浅埋煤层开采压架类型

浅埋煤层长壁开采工作面矿压显现有时很强烈,在支架工作阻力和支护强度很大时仍发生严重的压架事故。据不完全统计,神东矿区自2007年以来先后发生十多起严重的压架事故,造成了巨大的经济损失。压架灾害是目前影响神东矿区浅埋煤层安全高效开采的重要因素之一。为了有效防治压架灾害,通过大量的工程实测,并结合模拟实验和理论分析,对神东矿区浅埋煤层开采压架机理与类型开展了系统深入的研究,结果表明:当浅埋煤层覆岩呈现复合单一关键层结构和上煤层已采单一关键层结构时,在下列4类特定条件下上覆岩层直至地表的荷载易直接作用到该单一关键层结构上,导致关键层结构的滑落失稳,引发工作面压架:1厚风积沙复合单一关键层条件;2过沟谷地形上坡段条件;3采出上覆集中煤柱条件;4上覆房采煤柱下开采条件。揭示了上述4类条件下关键层结构失稳机制与压架机理,并提出了相应的防治对策,指导了神东矿区浅埋煤层开采压架灾害的防治实践。     

近距离煤层重复采动面过沟谷矿压显现规律研究

针对神东矿区活鸡兔井近距离煤层重复采动工作面过沟谷地形时易发生动载矿压的问题,采用物理模拟与现场实测方法,研究了沟谷地形下覆岩主关键层被侵蚀程度对浅埋煤层动载矿压的影响。结果表明:浅埋煤层工作面在过沟谷地形上坡段时,因覆岩主关键层受侵蚀影响而缺失,使主关键层缺少侧向水平挤压力作用而产生滑落失稳,从而导致下煤层工作面过沟谷地形上坡段时易发生动载矿压。据此确定了类似条件下工作面过沟谷地形上坡段时支架所需合理的工作阻力,保障了该矿后续工作面的安全回采。     

沟谷地形对浅埋煤层开采矿压显现的影响机理

针对神东矿区活鸡兔井工作面过沟谷地形时发生的动载矿压问题，通过现场实测、理论分析与模拟实验，就沟谷地形对浅埋煤层开采动载矿压显现的影响机理进行了深入研究。结果表明：浅埋煤层开采工作面过沟谷地形上坡段时易发生端面切顶、冒顶和支架活柱急剧下缩的动载矿压。由于覆岩主关键层在沟谷段受侵蚀影响而缺失，过上坡段时主关键层破断块体缺少侧向水平挤压力作用，不易形成稳定的“砌体梁”结构而滑落失稳，使得作用在下部单一关键层结构上的载荷明显增大而产生滑落失稳，从而引起工作面的动载矿压。若沟谷地形中主关键层未缺失，则浅埋煤层工作面过沟谷地形上坡段时一般不易产生动载矿压。该研究结果指导了活鸡兔井21305，21306工作面过沟谷地形动载矿压灾害的防治实践。     

浅埋超大采高工作面覆岩“切落体”结构模型及应用

针对浅埋煤层矿压显现强烈,易于发生切顶压架事故的问题,以神东矿区浅埋煤层为例,统计分析了7个矿、30余个综采工作面矿压数据,结果认为,与普通埋深及深部煤层相比,浅埋煤层工作面液压支架载荷大、周期来压步距短、动载系数大。采用钻孔位移计实测分析了上湾矿8.8 m超大采高工作面覆岩破断及地表岩移特征,破断位置位于工作面后上方,各层位测点呈整体同时破断,破断范围快速波及地表,当工作面推进11 m后,距顶板26 m处测点最大下沉量227 mm,当工作面推进296 m后,地表最大下沉量5.89 m。对比分析覆岩破断与液压支架工作阻力的对应关系,认为覆岩破断后没有直接与采空区矸石接触,而是形成某种结构并产生缓慢下沉现象。采用相似模拟方法分析了上湾矿8.8 m超大采高工作面覆岩破断及运动规律,认为正常情况下,呈整体同时破断的块体能够相互铰接并形成结构,当支护质量不足或者遇到地质异常区时,结构易发生整体滑落失稳,导致工作面压架事故。基于以上认识,提出了浅埋超大采高工作面覆岩"切落体"结构模型,分析了切落体结构的稳定条件及失稳类型,认为浅埋煤层覆岩呈整体切落式破断,形成以滑落失稳为主的铰接结构。研究得到了液压支架合理工作阻力计算公式,并以上湾8.8 m工作面为例进行了验算,结果表明,基于"切落体"结构计算的支架工作阻力能够满足工作面顶板支护要求。"切落体"结构为浅埋煤层液压支架合理工作阻力确定提供了理论依据,丰富了浅埋煤层开采岩层控制理论。     

