巷道放顶煤法的顶煤破碎机理研究

在总结现场试验效果的基础上,应用断裂力学理论分析了急倾斜煤层巷道放顶煤顶煤破断裂纹的扩展和破碎机理.通过建立力学模型,探讨了急倾斜煤层放顶煤开采的影响因素,并得出了较为理想的开采条件是煤层倾角为70°左右、厚度大于临界厚度且裂纹发育.该结论对推广这一采煤方法具有较大的现实意义.     

浅埋综放L工作面开采方法及其矿压实测研究

 根据路天煤矿16#煤层的具体条件,提出并成功实践L形巷道布置的开采方法。通过现场实测分析,研究L工作面浅埋综放开采时顶煤和顶板的垮落特征、支架的工作阻力、地表塌陷规律及填埋碾压技术等,分析L工作面顶板破裂扩展及分块垮落顺序,建立浅埋综放开采的拱–台阶岩梁组合力学模型,揭示浅埋综放的覆岩移动规律及破煤机制,并给出维护顶板稳定的支架阻力计算公式。研究结果表明：(1) L工作面开采方法是一种高效、安全、高回收率的采煤方法,采露头煤或者露天转井工开采时可以借鉴;(2) 在合适的煤层条件下,浅埋深放顶煤开采在技术上是可行的;(3) 周期来压步距随覆盖层厚度的增加呈增大的趋势;(4) 工作面中部周期来压显现明显;(5) 地表变形垮落可分为4个阶段,填埋碾压应分2个阶段进行;(6) 为提高端面顶板和煤壁的稳定性,应提高支架初撑力。研究结果对类似条件下的开采方法及矿压规律研究具有积极的指导意义。     

振动放顶煤技术原理与实践

综放开采顶煤放出率低始终是困扰厚煤层开采的一大技术难题,系统介绍历时5 a进行的振动放顶煤的机构设计、实验室试验、离散元数值模拟和工业试验研究的方法与结果.室内试验研究结果表明,振动最大影响范围为0.65m,振动频率选择1.0Hz效果较佳.离散元数值模拟结果表明:由于增加水平运动的动力,振动水平力与垂向力共同作用下,使顶煤实现分层逐层放落,从而降低混矸率,提高顶煤放出率.在潞安王庄煤矿5209工作面进行工业试验,激振机构安装在掩护梁上,激振油缸推动力为200 kN,振动频率为0.8～1.0 Hz,经6个月的现场试验与观测,由于振动机构的作用,使顶煤放出率平均提高3%.系统研究结果表明,振动放顶煤技术可以较大幅度提高块裂项煤放出率,降低混矸率,是放顶煤开采的一项很有前景的技术.     

放顶煤开采工作面上覆煤岩体的结构

依据矿压实测分析和对众多放顶煤开采工作面矿压显现深入的理论研究，提出了放顶煤开采工作面上覆煤岩体的结构型式，并据此对放顶煤开采工作面的矿压显现进行了比较合理的解释     

放顶煤工作面顶板岩层移动相似模拟研究

根据相似理论,以义马常村煤矿开采条件为地质原型,采用中比例相似材料模型进行重复试验,研究近距离煤层上层煤开采时顶板岩层移动特征,重点研究上层煤采后下层煤放顶煤开采时,垮落带高度和裂隙带层位的变化,揭示了“砌体梁”结构向高层位的发展,以及“岩-矸”类拱结构的存在,说明了放顶煤工作面以静载荷为主、动载系数较小的原因。     

综放开采合理顶煤高度的确定

根据综放采煤工作面的特点,通过实验分析,和三者之间的关系以及对放煤效果的影响,得出最大顶煤高度和最小顶煤高度,其结论与实际吻合,为放顶煤开采提供了理论依据,同时提高了顶煤的回收率.     

