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。     

8.5 m大采高工作面矿压显现规律相似模拟研究

为了确定特厚煤层覆岩的矿压规律和支架工作阻力变化,根据煤层所处地质条件,基于相似三定理,在实验室采用平面相似模拟的方法,研究了浅埋特厚煤层大采高综采条件下的工作面上覆岩层破断、来压步距和支架阻力及周期来压规律。结果表明:当正常割煤时,直接顶初次垮落步距为23m,基本顶初次垮落步距为38 m,周期垮落步距为17 m;当工作面矿压显现强烈时,支架最大工作阻力为24 000 kN左右,覆岩垮落会形成宽度12～20 m岩柱;支架最大阻力出现在关键层失稳时,最大来压出现在第4、5次周期来压期间,同时工作面的停滞导致支架阻力明显增加。研究为特厚煤层工作面支护工艺技术水平的提高提供了技术参考。     

房式采空区下长壁回采顶板垮落特征研究

以鄂尔多斯地区房式采空区下煤层长壁开采为主要研究对象,采用支架工作阻力观测、理论分析了房式采空区下煤层长壁开采围岩应力场的分布和顶板的垮落特征,根据采场支架工作阻力的分布特征,认为房式采空区上部覆岩在一定的采高范围内存在上部大结构,综采工作面顶板及上方煤柱形成小结构,上部覆岩大结构与下部顶板小结构垮落的不同周期性,将会引起工作面周期来压的不等距和来压强度的不等强性。     

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。     

浅埋极近距离煤层采空区垮落顶板活化结构及支架阻力研究

以霍洛湾煤矿5~7 m极近距离煤层采空区下开采为研究对象,采用物理相似模拟实验,揭示了下煤层初采阶段初次来压步距为20 m,周期来压步距为5.0~7.5 m,较上煤层来压步距明显减小。在采空区压实阶段,上煤层垮落顶板的结构出现活化,呈现台阶式下沉,动载明显,具有"台阶岩梁"结构特征。工作面来压出现周期性"高压区"和"低压区",高压区长度平均为16 m,高压区周期步距平均为25 m,上煤层顶板结构活化是形成下煤层高压区强矿压的主要原因。采空区煤柱下的支架载荷是高压区平均载荷的1.07倍,是低压区平均载荷的1.48倍。基于"台阶岩梁"理论计算得出,该工作面支架工作阻力应大于8 731 k N。     

近距离煤层群下煤层开采矿压显现规律研究

本文通过实测山西省某矿区某煤矿的近距离煤层群采空区下煤层开采的矿压显现规律,理论研究了了上煤层采空区与遗留煤柱对下煤层回采工作面矿压显现的影响,并对下煤层回采工作面初次来压、周期来压步距及工作面液压支架随工作面推进过程的变化进行了实测分析。结果表明,通过滑移场理论和极限平衡理论推导得到的采动底板破坏公式,能够较好的结合具体的煤层及底板岩层条件进行底板破坏深度及范围的计算,另外相比较覆岩中无采空区下测区,采空区下测区周期来压较混乱,强度不同的周期来压交替出现,强度较大的周期来压时压力增加过程短,来压较突然,且强度较大的周期来压对应的来压步距较短。该研究有利于为了进一步认识近距离煤层群采空区下回采工作面的矿压显现规律。     

浅埋近距离采空区下工作面矿压特征与顶板结构分析

以陕蒙神东煤田浅埋近距离煤层群开采为背景,采用实测统计、物理模拟与理论分析相结合的方法,研究了浅埋近距离煤层采空区下开采的矿压特征及影响因素,揭示了不同间隔岩层结构形态及演化条件。研究表明,随着上煤层采高增大,来压期间支架工作阻力及动载系数均呈正相关增长;下煤层采高与间隔岩层厚度之比越大,周期来压步距及支架最大工作阻力越大。层间仅存在单一关键层时,层间关键层周期破断可形成"砌体梁"和"台阶岩梁"两种结构;则当上煤层垮落顶板关键层重新形成"砌体梁"结构时,层间关键层与上煤层垮落顶板关键层可形成"砌体-砌体"和"台阶-砌体"2种组合结构形态。     

浅埋煤层长壁开采支架阻力及安全界限

依据浅埋煤层矿压显现特征,给出浅埋煤层长壁开采工作面支架合理工作阻力及安全界限的确定方法。工作面支护强度的提高,相当于增加关键层下方工作面处的变形刚度k值,可使基岩层关键层破断距有所减小,顶板的破断位置偏向采空区,顶板台阶下沉范围和下沉值均减小。     

