浅埋煤层群采场周期来压顶板结构及支架载荷

现场勘查发现,神府矿区浅埋煤层群间隔岩层厚度大多在15～45 m时,间隔岩层易存在单一关键层结构。文章通过现场实测得出了浅埋煤层群开采周期来压的基本特征:来压步距减小、强度增大、煤壁片帮严重,动载现象、台阶下沉现象和大、小周期来压现象明显。物理相似模拟实验揭示了间隔岩层关键层与上煤层已扰动关键层同步与非同步破断的大、小周期来压机理,发现了间隔岩层关键层与已扰动关键层共同形成的"梁-拱-壳"结构形态,给出了上煤层已扰动关键层结构形态的判别方法,得出了浅埋煤层群开采顶板周期破断可形成"台阶-台阶"、"砌体-台阶"、"砌体-砌体"的基本结构。综合建立了浅埋煤层群开采间隔岩层周期破断结构与力学模型,给出了支架受动静载荷作用的工作阻力计算方法,并得到了现场验证。     

含夹矸泥岩煤层巷道外错滑移机理与支护对策

为了揭示三道沟矿区含厚度20 cm泥岩夹矸的5-2号煤层巷道副帮外错变形机理,通过巷道围岩钻孔窥视、围岩变形观测和夹矸泥岩矿物成分X-衍射分析,测定出泥岩夹矸中蒙脱石含量达到55%,高岭石含量达到24%;探明了巷道顶板存在垂直裂隙,巷道副帮(煤柱帮)破坏区较大,巷道收敛变形主要由相邻工作面开采引起,巷道副帮出现较明显的外错式变形。通过数值计算分析,揭示了巷帮外错滑移破坏的机理是相邻工作面侧方支承压力导致煤柱顶板产生垂直裂隙并向相邻采空区水平移动,带动巷道副帮沿夹矸层滑移,形成外错变形。据此,提出了采用长锚杆加强副帮夹矸层上部煤体的支护对策,实践取得了成功。     

矸石浆体充填空间特征研究与工程实践

煤矸石浆体充填是一项顺应煤炭绿色可持续发展、响应国家环保政策的矸石绿色处置新技术。宏观的破碎空间特征与微观的空隙特征是决定矸石浆体充填效果的关键，为建立浆体充填基础理论体系，采用理论分析、模拟实验与现场工业实验结合的方法，揭示了浆体充填空间覆岩运动规律，探索了破碎空间内可供浆体充填的空隙分布特征，明确矸石浆体-采空空隙的作用关系。研究表明，采动过程中控制岩层是影响浆体充填空间范围的关键，“拱-梁-壳”的空间演化过程分别对应浆体充填空间的自由堆积区、载荷影响区及压实区，直接决定矸石浆体充填效果；采空区内垮落岩体的孔隙率沿倾向、走向及垂向均满足负对数函数关系，据此建立了浆体充填空间空隙分布模型，并确定浆体充填的重点区域；通过开展地面原位注浆充填试验，证明了矸石浆体在采空空间的可充填特性，阐述了矸石浆体-采空空隙的作用过程普遍经历了初始流淌、垂直涌流及水平扩散3个阶段；在黄陵二号煤矿井下针对浆体充填空间自由堆积区与载荷影响区开展了矸石浆体充填工程实践，成功验证了井下矸石浆体充填技术的可行性及理论的正确性，为矸石绿色处置提供了新的依据。     

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。     

“砼墙-切顶-让压”沿空留巷技术分析及应用

采用理论分析，建立相应的沿空留巷巷旁支护力学模型，提出采用“砼墙-切顶-让压”沿空留巷技术，并以新集一矿360804综采工作面运输巷沿空留巷为背景，并进行工程实践和现场实测。结果表明：坚硬顶板、深部复杂矿井采用“柔模-切顶”沿空留巷仍然极有可能出现应力集中从而破坏柔模墙体的现象；“砼墙-切顶-让压”沿空留巷技术可以缓解顶板压力，防止墙体受压破坏，充分发挥围岩的自稳性能；新集一矿沿空留巷最大顶底板移近量为361 mm，最大两帮移近量为189 mm，巷道变形在允许范围内，留巷效果较好。该研究可以为相似工程提供借鉴。