急斜特厚煤层水平分段放顶煤安全开采的研究

急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采过程顶煤和围岩的破坏过程存在明显的分区,顶煤中拱结构的失稳破坏是造成工作面来压的机理,大段高开采情况下,沿采面推进方向可能形成的大跨度的拱结构和顶板大范围悬露是围岩灾变的关键源,分析了灾变危险性的可监测性,从灾变危险性发展的动态过程出发,形成了预测预报大范围围岩垮落灾变危险性和预测预报采面来压的判断-分析-监测-对策-判断综合决策系统。     

特厚煤层大采高开采覆岩运动与矿压显现特征分析

为更深入了解特厚煤层大采高开采覆岩运动与矿压显现特征,采用数值模拟以及现场矿压监测方法,分析了大柳塔煤矿大采高开采覆岩移动、矿压显现以及支架工作阻力特征。结果表明:支架顶梁应力振幅可用于判断采场支架来压状态和覆岩破断剧烈程度;工作面推进50 m处基本顶小范围分层破坏;爆破预裂使基本顶形成不对称拱结构,拱结构破坏使基本顶岩层内水平应力减小,垂直应力升高,形成工作面初次来压,来压步距88 m;基本顶上部铰接结构使基本顶岩层内水平应力升高,垂直应力降低,下部悬臂结构破断导致第2次来压,来压步距25 m;铰接结构破坏使基本顶岩层内水平应力和垂直应力均升高导致第3次来压,来压步距20 m;基本顶拱结构和铰接结构失稳引起来压强烈,覆岩破断延伸至地表。     

特厚坚硬煤层超大采高综放开采支架-围岩结构耦合关系

针对榆神矿区坚硬特厚煤层综放开采所面临的顶煤悬顶距长、冒放性差、采出率低和采放不协调等问题,探讨了机采割煤高度6. 0 m以上的超大采高综放开采可行性和必要性,分析超大采高综放开采支架-围岩耦合关系,在支架-围岩强度、刚度和稳定性耦合的基础上,提出超大采高综放开采支架-围岩结构耦合理论。从液压支架与围岩相互作用机理角度,阐释了支架-围岩支护系统"小结构"初次耦合主动支撑和"大结构"二次耦合被动承载概念和理论,分析了围岩"大、小结构"耦合对工作面围岩支护效果和适应性的影响,指出综采放顶煤液压支架结构设计除需满足"小结构"支护系统适应"大结构"周期性破断失稳形成的强动载矿压外,还需考虑液压支架结构(特别是放煤机构结构)对顶煤冒放运移规律和支架载荷演化过程的影响,通过支架结构与顶煤冒放结构耦合实现顶煤顺利放出,提高顶煤采出率。采用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场调研等研究方法,分析了坚硬顶煤冒落和放出结构以及冒放过程的成拱机理,讨论了液压支架结构高度对矿山压力显现强度、顶煤冒放结构和资源采出率的影响,研究了放煤机构结构对顶煤成拱结构的影响,以及放煤机构结构对顶煤的二次破碎作用,提出了强力放煤机构结构改进和优化策略,并对破煤机理和效果进行探讨,以期为相似坚硬特厚煤层综放开采支架-围岩耦合提拱理论指导和借鉴。     

高水压孤岛工作面底板突水防治技术研究

为解决邢东矿深部带压开采顶板来压剧烈导致底板突水的难题，采用现场调研、理论分析以及应力监测和微震监测等手段，研究了2129工作面底板突水危险性和防治技术。研究结果表明：2129工作面开采地质条件复杂，顶板剧烈来压时底板突水危险性较大|减小基本顶来压步距可有效减小底板采动破坏深度，提出了顶板水力压裂卸压底板突水防治技术|2129工作面平均来压步距为5.25m，较2222工作面减小了近76%，来压动载系数最大值为1.47|微震监测结果表明底板破坏集中在浅部岩层且未形成导水通道，该防治技术可有效降低底板突水危险性，保障高水压下孤岛工作面安全带压开采。     

用灰色灾变预测理论进行采煤工作面顶板来压预报

论述了利用灰色预测理论进行采面来压预报的可行性，着重应用灰色灾变预测理论研究回采工作面周期来压预测预报；并编制了相应的微机计算程序，利用该程序分析现场实例证明预报精度较高。     

