综放开采顶煤体离层与破坏规律研究

本文分析了节理裂隙对综放开采顶煤破坏破碎的影响 ,通过现场观测 ,研究了综放工作面支架上方顶煤体的离层及破坏情况 ,得到综放开采顶煤体在离煤壁不同的距离、不同高度上离层及破坏分布规律     

综放开采顶煤破坏机理分析

顶煤变形破坏规律是综合机械化放顶煤开采基础理论的核心。从顶煤体单元受力角度 ,在考虑围压衰减变化的情况下 ,对综放开采顶煤体的损伤破坏进行了理论分析 ,借鉴岩石的破坏损伤模型 ,推导出综放开采过程中顶煤体的损伤破坏力学模型     

特厚煤层综放开采顶煤体“三带”放煤理论与应用

采用实验室实验、数值模拟、相似模拟和理论分析相结合的研究方法,对特厚煤层综放开采顶煤体破坏的演化过程进行了深入研究。结果表明:特厚煤层综放开采过程中,超前支承压力对中、下位顶煤体内裂隙的扩展和顶煤体的破坏起着关键性作用;控顶区内支架的反复支撑进一步加剧了下位顶煤体的破坏;控顶区后的冒落阶段,充分破碎的下位顶煤体能够随采随冒,中位顶煤体随着下位顶煤体的放出而成块状冒落,而上位顶煤体呈周期性滞后垮落。基于特厚顶煤体上、中、下位明显的不同破坏、冒落特征,提出了特厚煤层综放开采顶煤体"三带"结构模型,即自下而上分别为"散体带"、"块体带"、"裂隙梁带"。通过分析各带的破坏动力机制及其冒落特征,提出了分带厚度的确定方法。通过对同煤塔山煤矿特厚煤层综放开采顶煤体垮落形态实测,进一步验证并完善了"三带"结构模型。即:特厚煤层综放开采顶煤体一般存在"三带"结构,但在特定条件下可能只呈现"一带"或"两带",其形成过程主要与顶煤体厚度、煤体强度、煤体裂隙发育程度、地应力等因素有关。     

综放开采支架阻力不唯一性原因分析

在综放开采支架与顶煤相互作用关系分析的基础上，利用顶煤体残余强度变化规律解释了国内综放开采支架阻力不唯一性原因，提出了综放工作面支架阻力确定的基本原则。     

特厚煤层综放开采覆岩离层水突水机理分析及防治

为了解决特厚煤层综放开采条件下离层水防治技术难题,以郭家河煤矿特厚煤层综放开采工作面开采过程中多次发生离层突水事故为例,采用工作面矿山压力显现观测、覆岩破坏导水裂隙带高度观测、水质化验分析、工作面地质条件分析、覆岩力学模型分析、数值模拟分析等多种手段对离层水突水影响因素及突水机理进行了研究,并提出了离层水防治技术有效措施。研究结果表明:特厚煤层综放开采离层突水为周期来压、向斜构造等多因素综合作用导致,并提出覆岩破坏"两带"高度观测、顶板富水性探测、富水区及离层水疏放3大离层水防治步骤,对褶曲等构造带预先疏放褶曲构造带富水、破坏离层空间密闭性、疏放离层空间积水的等防治措施,形成离层水探测、防治一体化技术体系。     

急倾斜煤层大段高综放开采围岩变形监测研究

为研究急倾斜煤层大段高综放开采条件下围岩变形破坏的规律,对新疆碱沟煤矿+564m水平22m大段高工作面回采巷道、顶底板及顶煤体进行了围岩变形量监测。监测表明:工作面前方20m范围内,回采巷道顶底板变形量明显大于两帮变形量,但均在可控范围内;不同层位顶煤体完全垮落时距煤壁距离不同,从而保证支架在走向方向上承受上方顶煤体完全破坏后的部分压力;顶底板岩层的垮落区域均位于煤壁较后方采空区内,避免了工作面区域围岩大范围垮落的影响。研究为大段高开采条件下工作面的安全高效生产提供了基础依据,并为进一步提高工作面分段高度作了有益的尝试。     

