大采高综采面煤壁片帮特征分析与应用

片帮问题是制约大采高综采面安全高效开采的主要因素之一,为了弄清大采高工作面煤壁片帮特征,采用压杆理论分析完整性较好的煤壁的挠度特征,得到了煤壁容易发生片帮的位置在煤壁的中上部,并与现场实测结果对比分析,得到了大采高综采面两种典型的片帮形式:半煤壁片帮和整个煤壁片帮.现场采取了提高护帮板的使用率,增加支架的实际初撑力和工作阻力,及时移架等片帮综合治理措施,减少了工作面煤壁的大块煤片帮现象.     

综采工作面支架与围岩双周期动态作用机理研究

为揭示液压支架与围岩的动态作用机理,将工作面开采过程分为若干个顶板活动周期,将每一个顶板活动周期分为若干个采煤循环周期,在研究支架载荷变化特征的基础上,综合"砌体梁"理论、弹性基础梁理论以及牛顿第二定律,提出了支架与围岩在双周期内的动态作用模型。在顶板活动周期内,研究认为"砌体梁"结构中的关键块A触矸是判断循环末阻力变化趋势的关键节点,关键块A触矸前循环末阻力逐渐增加,触矸后逐渐减小。在采煤循环周期内,研究认为"砌体梁"结构主要由煤壁、液压支架和采空区矸石组成的不同弹性模量支撑体共同承担,根据增阻特征的不同,将采煤循环内支架与围岩的作用过程分为给定变形和给定载荷两个阶段研究,提出了液压支架动态增阻函数,认为在给定变形阶段液压支架时间序列曲线符合对数函数,在给定载荷阶段符合指数函数。通过寺河矿及新元矿综采工作面实测数据分析,认为现场实测与理论分析结果一致。以上研究成果可为顶板灾害预测预报及顶板岩层控制实践提供参考。     

我国大采高综采技术及围岩控制研究现状

在分析大采高综采技术特点的基础上,指出大采高综采是我国厚煤层实现自动化、信息化、智能化开采的首选采煤方法。分析了国内外大采高综采的发展历程及现状,认为我国少数矿区大采高综采单产水平、工效已经达到世界领先水平,受煤层松软、倾角大、采深大、地质构造发育等复杂地质条件及装备制造水平低的影响,我国大采高综采技术整体水平与国际领先水平相比仍有很大差距。总结了"砌体梁"、"组合悬壁梁-铰接岩梁"、"煤壁压杆模型"等围岩控制理论与技术研究成果,总结得到了我国大采高综采技术的发展特征,采高不断加大,最大采高8.5 m,工作面宽度不断加大,最宽达420 m,松软、大倾角、浅埋、高瓦斯等不同煤层赋存条件下大采高综采工作面已实现安全高效开采。提出了大采高综采技术未来发展方向与需要解决的问题,认为综采压架事故呈上升趋势,在支架围岩关系及合理支架工作阻力确定方法、煤壁片帮机理及控制措施,矿压和微震综合预警等方面仍需开展精细化研究。     

支护阻力作用下综放开采顶板结构稳定性分析及应用

基于综放开采顶板"悬臂梁-铰接岩梁"结构模型,考虑采场支架的作用力,对基本顶"铰接岩梁"的关键块进行受力分析。通过分析,完善了关键块S-R稳定条件。基于关键块失稳的必然性,以控制两种失稳中对工作面威胁最大的滑落失稳为原则,提出了综放开采支架工作阻力的确定方法。最后依此方法对塔山8105工作面支架进行了选型。现场工业性试验表明:所选架型运行合理,利用率高,对工作面顶板条件适应性较好。     

高精度支架工作阻力监测系统在寺河矿的应用

基于钢弦测试原理的高精度支架工作阻力监测系统监测寺河矿6.2m大采高综采面液压支架的工作阻力,分析得出工作面直接顶来压步距为16.5m,动载系数为1.22;基本顶初次来压步距平均为36.8m,动载系数为1.60;基本顶周期来压步距平均为26.4m,动载系数为1.51,支架合理工作阻力为8870kN,在工作面没有特殊构造的条件下,ZY9400/2.5/6.2支架能够满足顶板来压的要求;所采用的监测方法可为类似工作面的矿压观测工作提供借鉴。     

大采高综放开采几个理论问题的研究

提出大采高综放开采的概念，对大采高综放开采主要基础理论问题如：大采高综放开采工作面参数的确定、煤壁片帮冒顶机理与防治、提高工作面煤炭采出率、大断面高煤帮巷道支护、围岩活动规律与特种综放支架研发进行了探讨，以期推动这一技术的发展.     

