中厚煤层综采工作面支架实时工作阻力确定

为研究中厚煤层综采工作面液压支架实时工作阻力随顶板断裂的演化过程,建立了基于弹性基础梁的采场顶板力学模型,分析了顶板运移规律,指出上覆岩层超前工作面断裂,给出了超前断裂距的解析解。结合工程实际,分析了工作面初次来压和周期来压时顶板破断形式,得到了周期来压期间支架实时工作阻力的计算公式。研究结果表明:单个来压周期内老顶发生2次断裂,初次破断前,支架工作阻力是关于老顶悬露长度的非线性函数,当悬露长度达到极限破断距时,老顶发生破断,支架工作阻力达到最大值;二次破断前,支架工作阻力随工作面推进呈二次函数式增大,老顶发生破断时达到最大值。     

基于深孔预裂爆破的厚硬顶板控制实践

针对厚硬顶板工作面开采强矿压问题,以潘北矿11313工作面为工程背景,通过理论分析基本顶破断特性,制定了厚硬基本顶深孔预裂爆破方案,利用数值模拟研究了厚硬基本顶在不同深孔预裂爆破厚度下围岩应力演化规律及有效深孔预裂爆破厚度下超前支承压力分布。模拟结果表明;应力拱向运输巷侧旋移且应力拱拱高随爆破厚度的增大而增大,应力拱形态由勺状转变为椭圆状;当基本顶预裂爆破厚度为12m时,工作面超前支承压力影响范围和超前支承压力峰值距工作面煤壁的距离与爆破前相比分别增大了8.5,18.8m,超前支承压力集中系数由爆破前的1.67减小为爆破后的1.3。现场监测结果表明:厚硬基本顶预裂爆破后,工作面下部支架最大载荷和平均载荷降低,支架动载系数发生明显波动,煤壁片帮得到有效控制。     

开采厚度对沿空掘巷围岩稳定性的影响分析

目前大多煤矿根据平均开采厚度来确定煤柱宽度,进而指导沿空掘巷,然而煤层在形成过程中受各种因素影响,存在同一煤层厚度变化较大的情况。针对综放工作面煤层开采厚度变化大,导致沿空掘巷围岩变形差异大及破坏机理复杂等问题,采用FLAC 3D软件建立巷道模型,分析平均开采厚度下的围岩变形和破坏规律,并确定合理的煤柱宽度:平均开采厚度为18 m时,在实体煤帮侧,煤体内支承压力峰值与煤柱宽度呈正相关,且煤柱宽度大于8 m后,支承压力增长幅度变缓,因此合理的煤柱宽度应为8 m。在煤柱宽度确定的情况下,研究开采厚度对沿空掘巷围岩稳定性的影响,结果表明:煤柱宽度为8 m时,随着开采厚度的增加,顶板剪破坏面积增大,覆岩变形范围与顶板下沉量增大,但两帮剪破坏面积和两帮移近量减小;当煤层开采厚度小于18 m时,煤柱内支承压力峰值与煤层开采厚度呈负相关;当煤层开采厚度大于18 m时,煤柱内支承压力峰值与煤层开采厚度呈正相关,但增长幅度较小。根据数值模拟结果得出结论:开采厚度的增大对沿空巷道两帮的围岩控制有一定益处,但对顶板维护不利,对开采厚度较大的部位应及时补加锚杆进行强化支护。现场实际应用验证了本文研究的可靠性和有效性。     

近距离煤层群重复采动下端面冒顶影响因素分析及防治

现有对于端面顶板冒漏的研究多针对单一煤层,而近距离煤层群开采下的端面顶板稳定性不同于单一煤层,在近距离煤层群开采过程中,由于相邻煤层间距较小,上位煤层开采后会使下位煤层开采区域的顶板结构和应力环境发生变化,容易出现端面冒顶、煤壁片帮和顶板压架等灾变问题。以发生过3次大范围冒顶事故的某矿井17101工作面为工程背景,根据煤壁、液压支架与端面顶板稳定性关系,建立了近距离煤层群重复采动下的"端面顶板-煤壁-支架"模型,确定了近距离煤层群重复采动下端面冒顶的影响因素主要为顶板-围岩强度、支架工作阻力、推进速度和端面距。利用UDEC模拟软件模拟不同影响因素对重复采动下端面冒顶的影响,得出以下结论:(1)重复采动过程中顶板与煤体都受到了损伤破坏,顶板与煤壁强度降低,容易出现支架前端顶板冒落,引发顶板冒落与煤壁片帮等灾害,顶板-围岩强度越大,顶板的稳定性越好。(2)液压支架工作阻力偏低是造成工作面端面冒顶的重要原因之一,液压支架工作阻力越大,端面顶板越稳定。(3)工作面推进速度对端面顶板稳定性具有明显的影响,工作面推进速度越慢,采场顶板下沉现象越严重。(4)端面距为端面冒顶的重要影响因素,端面冒顶与端面距呈线性相关,冒落高度随着端面距的增大而增加,端面距越小,端面顶板越稳定,但是端面距太小也会影响到工作面的正常开采,应根据实际情况来确定。针对4个主要影响因素,提出了重复采动下端面冒顶的防治措施,即增加顶板与围岩的强度、提高液压支架工作阻力、合理控制推进速度和减小端面距。上述防治措施可为近距离煤层群重复采动下端面冒顶提供有效的解决方法。     

