浅埋煤层大采高工作面矿压规律及顶板结构研究

基于对榆神府矿区的大量实测分析,得出大采高工作面支架阻力随采高的增大呈现非线性增大,在采高增大到6 m后支架载荷迅速增大。支架动载系数随采高的变化不大,一般为1.4左右。工作面顶板来压步距随采高变化不大,初次来压步距35~70 m,周期来压步距9~20 m。顶板垮落带高度为采高的2~4倍,随采高的增大线性增大。工作面超前支承压力峰值随采高的增大略有降低,峰值位置与煤壁距离约为采高的2倍。根据现场实测和物理模拟分析,大采高工作面顶板形成"厚等效直接顶",使基本顶关键层铰接结构层位上移。根据直接顶充填条件,可分为充分充填型和一般充填型两类。针对常见的一般充填条件,提出了大采高工作面顶板的直接顶"短悬臂梁"结构和基本顶关键层"高位斜台阶岩梁"结构模型,给出了工作面额定支护阻力的计算公式,揭示了大采高工作面来压机理。最后,对理论计算公式进行了实例验证。     

近距离煤层采空区下工作面矿压显现规律研究

针对上煤层已采的下煤层工作面回采时矿压显现规律不同于常规工作面的现象,在原有岩层移动理论基础上定义了承载层和主承载层的概念。分析了承载层断裂垮落过程对下煤层工作面矿压显现规律的影响。结果表明:承载层分层断裂引起的强度和影响范围各异的顶板来压在工作面叠加出现,导致工作面来压规律混乱;越靠工作面上部的岩层断裂对工作面矿压显现的影响越小且越靠工作面后方。最后,通过工程实例,验证了分析结果的合理性,说明该方法有广泛的使用范围。     

大采高浅埋藏综采工作面顶板活动规律与控制研究

 为了研究大采高、浅埋藏综采工作面顶板活动规律，根据试验矿井的实际生产地质条件，采用理论分析的方法确定了该条件下老顶的断裂特征，并以此建立了数值计算模型。理论及数值分析结果表明，大采高、浅埋藏综采工作面老顶厚度及断裂步距决定了老顶结构及活动形式，而直接顶的厚度变化又影响到采场矿压显现的剧烈程度。根据现有理论，提出控制措施，计算得出了试验工作面控制顶板所需的支护阻力及支架工作阻力。     

近距离采空区下煤层开采矿压显现特征研究

以湘桥煤矿10~#煤层开采为工程背景,对上覆采空区的底板破坏情况以及下伏煤层开采的顶板变形进行了理论分析,采用UDEC数值模拟软件对比分析了单一煤层开采与近距离采空区下煤层开采的矿压显现规律。结果表明:相较于单一煤层开采,近距离采空区下煤层开采支承压力应力集中程度更高,其超前支承压力强度更大;同时,由于近距离采空区下煤层开采属于重复采动,下煤层顶板岩层破坏较单一煤层开采更为严重,采场支护强度设计必须考虑上部采空区的影响。因此,在进行近距离采空区下煤层开采时必须采取加强下伏煤层开采超前支护、提高采场液压支架支护强度等措施,以保证近距离采空区下煤层开采顶板的有效管理和安全回采。     

浅埋大采高综采工作面矿压显现特征及顶板灾害机理分析

依托纳林庙二号井浅埋大采高综采矿井生产运营实践,在分析该矿工作面地质、技术条件的基础上,总结了6215等工作面采场围岩矿压显现及地表塌陷特征和“6.30”顶板事故造成的设备损坏等的情况,综合运用浅埋煤层长壁开采理论,从浅埋煤层上覆厚土层破坏结构、岩土层动态载荷传递效应中分析了6215工作面发生顶板灾害机理,给出了诱发工...     

近距离煤层采空区下工作面矿压显现规律研究

针对近距离煤层采空区下开采采场矿压控制问题,根据某煤矿地质条件及工作面布置方式,采用物理相似模拟与现场实测相结合的研究方法,总结了近距离煤层上煤层开采完毕后,采空区下工作面回采过程中矿压显现规律,进一步分析了采空区下采场覆岩运动规律;由于上煤层开采造成上覆岩层垮落,老顶岩层完整性受到破坏,采空区下煤层开采时,工作面采场覆岩构成"块体-散体-块体"的复合老顶结构,从而使工作面开采过程中形成"小-大初次来压及周期来压"的矿压显现规律.     

