大采高工作面片帮机理及控制技术研究

针对大采高工作面在来压期间顶板破碎、架间漏矸、煤壁片帮、端部冒顶等一系列安全问题,以三道沟煤矿八盘区85205大采高工作面为研究对象,采用理论分析、实验室试验与现场实测等方法,得到了85205大采高工作面5-2煤层开采时矿压显现规律与煤壁片帮控制关键技术。研究结果表明:当煤层与其上覆岩层间摩擦力大于等于均布荷载时,煤层与其上岩层交界面处为容易发生片帮区域;当煤层与其上覆岩层间摩擦力小于均布荷载时,煤层在采高位置的0.578倍区域处为容易发生片帮区域。根据煤体强度试验数据分析确定了85205大采高工作面煤壁属Ⅲ类不稳定煤壁。通过现场监测可知,工作面回采期间,初次来压步距为75 m,周期来压步距为17.5～25.8 m,平均步距为22.7m,侧向支承压力的影响范围在14～16 m,区段巷道最大顶底板及两帮移近量均小于警戒值。最后结合工作面情况综合分析,提出设备检修期间防片帮的"六必须"管理技术措施和来压期间提高支架初撑力、打设防护网及动态全方位监测等综合防治方法。     

神东矿区长壁采场矿压显现规律与支架选型

为解决神东矿区浅埋煤层开挖过程中的围岩稳定和支护设计难的问题,在分析该矿区榆家梁矿、补连塔矿、上湾矿和大柳塔矿采场矿压与岩移观测资料的基础上,采用线性回归方法研究了浅埋煤层长壁采场矿压显现规律和工作面支架临界支护强度.研究结果表明:初次来压步距、周期来压步距与工作面推进速度成正比关系,.与工作面长度成反比关系;动载系数与采高、推进速度及工作面长度成正比关系;沿工作面长度方向,支架载荷分布呈现二次抛物线规律;采高相同时,支架的临界支护强度与工作面长度成正比关系.采高、工作面长度和推进速度是影响浅埋煤层长壁采场矿压显现与支架工作阻力的三大因素.     

袁店一井煤矿大采高首采工作面矿压显现规律

针对大采高工作面矿压显现剧烈、煤壁片帮严重、三机配套选型等技术难题,以淮北矿业集团袁店一井煤矿102采区域10#煤层首采工作面1021为例,采用现场实测研究方法,对采场顶板岩层的运动规律、采场矿山压力显现规律和工作面支架-围岩相互关系进行了较为深入的研究,得出1021工作面初次来压、周期来压强度及步距等重要矿压显现数据,为保证同采区其它大采高综采工作面安全高效生产提供技术支撑.     

大采高含断层综采面矿压规律与支架适应性研究

通过对乌兰木伦煤矿31402综采面矿压实测与支架工作阻力计算,就神东矿区浅埋煤层断裂构造发育的大采高综采面矿压规律与支架适应性问题进行了深入研究。结果表明,该工作面初次来压步距为42.5 m;当工作面过断层控制区域时,周期来压步距为5.7~26.8 m,分为大、小周期来压,前者来压步距平均20 m,后者8.5 m;当工作面无断层时,周期来压步距为9~11 m;研究表明,当前使用额定工作阻力为9 000 kN的支架已不能满足厚基岩下断层发育的大采高工作面要求,应重新选择工作阻力更大的液压支架。     

大采高倾斜长壁采场矿压规律研究

通过对淮南张集煤矿俯斜和仰斜工作面矿压实测,分析大采高倾斜长壁工作面顶板的初压和周压步距、来压动载情况、支架阻力分布、煤壁片帮等规律,并提出了相应的顶板控制和防止煤壁片帮的措施,对类似条件的采面的高效安全生产具有指导意义。     

大采高倾斜长壁采场矿压规律研究

通过对淮南张集煤矿俯斜和仰斜工作面矿压实测，分析大采高倾斜长壁工作面顶板的初压和周压步距、来压动载情况、支架阻力分布、煤壁片帮等规律，并提出了相应的顶板控制和防止煤壁片帮的措施，对类似条件的采面的高效安全生产具有指导意义。     

王庄煤矿综采液压支架支护强度分析

8101工作面为王庄煤矿首个一次采全高工作面,无相似矿压数据可供参考,采高增大后,工作面煤层片帮范围增大,片帮程度加剧,随之顶板的端面距也将增大,暴露顶板容易发生离层垮落,煤层顶板管理困难。为了掌握工作面顶板来压的规律,采用统计类比法方法,分析一次采全高工作面周期来压步距、支架的工作阻力变化规律,为顶板管理及巷道支护设计提供科学依据,从而为正常生产提供可靠的保证。     

浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及支架适应性

为研究浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及支架适应性情况,采用KBJ-60Ш-1型综采支架工作阻力连续记录仪对酸刺沟煤矿首采工作面进行实测分析。结果表明:工作面初次来压步距52 m,与理论计算结果54.1 m基本吻合;周期来压步距随工作面推进速度的增大而增大,工作面推进速度为4 m/d、13 m/d时,周期来压步距分别为12.8 m、21.8 m;来压期间;工作面中部支架工作阻力大,达到额定工作阻力支架的比例达96%;工作面两端支架工作阻力小,不超过额定工作阻力的支架比例达91%。最后根据支架运行特性分析,论证了所选用的2400/5000-2×4412-1750型液压支架可以满足来压期间的顶板岩层控制要求。     

大采高支架在深部矿井适应性研究及应用

通过对深井大采高工作面现场矿压观测和分析,初步掌握了工作面的初次来压、周期来压步距及片帮规律及矿压显现特点,采取有效防治片帮措施,实现了大采高安全、高效的回采。对大采高支架适应性进行了分析,为类似条件下安全开采提供了借鉴。     

浅埋特大采高工作面矿压规律及支护阻力确定

基于大柳塔煤矿52304工作面的矿压实测数据,分析了近浅埋煤层7 m特大采高工作面的矿压显现规律。工作面初次来压步距为73.3 m,周期来压步距平均为16.0 m。周期来压步距呈现"两端大、中间小"的特征,来压持续长度呈现"两端小、中间大"的特征。工作面来压时,中部矿压显现强烈,支架动载系数为1.58,支护阻力高达18 000 k N;而工作面两端支架受力较小,为12 000 k N。非来压时,工作面支架工作阻力一般为12 000 k N,分布较均匀。采用大采高"斜台阶岩梁"结构计算法和实测统计法,计算了合理的支架工作阻力,表明原工作面支架工作阻力偏低。实践表明,采用大采高"斜台阶岩梁"结构计算得出的合理支架工作阻力符合实际,为大采高工作面支架选型提供了依据。     

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。     

大倾角大采高综采工作面煤壁非对称受载失稳特征

煤壁片帮是大倾角厚煤层综采亟待解决的关键问题之一,以2130煤矿25221大倾角大采高综采工作面为研究背景,采用理论分析、数值计算、物理相似材料模拟实验和现场监测相结合的综合研究方法,系统研究了大倾角大采高综采工作面煤壁的受载与失稳特征。结果表明,在大倾角大采高煤层开采中,受采高增大影响,围岩运动的幅度和剧烈程度较一般采高大倾角煤层开采时明显增大,覆岩垮落充填的非均匀特征进一步增强,煤壁支承压力的非对称特性亦明显增大;采动过程中煤壁的力学性质逐步劣化,伴随着裂隙的扩展、演化和贯通,煤壁开裂并形成滑移体,当滑移体周围约束解除或支承压力增大时,滑移体沿滑移面滑移,形成煤壁片帮;在工作面倾向,中部区域是煤壁片帮的高发区域,上部次之,下部最少,与煤壁的非对称受载特征相吻合;在垂直煤层方向,煤壁变形亦非对称,煤壁位移量中上部大于下部,靠近顶板区域易发生煤壁片帮;在煤壁重力倾向分量影响下,煤壁片帮易向倾向上部煤体蔓延。基于上述分析,并结合2130煤矿25221工作面的生产实际,提出了大倾角大采高综采工作面煤壁片帮防治措施。     

近距离煤层群二次采动覆岩结构演化与矿压规律

近距离煤层下部煤层开采受上部遗留煤柱影响较大,易出现应力集中、矿压显现剧烈等情况,严重威胁矿井的正常生产。本文采用数值模拟、理论分析及现场实测等方法,对极近距离煤层群二次开采时顶板结构特征、活动规律及矿压显现规律进行了研究。结果表明:下部煤层开采导致直接顶向更高更远处发展,并涵盖了上部煤层采后的直接顶及基本顶范围,形成了典型“垮落带累加”的采场覆岩结构;上部煤层开采对下部煤层起到了一定的卸压保护作用,下部煤层工作面超前支承压力峰值及影响范围减小;但上部顶板垮落压实及遗留煤柱也造成了下部煤层局部区域动压显现,对工作面回采产生不利影响。研究成果为提高资源采出率、保证生产安全提供了科学依据。     

复杂结构煤层综采工作面矿压显现规律模拟研究

为解决澄合矿区复杂结构煤层开采过程中存在的液压支架选型合理性等问题,以该矿区5208综采工作面研究背景,通过现场矿压观测、数值模拟等手段分析研究了矿压显现规律及覆岩的冒落裂隙带发育高度演化特征。其结果为澄合矿区复杂结构煤层综采支架合理性选择以及相似工作面的高效安全生产提供科学依据。     

