急倾斜中厚煤层顶板破断特征及覆岩移动规律研究

为了研究急倾斜中厚煤层综采工作面开采过程中顶板破断特征、覆岩垮落规律及支架受力情况，以石洞沟煤矿31111工作面为工程背景，采用相似模拟实验研究了急倾斜中厚煤层矿山压力与岩层移动规律，获得急倾斜煤层开采顶板、底板、支架的应力分布规律，顶板岩层断裂与移动规律，并揭示了急倾斜煤层开采基本顶断裂的“厂”型结构；同时还进行了采动影响下采区巷道矿山压力与显现研究，获得急倾斜煤层群开采下部煤层采区巷道合理布置的区域。研究成果为该矿31111工作面综采液压支架选型、工作面岩层控制以及下部煤层采区巷道位置选择提供了重要参考依据。     

急倾斜特厚煤层水平分段开采煤岩应力演化规律数值模拟研究

急倾斜特厚煤层赋存条件非常特殊,为揭示急倾斜特厚煤层开采过程中灾害的致灾机理,基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件对乌东煤矿45~#急倾斜特厚煤层水平分段开采条件下,岩体及煤体的应力演化规律进行数值模拟研究,研究结果表明:煤层顶板附近的岩层应力较大,靠近煤层底板处的岩层应力变化不大;覆岩局部区域内产生了应力集中现象;工作面煤体的应力集中多分布在靠近顶板处的煤体,而靠近底板处的煤体其应力集中程度较顶板小;工作面煤体的轴向应力的分布分为塑性区、弹性区和原岩应力区三个区,工作面煤体沿走向方向上的侧向应力随距离工作面的距离增加而减小。     

急倾斜中厚煤层综采工作面矿压分布及其演变规律

急倾斜中厚煤层综采工作面具有煤层厚度小、"支架-围岩"系统稳定难防控等开采难题,机械化产效优势不明显,亟需矿压及岩层控制等理论来科学指导现场生产,而弄清综采工作面矿压分布演变规律是围岩动力灾害防控及确保高效化机械生产的关键,因此,有必要深入研究急倾斜中厚煤层综采工作面矿压分布规律.采用相似材料实验法及理论分析法,分析支...     

急倾斜特厚煤层水平分段综放开采冲击矿压机理

我国急倾斜特厚煤层开采冲击矿压越发凸显,且灾害显现特殊。为了揭示急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击矿压机理,建立覆岩力学模型,分析了覆岩运动、能量释放、煤层应力分布等规律;采用工作面液压支架工作阻力监测数据,分析了工作面支架工作阻力与动载系数分布规律;利用微震监测得到的矿震空间分布,分析了岩层运动和能量释放规律。研究结果表明:急倾斜特厚煤层水平分段开采,顶板倾向破断步距与煤层倾角呈非线性正相关关系,当煤层倾角大于60°时,破断步距出现陡增;覆岩下位坚硬岩层破断后在倾向上可暂时形成平衡结构,随着下位分段开采和放煤,平衡结构可发生破断旋转、断块跌落、结构挤压俯冲等3种类型的失稳冲击过程,对工作面形成动态冲击;在顶底板夹持作用下,工作面煤体靠近顶底板侧将形成非对称倾向支承压力分布,靠近顶板侧为封闭夹持状态,应力集中程度高,靠近底板侧为开放夹持状态,煤体易破坏卸压而处于塑性状态,在非对称支承压力作用下,工作面中部至顶板侧底煤受强烈剪切应力作用,且处于底板弹塑性交界区,易于失稳冲击;急倾斜特厚煤层水平分段综放开采,覆岩破断步距大,顶板破断和失稳冲击的瞬间释放能量强,扰动底煤高应力区诱发冲击矿压显现,揭示了急倾斜特厚煤层水平分段综放开采夹持冲击型冲击矿压机理。工作面液压支架工作阻力监测表明工作面中部至顶板侧动载系数最大达到3.25,表明覆岩形成了悬空式结构失稳;矿震监测结果表明工作面中部至靠近顶板侧底煤容易积聚弹性变形能,底板侧容易释放能量,顶板活动易形成动载扰动。研究结果得到了监测验证。     