晋城放顶煤采场煤体支承压力分布规律

建立了放顶煤开采采空区侧体支承压力分布和极限平衡区宽度的理论模型；通过对晋城古书院矿１３３０６综放工作面支承压力的现场观测，验证了理论模型，并总结出放顶煤开采采场煤体支承压力的分布特点。     

支承压力作用下综放开采顶煤体尺寸效应试验研究

为了研究巨厚煤层(20 m以上)综放开采时,特厚顶煤体在超前支承压力作用下的力学特性与破坏特征,在MTS815岩石力学试验机上通过升高轴压同时降低围压的方式模拟顶煤体所受真实应力水平的变化,开展了不同高径比煤样尺寸效应研究。研究结果表明:不同高径比煤样在三轴压缩试验中都存在孔隙压密—线弹性—塑性—破坏四个阶段,随着试件高径比的增大各阶段的表现特征为:孔隙压密阶段试件的变形量增大,线弹性阶段试件的弹性模量减小,塑性阶段试件的轴向应变增大,破坏阶段试件的峰后应力跌落变慢且残余承载强度逐渐增大。试件的最终破坏形态随高径比的增加从以压裂破坏为主逐渐过渡到以剪切破坏为主,且剪切破裂面下部裂隙发育充分,剪切破裂面上部裂隙不发育。由此认为巨厚煤层综放开采时中、下位顶煤体冒放性较好,上位顶煤体破碎不充分,难以冒放。     

综采放顶煤支承压力及合理采放比数值模拟研究

煤壁前方煤体上超前支承压力的影响范围,应力峰值直接影响综放开采顶煤的破坏程度,研究超前支承压力的规律有利于顶煤自然放出,从而提高工作面采出率。建立不同采放比模型,研究不同采放比条件下支架前方空顶顶板的位移量,从而确定有利于顶板管理的最优采放比。     

用注水软化提高含较厚夹矸顶煤体冒放性的实践

介绍了东滩煤矿14308综放工作面利用注水软化提高含较厚夹矸顶煤体冒放性的方法与效果,为类似综放工作面的开采提供了借鉴。     

阳泉综放沿空掘巷的可行性分析

阐述了无煤柱护巷原理 ,分析了放顶煤开采侧向煤体支承压力分布特点及放顶煤开采沿倾斜方向采空区边缘的冒落状态 ;通过对阳泉综放沿空掘巷的可行性分析 ,得出在阳泉实行综放留窄煤柱的沿空掘巷在技术上是可行的 ,但同时应采取必要的防止煤自然发火的措施。     

综放大断面厚煤顶巷道围岩失稳及高延伸率锚索控制技术

综放大断面厚煤顶巷道顶板煤体较为松软破碎,在地质复杂地段容易出现离层膨胀,产生较大松动变形压力,导致锚索拉断甚至引发严重冒顶事故。针对8203综放工作面区段运输平巷顶板掘进期间发生的冒落失稳问题,对巷道顶板变形破坏特征分析,认为顶板岩层冒落失稳的主要原因是煤体松软和锚索延伸率不足。在工程实践中,通过调整锚索支护参数以保证顶板支护结构的完整性和抵抗强度,取得了良好的效果。     

我国综放开采技术及其深层次发展问题的探讨

系统总结了综放开采技术在我国20余年来取得的主要成就，以及在相关问题上的结论和认识，提出了综放开采下一步应继续加强的理论和技术研究问题，最后提出了结合放顶煤开采特点，应该在煤与瓦斯共采、离层注浆和冲击矿压等方面进行深层次研究。     

近距离煤层大采高综放开采顶煤冒放性分析

针对近距离煤层大采高综放顶煤冒放性这一核心问题,理论分析了近距煤层上位煤层未采、上位煤层已采煤体的损伤力学特性,模拟了2种情况下顶煤体的支承压力分布规律、顶煤体裂隙发育及顶煤体破断特征。研究表明:顶煤体的冒放性可用顶煤体损伤程度表示,与顶煤体的原始裂隙和采动支承压力有关;与上位煤层未采相比,上位煤层开采一方面增加了下位煤层顶煤体的原始裂隙,另一方面加大了下位顶煤体所承受的支承压力,从而提高了顶煤体的冒放性。     