下分层综放开采矿山压力控制

 在大量现场实测与理论研究的基础上, 建立了下分层综放开采的覆岩结构模型, 并对大、小结构的稳定性及其对矿压显现的影响进行了分析。深入分析了层间顶煤的破碎特点,指出层间顶煤的破碎效果是多因素综合作用的结果, 而在不同的开采条件下将具有不同的放顶煤效果。所得结论已在三河尖矿下分层综放开采的矿山压力控制实践中得到了应用, 并取得了较好的效果。     

利用综采放顶煤液压支架实现长壁工作面采空区充填系统的研制与应用

随着煤炭资源的逐渐减少,煤矿开采企业都在寻求如何最大限度的开采矿山内煤炭资源,从而来提高煤炭资源开采率,以求减少资源浪费情况的出现。在此背景之下,综采放顶煤技术应运而生,迅速的成为了现阶段煤炭资源开采效率最高的采煤技术,并在国内得到了广泛的应用。笔者结合实践工作经验,在本文中对综采放顶煤在我国的发展以及其液压支架的施工技术进行论述,并通过综采放顶煤方法中的液压支架技术实现对矿井内长壁工作面采空区充填系统的研制与应用进行了探讨。     

放顶煤开采对控制冲击地压的认识

以实用采场矿压理论的成果为基础,着重分析了放顶煤开采条件下顶煤移动特征和支承压力分布规律。讨论了放顶煤开采的采场应力场的分布规律及其对冲击地压的控制作用。     

数字钻孔摄像监测技术在塔山矿首采工作面的应用

塔山矿首采工作面采用特厚煤层放顶煤开采,为了分析和掌握顶煤、顶板岩层运移规律,保证安全高效生产,利用全景数字钻孔摄像技术配合其它监测手段对开采过程中顶板状况进行了监测,为特厚煤层放顶煤工作面的安全开采提供了有价值的基础数据,取得了满意的效果.     

超长孤岛综放工作面支承压力分布规律研究

为对超长孤岛综放工作面围岩稳定性和顶煤冒放性进行控制,采用FLAC3D有限元软件对比分析了超长孤岛工作面的支承压力分布特征。研究老顶上覆岩层应力场的变化规律,分析初采期间和正常推进期间工作面超前支承压力分布规律。老顶岩层内工作面超前支承压力存在两个峰值区域,工作面后方支承压力沿面长方向的中间存在一个峰值区域,两者之间为低支承压力区域。顶煤层位支承压力峰值大于煤层的机采层位,但支承压力的影响范围小于机采层位,且顶煤的极限平衡区宽度较机采层大。工作面正常推进期间较初采期间的支承压力极限平衡区宽度增大,孤岛工作面加长后支承压力峰值系数在初采期间增加,而在正常推进期间降低。超长孤岛工作面减小孤岛工作面侧向支承压力的叠加影响。     

急斜煤层放顶煤开采“跨层拱”结构分析

急斜煤层水平分段放顶煤开采与缓斜煤层不同，工作面沿煤层厚度的水平线布置，长度短。工作面上方不是顶板，而是顶煤和残留煤矸。研究结果表明，开采中能够在工作面上方形成与之平行的跨越煤层的“跨层拱”结构。建立“跨层拱”结构的力学模型，对拱的受力、极限跨长以及拱形的确定等方面进行了分析；同时，对于“跨层拱”结构的滑落失稳、结构失稳及其对工作面矿山压力显现的影响进行了分析。由建立的力学模型而得的分析结果与现场实测结果吻合较好，说明可以较大幅度地提高水平分段高度，对急斜煤层短工作面条件下，实现安全高效开采有着重要意义。     

极近距离薄煤层群联合开采常规错距理论 与物理模拟

 伴随着中、厚煤层资源的枯竭,潞安集团下属十几个矿井都将进入下组煤开采。下组煤15–1#和15–3#煤层是以薄煤层群赋存在一起,平均间距为4.4 m,因此提出极近距离薄煤层群联合开采常规错距开采模型,并进行理论和物理模拟试验研究。从理论上给出近距离薄煤层群联合开采下的工作面常规错距计算公式,并进行理论求解。为避免15–1#煤层顶板的周期垮落与15–3#煤层工作面回采时的超前效应相互影响,从安全角度考虑,将错距定为1.3～1.5倍的周期垮落步距,结合试验结果将常规错距定为17.5 m。物理模拟试验结果表明,常规错距下联合开采技术上是可行的。另外分析了工作面上方附近几个测点总是被抬高的原因,并总结了在工作面推进过程中,顶板下沉主要经过两次大的变化,即上、下两煤层工作面回采过程中发生垮落时,尤其是下层煤顶板垮落造成影响较大。     