不连沟煤矿巨厚煤层综放开采覆岩运移规律研究

 为了研究在内蒙古地区比浅埋煤层埋藏更深煤层在开采过程中的覆岩运移特征，以内蒙古不连沟煤矿F6201综放面为工程背景，运用理论分析和现场观测相结合的手段，对其矿压显现与覆岩运移规律进行了研究。研究表明：F6201工作面亚关键层(基本顶)属台阶岩梁结构，呈现滑落失稳形式；主关键层垮落滞后于基本顶破断，同样以滑落失稳形式出现。由于主关键层与亚关键层破断的不同步性，导致工作面来压步距出现大小间隔现象。     

浅埋大采高煤层群开采覆岩结构及矿压特征分析

以神南矿区部分浅埋区域4-2和5-2两层大采高煤层开采为工程背景,通过物理相似模拟实验研究了上、下煤层重复采动时工作面覆岩的垮落特征及覆岩关键层结构,得出了浅埋煤层群起主要岩层控制的覆岩分别为直接顶关键层、下煤层有效关键层(组)、上煤层已扰动关键层,并分别对其结构特点进行分析。此外,还结合了该区域单一煤层及煤层群工作面矿压现场实测数据对比分析结果,总结出了较单一浅埋煤层开采,煤层群开采过程中周期来压步距相对较小,来压强度大的基本矿压特征,对该区域煤层的安全、高效回采具有重要的指导意义。     

浅埋近距离下层煤综采面过上覆采空区煤柱动压防治技术

基于神东矿区浅埋近距离下煤层过上覆采空区集中煤柱易发生动载矿压,导致大面积切顶压架事故,结合石圪台矿31201综采面动压防治实践,分析得出采动影响导致上覆采空区集中煤柱失稳及其上覆基岩破断、回转,进而使下煤层基岩关键块结构由回转失稳变为突发性的滑落失稳,上下基岩层关键块体失稳产生的冲击载荷瞬间作用直接导致了动压事故的发生。通过采取爆破集中煤柱、缩短工作面长度、等压等技术措施,并采用微震监测、地面钻孔多点位移计和地表沉降观测等手段进行指导和验证,有效解决了特殊开采条件下现场动载矿压防治的问题,实现了安全生产。     

浅埋近水平煤层采场覆岩压力拱结构特性及演化机制分析

通过分析浅埋近水平煤层开采覆岩结构及破坏的特点,在压力拱和关键层理论的基础上建立了浅埋近水平煤层采场覆岩压力拱结构模型;认为该压力拱结构在工作面长度和推进方向上具有左右对称特征,压力拱发育至关键层后若关键层破断则基于破断位置重新起拱,若不破断则拱顶位于关键层附近,该压力拱结构模型能较好描述浅埋近水平煤层开采覆岩破坏形态。基于上述模型,分析了压力拱结构层和覆岩破坏区演化的突发性和阶段性特点,推导出了结构层压力拱轴线方程和覆岩破坏范围计算判据,分析了压力拱的极限变形量,给出关键层破断对压力拱发育影响的分析计算方法;通过对大柳塔矿52505工作面采场覆岩数值及理论分析,关键层破断后没有形成完整压力拱结构,导致地表出现塌陷。     