工作面底板放水孔封孔超前距的确定

为减小工作面回采过程中超前支承压力对工作面周围放水孔的影响,有必要研究底板放水孔封孔超前距。以杨庄煤矿Ⅲ610孤岛工作面为例,建立了工作面工程地质模型,采用FLAC~(3D)数值模拟软件,对工作面回采过程中超前支承压力影响范围进行了研究,结果表明该工作面超前支承压力影响范围为20~30m。对工作面超前支承压力影响范围进行了理论计算,考虑重复采动影响时的结果为29.81m,与数值模拟结果基本一致。根据数值模拟、理论计算及现场实测结果,确定Ⅲ610孤岛工作面底板放水孔封孔超前距为30m,并通过实践验证了该封孔超前距的合理性。     

综放仰采工作面覆岩移动规律及支架工作阻力确定

综放仰采工作面覆岩运移规律与水平开采工作面有较大差别,顶板垮落频繁,为工作面支架的稳定带来了极大的考验。现有对综放仰采工作面安全开采的研究主要集中在仰采角度变化对覆岩运移规律的影响上,对顶底板受力特征缺乏系统的研究。针对以上问题,以瑞隆矿8102综放仰采工作面为背景,采用UDEC数值模拟软件分析了综放仰采工作面不同推进距离下覆岩运移规律及顶板破断特征:在仰斜开采中,受倾角和开采方式的影响,底煤应力最为集中,工作面具有明显的初次来压和周期来压特征,与近水平煤层综放工作面相比,周期来压步距明显减小,上覆岩层峰值强度相对较低,顶板不易形成结构,来压较频繁,矿压显现较剧烈;8102工作面直接顶初次垮落步距为25m,基本顶初次来压步距为40m,周期来压步距为10～15m。利用顶板-支架力学关系确定支架工作阻力的计算方法较为繁琐,很多方法应用于工程现场不具有实用性,对比了目前几种常用支架工作阻力计算方法的优缺点及实用性,并根据8102工作面实际工况确定了动载荷计算法为最适合的支架工作阻力计算方法,具有计算结果精确且参数容易选取的特点,确定了该工作面的支架最大工作阻力为6 359kN/架,工作阻力大于7 066kN的支架即可满足该工作面支撑要求。工程应用结果证明了利用动载荷计算法计算8102工作面支架工作阻力的正确性。     

巨厚松散层下煤层开采薄基岩变形及矿压显现研究

以赵固一矿12051综采工作面为研究对象,采用UDEC数值模拟软件对巨厚松散层条件下煤层开采薄基岩变形及矿压显现进行了研究。结果表明:(1)工作面初次来压步距为55 m,周期来压步距为15m;开采后上覆薄基岩出现垮落带和裂隙带,垮落带高度为12.4 m,垮采比为3.54,裂隙带高度为36.7m,裂采比为10.48。(2)随着工作面推进距离的不断增加,工作面前方支承压力影响区范围、支承压力峰值和塑性区范围均增加;当基本顶初次来压后,工作面前方支承压力处于稳定状态,主要表现为最大应力集中系数和塑性区范围基本保持不变。研究结果可为类似地质条件下综采工作面围岩控制提供依据。     

典型关键层结构下覆岩采动应力分布规律研究

针对目前对煤层支承压力的研究大多基于工作面上覆岩层结构均化处理展开,未充分考虑其内在结构影响的问题,基于岩层控制关键层理论,通过改变关键层位置、厚度等,对典型关键层结构下覆岩采动应力分布规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:随着关键层与煤层间距增大,工作面超前支承压力峰值逐渐减小,关键层下方软岩层超前支承压力峰值先减小后趋于稳定,关键层上方软岩层超前支承压力峰值先增大后趋于稳定,应力集中区域范围减小;随着关键层厚度增大,工作面超前支承压力峰值先增大后趋于稳定,上覆岩层超前支承压力峰值逐渐增大,应力集中区域范围增大。     

