基于覆岩破坏层次化效应的浅埋煤层下分层综放面支架工作阻力确定研究

基于神东活鸡兔井浅埋厚煤层下分层综放开采实际,采用理论分析基于覆岩破坏层次化效应的综放工作面支架工作阻力确定的相关公式参数,确定式中系数在浅埋深下分层综放时的合理取值范围为整层综放开采时的2倍,并进行支架选型。通过现场实测矿压显现规律表明,修正后的基于覆岩破坏层次化效应的下分层综放面支架工作阻力确定公式在浅埋深下分层综放支架工作阻力的确定中是适用的。     

特厚煤层综放开采支架工作阻力的确定

采用理论分析的方法对特厚煤层综放开采顶板岩层所成结构及支架工作阻力进行了研究.根据特厚煤层综放开采顶板岩层形成的“悬臂梁-铰接岩梁”结构,给出了直接顶、基本顶的新概念及判据;得出了特厚煤层综放开采支架工作阻力的解析计算式,并进行了实例验证.最后对所选架型现场的动态承载特征及其适应性进行了分析.结果表明：依据支架工作阻力解析式计算结果所选架型可靠性高、支架运行合理,利用率高,对工作面顶板条件适应性较好。     

特厚煤层大采高综放工作面覆岩结构及支架工作阻力研究

为了掌握特厚煤层大采高综放工作面的覆岩结构及支架合理工作阻力,以同忻煤矿8107工作面为研究对象,采用理论分析、现场观测的方法对特厚煤层大采高综放工作面覆岩的破断和组合形式进行了研究,建立了覆岩力学模型,得出了同忻煤矿8107工作面支架工作阻力计算式。结果表明:正常开采期间,大采高综放工作面直接顶易形成具有整体性的倒台阶组合悬臂梁结构,悬臂梁结构的破断、回转是支架—围岩互馈过程中的主要压力来源;来压期间,高位砌体梁结构与低位悬臂梁结构耦合形成“砌体梁—悬臂梁”结构,砌体梁结构的滑落失稳引起悬臂梁结构的协同回转,是大采高综放工作面强冲击来压的原因;实测8107工作面正常回采以及来压时支架工作阻力分别为26 MPa(9750 kN)和40 MPa(15000kN),与理论计算结果较为吻合;8107工作面采用的ZF15000/27.5/42型四柱低位放顶煤支架能够满足生产需求。     

特厚煤层支架工作阻力适应性研究

本文以斜沟煤矿斜沟煤矿23110工作面综放开采为背景,对该面回采期间液压支架的适应性进行研究,通过现场实测与理论分析的方法对特厚煤层综放工作面覆岩顶板来压期间与非来压期间的力学特征进行分析,得出液压支架工作阻力的计算方法。结果表明:特厚煤层工作面后方覆岩垮落空间大,回采过程中会形成下位"倒台阶"悬臂梁、上位砌体梁的结构;23110工作面液压支架的工作阻力高于17979kN时,才能避免覆岩砌体梁结构失稳滑落,保证斜沟煤矿23110综放工作面的安全回采,否则砌体梁结构的失稳滑落会导致支架承受不低于21846kN的工作阻力,增大压架的风险。     

浅埋薄基岩综放工作面矿压显现规律埋深效应

采用相似模拟实验和现场实测相结合的方法,研究了埋深对浅埋深薄基岩综放工作面矿压显现规律的影响。研究结果表明:浅埋深薄基岩煤层赋存条件下采用综放开采,当煤层和基岩厚度相同时,煤层埋藏深度的变化(黄土层厚度变化)对综放工作面覆岩的结构影响不大,均形成"组合悬臂梁+铰接岩梁+拱"的结构;埋深越大,综放工作面周期来压步距越小,但动载系数及支架循环末阻力随之增大。     

浅埋深综放采场覆岩结构对矿压显现规律的影响

为确保综放工作面的安全开采,采用相似模拟试验和现场观测相结合的方法,研究了浅埋深条件下覆岩结构对综放工作面矿压显现规律的影响。结果表明:当基岩厚度小于80 m时,综放工作面覆岩以"悬臂梁+铰接岩梁+拱"结构形式存在,而基岩厚度大于80 m,覆岩以"悬臂梁+铰接岩梁"结构形式存在,基岩厚度越大,覆岩结构稳定性越好;综放工作面支架平均循环末阻力随着基岩厚度的增加呈对数减小,平均周期来压步距随基岩厚度的增大呈增加趋势,在相同覆岩结构条件下,动载系数随基岩厚度的增加而增大;而不同覆岩结构条件下,覆岩稳定性越好,动载系数越小。     