浅埋近距离煤层煤柱下开采异常矿压机理

针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题，采用现场实测、理论分析等手段，研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明：浅埋近距离厚煤层开采时，下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害，支架活柱下缩量达到1 000 mm；下煤层工作面推进过程中，两层煤之间的关键层结构也不断的变化，重复采动阶段，两层煤之间存在一组亚关键层结构，进煤柱阶段，两层煤之间存在一组主关键层结构；进煤柱阶段，煤柱上方关键块的铰接结构发生反向回转运动，导致主关键层关键块上覆载荷增加，发生滑落失稳，引发强动压灾害，同时造成地表出现大的台阶下沉现象。     

大采高采场顶板运移破断特征的数值模拟研究

基于大采高采场采动引起的覆岩运移破断问题,主要对大采高工作面开采过程中顶板的运移变形与破断失稳规律进行数值模拟研究,结果表明:亚关键层下部岩层属于冒落带,亚关键层上部到主关键层范围属于裂隙发育带,主关键层上部岩层属于弯曲变形带;当关键层从稳定转变为破断失稳时,其变形量陡增;工作面开采高度和关键层数量对覆岩运移变形以及稳定性的影响效果显著。     

关键层结构提前滑落失稳对浅埋近距离煤层出煤柱压架灾害的影响

针对神东矿区浅埋近距离下部煤层工作面出煤柱时频繁发生的压架灾害问题,综合采用理论分析、模拟实验与现场实测,从煤柱边界上方关键层结构稳定性角度,阐述了该结构在下部煤层工作面出煤柱前预先发生滑落失稳对压架灾害的影响规律。结果表明:下部煤层工作面出煤柱开采过程中,煤柱上方关键层破断后与采空区一侧已断块体形成的三铰式结构是不稳定的,它的相对回转运动向下传递的过大载荷是引发压架灾害的根源;若采空区一侧已断块体提前发生滑落失稳,则下部煤层工作面出煤柱等效于采空区下的重复开采,煤柱上方关键层破断后将无法与采空区一侧已断块体发生同步的相对回转,从而可有效减缓煤层间岩层的负载,最终对压架灾害发挥明显的削弱作用;据此提出了对煤柱上方关键层铰接结构提前实施爆破强放的防治对策,其有效性得到了模拟实验和开采实践的验证。     

深部开采覆岩关键层对地表沉陷的影响

通过工程实例和数值模拟实验，就深部开采覆岩关键层对地表沉陷的影响进行了研究，结果表明,对于倾斜煤层而言，开采深度的增大意味着基岩厚度的增加，从而引起深部开采覆岩关键层层数一般多于浅部开采，深部开采覆岩主关键层位置距开采煤层的距离一般大于浅部开采.正是由于受深部开采覆岩主关键层位置的改变和覆岩关键层层数增多的影响，导致了深部与浅部开采地表沉陷特征的差异.     

浅埋煤层房柱式采空区下长壁开采矿压显现特征

以鄂尔多斯地区浅埋煤层房柱式采空区下煤层长壁开采为主要研究对象，通过理论分析、现场矿压实测等方法，得出房柱式采空区上部覆岩在一定的采高范围内存在叠合梁结构，并且上位基本顶结构为固定梁，下位基本顶结构为悬臂梁，房柱式采空区煤柱及以下顶板构成直接顶；在上位固定梁的回转力矩作用下，下位悬臂梁周期性折断，其动载荷通过房采区煤柱传递给采场支护结构。上位悬臂梁与下位悬臂梁失稳的不同周期性，会引起工作面周期来压的不等距和来压强度的不等强性，是长壁采场支架失稳的主要原因。     

浅埋深工作面区段煤柱合理留设的探讨

为了提高矿井煤炭资源采出率,根据三不拉矿井的浅埋深、厚风积沙层、薄基岩煤层开采条件的特点,通过采用FLAC3D数值模拟计算,全面分析三不拉2-2煤层不同煤柱尺寸的受力和稳定状态,从而给出开采2-2煤层留设的合理煤柱尺寸,实现了矿井的最大煤炭采出率.     