急倾斜中厚煤层伪俯斜采场覆岩运移规律研究

急倾斜煤层由于在倾角-重力场效应的影响下,采场覆岩运移及应力分布均较水平煤层更加复杂,且采场围岩的稳定性控制难度较大。以逢春煤矿N2821工作面为工程背景,综合采用物理相似模拟实验、数值模拟和理论分析方法,研究了急倾斜中厚煤层顶板垮落充填、应力演化特征及覆岩运移规律。结果表明,急倾斜中厚煤层伪俯斜采场顶板破断呈明显的时序性特征,顶板呈非对称破断,且垮落轮廓呈空间梯阶状“残垣”形状。采场围岩应力在空间上形成非对称“壳体”,顶底板应力释放区域呈拱形,工作面两端出现应力集中,随着采场持续推进及垮落顶板的逐渐充填,倾斜下部顶板会再次出现应力集中,同时“壳体”下拱脚位置会随着充填体的增多而逐渐上移,但整体形状在不断演化后最终趋于稳定。     

基于微震事件特性的大倾角煤层覆岩破坏规律研究

大倾角特厚煤层综放面覆岩破坏规律对工作面矿压显现特征具有重要影响,是工作面支架选型与顶板管理的主要参考指标之一。以宁武矿区汾源煤业为背景,采用KJ1160微震监测系统研究了大倾角综放面微震事件、能量分布特征,通过建立物理相似模拟模型研究了工作面顶板裂隙发育、覆岩运动规律,根据常用的"三带"计算公式对大倾角特厚煤层综放面覆岩破坏高度进行了校核。研究结果表明:大倾角特厚煤层工作面顶板覆岩垮落带、裂缝带在煤层倾向上形成"上高下低"的形态,在走向上呈现滞后性;覆岩垮落带高度约为60m,裂缝带高度约为160m;煤层倾角大于30°,工作面长度不宜超过120m。     

急倾斜中厚煤层综采开采技术实践

介绍了镇城底矿综采工作面开采的急倾斜中厚煤层平均倾角为39°,煤层厚度为2.9 m。针对煤层顶底板松软,工作面在上、下端口支护和运输难题严重影响矿井的安全生产的问题,镇城底矿结合矿井地质条件,研究急倾斜中厚煤层综采开采技术,通过对急倾斜中厚煤层综采"三机"设备的科学配套选型,以及对开采工艺的优化,设备的防滑倒研究,保障矿井安全生产,提高资源开采效率。为今后在倾斜及急倾斜煤层安装综采奠定了基础。     

急倾斜煤层浅部开采顶板破断致灾原理与控制

为掌握急倾斜煤层浅部开采时顶板的破断规律,确保水平分段综放开采时的安全生产,采用物理相似模拟实验研究急倾斜煤层浅部开采时顶板的垮落规律,通过力学建模分析顶板垮落的条件,运用3DEC对人工爆破强制放顶的效果进行了数值模拟与分析。研究结果表明:浅部开采时急倾斜煤层的顶板不易垮落,容易出现大面积悬顶现象。工作面上方覆岩大面积垮落,产生冲击矿压,危害工作面安全生产;而在第一分段、第二分段回采过程中采用强制放顶的措施可以有效削减顶板的势能,顶板垮落后形成的覆浮矸垫层也可以保证急倾斜煤层下分段的生产安全。     

8.8m超大采高综采工作面覆岩活动规律研究

为了掌握浅埋深8.8m以上特厚煤层一次采全高开采覆岩活动规律,以上湾煤矿8.8m超大采高综采工作面为研究对象。利用理论计算,相似模拟以及数值模拟等方法,通过顶板位移深基点观测、微震监测、矿压监测等多种手段,将远场覆岩活动与近场矿压显现相结合,对8.8m超大采高综采工作面采场覆岩运移规律和顶板结构形式进行研究。推演得出浅埋深8.8m超大采出空间下覆岩垮落的结构模型,揭示了工作面远场顶板断裂与垮落时空演化规律,分析了8.8m超大采高综采工作面矿压机理及支架与围岩的力学关系,为类似条件下特厚煤层综采工作面支架选型及安全高效开采提供理论及技术指导。     