综采工作面过上覆房采区煤柱爆破应力演化规律研究

为解决下煤层采动时工作面顶板压力大、支架压死等问题,以韩家湾煤矿为工程背景,从多煤柱相互影响的角度出发,采用UDEC模拟软件对残留煤柱爆破前后的应力演化规律、顶板活动规律进行了研究。研究结果表明,下煤层采前对上层煤柱进行爆破,能够有效消除巷道围岩应力集中的问题;长壁工作面位于煤柱的正下方时,顶板垂直应力达到最大,易出现因载荷集中造成支架压死的现象。该研究成果对类似条件矿井安全开采的顶板控制具有一定的指导意义。     

无煤柱切顶留巷覆岩破坏特征及微震实测研究

为进一步研究无煤柱切顶留巷技术开采后的覆岩破坏规律,以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值模拟的研究手段,结合现场微震监测技术建立了微震波形数据库,研究了随工作面持续开采,无煤柱切顶留巷不同阶段的覆岩采动裂隙演化及应力空间展布特征,得出了工作面覆岩周期性破断规律。研究结果表明：工作面发生初次来压时的覆岩裂隙发育高度为57.6 m,切顶前中部裂隙带发育高度为95.5～96.1 m,裂采比为23.8～24.0,边缘侧裂隙发育高度为105.9～106.4 m,裂采比为26.4～26.6。切顶后工作面两侧裂隙带最终发育高度为104.3～105.2 m,裂采比为26.1～26.3,工作面中部裂隙带由于上覆岩层的不断压实弥合,最终发育高度为94.3～95.2 m,裂采比为23.6～23.8。当巷道分别处于掘进、切缝阶段,顶板位移基本没有产生改变;当其进入顶板下沉、切顶成巷阶段,顶板位移不断增大。切顶卸压完成后,巷道侧支承压力峰值增大,表明切缝之后的工作面跨度进一步增大,倾向支承压力不断增大;工作面顶板卸压效果显著,顶板产生大范围应力释放现象。在该工作面布置了微震监测系统...     

综采工作面上覆岩层位移特征相似模拟

以淮南矿业集团谢桥矿1232(1)综采工作面为工程背景,采用相似模拟实验方法,研究了煤层开采过程中上覆岩层位移特征。结果表明:①随着综采工作面不断推进,垮落角基本保持不变,垮落带和断裂带高度逐渐增大,上覆岩层受采动影响不断增大。②上覆岩层垂直位移峰值基本位于采空区中部,向两端逐渐减小,上覆岩层垂直位移曲线基本上呈对称分布;随着综采工作面推进距离增大,垂直位移峰值不断增大;随着距煤层距离的增大,上覆岩层垂直位移不断减小。     

基于透明工作面的智能化开采概念、实现路径及关键技术

提出了以煤层透明化、综采装备透明化、决策及控制透明化为核心的基于透明工作面的智能化开采概念,即在综采工作面煤层地质增强感知的基础上实现工作面开采过程的全面感知、信息集成与分析、智能生产决策、综采装备自适应控制;从感知、分析、决策、执行4个层次指出了基于透明工作面的智能化开采实现路径,即煤层超前探测、“机-环”模型关联、采前规划决策及随采智能控制;阐述了基于透明工作面的智能化开采依托的三大关键技术,即地质勘探技术、综采装备定位技术及三维激光扫描技术。基于透明工作面的智能化开采以达到综采装备智能决策和自主执行为目标,可为最终实现无人化开采奠定坚实基础。     

郭屯煤矿回采工作面次生应力变化规律研究

针对郭屯煤矿1304工作面巷道变形破坏现状,对该工作面次生应力进行实测:在该工作面巷道某处施工3个监测钻孔,在钻孔距工作面150m处布置4个HI传感器,分别监测不同位置岩体受采动影响所产生的次生应力变化。实测结果表明,超前支承压力峰值位于1304工作面前方约6.9m处,应力集中系数约为2,为避开超前支承压力峰值,小煤柱尺寸应小于6.9m;巷帮煤体承受的垂直应力较高,为56.7 MPa,巷道掘进中应及时进行支护,以提高小煤柱的承载能力。     

开采解放层后支承压力分布规律的数值分析

为得出煤层开采解放层的卸压效果及开采过程中采场支承压力的变化特征,采用有限差分法分析软件FLAC3D进行模拟分析,得出开采解放层是煤层卸压的有效措施;支承压力集中系数与工作面推进距离有关,工作面初次来压完成后,随工作面向前推进,支承压力峰值逐渐增大,推进到一定距离后支承压力峰值趋于稳定;采空区支承压力分为卸压带、高支承压力带和原岩应力带。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有一定的现实意义。     