浅埋大采高综采工作面矿压显现规律研究

 本文针对霍州矿区三交河煤矿2号煤层合并区域生产地质条件，进行了504大采高综采工作面矿压观测，深入分析了浅埋大采高采场来压规律、支架工作阻力及煤壁片帮特征，结果表明，工作面周期来压步距平均为14m左右，平均动载系数为1.13；工作面回采期间小范围片帮，端头处较为严重；ZY7600/26/55双柱掩护式支架能够满足生产需求。实测结果对相同条件下煤层开采采场围岩控制及来压步距预测具有重大的实践意义。     

浅埋煤层大采高工作面覆岩结构分析及支护设计

针对东圪堵煤矿浅埋深、薄基岩大采高工作面现状,利用3DEC数值模拟软件对该矿上覆岩层结构进行了模拟分析,并对工作面支护进行了合理设计.结果表明:东圪堵煤矿大采高工作面开采过程中,在采高4.0 m、基岩厚度30 m以上时,上覆岩层可形成稳定的承压结构,对工作面开采是有利的;工作面液压支架工作阻力7 400 kN以上时,可以有效控制顶板;大采高工作面支架选型合理,开采过程中顶板未出现台阶下沉现象,基本顶来压时顶板未出现压死支架现象.     

浅埋煤层长壁开采围岩应力场特征研究

利用数值模拟及现场观测,研究了浅埋深长壁工作面围岩应力场特征,得出上覆岩层中可形成承压拱结构,该结构能否稳定存在直接关系到工作面矿压显现,并提出将承压拱结构能否稳定存在作为判别某一煤层是否为浅埋煤层的方法。分析了采高和工作面长度对承压拱结构稳定性的影响程度,结果表明:采高对承压拱结构的临界高度及结构稳定性影响十分显著,当采高达到一定值后,上覆岩层中不能形成稳定的承压拱结构;工作面长度对于承压拱结构的稳定性具有很大影响,但当工作面达到一定临界长度时,再加长工作面对覆岩结构稳定性影响程度降低。     

特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层及地表移动机理

以窑街矿区三矿地质条件为原型,采用相似材料模型试验方法,研究了特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层移动机理和地表移动规律。结果表明,特厚急倾斜煤层水平分层开采时,浅部开采阶段岩层以应力拱结构控制岩层移动,深部开采阶段岩层以铰接岩梁结构控制岩层移动;根据覆岩破坏形式,将采动岩层移动分为松散岩块区和层状岩层区。揭示了特厚急倾斜煤层水平分层开采具有显著的重复开采和变方向传播的特征;随着工作面自上向下逐层布置回采,地表移动盆地具有向顶板侧扩展和下沉值不断累计的特点,最终形成一个整体的移动盆地。研究结果可为地表及岩层移动预测模型的建立提供依据,从而指导类似条件下煤炭资源的合理开发。     

煤系地层覆盖下铝土矿开采岩体地压活动规律研究

通过统计山西某煤系地层覆盖下铝土矿采区内的勘探钻孔资料,铝土矿采矿厚度和煤铝之间岩层厚度的采厚比分为6.9、11.9、17.4三种情况。根据采厚比的不同情况,建立煤下铝矿体回采模型,研究分析煤下铝房柱法开采过程中应用崩落协同充填技术处理采空区时覆岩地压活动规律。铝土矿的开采使上覆岩层垂直应力释放,水平应力略有增加;煤下铝回采过程中,同步崩落顶板处理采空区,对上覆岩层沉降、上覆煤层应力释放具有显著的控制作用,均未出现铝土矿的开采导致煤层拉剪破坏的情况,同时未超过规范对于地表保护等级Ⅰ级的水平变形和倾斜的允许值。根据数值分析结果建立了煤层底板水平变形、倾斜随采场沿倾向推进之间的线性关系,沿倾向总的开采阶段数不宜超过11个。