极软大采高工作面遇断层煤壁稳定性研究

 为研究极软煤层大采高工作面遇断层时煤壁的片帮问题,论文以现场工程实际为背景,分析了断层附近煤壁片帮的机理,指出断层附近的构造应力、煤岩体的物理力学性质变化以及老顶岩层的破断作用是导致煤壁产生剪切滑动破坏甚至横向拉裂破坏的主要原因;运用FLAC3D数值软件对工作面开采至断层附近时煤岩体的受力状况进行了模拟,分析表明工作面距断层越近,煤岩体及顶底板破坏越严重,煤壁的水平位移与端面顶板下沉量越大,煤壁片帮的机率也越大;并提出了在断层附近防治煤壁片帮的主要技术措施。     

综采工作面过断层破碎带加固技术

针对回采工作面过断层等地质构造带围岩破碎、顶板冒落、煤壁片帮严重问题,以四通矿4206工作面为研究对象,分析工作面推进遇断层等地质构造带时的影响,采用固特珑(GN-4型)等进行注浆加固措施,解决断层煤岩体控制问题,回采面顶板冒落及煤壁片帮控制效果明显。     

综采工作面大倾角破碎顶板片帮冒顶防治技术

梧桐庄矿311综采工作面煤层顶板破碎、开采煤层倾角达到20～30°,工作面煤壁片帮严重、冒顶事故频繁.通过采取化学注浆加固煤岩体技术,提高了煤岩体稳定性,消除了因工作面煤壁片帮引起的顶板事故,保证了工作面顺利回采.     

水平应力对深部大采高开采煤壁稳定性影响研究

煤壁片帮破坏一直是影响大采高工作面安全生产的一大难题,这一问题在深部开采条件下更加突出,水平应力对煤壁稳定性程度愈加明显。针对这一问题,以某矿1303工作面为背景,采用现场实测、岩石力学试验、数值模拟等手段研究了水平应力对煤壁稳定性的影响。研究结果表明:深部开采条件下,大采高工作面煤壁片帮主要表现为压剪以及拉剪两种破坏形式,且以拉剪形式为主,其原因可能是深部开采地应力比较大,水平应力普遍大于垂直应力;围压越大,卸围压条件下,煤样破坏时的强度越小,对应到工程实际,深部开采条件下水平应力越大,开挖卸荷程度越大,煤壁越容易发生破坏;当水平应力很小时,煤壁片帮程度较轻,随着水平应力的增加,煤壁破坏的深度与破坏面积都明显增加,煤壁水平位移逐渐增大,且最大水平位移发生在煤壁的中上部,受水平应力影响,煤壁破坏前变形很大。     

深部大采高超长工作面煤壁片帮机理及控制技术

采用实验室试验、数值计算和理论分析综合研究方法,研究了深部大采高超长工作面煤壁片帮机理及控制技术,研究表明:试验工作面煤为脆性煤体,原始含水率为1.6%,煤层含水率达到5.0%左右强度最高;采高一定时,煤层强度越低,煤壁水平变形越大,越容易发生片帮;煤壁位移最大处为煤壁中上部,采高5m时,距煤层底板2~4m容易发生片帮。现场采用两巷超前深孔煤层注水、两巷超前深孔+工作面煤壁浅孔超前预注浆、调节支架安全阀差异开启、选择大工阻支架等关键技术,防片帮、防尘效果较好。研究成果为深部大采高超长工作面安全高效开采提供理论指导和技术支撑。     

大采高工作面过断层构造煤壁片帮机理及控制

高强度采动影响下,煤壁片帮问题在大采高工作面日趋突出,针对断层构造处高帮煤壁稳定性恶化且难以支护的问题,采用数值模拟、理论分析、室内及现场试验等综合研究方法,分析了断层构造处大采高工作面煤壁破坏机理、稳定性影响因素及控制措施。断层构造处工作面前方煤体塑性破坏区的扩大增加了揭露前煤体损伤程度,为片帮事故发生奠定了基础;建立高帮煤壁稳定性分析力学模型,分别得到剪切、拉裂型片帮发生判据;得到煤体破坏起裂角βsm,βtm（非恒值）确定公式及影响因素;煤体黏聚力、内摩擦角及采高对两种片帮形式的影响程度均为：黏聚力>采高>内摩擦角;断层构造处片帮事故发生频率、危害程度急剧增大原因为：采高过大、煤体物理力学性能降低、顶板载荷增大;最后以王庄8101工作面过F286断层为工程背景,提出了重型设备“低割煤高度、高初撑力、高护帮高度”结合煤壁注浆的综合过断层措施,有效改善了煤壁控制效果,提高了开机率。     