大倾角煤层变角度综放工作面开采覆岩运移规律

大倾角煤层变角度综放工作面受倾角变化的影响,覆岩运移、矿压显现规律更为复杂。针对枣泉煤矿大倾角煤层120210变角度工作面综放开采条件,采用物理相似模拟实验和现场监测方法,对比研究了大倾角煤层变角度工作面和单一角度工作面综放开采覆岩运移规律。研究表明:120210工作面受不同倾角的影响,覆岩运移规律较单一角度工作面差异大,上部区域倾角26°,覆岩运移特征表现出倾斜煤层开采的特征,基本顶以"悬臂梁"结构形式发生破断运动,顶板平均压力23.7 MPa,分布均匀;下部区域倾角44°,覆岩运移特征表现为大倾角煤层开采特征,顶板垮落的矸石沿倾斜滑移充填采空区,顶板平均压力29.5 MPa,分布不均、变化范围大;中部区域过渡段覆岩运移既有倾斜煤层又有大倾角煤层开采特征,顶板平均压力27.15 MPa,分布较均匀,是两者转换的关键区域。根据工作面不同倾角区域覆岩运移、矿压显现特征提出大倾角煤层变角度综放工作面开采围岩控制原则,并依据此原则提出工作面分区域顶煤放出量控制方法。     

急倾斜煤层工作面应力分布与破坏特征数值模拟

根据新铁煤矿49#下右六片急倾斜煤层走向长壁综采工作面煤岩赋存条件以及回采工作面采空区冒落矸石的充填特征,应用FLAC3D软件模拟在采空区中下部矸石自溜充填后工作面采动煤岩应力分布规律及顶底板破坏特征。研究结果表明:急倾斜煤层开采过后,工作面上下端部垂直应力集中系数最大,应力集中现象非常严重且在采空区后方距工作面煤壁15 m附近上下端部垂直应力达到最大值;在采空区后方随着距工作面煤壁距离的增加,剪切应力先减小,然后增加,最后趋于稳定,在采空区后方距工作面煤壁34～38 m区域剪切应力最小;工作面顶板塑性破坏剧烈,塑性破坏形式多样,工作面底板破坏较小,破坏形式简单,顶板上端部破坏高度小,顶板下端部破坏高度大。     

复杂条件综放工作面矿压显现特征

根据乌兰煤矿3^#煤层5343综放工作面的复杂开采条件，采用现场矿压观测和数值模拟方法，对该工作面的矿山压力显现特征进行研究．结果表明，工作面顶板初次来压步距24．2m，周期来压步距9．41m，来压期间支架最大平均载荷2775．5kN／架，支架的侧向挤压力较大，工作面片帮冒顶严重，工作面顶板管理难度大．由于受顶板稳定性较高和煤层倾角较大的影响，与一般的松软煤层综放工作面相比，该工作面的矿山压力显现相对比较剧烈，顶板来压强度较大，工作面存在明显的周期来压现象．     

禾草沟煤矿50111综采工作面来压观测与预警

针对禾草沟煤矿50111综采工作面特殊的围岩应力环境,为明晰工作面回采过程中因周期性基本顶断裂而形成的周期来压现象及设定合理工作面的停采位置,对该工作面的上中下部液压支架阻力及超前支护段的巷道离层量进行实时监测,得到不同测点支架随工作面推移的阻力曲线,据此推算出周期来压的冲击应力的大致范围和来压步距。结合超前支护段回风巷顶板离层量较小的顶板围岩运移规律,绘制了该工作面未采煤体的周期来压预测图,并据此避开周期来压,设定50111综采工作面的合理停采线位置,对后续该工作面及类似回采面的顶板来压显现有较好的预警作用及参考价值。     

综采工作面上覆岩层运动与破坏规律研究

以王楼煤矿11301综采工作面为研究对象,首先对顶板岩梁的运动步距进行理论计算,包括直接顶的初次垮落步距,老顶的初次来压步距以及岩梁的周期来压步距,然后通过对综采支架工作阻力和巷道围岩变形实测,确定了工作面顶板岩梁的运动步距,从而为综采工作面顶板管理提供了技术支持。     

近距离煤层采空区下工作面覆岩运动及矿压显现规律研究

为了掌握碾沟煤业近距离煤层采空区下2101工作面覆岩运动及矿压显现规律,采用数值模拟和矿压观测的方法对工作面回采过程中覆岩的运动规律和矿压特征进行分析。结果表明:2101工作面回采过程中,来压受到本煤层基本顶的破断结构和上部03号煤层基本顶铰接结构的影响,覆岩无明显的周期来压现象,液压支架能够满足使用要求。     

