大采高综采工作面采空区自燃“三带”研究

针对上湾煤矿12401大采高综采工作面采空区煤自燃防治,通过程序升温氧化实验确定CO作为煤自燃预报指标气体,并辅以C2H4来掌握煤自燃情况;在工作面采空区回风侧铺设束管对采空区气体进行监测,根据监测结果划分了采空区自燃"三带":距工作面0～32m处为散热带,32～225m处为自燃带,225m以外为窒息带;依据散热带和自燃带总长度及煤最短自燃发火期,计算出工作面最小安全推进速度约为6.4m/d。该研究结果为工作面防灭火措施制定提供了可靠依据。     

综采工作面上覆岩层位移特征相似模拟

以淮南矿业集团谢桥矿1232(1)综采工作面为工程背景,采用相似模拟实验方法,研究了煤层开采过程中上覆岩层位移特征。结果表明:①随着综采工作面不断推进,垮落角基本保持不变,垮落带和断裂带高度逐渐增大,上覆岩层受采动影响不断增大。②上覆岩层垂直位移峰值基本位于采空区中部,向两端逐渐减小,上覆岩层垂直位移曲线基本上呈对称分布;随着综采工作面推进距离增大,垂直位移峰值不断增大;随着距煤层距离的增大,上覆岩层垂直位移不断减小。     

特厚煤层充分采动覆岩下沉规律研究

大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律,采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术,对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监测与分析,结果表明:特厚煤层大空间开采早期,覆岩会超前工作面出现自上而下的岩层变形破坏现象,之后才发生自下而上正常的层组破断下沉运移;采场覆岩变形破坏呈现阶段性台阶跃升的变化特征,与关键层所处位置具有一致的对应关系,表明关键层在岩层运动中起主控作用;充分采动条件下覆岩运动出现联动下沉现象。通过物理模拟试验进一步研究了充分采动时覆岩全地层联动下沉的本质,结果表明在主关键层初次破断前,各关键层的分组分层运动趋势较明显,当主关键层初次破断后,受各关键层周期破断长度及上下岩层复合破断规律的影响,覆岩下沉运移更易呈现全地层联动现象。     

综采工作面过上覆房采区煤柱爆破应力演化规律研究

为解决下煤层采动时工作面顶板压力大、支架压死等问题,以韩家湾煤矿为工程背景,从多煤柱相互影响的角度出发,采用UDEC模拟软件对残留煤柱爆破前后的应力演化规律、顶板活动规律进行了研究。研究结果表明,下煤层采前对上层煤柱进行爆破,能够有效消除巷道围岩应力集中的问题;长壁工作面位于煤柱的正下方时,顶板垂直应力达到最大,易出现因载荷集中造成支架压死的现象。该研究成果对类似条件矿井安全开采的顶板控制具有一定的指导意义。     

无煤柱切顶留巷覆岩破坏特征及微震实测研究

为进一步研究无煤柱切顶留巷技术开采后的覆岩破坏规律,以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值模拟的研究手段,结合现场微震监测技术建立了微震波形数据库,研究了随工作面持续开采,无煤柱切顶留巷不同阶段的覆岩采动裂隙演化及应力空间展布特征,得出了工作面覆岩周期性破断规律。研究结果表明：工作面发生初次来压时的覆岩裂隙发育高度为57.6 m,切顶前中部裂隙带发育高度为95.5～96.1 m,裂采比为23.8～24.0,边缘侧裂隙发育高度为105.9～106.4 m,裂采比为26.4～26.6。切顶后工作面两侧裂隙带最终发育高度为104.3～105.2 m,裂采比为26.1～26.3,工作面中部裂隙带由于上覆岩层的不断压实弥合,最终发育高度为94.3～95.2 m,裂采比为23.6～23.8。当巷道分别处于掘进、切缝阶段,顶板位移基本没有产生改变;当其进入顶板下沉、切顶成巷阶段,顶板位移不断增大。切顶卸压完成后,巷道侧支承压力峰值增大,表明切缝之后的工作面跨度进一步增大,倾向支承压力不断增大;工作面顶板卸压效果显著,顶板产生大范围应力释放现象。在该工作面布置了微震监测系统...     

易自燃孤岛工作面安全推进速度研究

冲击地压危险性是孤岛工作面的一种自然属性,防冲减压会影响孤岛工作面正常推进速度,加大煤层自燃危险性,因而确定孤岛工作面安全推进速度时,必须要考虑防冲要求。针对以往孤岛工作面安全推进速度的确定较少考虑冲击地压危险性的问题,以济宁二号煤矿93下05工作面为研究对象,分析了终采线处上下邻近采空区的贫氧特性和工作面采空区的危险性区域分布规律,得出以下结论:当O2体积分数为6%时,煤样由初始条件氧化至达到临界温度的时间为253d,应保证工作面在253d内回采完毕;考虑防火要求,安全推进速度应不小于为3.7m/d;考虑防冲要求,优化后未保护区和保护区的安全推进速度范围分别为3.7～5m/d和5.04～8m/d。该推进速度不仅保证了93下05工作面回采期间三面采空区的煤自燃安全,而且不会给工作面带来新的冲击地压危险,确保了工作面生产周期内的安全回采。     

