回采巷道冒顶隐患级别分析

针对回采巷道内高冒顶风险区域无法及时发现、辨别的难题,建立了项板岩层稳定跨距判别公式,结合现场工程实践,分析在考虑多影响因素的条件下,不同岩性、结构组合的顶板岩层稳定性,得出巷道冒顶隐患级别区划。结果表明,同一巷道不同区域冒顶隐患级别不同,以稳定岩层层位作为划分顶板冒顶隐患级别的指标分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4级;试验巷道顶板的整体稳定性属中等,以Ⅱ级区域为主,占巷道长度的77．76％,冒顶隐患级别最高Ⅳ级区域位于巷道668-740m间,占9．47％,该段发生冒顶事故的概率较高,属于需要进行重点监控的区域。     

煤巷复合顶板岩层失稳判别方法与冒顶隐患分级

针对同一巷道不同区域复合顶板垮落问题,建立了巷道复合顶板岩层过梁结构力学模型,获取巷道顶板岩梁破断失稳形态和极限条件,提出了巷道复合顶板岩层失稳判别方法,探讨了巷道复合顶板破坏失稳与岩层定量关系影响因素,建立了巷道复合顶板冒顶隐患级别划分指标体系,给出了隐患分级方法,将巷道冒顶高度作为冒顶隐患的分级指标,开发了巷道复合顶板稳定性判别软件,掌握了石圪台矿2-2煤顶板冒顶隐患级别区划特征,给出了基于巷道冒顶隐患分级的回采巷道顶板支护参数设计方案,实现差异化支护设计的同时,减少支护材料浪费,降低高冒风险巷道的事故发生概率。     

浅部岩层冒顶隐患级别的数值模拟研究

 为了找出浅部岩层类型与巷道顶板冒顶隐患级别了关系,采用RFPA软件,模拟不同类型岩层条件下的顶板岩层变形破坏特征。结果表明,浅部岩层的强度指标决定了巷道破坏范围,直接影响到巷道冒顶隐患级别,冒顶风险按照软-韧型、软-脆型、中硬-韧型、中等强度-中等刚度型、硬-韧型、硬-脆型岩层的次序降低;岩层刚度决定了顶板岩层的破坏形态,对冒顶隐患级别的影响权重小于岩石强度;浅部岩层为硬-韧、硬-脆型顶板采用单一的锚杆支护即可保证巷道不发生冒顶事故。     

巷道顶板岩层冒顶隐患分级技术研究

为了对巷道层状顶板岩层失稳破坏机理进行深入分析,确定巷道顶板岩层冒顶隐患分级,分析了冒顶机理,主要包括稳定岩层厚度变化、锚杆锚索的锚固段位于软弱夹层内、顶板存在小断层、岩层内生节理发育、构造引起巷道应力集中等因素,然后确定了破裂高度分级指标,研究了冒顶隐患分级方法,并以某煤矿为例,分析了该煤矿顶板冒顶隐患分级。研究对发现巷道内高冒顶风险区域以及控制和预防巷道冒顶事故的发生具有重要的意义。     

软弱巷道顶板脆弱区识别及其应用北大核心

针对宏观角度研究巷道顶板结构造成的顶板脆弱区被忽视的问题,建立了岩梁稳定条件下的单位宽度简支梁极限跨距判别公式。结合工程背景,分析得到软弱砂质泥岩厚度、巷道跨度、软弱夹层及断层等是影响巷道稳定性的重要原因。通过采用岩层探测仪窥探顶板裂隙分布及离层情况并结合钻孔柱状图,以砂质泥岩厚度为主要指标对巷道隐患进行分级、圈定。结果表明,311102辅运巷从开切眼到3~#联络巷之间属于Ⅳ级冒顶隐患区域。针对性的设计了311103辅运巷支护参数,实现了对顶板脆弱区的有效控制。     

软弱巷道顶板脆弱区识别及其应用

针对宏观角度研究巷道顶板结构造成的顶板脆弱区被忽视的问题,建立了岩梁稳定条件下的单位宽度简支梁极限跨距判别公式。结合工程背景,分析得到软弱砂质泥岩厚度、巷道跨度、软弱夹层及断层等是影响巷道稳定性的重要原因。通过采用岩层探测仪窥探顶板裂隙分布及离层情况并结合钻孔柱状图,以砂质泥岩厚度为主要指标对巷道隐患进行分级、圈定。结果表明,311102辅运巷从开切眼到3~#联络巷之间属于Ⅳ级冒顶隐患区域。针对性的设计了311103辅运巷支护参数,实现了对顶板脆弱区的有效控制。     