近距离厚煤层开采工作面矿压显现规律

为了获得神东矿区上湾煤矿12301工作面过上覆采空区及其留设煤柱时矿压显现规律,采用现场实测的方法,对近距离煤层下行开采工作面的矿压显现特征进行了研究。结果表明:工作面过上覆采空区的周期来压平均步距为12 m,支架动载系数平均为1.31;过集中煤柱的周期来压平均步距为8 m,支架动载系数平均为1.42。造成该现象的主要原因是,下煤层工作面的矿压显现受上覆关键层活动影响。过采空区时,顶板主关键层呈现出"稳定—失稳—稳定"的活动规律;过集中煤柱时,顶板亚关键层和煤柱呈现出"稳定—失稳—稳定"的活动规律。     

西川煤矿厚煤层综放开采顶板破断特征及支护阻力确定

以西川煤矿1109综放工作面生产技术条件为工程背景,采用数值模拟、理论分析与现场实测相结合,研究了综放开采顶板破断特征及其影响因素以及工作面支护阻力的确定。研究表明,1109综放工作面上位直接顶的周期性破断导致工作面来压,影响其周期性破断的主要因素为上位直接顶岩层厚度以及覆岩压力;工作面支护阻力主要由上位直接顶周期垮落步距、支架控顶距、附加力作用位置以及下位直接顶对上位直接顶作用力距煤壁距离确定,并计算得出了1109工作面合理的支护阻力。现场实测表明:ZF6400/17/32型液压支架工作阻力满足顶板支护要求,能够有效支撑顶板,保证工作面安全生产。     

近距离煤层下组煤综采工作面矿压显现规律研究

以山西某矿近距离煤层开采条件为基础,采用现场实测的方法对下煤层工作面矿压显现规律进行了研究。结果表明:当顶板存在采空区情况时,工作面初次来压步距为19 m,周期来压步距平均为11.1 m;当顶板无采空区情况时,工作面初次来压步距为21.5 m,周期来压步距平均为13.8 m。两种条件下工作面初撑力均比较低,支架工作阻力未超过最大支撑能力,支架适应性较好。工作面巷道围岩变形量呈现相同的变化趋势,但上方无采空区的19101工作面巷道围岩最大变形量小于有采空区的29205工作面巷道,且巷道围岩变形量均处于较小范围内,可满足工作面正常生产需求。     

下保护层开采上覆煤层顶板破断规律研究

为研究下保护层开采上覆煤层顶板破断规律,以贵州某矿为工程背景,建立基本顶破断不同时期力学分析模型,推导破断临界条件及破断步距,构建物理相似模型反演顶板破断下沉历程,现场监测工作面顶板来压破断步距。研究表明：下保护层开采时上覆煤层直接顶随采碎冒,基本顶初次来压破断步距为20m、周期来压破断步距10m,破断角55°～65°;采空区上覆岩层塑性破坏区呈“梯形”结构,基本顶在空间上依次经历“离层-破断-垮落”有规律交替运动;顶板下沉时依次经历“稳定-加剧-饱和”3个阶段,最大下沉量21 mm,同一水平位置顶板下沉时呈“边坡”状分布;现场监测结果与理论分析、相似模拟结果基本吻合,工作面来压时需适当加快工作面推进速度以避免发生压架事故。     

三元煤矿超长综放工作面矿压显现规律研究

为了掌握超长综放工作面矿压显现规律及发生机理,采用现场实测和理论分析的方法对三元煤矿1312超长综放工作面回采期间的矿压显现特征、液压支架适应性和周期来压规律进行了研究。结果表明:工作面平均初次来压步距18.3 m,周期来压步距8.4 m,支架动载系数1.38,平均初撑力4 913 kN,来压期间平均循环末工作阻力9 741 kN,前柱平均工作阻力大于后柱1 557 kN。主关键层的破断距离和对支架的载荷与实测的平均周期来压步距及来压期间循环末工作阻力基本一致,工作面矿压显现受上覆主关键层破断后回转运动的影响,与亚关键层的运动关系不大。     

富水顶板大采高综采工作面涌水与矿压关系研究

针对纳林河二号煤矿31101富水顶板大采高综采工作面涌水情况,分析了工作面涌水与工作面矿压以及顶板岩层结构之间的关系。通过理论计算得出了关键层层位,认为基本顶及其控制的上覆岩层和关键层Ⅱ及其控制的上覆岩层共同组成了"复合悬臂梁—复合铰接岩梁"结构。计算得出关键层Ⅱ的初次断裂步距为210.3m,周期性断裂步距为101.1m,与现场实际矿压与涌水情况相符。认为"复合悬臂梁"的周期性破断失稳使得工作面产生"小"出水,而后发生小周期来压;"复合铰接岩梁"的周期性破断失稳使得工作面产生"大"出水,而后发生大周期来压。研究结果为31101工作面的出水预测提供了理论依据,并为相似工作面涌水与矿压关系研究提供参考。     