近距离煤层采空区下工作面矿压特征分析

为掌握辛置煤矿近距离煤层采空区下10409工作面回采期间矿压特征,通过物理相似模拟与矿压实测分析相结合的手段,对工作面覆岩的运动规律、顶板来压情况及支架的适应性进行了分析。结果表明:相似模拟得出10409工作面回采完毕后的顶板离层长度为50 m,离层高度达到55 m,相似模拟得出的工作面来压情况基本与实测一致,初次来压步距为21.4 m,周期来压步距为10.4 m,支架适应性良好。     

浅埋近距离煤层工作面过上覆房柱采空区微震监测

采用微震监测技术,对浅埋近距离煤层群综采工作面过上覆房柱采空区过程中,房柱采空区煤柱卸压预爆影响范围、微震事件能量区域分布特征、工作面超前支撑压力影响范围进行了监测。     

浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律实测分析

为解决浅埋煤层大采高工作面矿压控制问题,对内蒙古某矿6-2101首采工作面进行现场实测.通过对顶板活动规律和来压机理的分析,揭示了该矿6-2101首采工作面的矿压显现规律,认为该大采高工作面的初次来压、周期来压步距对相同条件下煤层开采具有理论和实践指导意义.     

浅埋近距离煤层煤柱下开采异常矿压机理

针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题,采用现场实测、理论分析等手段,研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明：浅埋近距离厚煤层开采时,下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害,支架活柱下缩量达到1 000 mm;下煤层工作面推进过程中,两层煤之间的关键层结构也不断的变化,重复采动阶段,两层煤之间存在一组亚关键层结构,进煤柱阶段,两层煤之间存在一组主关键层结构;进煤柱阶段,煤柱上方关键块的铰接结构发生反向回转运动,导致主关键层关键块上覆载荷增加,发生滑落失稳,引发强动压灾害,同时造成地表出现大的台阶下沉现象。     

煤矿特大采高工作面开采显著特点研究

以上湾煤矿第二个8.8m特大采高工作面12402为工程背景,从形成“砌体梁”结构的理论条件出发,侧重研究了特大采高工作面较难形成“砌体梁”结构的原因,认为特大采高工作面剧烈影响范围更广及采空区Δ值更大,“两更大”可造成形成“砌体梁”结构所必须的水平推力T不足,从而导致破断后的岩块不易形成“砌体梁”结构,而非仅采空区Δ值大一方面的原因。大断面切眼为特大采高工作面又一显著特点,考虑到已掘完的切眼需“闲置”较长一段时间,分析了切眼周边的应力状态,用于指导生产实际,以减小围岩蠕变对正常开采的影响。利用研究得出的“两更大”,对工作面初采期间的生产组织、机尾段的生产组织提出了部分建议,并认为前期开采所形成的大型采空区群对后续工作面的影响程度、目前留设25m宽的区段煤柱的合理性以及上湾矿原岩地应力场的测量应是下一步的研究重点。     

地表山体载荷对浅埋深工作面开采矿压的影响

为了掌握浅埋深工作面受地表山体载荷的影响规律,以典型浅埋深工作面现场矿压实测数据为基础,采用三维数值模拟方法,研究了地表山体对工作面的载荷作用机理及对矿压显现的影响。研究结果表明：浅埋深开采条件下,山体载荷与工作面矿压显现强度呈正相关关系,山体载荷越大,矿压显现越强烈;受基岩层承载及破断特性影响,地表载荷对工作面矿压的影响存在滞后距离,与顶板周期破断距离相近;山体区域影响范围远大于其垂直范围,工作面在进入和离开地表山体影响范围时,受两侧山体载荷叠加的影响,会造成工作面压力增高。因此,当浅埋深工作面在进出地表山体区域的影响范围时,应当确保工作面的支护强度,工作面保持合理较快的推进速度。     

特厚煤层大采高综放面组合悬臂梁运动特征及支架阻力研究

针对直接顶岩层结构对大采高综放采场矿压显现影响较大的特点,基于关键层理论与岩块铰接条件,分析直接顶岩层运动特征及液压支架工作阻力合理确定方法,以准格尔地区某矿大采高综放工作面为例计算分析。研究表明,特厚煤层综放采场直接顶关键层及其上位直接顶形成组合悬臂梁结构,随工作面推进破断回转,与其后方的已破断岩层接触、分离滑落,其重量由后方已破断岩层与液压支架共同承担,其悬臂破断回转、与已断岩层接触、分离滑落的过程直接影响着工作面矿压显现。正常回采阶段液压支架仅承受顶煤及下位直接顶的荷载;来压阶段应保证承受顶煤、下位直接顶及组合悬臂梁破断所施加的荷载,才能防止支架压死、活柱急剧下缩等现象;依据其力学特征确定了大采高综放工作面合理的液压支架工作阻力。     