巷道冒顶隐患风险可拓评价模型研究

为了从定性和定量2个方面同时对巷道顶板冒顶隐患进行评价,通过理论分析,确定了影响巷道冒顶的5个关键因素,并利用AHP层次分析法得到了5个影响因素的影响权重,借助于物元定性方法和关联函数定量办法建立了基于可拓理论的新的巷道冒顶隐患可拓评价模型,将顶板冒顶隐患分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级共4个级别。并利用该新建可拓评价模型对长城矿1203运输巷进行了巷道冒顶隐患可拓评价,评价结果显示该巷道4处冒顶隐患为Ⅱ级,6处冒顶隐患为Ⅲ级。同时利用深基点位移计对顶板岩层位移进行了监测,监测结果显示冒顶隐患为Ⅱ级的顶板的最大位移为52 mm,冒顶隐患为Ⅲ级的顶板的最大位移为230 mm。     

巷道复合顶板变形破坏特征与冒顶隐患分级

煤层顶板岩性复合及分层厚度变化大,稳定性差异显著。针对巷道层状复合顶板条件,采用现场探测、数值模拟、理论分析等方法,研究了顶板岩层结构分类、顶板变形破坏特征与平衡结构及冒顶隐患评价。研究表明:巷道复合顶板岩层结构可分为坚硬岩层、软弱岩层、下软上硬、下硬上软、软硬渐进、硬软相间及软硬相间等7个类型。对于较差的顶板岩层结构,在层面和节理影响下,巷道顶板下位分层形成离层、随动稳定状态的铰接岩块结构及亚稳定状态的裂隙弯曲结构,其范围和承载能力与顶板岩层结构类型有关,顶板变形和锚索延伸量呈现不协调性。采用锚索是否破断失效作为分级指标,建立了冒顶隐患的分级方案,划分了典型顶板岩层结构的隐患等级,对3个级别的冒顶隐患进行了安全评估。     

采动影响巷道顶板辅助材料支护设计方法研究

目前巷道辅助材料支护设计暂无具体的设计方法,主要以工程类比思想和设计者的工程经验指导设计,易造成辅助材料在巷道围岩性质较好区域支护过剩,围岩性质较差区域支护强度不足。针对此类问题,提出了合理的辅助材料支护参数应能保证支护后裸露岩层的尺寸小于巷道顶板表层岩层稳定跨距,同一条巷道中可根据顶板不同的表层岩层稳定跨距采用不同的辅助材料支护参数,并确定了采动影响条件下巷道顶板表层岩层稳定跨距的计算方法;同时将顶板表层岩层稳定跨距分成4类,给出了每类顶板的辅助材料选择原则,介绍了此种设计方法和原则在神东矿区补连塔12420回风巷和乌兰木伦矿12302回撤通道部分区域的应用情况。     

煤巷顶板岩层结构的探测与确定

通过对1996年以来162起锚杆支护煤巷冒顶事故的分析,得出岩层组合劣化是影响岩层结构失稳破坏的主要因素;利用中国矿业大学开发的冒顶隐患探测仪,可以推断钻孔所在点巷道顶板不同位置的煤层顶板岩性及岩层结构,并及时发现顶板岩层结构劣化点,从而采取针对性措施,避免发生冒顶事故,为煤矿安全生产创造条件。     

复杂不稳定煤岩综放开采不规则来压顶板垮断机理研究

复杂不稳定煤岩开采,由于涉及因素复杂,无法建立统一模型,现场实测数据分散,来压规律不易总结,需顶板垮断机理解释和指导。以同发东周窑矿复杂不稳定煤岩综放开采实测不规则矿压规律为切入点,通过理论分析,提出了该矿复杂不稳定煤岩综放开采顶板的 8 种典型垮断机理,从理论上解释了该区特殊矿压规律,对复杂不稳定煤岩顶板垮断机理进行了探索,可为类似矿井提供借鉴。     

Control on mine pressure of thick and strong roof stratum movement in long wall thick coal caving face

The caving of thick and strong roof stratum causes tremendous rock pressure in mine. The results of the analysis on dynamic natures of actual measurements of some fields, of which the roof pressure can be caused by thick and strong stratum in long wall thick coal caving face, could present the relation between the collapse and movement of thick and strong roof strata and surrounding rock pressure. In order to control the roof pressure effectively, the thick and strong roof strata, can be fractured and softened previously by hydraulic fracturing and low-high pressure water infusion, fracturing and softening method. The results of study can provide basis for strata control and safe management in long wall thick coal caving face.     