远距离下保护层开采上覆煤岩层采动应力场数值模拟研究

为了研究开采下伏8号煤层能否缓解赵庄煤矿主采3号煤层开采过程中的强矿压显现问题,采用FLAC~(3D)软件模拟远距离下保护层开采方案,分析了下保护层8号煤层开采前后被保护层3号煤层采掘过程中的应力峰值、应力分布及塑性范围。结果表明,随着下保护层8号煤层工作面的推进,被保护层3号煤层工作面在倾向上的应力整体呈"M"型分布,煤体两端呈现应力集中,中部区域应力较低,使布置于中部卸压区的3号煤层工作面巷道围岩产生不同程度的卸压;下保护层8号煤层开采后,被保护层3号煤层工作面的煤体应力峰值减小约18%,采动影响距离减小约10m,且应力集中程度减弱,工作面煤体基本未出现新的塑性区域。     

浅埋深综放工作面矿压显现规律及控制研究

现有工作面矿压规律研究主要是针对浅埋深大采高工作面矿压规律和顶板结构进行研究,针对浅埋深综放工作面强矿压显现规律和控制技术研究较少。针对该问题,以某煤矿42202工作面为研究背景,采用工作面支架监测和微震监测相结合的实测方法,研究了工作面的强矿压显现规律:42202工作面的初次来压步距为60m,周期来压步距为18～26m,来压时支架动载系数高达1.58,片帮深度达1 100mm,立柱下缩量为50～80mm,强矿压导致工作面压架,来压时中部压力大、两侧小,表明工作面来压时矿压显现较为剧烈;微震事件主要集中在工作面超前位置及辅运巷,日累计能量与日频次变化趋势基本相同。分析了浅埋深综放工作面的强矿压机理,指出浅埋深综放工作面强矿压显现的主要原因是采场覆岩高位关键层形成的砌体梁结构与低位关键层形成的悬臂梁结构发生联动失稳效应。针对强矿压显现问题,提出了水压致裂的顶板弱化措施,采取水压致裂措施后,支架工作阻力最大值由59.1MPa下降到50.1MPa,降低了约15%;深孔最大应力降低了15%,浅孔最大应力降低了32%,表明水压致裂对顶板弱化和减弱巷道围岩应力有较显著作用。     

巨厚砾岩孤岛工作面微震特征研究

为有效防治巨厚砾岩孤岛工作面的冲击地压,运用微震监测技术,开展了针对千秋煤矿21141孤岛工作面的微震时空演化特征规律及周期来压与超前支承压力之间的相关性研究。结果表明,微震事件高发区域有3个:Ⅰ区为21141孤岛工作面前方50~300m范围内,Ⅱ区为21141孤岛工作面距采区胶带下山600~900m范围内,Ⅲ区为21采区下山煤柱区域,微震事件多发生在工作面前方的垮落带;顶板周期来压前,微震事件的频次、日累计能量有所增加,顶板来压期间,微震事件的频次、日累计能量都明显高于非来压期间的事件频次及能量;大部分冲击地压发生在超前支承压力峰值范围。     

大采高液压支架自动控制技术研究

针对大采高工作面在生产中存在着顶板压力大、片帮冒顶严重、支架失稳等问题,分析了大采高液压支架自动化控制技术需求,从工作面顶板、工作面煤壁管理、液压支架的防滑与防倾倒控制、多级护帮联动控制、液压支架智能跟机控制几个方面对大采高液压支架自动控制技术进行了研究:采用液压支架的自动移架控制和自动补压技术可使工作面液压支架对工作面顶板的支撑力达到预设值,从而实现对工作面顶板的有效管理;通过护帮板的姿态控制和支承压力控制可有效提高工作面煤壁的管理效率,防止片帮事故的发生;采用倾角传感器、行程传感器和激光传感器检测支架姿态,可实现工作面液压支架的伪斜自动控制;通过在护帮板上安装接近传感器实现多级护帮板的逻辑控制;采用红外传感器检测采煤机位置,按照采煤工艺实现大采高液压支架的跟机自动化控制。     

黑沟煤业创新“三软”煤层高效综采模式

<正>黑沟煤业探索研究"三软"(软顶、软底、软煤层)条件下的高效综采模式,填补了区域类似条件下的技术空白。该综采模式的关键在于对围岩技术的有效控制,通过建立围岩控制机理、监测技术体系,进一步了解和掌握复合顶板失稳破坏机理,科学界定工作面超前支承压力影响范围,优化设计相邻工作面煤柱留设宽     

综采工作面压力实时监测系统的应用

以羊场湾煤矿120204综采工作面为例,介绍了一种工作面压力实时监测系统的设计。该系统根据压力监测单元采集的各支架前柱、后柱、前梁压力参数,由地面主机中的分析软件给出量化分析结果,即支架前后柱及前梁压力变化、支架立柱的工作特性、支架立柱循环阻力的频率分布、顶板压力分布;并可根据支架立柱的工作特性分析结果分析支架压力变化与顶煤破碎效果之间的关系,从而为提高放顶煤效率提供依据。实际应用表明,该系统功能完善,能有效地反映工作面压力变化的全过程。