急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律

急倾斜煤层综采工作面"支架-围岩"系统动态稳定性控制难度大,而顶板的行为状态会直接影响该系统稳定性,从而制约该类煤层高效机械化生产,故研究急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律十分必要。综合采用相似材料试验法、理论分析法,研究分析工作面覆岩破坏及矿压分布、演化规律。研究结果表明,急倾斜中厚煤层综采工作面上、下端头顶板垮落形式不同,上、下部垮落形态分别呈锐角三角形状、钝角三角形状,顶板垮落后会形成阶梯状岩梁;采空区充填状态走向上区域性异化,靠近煤壁侧采空区中部会形成露空区,随着距煤壁距离增加,采空区矸石堆积量及压实度升高,堆积形态更为均匀;工作面矿压非对称分布,具体表现为中、上部>下部;工作面初次来压步距为25 m,周期来压步距平均为9.22 m,来压和未来压时平均支架阻力分别为3 453 kN、2 682.8 kN。     

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。     

深埋超长综采工作面矿压规律及支架适应性研究

为了探究蒙陕地区深埋超长综采工作面的矿压显现规律及液压支架的适应性,以葫芦素煤矿21102首采工作面为工程研究背景,采用矿压理论计算、现场动态实时监测和KJ21软件分析等多种手段对液压支架的工作阻力、工作面周期来压及超前支承压力的变化规律进行了分析研究。结果表明:葫芦素煤矿21102工作面顶板初次来压步距38.5～45.9 m,平均为41.4 m,基本与理论计算吻合。周期来压最大步距为31.9 m,最小来压步距为12 m,平均来压步距为22 m。基本顶来压时,动载系数最大为1.09,最小为1.03,平均为1.06,动载系数很小,说明工作面总体来压现象不明显;液压支架压力沿工作面倾向分为"低压区、高压区、低压区、高压区、低压区"5个区域,呈"马鞍形"分布;工作面压力在走向上分为"低压区、过渡区、高压区"3个区域;工作面超前支承压力影响范围约为工作面前方45 m,显著影响范围约为工作面前方18 m,目前超前支护距离20 m满足要求,在保证回采巷道锚杆支护质量和单体支柱支设质量的前期下,现有的4排超前支护单体支柱可缩减为2排;从ZY10000-16/32型二柱掩护式液压支架在21102工作面使用情况来看,支架工作阻力富裕量较小,建议在蒙陕地区类似煤层赋存条件的综采工作面选用工作阻力在12 000～14 000 kN的液压支架,以防工作面停产、过空巷和过断层期间顶板压力大导致大面积压架事故。     

采空区下坚硬顶板动压显现特征及控制技术

为解决采空区下工作面悬顶距离过长的问题,采用了现场观测、数值模拟、试验研究等手段,在分析采空区下坚硬顶板的矿压显现特征的基础上,提出了坚硬顶板控制技术。分析可知二2煤层工作面的第1岩梁、第2岩梁平均周期来压步距分别为33、40 m,初次来压期间支架的动载系数达1.8,周期来压期间为1.42~1.65;利用UDEC2D数值模拟软件,对3213(1)工作面顶板运移情况进行分析可得到采空区下不同坚硬岩层间的裂隙发育情况、破断形式、动压显现特征以及离层情况;通过采用深孔爆破强制放顶技术可使坚硬岩层内部产生了大量的导通裂隙空间,该技术可使第1岩梁的初次来压步距缩短为21.1 m,第2岩梁初来压步距缩短为27.2 m,有效防治了悬顶距离过长的问题。     

复杂环境近距离煤层超长工作面回采实践研究

以木瓜煤矿地质条件为研究背景,采用数值模拟和现场实测方法对近距离煤层10-103超长工作面在复杂环境下的回采技术方案进行实践研究,以解决超长工作面面临陷落柱、9号煤层遗留煤柱和9号煤层采空区积水影响的技术难题。通过数值模拟对复杂环境下顶板运动规律和围岩应力分布规律进行分析,得出超长工作面超前应力集中系数为1.58,影响范围是5~14 m,应力峰值位置在工作面前方6 m处,超长工作面初次来压步距与周期来压步距与实测相符。通过对超长工作面支架载荷的实测知,上部、中部支架载荷在25~35 MPa,占工作面支架比例分别为42.8%与81.7%,顶板初次来压步距为23.6 m,周期来压步距为13 m,工作面来压不明显。     

近浅埋煤层大采高工作面双关键层结构分析

根据实测统计分析,近浅埋煤层大采高工作面支架载荷普遍较大,且随采高增大有增加的趋势,工作面来压存在大小周期,厚度较大的等效直接顶静载是工作面支架的基本载荷。通过物理模拟实验,揭示了大采高工作面直接顶变厚和顶板结构铰接点上移的机理,提出了"等效直接顶"的定义,建立了近浅埋煤层大采高工作面顶板"双关键层"理论。近浅埋煤层大采高工作面顶板主要表现为"双关键层"结构,根据等效直接顶对采空区的充填程度,双关键层顶板结构分为"双砌体梁"和"斜台阶岩梁-砌体梁"两类,常见的是"斜台阶岩梁-砌体梁"双关键层结构。建立了双关键层顶板结构模型,揭示了工作面出现大小周期来压的机理,给出了支架初撑力和工作阻力的计算公式,可为近浅埋煤层大采高工作面顶板控制提供理论依据。     