西铭矿综采工作面过断层注浆技术应用

针对综采工作面过断层区域顶板破碎,煤壁松软,易发生煤壁片帮、冒顶事故的实际问题,综合研究通过注浆加固断层区域工作面前方煤岩体,达到改善力学性能和加强承压能力的目的。西铭矿42211综采工作面回采过程中揭露数条落差较大的逆断层,通过在断层区域实施注浆工艺,工作面顺利地穿越断层,实现安全高效开采。     

大采高综采工作面煤壁破坏影响因素数值模拟分析

针对工作面煤壁片帮影响大采高综采开采技术效益发挥的问题,以红庆河煤矿3-1煤层赋存条件为研究背景,通过设计正交试验方案,运用FLAC3D数值软件进行模拟,基于Drucker-Prager准则计算了工作面煤壁的破坏系数,综合分析了影响工作面煤壁破坏的5个因素。结果表明,埋深、支架合力作用点到煤壁距离、采高和工作面长度越大,煤壁破坏程度越高,而液压支架初撑力越大,煤壁破坏程度越低;煤壁破坏影响因素的主次排序为:埋深>支架合力作用点到煤壁的距离>支架初撑力>采高>工作面长度;给出了3-1煤层开采的合理工艺参数:采高6.2 m,工作面长度225 m,支架合力到煤壁的距离2 m,支架初撑力12000 kN。     

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。     

大采高工作面煤壁片帮影响因素及控制

为了保障西曲矿大采高工作面的安全生产,防止煤壁片帮现象的发生,根据28302工作面的实际条件,分析煤壁片帮发生的原因,确定工作面煤壁破坏的形式为剪切破坏;并利用压杆理论分析工作面煤壁片帮的机理,确定在煤壁中部最容易出现片帮现象;最后根据影响煤壁片帮的主要因素,结合实际条件提出防治措施,为类似条件下工作面煤壁片帮的控制提供参考。     

大采高综采工作面煤壁片帮影响因素分析及控制措施探析

为有效防治大采高综采工作面的煤壁片帮现象,介绍了综采工作面常见的煤壁片帮形式,分析了影响工作面煤壁片帮的因素,并通过创建煤壁片帮几何模型,进行数值模拟分析,进一步验证了大采高综采工作面煤壁片帮的形式主要为拉伸破坏和剪切破坏,同时随着采高的增大,其破坏形式由剪切破坏逐步变成拉伸破坏,这两种破坏形式所形成的叠加破坏区会越来越大,叠加区的煤体结构会变得很不稳定,最终很容易出现片帮现象,基于此总结了一些防治煤壁片帮的措施,为有效防治综采工作面煤壁片帮提供参考。     

大倾角软煤综放工作面煤壁片帮机理及致灾机制

工作面煤壁片帮是大倾角软煤综放采场"支架-围岩"系统灾变的致灾源之一。通过建立煤壁空间受力模型、数值计算与理论分析相结合的方法对煤壁片帮的力学机理、形态特征、多发区域以及由其引发的"支架-围岩"系统灾变机制进行了研究。结果表明:煤壁的破坏形式以剪切滑移破坏为主,片帮形态为非规则四棱锥体且片帮具有继发性;工作面倾斜中上部是片帮的多发区域;煤壁片帮后形成的"片帮-冒顶"恶性循环导致支护系统失去对顶、底板运动的控制作用,加剧围岩运动变形,形成"煤壁片帮→顶煤冒空→支架倾倒→底板滑移"的围岩灾变机制。基于以上并结合长山子煤矿1123工作面生产实际提出了大倾角软煤综放工作面煤壁片帮防控措施。     

推进速度对大采高综采面煤壁稳定性的影响

煤壁片帮是制约大采高综采面安全开采的主要因素之一,严重的煤壁片帮导致架前大面积空顶,端面顶板冒顶几率增加。本文结合淮北某矿地质条件,应用FLAC3D数值模拟软件,分析了工作面推进速度对煤壁稳定性的影响。研究结果表明:工作面推进速度越慢,煤壁片帮及端面冒顶的几率越大;反之,则越小。工作面推进速度存在一个临界值,当低于此值时,工作面煤壁片帮及端面冒顶的几率大大增加。研究结果为现场施工的合理组织及安全生产提供了依据。     

基于能量准则的大采高综采面煤壁片帮机理分析

大采高工作面煤壁片帮冒顶严重影响工作面的产能和效能,通过分析大采高开采煤壁破坏典型的受拉破坏特征,得出了大面积片帮的板状失稳机理;采用线弹性能准则、脆性准则以及RQD指标来对大采高开采时煤壁的稳定性进行了评价;还探讨了割煤高度与煤壁片帮的关系,得出了特定煤层赋存条件下开采的临界稳定高度计算依据,提出了预防煤壁片帮的技术措施。     