浅埋超大采高工作面覆岩“切落体”结构模型及应用

针对浅埋煤层矿压显现强烈,易于发生切顶压架事故的问题,以神东矿区浅埋煤层为例,统计分析了7个矿、30余个综采工作面矿压数据,结果认为,与普通埋深及深部煤层相比,浅埋煤层工作面液压支架载荷大、周期来压步距短、动载系数大。采用钻孔位移计实测分析了上湾矿8.8 m超大采高工作面覆岩破断及地表岩移特征,破断位置位于工作面后上方,各层位测点呈整体同时破断,破断范围快速波及地表,当工作面推进11 m后,距顶板26 m处测点最大下沉量227 mm,当工作面推进296 m后,地表最大下沉量5.89 m。对比分析覆岩破断与液压支架工作阻力的对应关系,认为覆岩破断后没有直接与采空区矸石接触,而是形成某种结构并产生缓慢下沉现象。采用相似模拟方法分析了上湾矿8.8 m超大采高工作面覆岩破断及运动规律,认为正常情况下,呈整体同时破断的块体能够相互铰接并形成结构,当支护质量不足或者遇到地质异常区时,结构易发生整体滑落失稳,导致工作面压架事故。基于以上认识,提出了浅埋超大采高工作面覆岩"切落体"结构模型,分析了切落体结构的稳定条件及失稳类型,认为浅埋煤层覆岩呈整体切落式破断,形成以滑落失稳为主的铰接结构。研究得到了液压支架合理工作阻力计算公式,并以上湾8.8 m工作面为例进行了验算,结果表明,基于"切落体"结构计算的支架工作阻力能够满足工作面顶板支护要求。"切落体"结构为浅埋煤层液压支架合理工作阻力确定提供了理论依据,丰富了浅埋煤层开采岩层控制理论。     

寺河矿采场覆岩结构及运动规律数值模拟研究

应用"关键层"理论与离散元数值模拟相结合,研究寺河矿大采高综采采场覆岩结构及运动规律,结果表明,顶板离层量的增加、顶板断裂线的前移是大采高工作面覆岩运动的两个特征.     

放煤损失率与冒落矸石堆积特征间量化规律的理论研究

针对放顶煤过程中顶煤损失比较严重的现状,分析了影响放煤损失率的因素,研究了放煤损失率与冒落矸石堆积特征间的关系,得出冒落顶煤在支架掩护梁、冒落矸石间有“三角形”和“四边形”2种堆积状态,并给出了判据.运用数理方法得出了冒落顶煤呈“三角形”或“四边形”堆积时放煤损失率的计算公式及与影响因素间的关系,依此可估算综放开采工艺损失率.     

谢一矿51采区保护层开采卸压规律数值模拟研究

文章以淮南矿区谢一矿51采区地质条件和开采技术条件为背景,建立FLAC3D三维计算模型,深入系统地研究了B9b及B10保护层分别开采情况下,临近煤层应力分布规律。研究成果表明:①保护层开采情况下,被保护层工作面垂直应力SZZ可分为卸压区、增压区和稳压区;②B9b和B10作为下保护层分别开采条件下,对于上覆B11b被保护层工作面,深部卸压效果弱于浅部;B9b和B10作为上保护层分别开采条件下,深部卸压效果优于浅部;③B9b煤层和B10煤层作为下保护层分别开采,层间距对上覆煤层垂直应力的卸压效果影响不明显,但对增压区影响显著;④B9b煤层和B10煤层作为上保护层分别开采,层间距对下伏煤层垂直应力的卸压幅度和对增压区影响显著。