高水压孤岛工作面底板突水防治技术研究

为解决邢东矿深部带压开采顶板来压剧烈导致底板突水的难题,采用现场调研、理论分析以及应力监测和微震监测等手段,研究了2129工作面底板突水危险性和防治技术。研究结果表明：2129工作面开采地质条件复杂,顶板剧烈来压时底板突水危险性较大|减小基本顶来压步距可有效减小底板采动破坏深度,提出了顶板水力压裂卸压底板突水防治技术|2129工作面平均来压步距为5.25m,较2222工作面减小了近76%,来压动载系数最大值为1.47|微震监测结果表明底板破坏集中在浅部岩层且未形成导水通道,该防治技术可有效降低底板突水危险性,保障高水压下孤岛工作面安全带压开采。     

特厚坚硬煤层超大采高综放开采 合理采高研究与实践

以榆神府矿区金鸡滩煤矿一盘区东翼8～14m特厚坚硬煤层综放开采为背景,采用理论分析、工程类比、工业性生产试验方法,研究采高(机采高度)对采场围岩稳定性和顶煤冒放性影响关系,确定榆神府矿区特厚坚硬煤层综放工作面合理采高。通过理论分析,探讨了增大采高对综放开采资源采出率、矿压显现程度、顶煤冒放性、煤壁稳定性、配套设备结构和性能、采放协调等因素影响。通过工程类比,对比分析相邻矿井综放开采和本矿井西翼超大采高一次采全厚工作面围岩稳定性和顶煤冒放性特征,给出了榆神府矿区综放开采合理采高的判断依据,得出超大采高综放开采技术上可行,安全上可靠。现场工业性生产试验表明:采高控制在6.3～6.5m时,围岩稳定性好,开采效率最高;工作面中部来压强度大,煤壁局部片帮深度一般为0.1～0.5 m,最大深度小于0.8m;100m试验段整体回收率约为87%,放煤段顶煤回收率约83%;工作面中部顶煤冒落块度小、冒放性好;端头顶煤冒落块度大、冒放性差;周期来压期间顶煤冒放性优于非来压期间。研究结果可为相似条件特厚坚硬煤层综放开采提供借鉴。     

大倾角层状采动煤岩体重力-倾角效应与岩层控制

大倾角煤层开采过程中，重力-倾角效应是导致细观层状煤岩体单元体主应力偏转和层间接触面应力非均衡传递，介观层状采动模型优势破裂面方向偏移，宏观层状关键层区域迁移、岩体结构异化的主要因素。研究表明，在倾角35°以上煤层采场中重力-倾角效应影响尤为明显：(1)煤岩组合界面倾角35°～60°时，非均衡传力特性逐渐凸显，界面附近煤岩体内应力传递方向发生偏转，且偏转量随倾角增加逐渐增大；煤体破坏由压剪破坏转化为近平行于界面的滑移剪切破坏，煤岩体的强度和弹性模量也随之减小。(2)改变了采场围岩采动应力路径演变规律，在采动应力驱动下顶板的损伤变形与破坏运动存在明显的区域性和时序性。(3)诱发了大倾角采场顶板结构跨层迁移转化、底板非对称破坏滑移、区段煤柱或煤壁局部-整体破坏，以上围岩失稳存在多尺度链式时空关联性，特别是引发围岩灾变的采场关键岩块位置多变，形成采场围岩承载结构异化和泛化特征。理论与实践表明，重力-倾角效应作用下大倾角煤层岩层控制具有显著的多维度和多尺度特点，突破传统开采方法与技术瓶颈，研发全新型成套装备是实现该类煤层安全高效开采的有效途径。     

基于黏结颗粒模型的特厚坚硬煤层综放开采数值模拟研究

基于榆神矿区特厚坚硬煤层超大采高综放开采技术条件,针对散体颗粒模型在埋深较浅的坚硬煤层综放开采模拟中顶煤冒放情况与实际不相符的问题,对比黏结颗粒模型与无黏结散体颗粒模型力学性质,讨论两种模型适用条件,得出黏结颗粒模型更适合坚硬煤层综放开采模拟。阐述了黏结颗粒模型的建模和模拟过程:岩层内部采用平行黏结颗粒模型以模拟层内整体块体力学特性,层间采用光滑节理模型以模拟结构面力学性质;通过Fish语言和伺服控制原理实现液压支架初撑阶段、增阻阶段和恒阻阶段不同工况的模拟;根据支架顶梁位态采用逆向运动学方法更新支架整体位姿;通过Fish语言实现尾梁的不同幅度摆动。数值模拟结果表明:覆岩可形成下位基本顶不稳定砌体梁结构和上位基本顶稳定砌体梁结构,顶板来压步距介于10~20 m;顶煤破碎度和冒放性具有双周期性(走向周期与周期来压步距一致,表现为来压期间顶煤破碎较充分、冒放性好,优于非来压期间;垂向周期与顶煤层位相关,表现为下位顶煤破碎充分、冒放性好,优于上位顶煤);工作面煤壁整体稳定性较好,来压期间会出现煤壁破坏现象;液压支架总体处于较高的工作阻力状态;不同块度的顶煤冒放过程中可能形成小块度瞬时动态松散拱结构、中等块度不稳定拱结构和大块度稳定拱结构,尾梁成拱可采用“小拱小摆、大拱大摆”对策高效破拱,掩护梁成拱则需移架才可破拱。超大采高综放开采实践表明数值模拟结果与现场情况一致,黏结颗粒模型能较好地模拟埋深较浅的坚硬煤层综放开采顶煤冒放特征和矿压显现规律。本研究可为坚硬煤层顶煤冒放性和顶板覆岩结构数值模拟研究提供力学模型选择依据,为模拟过程实现方法提供借鉴。     