浅埋特厚煤层综放面支架合理工作阻力研究

在浅埋特厚煤层综放开采覆岩运移特征的基础上,提出基于控顶效果及工作面支架来压超限比例的工作阻力反演优化法。具体为统计4个工作面支架工作阻力指标,即:额定阻力、均值阻力、均值偏阻力和均值上阻力,考虑2个评判标准—控顶效果与支架压力超限比重来确定工作面合理的工作阻力,基于核算的工作面阻力,采用类比法设计相邻工作面的合理工作阻力,结合现场监测对支架工作阻力进行反馈及修正。金地煤矿1322工作面支架工作阻力监测数据表明:修正后相邻工作面液压支架在来压期间,其工作阻力值是核算的额定工作阻力值的80%~90%;液压支架工作良好,并未出现立柱收缩或压架等现象。     

浅埋深特厚煤层综放开采覆岩破坏规律研究

浅埋深特厚煤层综放开采有可能使采动裂隙导通地表,对地面及井下作业构成威胁。通过综放开采覆岩破坏高度的理论计算和计算机数值模拟,以国投哈密一矿7#煤层为典型案例,对浅埋深特厚煤层综放开采覆岩的移动破坏规律进行研究,为相似条件下特厚煤层综放开采的安全实施提供借鉴。     

特厚煤层大空间综放采场覆岩运动及其来压规律研究

为实现复杂条件下特厚煤层综放工作面安全高效开采,采用理论分析、相似模拟试验和微震监测等多种方法,对极近距采空区下特厚煤层综放采场大空间覆岩结构形式及其运动规律和覆岩来压机理进行研究。结果表明:1)上部2#煤层的开采,从下向上的上覆岩层依次发生垮落、断裂和弯曲下沉运动,上覆岩层完整性得到破坏,且不易积聚弹性能,降低了下部极近距离特厚煤层综放工作面顶板动压系数和来压强度;2)考虑上部煤层的采动影响,在特厚煤层综放采场,上覆岩层下沉运动空间大,采动围岩超前破坏范围大,基本顶岩梁岩块数量多于一般综放采场,且其下沉运动主要为回转失稳或剪切滑落失稳,采场覆岩动压发生的可能性降低;3)相似模拟试验、微震监测和现场实测等结果与理论分析基本吻合,特厚煤层综放采场覆岩超前远距离破坏范围达400 m;4)支架工作阻力和现场矿压实测结果表明,支架工作状态较稳定,来压动载系数平均1.19～1.22,支架来压步距离散性较大、规律性不强,工作面整体来压强度较小。结果可为类似条件下特厚煤层综放工作面支架选型、顶板控制、高效生产等提供参考。     

浅埋深厚松散层综放工作面覆岩破坏监测技术

为得到浅埋深厚松散层工作面覆岩变形和破坏规律,在对阳湾沟煤矿6204综放工作面进行现场实测的基础上,采用孔间地震探测技术、地面钻孔电视窥视技术、覆岩内部位移监测技术和地表沉降监测技术等综合监测覆岩破坏情况,为确定裂隙带高度、判定垮落带和裂隙带的离层情况、掌握地表移动变形规律提供了一个新的技术手段。结果表明:在阳湾沟煤矿6204综放工作面裂隙发育带高度判定中,孔间地震探测和地面钻孔电视窥视监测结果基本一致,其裂隙带埋深分别为110、106m;覆岩内部位移监测和地表沉降监测一体化的监测技术揭示了覆岩自下而上的破坏特征,对于研究浅埋深、厚松散层下综采工作面的覆岩变形和破坏规律实用性较强。     

综放工作面冒落顶煤放出控制

近年来我国综放开采技术取得了长足的进展。提高综放工作面采出率是备受关注的技术问题。研究顶煤冒落形态和顶煤放出控制,是进一步提高顶煤采出率的关键。分析了顶煤冒落形态的影响因素和冒落顶煤体的物理力学特性,在此基础上提出了顶煤放出的控制方法。     

综放工作面多放煤口协同放煤方法

针对当前综放工作面存在顶煤采出率低、混矸率高、放煤效率低等问题,提出综放工作面多放煤口协同放煤方法。根据给出的综放工作面多放煤口协同放煤方法的定义,以理论分析和数值模拟为手段,研究了多放煤口放煤条件下,起始放煤、中间放煤和末端放煤3个阶段的放煤方法和煤岩分界面特征,提出"多放煤口同时开启逆次关闭"的起始放煤方法。根据放煤口放煤的影响范围,以及顶煤冒落过程中的速度方程和顶煤颗粒移动方程,建立了多放煤口起始放煤方式的算法模型,理论上推导出起始放煤过程中放煤间隔时间差的计算方法,为起始放煤方法的应用提供了方法。通过分析综放工作面的特点,得出综放工作面顶板稳定性、瓦斯浓度、后部刮板输送机运输能力、粉尘浓度、工作面采放协调等是影响和限制放煤口数量的主要因素。以同忻煤矿8202综放工作面煤层条件为例,建立沿工作面方向的数值模拟模型,模拟并对比不同的单放煤口放煤方式和不同放煤口数量的多放煤口放煤的放煤规律、顶煤采出率和放煤效率,得出在多放煤口放煤条件下,放煤过程中的煤岩分界面相对平滑,顶煤采出率随同时打开的放煤口数量增加而增大。多放煤口放煤效率是单放煤口放煤效率的4～8倍,多放煤口放煤的顶煤采出率比单放煤口高5%左右。     

