤层开采时出现的问题,为类似地质条件下的安全生产提供了可靠地参考依据。     

首山一矿大采高综采工作面瓦斯治理技术研究与应用

首山一矿现主采己组（二₁）煤层透气性低、煤体松软、煤与瓦斯突出危险性严重，且大多不具备合适保护层的煤层条件，属于高应力低透气性松软突出煤层。煤层赋存条件差，顶板破碎，瓦斯涌出异常，突出危险性严重，瓦斯压力大，严重导致矿井采掘接替失调。正在开采的己_15-17-12090综采工作面开采高度达到6 m，目前属于平煤集团开采高度最大的综采工作面，采面内煤层结构较为简单，以亮煤为主，玻璃光泽，煤层厚度有一定变化，采面煤层厚度为合层状态，采面己_15-17煤层厚度一般为3.2～6.7 m，平均厚6.2 m，为了提高本煤层瓦斯释放效果，保证综采工作面安全回采，采取在己_15-17-12090综采工作面中煤巷施工水力造穴技术，水力造穴装置前端封闭，具有造穴功能，实现了不退出钻杆钻进、造穴一体化的作用，高压水对煤层进行造穴后形成的洞穴空间，提高煤层的透气性和瓦斯释放能力，经过研究证明:采用水力造穴综合治理技术之后，工作面回风流瓦斯浓度高的问题得到很好的缓解，保证了矿井的安全高效生产，为相关地质条件的采煤工作面瓦斯治理提供参考。     

云盖山煤矿瓦斯抽采效果考察

随着矿井开采深度的增加和开采强度的增大，煤与瓦斯突出问题越来越严重，煤层瓦斯压力、瓦斯含量、地应力加大致使突出矿井的突出危险性越来越严重，突出频率增加，突出强度增大，大型、特大型突出所占比例越来越大，煤与瓦斯突出已成为严重威胁矿井安全生产的主要问题之一。目前不具备保护层开采条件的煤层，井下钻孔预抽瓦斯是防治煤与瓦斯突出的主要手段之一，钻孔瓦斯抽采效果与煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采钻孔直径及负压、抽采目的和时间等因素有关。针对云盖山煤矿在瓦斯治理中采用的不同瓦斯治理钻孔，结合矿井实际生产条件和不同瓦斯治理钻孔的有效抽放半径的现场测试结果，对不同瓦斯治理钻孔的瓦斯抽采效果进行考察，验证了不同瓦斯治理钻孔的有效抽放半径等技术参数。     

赵各庄矿深部工作面动力显现防治技术研究

 针对赵各庄矿3237工作面分层开采条件下动力显现频发的现象,从矿井地质开采条件入手,对发生动压现象的工作面的诱发因素进行全面、系统分析,运用数值模拟、理论分析、现场实测的方法研究工作面前方分层开采和放顶煤开采条件下主应力分布规律,通过对不同条件下主应力分布规律分析,提出了通过开采保护层、采用放顶煤开采两项技术的耦合作用,同时结合局部解危技术改变煤岩层能量释放模式的方案。通过对该工作面的实际矿压观测研究,结果表明在深部高应力区域进行综放开采能有效缓解动压现象的危险程度;采用开采保护层方法解除了工作面的高应力,同时对放顶煤高应力区进行了区域卸压,使工作面前方支承压力集中系数为1.39,影响范围36m,整体上改变了高应力引发动压的力学条件,极大地降低了动压强度。     

采场覆岩应力及垮高的柱宽效应三维相似模拟研究

基于采场应力分布的动态性特点,以谢桥矿1151(3)综放工作面地质和开采条件为背景,采用实验室相似材料模拟方法,研究不同煤柱宽度条件下采场覆岩应力分布和垮落特征。研究表明,不同煤柱宽度上覆岩层应力分布及垮落高度有所不同。随煤柱宽度的增大,倾向方向工作面前方应力峰值区由原来的煤体上方逐渐向煤柱上方转移,且峰值逐渐增大,工作面后方煤柱承载上覆岩层主要荷载和压力,且随煤柱宽度增大应力峰值也增大。工作面上覆岩层垮落形成由高应力束组成的应力壳,应力壳对上覆岩体的荷载和压力起主要支撑和传递作用,随着煤柱宽度的增大,应力壳的高度逐渐减小,在煤柱及煤体内形成的壳基也逐渐发生变化和转移,壳基在煤柱内从无到有,壳基的应力集中程度也逐渐增强,煤柱内单位体积的岩块承载的荷载和压力也从小到大,再由大变小。