常村矿21220工作面冲击地压与瓦斯赋存规律研究

自燃瓦斯矿井往往在解决瓦斯的同时,由于风量的增加、采空区漏风等原因,可能引发采空区破裂遗煤自燃。由于煤层的自燃又能成为瓦斯燃烧和爆炸的引火源,严重影响瓦斯抽采和安全排放,成为矿井的重大危险源。常村煤矿瓦斯绝对涌出量为10.31 m^3/min,相对涌出量为2.41 m^3/t,综放工作面采用U形全负压上行通风方式。所开采21220工作面直接顶板为泥岩和粗、中砂岩,致密性较好,瓦斯含量较大,且涌出不稳定,采煤工作面上部平均初次来压步距为20.25 m,中部平均初次来压步距为29.5 m,下部平均初次来压步距30.75 m,工作面的日产量与瓦斯排放量呈正比;产量增加到一定值之后,随着产量增加,风排瓦斯量反而有所减小。研究冲击地压与瓦斯涌出规律和治理技术具有重要的理论和实用价值。     

急倾斜中厚煤层综采设备安装工艺的实践

急倾斜中厚煤层综采工作面安装,在前期准备、采面设备运输、顶板控制、液压支架防倒防滑方面都是个难题。通过采取针对性解决方法,新铁煤矿五采区综采一队在50右六片成功安装了综采配套设备,为其它急倾斜中厚煤层综采设备安装提供了借鉴经验。     

厚煤层综放开采工作面地表岩移实测分析

随工作面向前推进,采空区范围逐渐增大,上覆岩层因失去支撑而垮落下沉,沉降逐层传递,直至地表造成岩层移动。为研究掌握厚煤层综放开采条件下的地表岩移规律,本文以小峪煤矿8202工作面为例,结合理论、实测等方式,对厚煤层综放工作面上方地表岩层移动进行实测分析,为厚煤层采动影响下的地表沉陷控制提供数据支撑。     

新景矿浅埋综采工作面顶板来压规律研究

浅埋煤层综采工作面的埋深较浅不利于煤层的开采及围岩的稳定性,为探讨新景矿浅埋综采工作面顶板来压规律,以该矿8118工作面地质和开采条件为背景,通过数值模拟的方法分别对浅埋煤层综采工作面顶板垮落形态、顶板沉降及顶板应力分布进行分析,同时对初次来压和周期来压期间支架工作阻力进行现场监测。研究结果表明：初次来压期间,上下关键层间的岩层产生离层现象,上关键层向下弯曲未断裂;周期来压期间,扰动继续向上传递,上关键层发生大面积的垮塌断裂;周期来压时,支架工作阻力有较大增长,增大约61%。     

急倾斜煤层伪俯斜走向长壁工作面煤壁破坏机理

急倾斜煤层走向长壁工作面煤壁和底板容易发生破坏,严重影响工作面的正常推进。通过理论建模、底摩擦实验、数值计算等方法,研究了煤层顶板破断与冒落矸石滑动特征,揭示了不同煤层赋存和开采条件下煤壁破坏机理,并提出了防治煤壁破坏与底板滑移的具体措施。研究发现:急倾斜煤层走向长壁工作面顶板冒落的矸石会对采空区形成不同程度的充填,自下而上依次为“密实充填段”、“不均匀充填段”、“非充填段”3段,而工作面中上部区域由于充填不充分,动压现象明显,容易造成严重的煤壁片帮和底板滑移现象,支架的工况随之也会变差,成为整个工作面围岩稳定性最脆弱的区域,严重影响到工作面的安全高效生产,是采场围岩控制的重点区域;工作面底板稳定性显著影响煤壁的稳定性,实际生产中发现,在煤层赋存和开采条件不同时,煤壁破坏一般会呈现出“塑性-流动”、“挤出-滑移”、“剪切-滑移”3种破坏模式;工作面采用伪俯斜布置不仅可以显著提高煤壁和底板的稳定性,也可以有效阻止液压支架倾倒和下滑,还可以避免工作面飞矸发生,配合整体推刮板输送机和“柔性加固煤壁”等技术可以实现急倾斜煤层走向长壁工作面安全高效开采,有效解决急倾斜煤层机械化开采所面临的一系列岩层控制难题。