综放开采预注水弱化顶煤的理论研究及其工程应用

提高顶煤放出率是综放开采的一个重大课题，预注水弱化顶煤是解决这一问题的有效方法之一。从理论上研究了超前开采工作面注入煤体的水在裂隙和孔隙中的渗透运动和水对煤体的弱化机理：从试验上得出了注水压力对煤体变形模量的弱化规律和注水含水率对煤的抗压强度的弱化规律：提出了预注水超前工作面的位置、时间、注水含水率、注水量、注水润湿半径、注水孔间距、注水持续时间、注水压力和注水孔布置等工程参数的确定方法。将理论研究结果应用于潞安王庄矿4309综放开采工作面，取得了显著的技术经济效益和社会效益。     

采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型及应用

 为提高保护层开采的有效性、安全性和经济性,通过引入理想弹脆塑性模型和内切圆准则,采用FLAC3D技术,在德鲁克–普拉格塑性流动格式基础上建立采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型的数值格式。利用VC++2005开发环境将本构模型编写成可供FLAC3D软件调用的自定义模型,并通过试件单轴和三轴压缩数值试验的对比,验证模型用于研究采动煤岩体脆性应变软化特征的正确性和合理性。将所建立模型用于阳泉新景矿超远距离保护层开采的数值模拟得出：位于保护层上部125 m的超远距离被保护煤层处于裂隙带上边缘,被保护层卸压瓦斯取得良好效果,能利用保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采消除被保护层的突出危险。计算结果与物理相似模拟结果基本吻合,表明所建立的采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型可用于保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采效果的预评价。模拟结果可为保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采设计提供合理建议。     

综放开采端面顶板稳定性的数值模拟研究

由于直接顶（含顶煤）厚度的成倍增加,综放采场顶板下沉量与支架工作阻力并不存在类双曲线关系,因而用顶板最大下沉量判断直接顶稳定性已失去意义,应用ＵＤＥＣ程序分析了工采端面顶板稳定性与支架工作阻力及端面距的关系,得到当端面距在一定范围之内时,端面顶板冒落情况下与支架工作阻力及支护角度这上关,支架工作阻力Ｐ和端面板下沉量△ｌｄ呈类双曲线关系,在此基础上提出支轲工作阻力新的确定方法。     

复合顶板高瓦斯厚煤层综放工作面覆岩“两带”动态发育特征

以余吾煤业为试验矿井,采用钻孔两端封堵分段注水装置和钻孔电视系统,探测综放开采上覆岩层"两带"高度,对采动前后裂隙倾角、数量与深度关系、数量与宽度关系进行数字化分析,并就采动过程裂隙演变情况进行相似模型与数值模拟试验。结果表明:余吾煤业综放开采冒落带高度为27～32 m,裂隙带高度为58～61 m,采动前裂隙以高角度、低宽度为主;随着采煤工作面的逐步推进裂隙数量呈直线上升,且增加的裂隙以小角度、中宽度为主;采动过程中裂隙的主要聚集区在煤壁前后,覆岩裂隙密度分布曲线呈两端和中间高,如"波浪"型。     

综放顶煤放出规律与放煤步距的离散元仿真研究

综放开采的合理放煤步距是研制综放工作面成套技术装备的基础，是提高综放工作面采出率与煤质的关键之一。对颗粒状散体介质离散元软件进行再开发时，单元的接触关系采用弹性及阻尼元件，以适应煤矸放出过程的力学特性，基于Windows环境进行封装处理，通过添加虚拟壁功能实现分层散体介质的仿真处理。在低位综放支架、放煤口水平投影宽度为0.8m条件下，对不同采煤步距(0．6，0．8，1．0，1．2m)的项煤放出规律进行了离散元仿真研究，从顶煤损失与含矸率两个方面分析得到综放合理放煤步距为1．0m，较合理的放煤步距为0．8m，即分别稍大于或等于放煤口水平投影宽度。综放工作面采煤机截深、支架及运输机前移步距应按合理或较合理放煤步距设计。据此研制成功综放成套设备(步距为0．8m)，实现了适应项煤放出规律的一采一放、平行作业的采放工艺，大幅度提高顶煤综放开采的高产高效水平。     

综放面倾向煤柱支承压力分布规律研究

在较薄厚煤层综放面倾向煤柱支承压力现场实测的基础上，应用弹塑性极限平衡理论，考虑煤层厚度及倾角的影响，分析得出综放面倾向煤柱支承压力峰值位置的计算式及分布规律。该研究为综放回采巷道的合理布置及护巷煤柱参数的合理确定提供了依据，有利于改善巷道维护状态和提高煤炭资源采出率，并为类似条件下的综放开采提供有益借鉴。