含软弱夹矸大采高工作面煤壁片帮控制技术

针对东曲矿含软弱夹矸大采高工作面过构造破碎带煤壁易片帮的问题,结合28808工作面具体条件,分析了工作面煤壁片帮的原因,提出采用高强度支架,保证支架初撑力,及时追机拉架护帮板,在构造破碎带采用工作面超前注浆加固和工作面注浆加固,增加煤岩体承载能力,使煤壁和支架共同作用承载顶板压力,达到控制煤壁片帮的目的。     

大采高工作面煤壁片帮的多因素敏感性分析

以西部矿区大采高工作面煤壁片帮现场监测为基础,将煤壁片帮过程细分为煤壁发生破坏与煤壁破坏体发生失稳2个阶段。通过对煤壁片帮的应力路径效应分析,研究得出了煤壁发生破坏与煤壁破坏体发生失稳的内部与外部影响因素。研究了各主要影响因素与煤壁破坏深度、超前支承压力峰值大小及超前距离之间的关系,并通过引入正交试验方法,进行了各主要影响因素对煤壁片帮不同阶段的单目标多因素敏感性分析。确定了煤壁发生破坏的影响因素敏感性排序依次为煤体的内摩擦角内聚力抗拉强度采高埋深支护强度;煤壁破坏体发生失稳的影响因素敏感性排序依次为煤壁破坏面的内摩擦角内聚力抗拉强度护帮强度埋深支护强度。基于大采高工作面煤壁片帮影响因素的敏感性分析结果,提出了基于内因与外因相结合的大采高工作面煤壁片帮防治措施。     

正断层附近煤的物理力学性质变化及其对矿压分布的影响

通过对正断层附近煤层显微裂隙、孔隙观测,力学性质实验和数值模拟分析,系统地揭示了正断层对煤的物理力学性质和矿压分布的影响。研究表明,正断层带附近煤岩体破碎,煤（岩）体中裂隙的发育程度随距断层面距离的变小而增强,煤岩力学强度越靠近断层越低;且裂隙的力学性质向断层面方向由张性向张扭、压扭性再到张性转化;断层导致初始应力场的挠动,局部产生附加应力。在采动影响下断层“活化”,随着距断层面距离的减小,工作面前方煤（岩）体中支承压力均明显增大,支承压力峰值位置向前方煤岩体中转移,在回采工作面煤壁和其前方断层之间煤柱之上压力分布类似于小的残留煤柱的情况,煤柱愈窄,压力峰值愈高,煤的抗压强度是残留煤柱承压作用的极限。     

注浆加固技术在综采工作面安全顺利过断层中的应用研究

针对综采工作面过断层破碎带时,煤壁易产生片帮现象、顶板易出现冒落等问题,为促进综采工作面安全顺利地通过断层,以晋能控股煤业集团某矿97309综采工作面过DF_(41)、DF_(102)断层工程概况为例,提出了应用超前注浆加固技术来加固断层破碎煤岩体的过断层方案,介绍了钻孔的布置情况、具体注浆参数,并分析了注浆加固效果,实际应用结果表明,通过对断层破碎带进行超前注浆加固,综采工作面过断层过程中,没有出现片帮以及冒顶问题,综采工作面安全顺利地通过了断层,取得了较好的应用效果,可为类似工况下的综采工作面过断层提供参考。     

大采高煤层开采煤壁片帮内在影响因素分析

为了研究煤壁片帮的机理,将影响片帮的因素分为内在影响因素和外在影响因素,通过建立顶板-煤体系统的Bingham黏弹塑性本构模型,利用能量的非稳定平衡准则得到煤壁片帮发生的条件,从能量角度分析了煤壁片帮与煤体黏性系数、弹性模量、顶板刚度、开采煤层厚度之间的关系。结果表明:煤体黏性系数越大,煤壁越不容易片帮;煤体弹性模量越大,煤壁越容易片帮;顶板刚度越大,煤壁越容易片帮;煤层开采厚度越大,煤壁越容易片帮。最后通过对赵固二矿11050工作面采取"注浆+棕绳"柔性加固技术来防治煤壁片帮,验证了结论的正确性。     

W4301大采高工作面过断层围岩破坏控制及研究

为研究大采高综采工作面过断层方案及围岩控制技术效果,以W4301工作面为工程背景,通过FLAC软件建立W4301工作面连续推进的模型研究断层对工作面回采过程中阻力的影响,发现工作面推进至断层破碎带附近时煤壁前方进入应力集中的区域为较正常情况下扩大了一倍;断层处液压支架的工作阻力升高;工作面顶板受断层影响极大。矿方通过断层期间应对煤壁进行超前注浆加固,防止煤壁出现片帮;控制大采高工作面采高,降低推进速度,选用合适液压支架阻力最后高安全高效过断层。