综放工作面设备高效安装的实践与分析

田陈煤矿3下7110综放工作面是矿井接续生产的主采工作面,其安装安全和安装效率决定了矿井的生产接续。本文从优化提升运输环节,合理设计组装硐室结构方式和调架方式等几个方面介绍了提高7110综放工作面高效安装的具体做法,该综放工作面设备的高效安装对与缓解矿井紧张接续的局面具有十分重要的现实意义。     

综放开采顶煤破碎放煤工艺参数优化研究

提高顶煤回收率是综放开采技术的关键,而顶煤的破碎程度及破碎后的充分放出对顶煤回收率有着重要影响。因此,研究厚煤层综放开采顶煤在不同工艺参数下的破坏机理、破碎程度及放出规律,对于实现综放开采工作面的高产高效具有重要意义。以王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面为研究背景,通过理论计算与相似模拟实验相结合的方法,得出合理的放煤步距为0.865m,并在合理机采高度和放煤步距的基础上研究了不同放煤方式,得出一采一放为最合理的放煤工艺;最后,基于研究得出的放煤工艺参数对王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面放煤进行数值模拟,其顶煤回收率和含矸率分别为90.6%、7.2%,考虑到现场放煤控制难易程度及工作面生产效率,确定出合理的放煤方式为单轮间隔放煤。     

急斜水平分段放顶煤放煤实验研究

本文分析了急斜煤层顶煤放出过程与缓斜煤层的不同,应用模拟急斜煤层顶煤放出的专用模拟实验架,对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采破碎顶煤的放出进行了实验研究,着重探讨了急斜煤层破碎顶煤的放出规律,以及在保证合理采出率前提下提高产量效益的技术途径。认为在煤层倾角较大的煤层,应适当提高分段高度。     

轻放工作面端头采用高档支护并放顶煤的探讨

再分析九龙矿及峰峰集团大多数轻放工作面两端头支护没有采用轻放端头支架支护,而是采用双楔铰接顶梁配合单体液压支柱支护顶板。探索轻放工作面两端头高档支护并放顶煤采煤技术,将对资源回收和消除老空余煤自燃现象,对矿井安全的保障和经济效益的提高,具有十分重大的意义。     

综放工作面端头放煤工艺试验研究

放项煤开采技术已在杨村煤矿易自燃煤层不同地质条件下得到了广泛应用。为了提高采煤工作面采出率,防止工作面端头和拐头遗留的碎煤自燃发火,该矿进行了端头放顶煤试验研究,并与端头不放顶煤进行了比较。试验证明端头放顶煤时工作面前方移动支承压力影响区范围将增加,但矿压显现并不十分剧烈,工作面采出率可提高2％～8．7％,经济效益十分显著。     

综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制研究

为探究采动应力场作用下顶煤裂隙场发育特征,采用室内实验、数值模拟、理论分析和现场实测等方法对综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制进行了分析。顶煤冒放性同采动裂隙发育程度呈正相关,推导出顶煤裂隙发生I,II和I-II型扩展的应力场条件和优势扩展裂隙角确定方法,顶煤裂隙扩展与否和扩展类型受到主应力大小和主方向的影响;煤层回采后,顶煤最大和最小主应力均存在超前峰值现象,最大主应力演化存在增大和减小2个阶段,最小主应力则经历增大、减小和反向增大3个过程;煤壁前方最大和最小主应力方向在平行于推进方向的垂直平面(α)内向采空区旋转,两者在平面α内的旋转角度一致,煤壁后方发生反向回旋,最大主应力偏离平面α,最终旋转至工作面倾斜方向;最小主应力在水平面内的旋转角度同推进方向与初始最小地应力方向之间的夹角相等,最大主应力在水平面内不旋转;由于主应力增大和主方向旋转,顶煤裂隙首先发生I型扩展,最大主应力峰值附近,顶煤裂隙在高围压作用下发生纯II型扩展,煤壁附近,顶煤裂隙在开挖卸荷作用下发生I-II混合型扩展,破碎顶煤最终于支架后方冒落;由于主应力方向的旋转效应,顶煤采动裂隙向采空区倾斜,根据顶煤裂隙扩展机理的不同,将顶煤划分为原岩应力区、微裂隙加密区、剪切破坏区、拉剪混合破坏区和散体冒落区。     

硬厚煤层综放开采顶煤弱化技术研究

通过硬厚煤层综放开采顶煤弱化技术的全面调研,确立不同开采条件的顶煤弱化工艺模式。结合现场工业性试验,验证架间爆破方案的可行性,指出存在的具体问题和今后发展方向。