单体支架放顶煤开采矿山压力显现特征

高档放顶煤是三河尖煤矿回采残采区域煤柱条件下推广和应用的回采工艺新技术，根据7101工作面开采的矿压观测，对放顶煤开采的顶板运动规律和矿压显现特征进行了总结，并就单体支柱承载特性等进行了的探讨分析。分析和实践表明：放顶煤开采工作面顶板矿压显现缓和，顶煤的垫层作用降低了工作面来压显现强度，同时，覆岩的矿压作用又加剧了顶煤的破坏，使顶煤更易于冒落，增加了煤炭资源的回收。     

夹河煤矿深部采场矿压显现规律研究与应用

为掌握夹河煤矿深部采场矿压显现规律,在7449工作面回采过程中进行了矿压观测和动态监测,对初次来压和周期来压进行预测预报,制定了适合夹河煤矿深部采场的矿压控制方法,对夹河煤矿深部开采具有指导意义。     

顶煤破坏过程及影响因素分析

根据顶煤边界条件的不同将其破坏过程划分为煤壁前、后方两个阶段;分析煤壁前方顶煤在支承压力影响区内的受载特征,得到其应力路径历史,认为顶煤水平应力变化对其破坏危险性系数影响程度高于垂直应力;建立煤壁后方控顶范围内顶煤稳定性分析模型,得到该区域上下位顶煤分别在顶板回转和支架反复支撑下破坏危险性系数分布特征;分析顶煤危险性系数影响因素,得到开采深度愈大、煤层强度愈低、裂隙发育程度愈高、顶煤厚度愈小、顶板载荷愈大、采动影响程度愈明显,顶煤破坏危险性系数愈大。     

弱黏结顶板厚煤层综放开采覆岩移动及 矿压控制研究

弱黏结厚煤层综放开采过程中,覆岩变形垮落及矿压显现特征对其安全高效开采具有重要的影响。在构建弱黏结顶板综放工作面散体拱结构模型的基础上,分析了综放工作面覆岩结构动态演化机制,给出了弱黏结顶板综放工作面支架工作阻力计算方法;并运用相似模拟和数值模拟等方法分析了弱黏结顶板厚煤层综放开采采场围岩变形破坏及应力分布演化特征,提出了覆岩散体拱结构的拉伸-压缩复合失稳、剪切失稳等失稳模式。工程实践表明,优化采放工艺能改善顶板受力环境,有效控制顶板变形破坏过程,降低矿压显现对工作面开采的影响。     

悬移支架放顶煤采场矿压显现规律

本文介绍了悬移支架放顶煤采场围岩运动破坏特点和矿压显现规律，分析了不同围岩条件矿压显现的差异，简要说明了存在厚度较大坚硬老顶且来压步距较大采场进行来压预测预报的必要性。     

悬移支架放顶煤采场矿压显现规律

本文介绍了悬移支架放顶煤采场围岩运动破坏特点和矿压显现规律，分析了不同围岩条件矿压显现的差异，简要说明了存在厚度较大坚硬老顶且来压步距较大采场进行来压预测预报的必要性。     