厚煤层分层开采与综放开采瓦斯涌出量对比分析

从分析煤体瓦斯源解吸瓦斯过程出发，对厚煤层分层开采与综放开采两种开采方式下，工作面瓦斯涌出量作了量化对比分析。用幂指数函数描述煤体瓦斯解吸瓦斯过程，瓦斯涌出速度是呈负指数衰减的。给出了工作面和采空区瓦斯涌出量的计算公式。得到在厚煤层开采上，采用分层开采的工作面瓦斯绝对涌出量，远高于综放开采的2～4倍。指出综放开采瓦斯的不利因素，在于放煤时瓦斯的集中涌出和局部超限问题，分层开采工作面的瓦斯主要来源是采空区底分层的露煤。强调并论证了综采放顶煤开采方法，在厚煤层开采瓦斯安全方面的优势地位。     

综放工作面顶煤冒放性分析

根据晋城煤业集团综采放顶煤开采实际情况，从影响顶煤冒放性的煤体裂隙、开采工艺和支架与围岩关系3个方面进行分析，对综放工作面的布置、采放比、放煤步距、支架架型与工作阻力提出了建议。     

特厚煤层综放工作面合理采高的确定

针对某煤矿大倾角特厚煤层大采高综放工作面为对象,对特厚煤层综采放顶煤开采条件下,通过数值计算方法,分析了不同割煤高度对工作面煤壁、顶煤的屈服破坏、位移特征、煤壁前方煤体垂直应力分布情况。综合对比了不同采高下的影响效果及顶煤位移情况,从而合理确定采高,达到矿井安全、高产、高效的目的。     

较薄厚煤层综放开采顶煤岩运移破坏特征研究

采用FLAC3D数值模拟对较薄厚煤层综放开采顶煤岩力学特征进行了系统分析,得出了顶煤岩运移、破坏及应力分布规律.研究结果表明,综放面上部顶煤位移量明显大于工作面中下部,顶煤的"始动点"在工作面煤壁前方,工作面上位顶煤岩的始动位置超前于下位,垂直位移量随着与工作面距离的减小而逐步增加;在综放面前方,顶煤和上覆岩层在垂直方向始终处于压缩状态.而在工作面上方,顶煤开始出现离层现象;工作面支架所受载主要是顶煤和基本顶变形运动产生的变形压力,沿用中厚煤层综采工作面支架设计已不适用综放面.     

特厚煤层煤矸互层复合顶煤体冒落特征研究

为了掌握特厚煤层综放开采煤矸互层复合顶煤体冒落特征,保证放煤工艺合理性和高顶煤回收率,以特厚煤层复合顶煤体综放开采为现场实际条件,采用实验室试验、数值模拟、现场观测等方法,分析了复合煤岩体变形破坏和强度特征,揭示了含矸顶煤体放出过程架间成拱、煤矸分界、放出规律,获得了煤矸块度体积与重量分布特征,结果表明：煤岩比例变化对煤岩整体破坏形态影响明显,复合煤岩体的破坏比单一介质块度小,单架顺序放煤量与放出率低值区和高值区之比约为1∶3,复合煤岩体放出块度体积与重量符合正态分布,煤矸块体长度小于40cm的占比为66%,但其重量占比小于15%,特厚煤层含矸顶煤体提高顶煤回收率的主要方向为提高长度为40～100cm块体的放出效率。     

综放面采空区遗煤自然发火特点及环境分析

根据综采放顶煤开采技术的开采特点及现场调查和观测,总结出综采放顶煤工作面采空区自然发火的主要特点。在分析综放开采条件下采空区煤体所处环境的基础上,通过对采空区浮煤厚度、松散煤体空隙率、采空区漏风强度、工作面推进速度、采空区围岩原始温度等关键因素的分析研究,指出采空区遗煤所处环境的变化将会引起浮煤自燃过程的动态变化。