刘店煤矿首采工作面1044采场围岩控制技术研究

围岩控制一直是煤矿安全生产的一项极其重要的工作,而对新开矿井的围岩矿压显现规律研究就更为重要.通过对刘店矿首采工作面采场顶板分类、工作面顶板来压和煤壁片帮规律的研究,并提出了应对措施.     

工作面顶板灾害类型、监测与防治技术体系

长期以来顶板灾害在我国煤矿灾害事故中发生起数和死亡人数始终占据首位,是困扰煤矿安全生产的主要难题。笔者开展了顶板岩性、矿压显现特征和顶板灾害案例统计分析,结果表明:我国回采工作面顶板灾害主要表现为片帮冒顶、顶板大面积突然垮落和大面积切顶压架3种类型。系统分析了各类型顶板灾害的发生特点及致灾原因:片帮冒顶多发生于松软煤岩体,采煤方法不合理及管理不当的工作面;顶板大面积突然垮落一般为坚硬顶板大面积悬顶、瞬时垮落所致;大面积切顶压架主要发生在薄基岩浅埋深工作面或顶板累积下沉量大引起顶板在煤壁处断裂的工作面。针对我国顶板灾害监测与防治,建立了工作面顶板灾害全景监测预警技术架构,即采用微震监测系统监测远场顶板活动,采用矿压监测系统监测近场顶板运动,采用三维激光扫描技术监测煤壁片帮时空演化,通过监测数据系统分析,动态掌握采场围岩的活动规律和支架工况,实现顶板灾害监测预警。提出了工作面开采全过程的顶板灾害综合防治技术体系,在工作面开采前确定合理采煤方法,合理工作面布置方式,科学开采参数及优化设备选型配套,这是防治顶板灾害的核心技术;在开采过程中保持支架良好的工况辅以顶板弱化技术,进而实现工作面顶板灾害防治。     

浅埋大采高综采工作面矿压显现特征及顶板灾害机理分析

依托纳林庙二号井浅埋大采高综采矿井生产运营实践,在分析该矿工作面地质、技术条件的基础上,总结了6215等工作面采场围岩矿压显现及地表塌陷特征和“6.30”顶板事故造成的设备损坏等的情况,综合运用浅埋煤层长壁开采理论,从浅埋煤层上覆厚土层破坏结构、岩土层动态载荷传递效应中分析了6215工作面发生顶板灾害机理,给出了诱发工...     

煤矿顶板安全综合监测预警系统及应用

针对顶板事故高发的煤矿开采安全形势,对煤矿顶板的动态参数实现连续的在线监测和分析是现代化矿井发展的必然趋势。顶板安全监测系统包含了对采场支护、围岩动态、围岩应力和巷道支护应力等内容。本系统硬件设计采用多级总线实现了对多采区工作面多元参数在线测量,通过监测服务器和计算机组成的数据分析处理系统可实现采场顶板安全综合分析和预测预警。     

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。     

大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理

特厚煤层开采形成的采场空间大,覆岩扰动范围广,采场顶板来压具有明显的大小周期来压及强矿压显现特点。大空间采场覆岩扰动层位多、岩层间作用机制复杂,顶板破断块体间的作用力及方向多变,导致大空间采场覆岩结构理论分析存在较大难度。为从理论上揭示特厚煤层大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理,在实测分析得到大空间采场覆岩结构特征基础上,基于能量变分原理建立了大空间采场覆岩结构力学模型,揭示了大空间采场覆岩结构的矿压作用机制;建立了大空间采场覆岩结构条件下的“煤体-支架”协同承载模型,得到了采场支架围岩的相互作用关系。研究表明,特厚煤层开采形成的大空间采场覆岩具有显著的“低-中-高”层位结构特征,是采场复杂矿压显现的直接诱因,“中-低”位顶板结构失稳形成采场大小周期来压,高位顶板结构的失稳联动是诱发大空间采场强矿压显现的主要因素;覆岩结构的失稳运动还受到采空区矸石支撑、顶板有效位能作用及高位顶板悬长等的制约,是采场来压强弱的重要影响因素;大空间采场条件下“煤体-支架”协同承载,所得理论研究成果与基于实测反演分析得到的支架围岩关系研究结论具有较好的一致性,验证了大空间采场覆岩结构理论的正确性。     

采场围岩控制理论与实践综述及展望

简单回顾了采场顶板结构理论、顶板运动参数预测、采场支承压力分布规律和顶板运动监测预报研究的进展情况,并提出了今后采场矿压研究方向.     