大倾角煤层群长壁开采承载拱与间隔岩层采动应力演化特征

大倾角煤层群开采过程中，受重复采动影响，采动应力在间隔岩层中的演化规律复杂，揭示间隔岩层采动应力传递与三向应力状态演化特征是实现该类煤层群绿色高效开发的核心。采用物理相似材料模拟实验研究了大倾角煤层群长壁开采围岩变形破坏的演化特征，采用数值模拟分析了围岩采动应力传递演化规律，揭示了间隔岩层三向应力状态演化特征，量化表征了第1主应力大小渐变、方向偏转的演变规律。研究结果表明：大倾角煤层群开采过程中，间隔岩层历经了“原岩应力状态-上煤层开采卸压-矸石非均衡约束-下煤层开采卸压”的扰动历程，最终产生非对称变形破坏。间隔岩层的破断失稳将使得上、下工作面开采过程中各自形成的承载拱演化成包络2个工作面在内的“大范围”承载拱，其承载拱上拱脚位于下工作面回风巷，下拱脚位于上工作面的运输巷，控制岩层变形破断内在的“大范围”应力传递拱壳亦呈现出类似的演化特征。低位间隔岩层受采动影响程度剧烈，应力释放程度较大；中位岩层压、拉状态发生改变的位置较低位向倾向下部偏移；高位岩层压、拉状态产生改变的位置位于上层煤底板临空面位置处，岩层由三向受压状态转化为单、双向受压状态。间隔岩层沿工作面倾向自下而上可分为上层煤增压...     

深部煤层低瓦斯耦合灾变机制

为探索深部开采中消突并达到安全开采条件煤层发生瓦斯异常涌出或煤与瓦斯突出的成因,通过文献调研和现场调查,确认含瓦斯煤层低压灾变的存在;通过现场瓦斯监测、微震观测、实证分析,认识消突煤层低瓦斯灾变的过程与成因;通过含低气压大煤样气-固耦合物理试验和理论分析,研究承压煤样低气压应力-应变-渗流场演化路径和气-固耦合物理灾变机制。结果显示,进入深部开采后陆续有消突达到安全开采条件煤层发生低瓦斯灾变现象的报道;现场观测和分析揭示出顶板来压、顶板来压破断冲击和底板来压起臌冲击作用下煤层低瓦斯灾变的模式;模拟采、掘工作面边界条件,0.4 MPa气压条件下的气-固耦合物理试验观察到了低气压灾变过程的3个阶段:弹性压密——气体常速与减速稳态渗流、塑性扩容——气体增速非稳态渗流、破裂失稳——气体非稳态渗流灾变。得到:在防突措施扰动下,稳压区煤层已不再是原生状态裂隙,而有大量新生裂隙产生,为瓦斯解吸游离创造条件,可形成局部富集区,是瓦斯低压灾变的发动区;分析得出采动超前区段瓦斯赋存状态"三带"动态演化规律,根据峰值应力,定量划分出40%极限弹性、极限弹性和极限破坏载荷所对应的"三带"动态演化特征;采动瓦斯赋存"三带"动态演化是导致低压瓦斯灾变的主要原因;提出了瓦斯普通涌出-低值异常涌出-高值异常涌出的灾变过程和条件;顶、底板破断冲击动压叠加作用下,可导致含瓦斯煤层低压灾变提前发动。     

急倾斜特厚煤层开采采动损害传递途径研究

通过对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采煤岩移动规律研究，提出了开采过程顶煤和围岩破坏发展分区，即顶煤放出区、沿底座滑区、顶板离层破坏区和煤岩滞后垮落区。分析了影响沿底座滑区和顶板离层破坏区破坏的主要因素及其采动损害传递的主途径。     

单体支架放顶煤开采矿山压力显现特征破坏,使顶煤更易于冒落,增加了煤炭资源的回收。

高档放顶煤是三河尖煤矿回采残采区域煤柱条件下推广和应用的回采工艺新技术,根据7101工作面开采的矿压观测,对放顶煤开采的顶板运动规律和矿压显现特征进行了总结,并就单体支柱承载特性等进行了的探讨分析。分析和实践表明:放顶煤开采工作面顶板矿压显现缓和,顶煤的垫层作用降低了工作面来压显现强度,同时,覆岩的矿压作用又加剧了顶煤的破坏,使顶煤更易于冒落,增加了煤炭资源的回收。     

大倾角软煤综放工作面煤壁片帮机理及致灾机制

工作面煤壁片帮是大倾角软煤综放采场"支架-围岩"系统灾变的致灾源之一。通过建立煤壁空间受力模型、数值计算与理论分析相结合的方法对煤壁片帮的力学机理、形态特征、多发区域以及由其引发的"支架-围岩"系统灾变机制进行了研究。结果表明:煤壁的破坏形式以剪切滑移破坏为主,片帮形态为非规则四棱锥体且片帮具有继发性;工作面倾斜中上部是片帮的多发区域;煤壁片帮后形成的"片帮-冒顶"恶性循环导致支护系统失去对顶、底板运动的控制作用,加剧围岩运动变形,形成"煤壁片帮→顶煤冒空→支架倾倒→底板滑移"的围岩灾变机制。基于以上并结合长山子煤矿1123工作面生产实际提出了大倾角软煤综放工作面煤壁片帮防控措施。