综放工作面顶板预裂实践研究

 由于老顶岩层厚度大,致密坚硬,回采过程中不易垮落,易形成大面积悬顶。为减小顶板悬露面积,缩小顶板初次垮落步距,防止或减弱工作面上隅角瓦斯超限以及防止初采期间顶板和顶煤大面积垮落时导致的工作面瓦斯超限有必要对顶板进行弱化处理。根据1311工作面地质开采条件和覆岩结构特征,确定了顶板预裂爆破的方案及相关技术参数。实践结果表明：利用切眼内施工炮孔时以组为单位进行,通过优化爆破方案使炮孔底部均匀分布在一条直线上,经过现场观察和分析来压指标,证明顶板预裂爆破能有效减弱初次来压强度和实现安全开采。     

锚杆支护超长煤巷顶板稳定性动态分类研究

针对神东矿区煤巷长度超长、巷道断面大、顶板岩层结构变化复杂及锚杆支护率高等实际情况和锚杆(索)支护的工程特性,依据围岩稳定性分类指标的科学性、实用性及可定量化的选取原则,在深入分析神东矿区锚杆支护煤巷顶板稳定性主要影响因素的基础上,研究确定了单层厚岩层离顶板表面距离L、单层厚岩层抗压强度σc、单层厚岩层厚度D、巷道跨度B、巷道埋深H、采动影响指标N六个分类指标作为神东矿区锚杆支护超长煤巷顶板稳定性分区动态分类指标,并构建了神东矿区锚杆支护超长煤巷顶板稳定性分区动态分类的BP神经网络预测模型,经检验该神经网络模型的识别准确率大于95%,利用该网络模型进行动态分类的结果与现场实际高度吻合。     

深部采动巷道顶板稳定性分析与控制

深部采动巷道冒顶事故是当前煤炭资源开采中面临的重大难题。基于深部采动巷道围岩应力环境,分析了双向非等压条件下巷道围岩塑性区形成的力学机制及其形态特征,并对顶板稳定性影响因素进行了探讨。结果表明:1深部采动巷道围岩双向压力比值λ(0λ1)较小时,围岩塑性区形态不再是圆形和类椭圆形,而呈现出蝶形分布的特征,当碟叶位于巷道顶板上方时,容易发生冒顶;2采动应力方向决定围岩最大破坏深度的位置,并控制潜在冒落区的范围,当围岩最大破坏深度与潜在冒落高度相同时,顶板稳定性最差。要保持顶板围岩稳定,支护体必须要有足够的长度和延伸性能,据此,提出了可接长锚杆支护技术,现场试验结果表明,可接长锚杆较好地适应了顶板围岩的剧烈下沉,取得了良好的支护效果。     

桑树坪二号井综放工作面顶板来压规律分析

针对桑树坪二号井综放工作面在现场实际中,相同几何尺寸、回采工艺的采煤工作面出现来压步距不同现象,为提高井下人员的工作安全,指导工作面顶板支护,开展了顶板压力作用显现规律探究。结合矿压在线监测设备,选取了矿井不同采区相同切眼长度的两个工作面,跟踪收集了不同年份3个月相近时间段的连续数据,分析顶板来压规律及影响因素。结果表明,煤层上覆岩层岩性不同,导致工作面初次来压步距及周期来压步距均出现不同,顶板硬岩厚度越厚,来压步距越大,且来压显现越明显;同时,针对来压期间顶板管理工作,提出了防范措施,为矿井安全生产提供了重要保障。     

锚杆锚索支护巷道层状顶板变形特征及离层监测研究

从分析层状顶板离层特征和顶板离层观测的原理入手,结合现场观测结果,认为两基点离层指示仪的深浅基点应分别设置在与巷道顶板锚索锚杆上端头同一水平位置;各类回采巷道在经受工作面采动影响时,安设深基点的顶板岩层都将产生位移,因此,对锚杆锚索支护巷道进行顶板离层观测的同时,还必须开展巷道顶板下沉量观测,只有把这2种观测结果结合起来,才能准确和客观地评价巷道锚杆锚索支护效果以及巷道的稳定性。在全面分析研究不同顶板岩层赋存条件下锚杆锚索支护巷道的变形与离层的基础上,得到了各类巷道顶板离层的临界值。     

尖点突变理论在顶板突水规律研究中的应用

以大佛寺煤矿工程为背景,运用关键层理论与尖点突变理论分析了采场顶板透水的发生机理,认为基岩关键层突发性破断失稳是顶板突水的诱因。通过建立基岩关键层破断力学模型,得到了表征断裂过程的势函数,定性解释了顶板突水机理,定量得到了基岩关键层极限跨距及顶板突水的充分必要条件。最后与固体相似模拟实验结果对比分析,说明应用突变理论分析顶板突水机理是可行的。