三面采空综放采场“C”型覆岩空间结构及其矿压控制

通过理论和实践研究,提出了三面采空综放采场“C”型覆岩空间结构运动的矿压显现规律和相关矿压控制技术.此类采场矿压控制的理论基础是采场“C”型覆岩空间结构运动及其与采动应力场的关系;其工程问题是工作面巷道和切眼围岩矿压加剧造成的灾害形式及其控制技术和因坚硬岩层断裂引起的冲击地压的可能性预测和防治技术.通过兖州煤业股份有限公司南屯煤矿的工程实例,系统介绍了矿压灾害监测技术和控制方法.结果表明,文中提出的对岩层结构的认识和采取的监测控制技术是正确的,可以在条件相似的矿区推广应用.     

坚硬顶板条件下采动煤巷围岩控制技术研究

某矿开采石炭系5#层,煤层厚度大、顶底板坚硬等特点,在采用综放开采的过程中普遍存在采场压力大,矿压显现剧烈,煤巷维护困难等突出问题。为探明该矿回采巷道变形破坏的根本原因,通过对采动煤巷围岩应力状态进行现场检测,根据检测结果分析了坚硬复杂顶板条件下煤巷围岩变形破裂演化规律,通过FLAC3D数值模拟验证了巷道支护效果,为巷道支护提供了理论依据。     

高档普采工作面与巷道矿压显现规律

对恒源公司626高档普采工作面进行了现场矿压观测,得出了采场及巷道矿压显现规律,为搞好采场支护设计和顶板管理提供了依据。     

某铀矿井采场顶板地压监测与对比分析

某铀矿井开采深度的增加和采矿方法的改变,给采场顶板稳定性带来了新的不确定因素。为了及时掌握深部采矿中,采用不同采矿方法时采场顶板围岩的稳定性,在-150m中段12-4采场布置钻孔应力计、压力计和位移计,分别对巷道围岩和采场顶板的表面位移、顶板压力和应力进行监测。通过对比分析监测数据,掌握了上向矸石充填法和无轨采矿法采场顶板稳定性的变化情况,为矿山的安全生产提供了科学指导。     

铜坑矿92~#矿体裂隙矿岩巷道支护研究

铜坑矿92#矿体矿岩节理裂隙发育,导致采场巷道易发生顶板掉块、离层冒落。锚网支护易出现锚网破裂、锚杆失效等现象。对矿岩地质结构特征及物理力学性质进行了调研与测定,总结了导致采场巷道顶板发生各种破坏类型的影响因素。结合矿山巷道支护实践经验,设计推荐锚网喷联合支护方式对采场巷道顶板进行支护,并通过具有代表性的巷道顶板支护的工业试验证明了锚网喷联合支护效果理想,最后得出锚网喷联合支护方式适用于裂隙矿岩巷道的支护。     

裂隙带顶板巷道围岩破坏机理及稳定性控制

针对上行开采过程中顶板巷道支护困难的问题,采用UDEC离散元数值模拟软件对上行开采过程中采场采动裂隙、塑性区以及巷道围岩裂隙、塑性区发育进行了系统的研究和分析,研究结果表明:采动作用下顶板巷道围岩破坏以巷道顶、底板破坏最为明显,靠工作面侧的巷帮破坏次之。采场采动裂隙、塑性区发育与巷道围岩裂隙、塑性区发育在工作面的推进过程中不断相互吸引和促进,最终贯通。同时,当采动作用达到一定程度时,采动裂隙会以顶板巷道顶板为起点向上发育,而巷道肩角处塑性区向上产生畸形发展,其发育方向与采场覆岩断裂角一致,其发育高度远远大于未受采动影响的巷道塑性区发育高度。基于分析结果,提出了上行开采裂隙带顶板巷道支护策略,并以山脚树矿上行开采为工程背景对其顶板巷道原有的支护形式进行了改进,改进后的支护能够有效保证巷道围岩稳定。以上研究成果可为上行开采工程中顶板巷道的支护提供设计参考,丰富采动巷道围岩稳定性控制理论成果。     

采场顶板结构预裂切割对围岩控制的影响

根据关键层预裂切割对巷道围岩大结构和采场顶板结构影响的分析,得出了预裂缝将采场顶板围岩的固定边界变为了铰接边界,缩短了顶板边界条件的转化过程。预裂缝破坏了采场围岩基本顶的连续性,降低了采场顺槽侧向煤体支承应力。短悬臂梁将上覆岩层部分载荷转移到了煤体深部,减小了顺槽围岩塑性屈服范围。因此,对顶板预裂切割能有效起到减弱顶板边界约束和控制围岩破断的作用。     