浅埋特大采高工作面矿压规律及支护阻力确定

基于大柳塔煤矿52304工作面的矿压实测数据,分析了近浅埋煤层7 m特大采高工作面的矿压显现规律。工作面初次来压步距为73.3 m,周期来压步距平均为16.0 m。周期来压步距呈现"两端大、中间小"的特征,来压持续长度呈现"两端小、中间大"的特征。工作面来压时,中部矿压显现强烈,支架动载系数为1.58,支护阻力高达18 000 k N;而工作面两端支架受力较小,为12 000 k N。非来压时,工作面支架工作阻力一般为12 000 k N,分布较均匀。采用大采高"斜台阶岩梁"结构计算法和实测统计法,计算了合理的支架工作阻力,表明原工作面支架工作阻力偏低。实践表明,采用大采高"斜台阶岩梁"结构计算得出的合理支架工作阻力符合实际,为大采高工作面支架选型提供了依据。     

浅埋房采区下近距离煤层开采动载矿压机理

浅埋煤层工作面房采区下开采易发动载矿压甚至压架等灾害事故。以石圪台矿31201综采工作面典型房采煤柱下动载矿压的案例为基础,采用现场实测、理论分析、数值模拟和物理模拟手段对此类动载矿压发生的机理进行深入研究。研究结果表明：房采煤柱较集中煤柱更易失稳破坏;在下煤层采动和超前支承压力的影响下,房采煤柱突然大范围的失稳破坏会导致其上方关键层发生超前断裂,关键块体的逆向回转将过大的覆岩载荷传递至下方岩层结构,最终导致下位关键块体发生滑落失稳,这是造成工作面发生强烈动载矿压的根本原因。针对易发此类动载矿压的条件,从阻止或转移上覆岩层载荷的角度提出几点针对性的防治措施,其有效性和实用性得到了31201工作面后续安全开采的证实     

近浅埋煤层大采高工作面双关键层结构分析

根据实测统计分析,近浅埋煤层大采高工作面支架载荷普遍较大,且随采高增大有增加的趋势,工作面来压存在大小周期,厚度较大的等效直接顶静载是工作面支架的基本载荷。通过物理模拟实验,揭示了大采高工作面直接顶变厚和顶板结构铰接点上移的机理,提出了"等效直接顶"的定义,建立了近浅埋煤层大采高工作面顶板"双关键层"理论。近浅埋煤层大采高工作面顶板主要表现为"双关键层"结构,根据等效直接顶对采空区的充填程度,双关键层顶板结构分为"双砌体梁"和"斜台阶岩梁-砌体梁"两类,常见的是"斜台阶岩梁-砌体梁"双关键层结构。建立了双关键层顶板结构模型,揭示了工作面出现大小周期来压的机理,给出了支架初撑力和工作阻力的计算公式,可为近浅埋煤层大采高工作面顶板控制提供理论依据。     

放顶煤开采顶煤初次垮落动力学分析

运用ANSYS10.0的瞬态分析模块模拟了不同采放比顶煤初次垮落过程的应力状态变化,分析了顶煤初次放顶时煤体弹性能、瓦斯膨胀能等的变化情况.研究表明,在同等条件下,随采放比增加,顶煤初次垮落时发生瓦斯动力灾害的可能性增大.     

大采高采场关键层“悬臂梁”结构运动型式及对矿压的影响

通过理论分析并结合模拟实验,提出了大采高覆岩关键层“悬臂梁”结构的3种运动型式,即：“悬臂梁”直接垮落式、“悬臂梁”双向回转垮落式、“悬臂梁-砌体梁”交替式。结合关键层“悬臂梁”与“砌体梁”结构对采场矿压影响的对比分析,揭示了关键层“悬臂梁”结构3种运动型式对采场矿压的不同影响规律,并得到了补连塔煤矿7.0 m支架综采工作面矿压实测数据的验证。     

沟谷地形下近浅埋煤层工作面矿压显现规律研究

为掌握沟谷地形下近浅埋煤层工作面矿压显现规律,以王家岭煤矿20105工作面地质条件及生产实践为基础,采用顶板动态监测系统,分别对不同坡体下工作面液压支架工作阻力特性进行观测,分析了沟谷垂深、坡体角度、冲沟切割系数对工作面矿压显现的影响。研究表明,沿工作面倾向不同区域的来压步距、持续时间及来压强度均不同,工作面中部的初次及周期来压强度均大于工作面两端的来压强度;相较于沟谷垂深及坡体角度,冲沟切割系数是影响工作面矿压显现的主要因素,冲沟切割系数大于0.4时,支架阻力增量超过8%,冲沟切割系数小于0.17时,支架阻力增量变化不明显。近浅埋煤层的基岩厚度较大,且存在双关键层结构,沟谷地形对其支架阻力的影响程度相对较低。