煤矿智能化开采新进展

智能化开采是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。经过多年发展,我国智能化开采形成了薄煤层和中厚煤层智能化无人操作,大采高煤层人-机-环智能耦合高效综采,综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤,复杂条件智能化+机械化4种智能化开采模式。为了解决工作面综机装备智能决策难题,研发了工作面智能协同控制系统,实现采煤机自适应割煤与自主感知防碰撞,基于煤流量智能感知的采煤机、液压支架、刮板输送机等综采装备的协同联动,工作面综采装备与端头和超前支架的联动控制。上述研究成果在陕北侏罗纪1.1 m硬煤薄煤层、金鸡滩煤矿8 m超大采高综采、金鸡滩煤矿9 m以上硬煤特厚煤层综放开采进行应用,效果显著,实现了陕北侏罗纪1.1 m硬煤薄煤层高效智能化无人开采,8 m超大采高工作面人-机-环智能耦合高效综采,9 m以硬煤上特厚煤层超大采高智能化综放开采。     

大倾角煤层综采工作面液压支架失稳机理与控制

针对大倾角旋转俯伪斜大采高综采面液压支架稳定性控制特点,结合潘二矿12124综采工作面地质与工程条件,开展了破碎顶板和软煤条件液压支架与刮板输送机稳定性控制机理与方法研究。基于现场观测数据分析,构建了大倾角综采工作面液压支架倾倒与下滑两种失稳模式,对比分析了支架受力特征,揭示了支架失稳与煤层倾角、支架顶梁和直接顶的摩擦因数之间的关系。推导了液压支架带压移架的"带压临界值",提出了铺金属网带压擦顶追机移架方法。综合分析设计了旋采段回采调斜比例为1∶3,并确定了俯伪斜回采段输送机下滑量不应大于304 mm,并通过设置了防倒、防滑千斤顶的"三机"联合防倒滑措施,有效控制"三机"稳定性及片帮、冒顶,实现了大倾角厚煤层安全高效开采。     

倾斜厚煤层综放工作面端头矿压特征分析

 倾斜煤层综放开采,采煤工作面的矿山压力显现受到煤（岩）层倾角的影响。较长工作面的顶板往往呈纵向O-X型破断,顶板来压在工作面方向出现不同步特征,两端头的顶板先破坏。通过对3301工作面两端头位置的矿压现场在线监测,结合工作面矿压显现进行顶板来压特征分析,得出了该工作面顶板运动变化规律、周期来压步距及两端头矿压变化规律。同时分析了液压支架的工作状态,检验了工作面的支护质量,为提高顶板管理水平及后续生产提供指导。     

近距离采空区下大采高综采面矿压演化规律研究

 为了研究近距离煤层上覆煤层已采对下覆煤层开采时支承压力的影响,基于潘二煤矿18516工作面矿压实测结果,运用FLAC3D大型非线性三维数值模拟软件,从围岩应力场分布角度对上覆已采煤层对18516工作面作用机理进行了分析。结果表明,煤柱下支架来压时最大循环末阻力大于采空区下支架载荷。煤柱下部周期来压时最大循环末阻力小于初次来压时的载荷;采空区下,周期来压时最大循环末阻力略小于初次来压时的载荷,相差不大。采空区影响区域,6煤采空区上方应力呈“鞍”形等值线分布,煤柱影响区域,6煤采空区上方应力呈“拱”形等值线分布。煤柱下的支承压力应力集中系数达到4.6～4.67,是采空区下方应力集中系数的3.5倍,受煤柱高支承压力的影响,工作面开采此位置时的危险程度较高,更易产生片帮、漏顶现象。     

大同矿区双系煤层开采煤柱影响下的强矿压显现机理

针对大同矿区石炭系煤层8105工作面过上覆侏罗系煤层采空区留设煤柱时的强矿压显现特征,采用理论与现场实测分析相结合的方法,对侏罗系煤层采空区煤柱的应力影响规律与石炭系煤层顶板的垮裂带范围进行了分析,得到了双系煤层开采煤柱影响条件下工作面强矿压显现的“煤柱-覆岩运动”联合作用机理。研究表明：侏罗系煤层采空区留设煤柱的水平与垂直应力较高,达10.5～13.5 MPa,应力集中区深度为40～70 m,剪应力波及范围达180 m;8105工作面顶板的垮裂带高度为150～170 m;工作面过煤柱时的强矿压显现是由采空区煤柱与煤层顶板垮裂运动联合作用的结果。     

浅埋深大采高矿压监测与分析

针对杨家村浅埋深大采高的现状与特点,在222203工作面安设了17台KJ216矿用观测设备对工作面进行矿压观测。结果表明:该矿初次来压时压力现象明显,最大值超过支架的额定阻力,周期来压步距范围为8.5～17.5m。同时,顶板破断明显,地表塌陷剧烈,塌陷裂缝几乎垂直于工作面。该研究为大采高浅埋深工作面来压情况及顶板管理提供了可靠的数据依据。