庞庞塔矿综放面覆岩破坏特征与矿压显现规律

综放开采一次性采出煤层较厚、覆岩破坏程度剧烈、矿压显现规律复杂.采用数值模拟发现,工作面不断开采导致基本顶及上覆岩层出现周期性破断现象,随着开挖范围的增大,其影响范围逐渐扩展至工作面前方覆岩,造成工作面来压剧烈.现场实测表面,处于工作面中下部矿压显现相对严重,工作面中部周期来压步距最大,影响范围最大,工作面下部支架工作阻力最大,动载系数最大.     

重复采动下7m大采高综采面支架载荷及来压规律研究

基于补连塔煤矿22303工作面矿压实测结果,掌握了重复采动下7m支架综采面旺采区、倾向煤柱区、走向煤柱区和长壁采空区下开采矿压规律,并从覆岩结构变化和底板破坏的角度对不同区域下开采矿压差异机理进行了分析。结果表明:旺采区、倾向煤柱区和走向煤柱区下开采工作面周期来压步距明显大于长壁采空区下开采,而动载系数明显小于长壁采空区下开采。上煤层关键层是否有良好的承载作用和上煤层开采支承压力对底板的破坏是造成下煤层开采工作面周期来压步距差异的主要原因,而上煤层关键层是否有良好的承载作用是动载系数差异的主要原因。工作面来压期间支架最大载荷为16367k N,说明16800k N的支架工作阻力能够很好地满足顶板控制条件。研究结果对神东矿区今后生产实践有重要的指导意义。     

近浅埋煤层双关键层结构对工作面来压影响研究

该文针对鄂尔多斯地区典型近浅埋煤层的实际地质情况,在"关键层"理论的基础上,对近浅埋煤层大采高工作面矿压规律及采场上覆岩层运动特征进行了研究。研究发现:主、亚关键层在不同的破断距和破断形式的相互作用直接导致采场周期来压步距和来压强度均呈现非均匀性周期变化,并通过关键层破断对采场来压影响分级和现场实测等方法对理论分析结果进行了验证。论文对近浅埋煤层长壁开采的特殊来压规律进行合理解释,为现场工作面安全生产提供理论依据。     

采场覆岩厚硬关键层初次破断的研究

以某矿12号煤层开采为背景,运用RFPA2D数值模拟软件,通过理论分析与现场实测相结合,研究不同厚度的直接顶条件下,采场上覆厚硬关键层初次破断的形式,以及初次破断步距的预测。结果表明,当直接顶厚度为2m时,厚硬关键层会发生回转失稳,容易造成支架压架或更为严重的冲击矿压事故;当直接顶厚度为5m时,厚硬关键层会形成相互咬合的砌体梁结构;基于厚硬关键层初次破断是非对称的,结合薄板理论公式可预测厚硬关键层的破断步距。     

走向煤柱对近距离煤层大采高综采面矿压影响

为了掌握走向煤柱对近距离煤层6.3 m采高综采面矿压的影响规律,基于补连塔煤矿32301工作面矿压实测结果,从覆岩结构变化的角度对煤柱作用机理进行了分析.结果表明,走向煤柱区域下初次来压和周期来压步距为39和19 m,均大于上煤层采空区下的初次来压和周期来压步距32和17 m.在上煤层采空区域下,周期来压阶段支架平均载荷比初次来压大4%,动载系数大11.7%,差异明显,而走向煤柱区域下差异均很小.下煤层开采时上覆岩层中是否仍存在完好的承载结构是导致来压步距、支架载荷和动载系数出现差异的主要原因.     

近距离薄煤层联合开采顶板初次来压研究

西山矿务局官地矿2号煤、3号煤层均属于较薄煤层,两层煤平均距离为6.5m,运用理论计算、数值分析和现场跟踪观测等手段,研究了3318工作面顶板初次破断机理。通过建立力学模型,从理论上计算了顶板初次来压步距为21.4m。采用数值软件对工作面开采进行模拟,发现工作面顶板初次来压步距在20～25m。在工作面开采期间现场跟踪观测表明顶板初次来压步距在22.95m左右。该顶板初次来压研究可为其他类似近距离煤层矿井顶板管理提供一定的参考。