超大规模采场破顶窿形线优化及稳定性模拟研究

选取椭圆线、抛物线、圆形线、直线4种不同曲线为模型, 对破顶层爆破窿形线进行了优化研究, 利用FLAC^3D数值模拟软件对4种顶板窿形线下的采场围岩变形特征、塑性区分布及周边应力情况进行了模拟, 同时对比分析了采场有无侧向抗力对模拟结果的影响。结果表明, 周边单元应力与曲线斜率具有较高相关性, 曲率越大, 应力越大; 采场顶板窿形线形状对采场围岩变形特征及围岩塑性区的分布影响较大, 圆形线为最优爆破窿形线, 直线形最差; 采场顶板在有侧向抗力时的稳定性比无侧向抗力时好, 且两种条件下的最优顶板窿形皆为圆形。     

高强度开采条件下巷道切顶护巷技术研究

针对厚煤层、高强度开采条件下的沿空巷道围岩变形严重、维护困难的问题,以布尔台矿42203工作面为研究背景,采用理论分析和数值模拟的方法研究沿空巷道围岩变形特征,提出采用定向预裂爆破技术进行切顶卸压,以保护临近采空区的巷道。基于不同切顶高度条件下的巷道状况模拟结果发现,切顶后明显改善了巷道围岩应力环境,并确定合理切顶高度为21 m,定向预裂爆破钻孔间距为16 m,装药密度12 kg/m,钻孔角度向采空区方向偏15°、向回采帮偏5°;最终在现场进行试验。结果表明,切顶后巷道两帮移近量86 mm,顶板下沉量55 mm;采用切顶护巷技术对沿空巷道起到了较好的保护作用,能够满足安全生产需要,同时也为类似矿井切顶卸压工程试验的实施提供借鉴。     

汾源煤业运输大巷顶板变形及控制研究

汾源煤业5#煤层运输大巷在掘进过程中,顶板变形较大,且常有冒顶发生,严重影响着巷道围岩的稳定性和施工过程的安全。为保证巷道的顺利掘进,本文探究了5#煤层运输大巷顶板的变形特征,分析了顶板变形的原因,提出“注浆+锚杆(索)+金属网+U型钢支架”的顶板控制方案,并对围岩表面变形情况进行监测。监测结果显示,顶板变形量大幅度减小,顶板变形得到的基本控制。     

高应力坚硬顶板切顶沿空留巷矿压规律研究

为了解决矿井采掘接替紧张、巷道围岩控制困难等问题，以某矿21100工作面运输巷为工程背景，提出采用切顶沿空留巷技术。理论分析了沿空留巷围岩结构运动特征，对切顶沿空留巷围岩变形情况进行数值模拟分析，提出沿空留巷围岩治理措施，并在现场进行了工程应用。研究结果表明:工作面基本顶“O-X”破断、采场周期来压引起留巷巷道上方基本顶岩层失去稳定性；提出以“切、补、护、支”为主的留巷围岩控制方法；留巷段两帮移近量最大为80 mm，顶板下沉量最大为138 mm，锚索最大应力237 kN，顶板全长累计离层量32 mm。研究可为类似地质条件下的切顶沿空留巷提供参考。     

火成岩侵入体不规则性及巷道围岩压力显现规律研究

侵入煤系地层的火成岩,其发育特征及赋存形态表现出有别于沉积岩层的不规则性,受此影响,沿火成岩侵入体顶板下掘进的煤巷,其围岩应力分布复杂,压力显现程度不一,局部围岩长期变形难以自稳,给巷道的支护及后期维护带来极大挑战。针对这一情况,从火成岩侵入层位、侵入体顶板形态两方面分析了火成岩侵入体顶板的不规则性,归纳出不规则火成岩侵入体顶板的发育原理、表面形态及岩性物理特征,在此基础上,结合工作面现场围岩破坏特征,利用Flac 3D数值模拟软件模拟多类不规则火成岩侵入体顶板条件下巷道围岩应力分布情况,分析总结出不规则火成岩侵入体顶板条件下巷道围岩压力显现规律。研究结果表明,顺煤侵蚀火成岩顶板下巷道围岩两帮较沿直接顶层间侵入火成岩顶板条件下压力显现更强烈,围岩更易遭受破坏。