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。     

冲刷带侵蚀工作面支架失稳机制及控制技术研究

保德煤矿8#煤层三盘区受冲刷带侵蚀影响存在顶板大面积悬露问题,威胁工作面的生产安全。为解决81308工作面冲刷带侵蚀工作面矿压显著问题,保障冲刷带侵蚀区域煤层的安全高效开采,通过建立冲刷带侵蚀煤层采场覆岩结构模型,研究了顶板围岩失稳机制和支架承载特征,并提出了水力压裂顶板弱化措施。研究表明：（1）在冲刷带侵蚀作用下顶板的来压步距有所增加;（2）冲刷体破断垮落后对采空区的充填程度较高,使得关键层破断后回转下沉能够形成稳定的砌体梁结构,此时支架处于给定变形状态;（3）来压期间支架所承受上覆岩层载荷略大于额定工作阻力,为避免压架事故发生,需采取水力压裂措施弱化顶板;（4）支架载荷监测数据显示,通过水力压裂弱化顶板后,基本顶的初次来压步距为28 m,周期来压步距为20 m,来压较为平稳,仅小部分支架发生安全阀开启,表明顶板弱化措施取得了良好的成效。     

浅埋煤层工作面液压支架工作阻力的确定

陕北神木大砭窑矿5-2煤层埋深83 m,表土层厚度43.8 m,属于典型的浅埋煤层.本文采用最新开发的应力应变全程相似模拟技术,揭示了工作面顶板初次垮落步距为30 m,周期来压步距为20 m,充分采动距离为60 m.预计了工作面来压期间工作阻力为6300～7119 kN/架.最后,采用浅埋煤层"台阶岩梁"理论和工程类比方法,验证并确定了合理的支架支护阻力.     

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。     

近距离煤层采空区下工作面矿压特征分析

为掌握辛置煤矿近距离煤层采空区下10409工作面回采期间矿压特征,通过物理相似模拟与矿压实测分析相结合的手段,对工作面覆岩的运动规律、顶板来压情况及支架的适应性进行了分析。结果表明:相似模拟得出10409工作面回采完毕后的顶板离层长度为50 m,离层高度达到55 m,相似模拟得出的工作面来压情况基本与实测一致,初次来压步距为21.4 m,周期来压步距为10.4 m,支架适应性良好。     

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。     

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。     

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.     

浅埋煤层综放工作面支架合理支护强度确定及其应用

为了研究浅埋煤层综放工作面支架的合理支护强度并分析其矿压特征,以神东某矿12301工作面为例,确定了工作面顶板的类别,通过理论计算按工作面最大采高、支架承受载荷以及动载荷对所选用的型号为ZY11000/25/50的支撑掩护式支架的支护强度进行了分析,并根据支架工作阻力监测数据对支架的应用效果和工作面的顶板活动规律进行了研究。结果表明:工作面所选用的支撑掩护式支架的初撑力统计合格率为62.8%,支架初撑力整体利用率较高,该型号支架能够完全适合支撑顶板。根据支架工作阻力监测数据得到,直接顶初次垮落步距平均12.78 m;基本顶初次来压步距平均66.88 m;整个工作面基本顶周期来压步距最大为67.1 m,最小为11.8 m,周期来压步距平均32.5 m,来压强度缓和;其中,基本顶显著来压期间,来压强度平均为30.0 MPa。确定该支架能够适应该类工作面的顶板活动规律。     

大采高综采面过上覆煤层采空区矿压规律研究

为了掌握5 m大采高综采工作面进入上覆煤层采空区的矿压显现规律,基于上湾煤矿12301工作面矿压实测结果,从顶板结构变化的角度对采空区作用机理进行了分析。结果表明,进入上覆煤层采空区后工作面周期来压步距为13.6 m,小于实体煤下周期来压步距15.6 m,减小了12.8%。在采空区下,周期来压强度要比实体煤下大7.7%,动载系数大8.2%。下煤层开采时上覆岩层顶板结构的稳定性是导致周期来压步距、来压强度和动载系数出现差异的根本原因。     

特厚煤层采空区下综放开采顶板岩层破断规律

为了研究平朔矿区9号煤层受4号煤层采动影响后顶板岩层破断规律及其特征,通过对9号煤层工作面支架工作阻力和受采动影响后的4号煤层底板裂隙发育情况进行观测分析,研究了采空区下特厚煤层综放工作面的矿压规律,分析了9号煤层顶板破坏程度及其对矿压的影响.结果表明:工作面顶板中存在中粗砂岩及砂质泥岩2层主要岩层,砂质泥岩层来压步距为9.8～24.0 m,平均为17.7m,中粗砂岩层来压步距为12.0～34.4 m,平均为22.6 m,动载系数1.43～ 1.62,平均1.56,中粗砂岩层运动规律为来压步距较大、来压步距受裂隙发育影响较大,采空区下方特厚煤层顶板破坏以纵向裂隙发育为主.     

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。     

复杂条件综放工作面矿压显现特征

根据乌兰煤矿3^#煤层5343综放工作面的复杂开采条件，采用现场矿压观测和数值模拟方法，对该工作面的矿山压力显现特征进行研究．结果表明，工作面顶板初次来压步距24．2m，周期来压步距9．41m，来压期间支架最大平均载荷2775．5kN／架，支架的侧向挤压力较大，工作面片帮冒顶严重，工作面顶板管理难度大．由于受顶板稳定性较高和煤层倾角较大的影响，与一般的松软煤层综放工作面相比，该工作面的矿山压力显现相对比较剧烈，顶板来压强度较大，工作面存在明显的周期来压现象．     

霍宝干河煤矿采煤工作面矿压规律分析

为掌握霍宝干河煤矿2-126采煤工作面矿压显现规律,现场对该工作面液压支架荷载、煤层顶底板移近量、巷道顶板压力、顶板离层以及锚杆受力等进行监测,结果表明:工作面初次来压步距36～43 m,周期来压步距为15～24 m。工作面来压期间支架最大载荷为6635.68 kN,且两巷压力及变形均在控制范围内,说明选用的支架工作阻力能够很好地满足顶板条件。