高应力区巷道支护结构采动破坏特征研究

高应力区巷道围岩裂隙发育,支护结构更易受采动影响而失稳破坏,而目前对巷道支护结构在采动过程中破坏演化特征的研究鲜有报道。针对双柳煤矿3316工作面地质特征,采用井下动态载荷实测、原位探测、数值模拟等方法,对3316抽采巷支护结构受采动影响破坏动态演化特征进行研究。结果表明:(1)采动对高应力区巷道支护结构动态载荷影响明显,采动影响增强系数达2.1～5.8,致使部分锚杆(索)达到屈服极限甚至发生破断,巷道围岩有失稳破坏风险。(2)采动应力增大引起围岩内部次生裂隙扩展,集中在0～2.44m范围内,围岩裂隙受采动影响系数为1.92～2.54,围岩黏聚力减小,加速支护结构破坏,导致巷道变形加剧。(3)采动对支护结构破坏影响具有显著的时效特性,工作面超过测点10～70m处支护结构受力受采动影响最明显,且两帮支护结构受力具有非对称性。通过优化锚杆强度、锚索直径及间排距等关键支护参数,可有效提高支护强度,巷道顶板变形量为146mm,较优化前减少了71.7%,实现了巷道围岩稳定控制。     

基于模糊聚类分析的采空区自燃“三带”性质研究

针对采空区内不同区域的煤自燃倾向性存在差异性的问题,采用基于模糊聚类分析的采空区自燃"三带"划分方法对不同测点数据进行了分类,分析了不同λ截距阵下各分类的差异性。分析结果表明:不同的λ值可以将数据划分为不同的类别;在一定范围内,随着λ值的增大,原有的类别可以被划分为更小的子类;当λ值增大时,采空区内距工作面较近区域的测点数据更容易被划分为更小的子类,而距工作面较远区域的测点数据分类较为稳定,则可判定距煤壁较远的采空区区域环境性质较为稳定,而距煤壁较近的采空区区域环境性质差异较大;运用F-统计量计算最优的λ,相应分类与采空区"三带"划分相吻合。     

巨厚砾岩孤岛工作面微震特征研究

为有效防治巨厚砾岩孤岛工作面的冲击地压,运用微震监测技术,开展了针对千秋煤矿21141孤岛工作面的微震时空演化特征规律及周期来压与超前支承压力之间的相关性研究。结果表明,微震事件高发区域有3个:Ⅰ区为21141孤岛工作面前方50~300m范围内,Ⅱ区为21141孤岛工作面距采区胶带下山600~900m范围内,Ⅲ区为21采区下山煤柱区域,微震事件多发生在工作面前方的垮落带;顶板周期来压前,微震事件的频次、日累计能量有所增加,顶板来压期间,微震事件的频次、日累计能量都明显高于非来压期间的事件频次及能量;大部分冲击地压发生在超前支承压力峰值范围。     

孤岛工作面冲击地压多指标监测及危险性区域划分

孤岛工作面回采过程中受煤柱应力集中和工作面动压的叠加影响,容易发生冲击地压灾害。现有方法采用单一指标对冲击危险性进行预警,存在较大的预警误差,无法全面反映采掘过程中的冲击危险性。针对上述问题,为了研究孤岛工作面回采过程中的冲击地压危险程度,以济宁二号煤矿93下05孤岛工作面为工程背景,提出了孤岛工作面冲击地压多指标监测方法,利用工作面回采过程中钻屑量、微震、钻孔应力等多指标综合分析了该工作面的冲击危险性,并根据工作面不同区域的冲击地压危险性进行了区域划分。分析结果表明:在联络巷附近及未保护区,微震日最大震动能量及震动总能量、钻屑量及钻孔应力值均明显提高,得出在孤岛工作面回采过程中,联络巷附近及未保护区是冲击地压的危险性区域。根据危险性区域划分结果,考虑到在不同区域应力集中程度的差异性,提出并提前实施了参数差异化的大直径卸压防冲措施,降低了应力集中程度,防止了冲击地压灾害发生。     

工作面覆岩破坏参数动态监测系统

钻孔冲洗液简易水文观测分析法和钻孔压、注水实验法等传统覆岩破坏参数检测方法难度大、成本高、精度不高。介绍一种利用网络并行电法仪、矿井以太网、地面远程终端组成工作面覆岩破坏参数动态监测系统。给出了详细的系统组成结构和井下采集部分的布设方式。系统可随采掘工作推进记录覆岩破坏的动态发育过程。以应用实测数据为基础,分析给出了覆岩破坏参数,对矿井安全生产具有重要的指导意义。     

动压影响下深部回采巷道围岩失稳及支护研究

以大同煤矿集团有限责任公司某深部厚煤层综放开采煤矿为背景,通过围岩地质力学测试、井下煤柱应力实测及合理煤柱尺寸确定等方法研究动压影响下深部回采巷道围岩失稳特征及支护方案。研究结果表明:顶板煤体平均抗压强度为32.08 MPa,粗砂岩平均抗压强度为89.85 MPa,4号煤层平均抗压强度为17.61 MPa;测量区域最大水平主应力为26.26 MPa,最小水平主应力为13.39 MPa,垂直应力为15.80 MPa,最大水平主应力方向为N34.4°W,原岩应力场在量值上属于高应力区;一次动压影响阶段,超前支承压力对煤柱的影响范围及影响程度远远小于工作面回采后采动应力对煤柱的影响;二次动压影响阶段,孔深8~18m处煤柱处于弹性核区,合理煤柱宽度至少为55m。提出了14103辅运输巷初始支护设计,现场工业性应用表明:在14102工作面回采期间,巷道有效断面积为巷道掘进断面积的97.5%;14103工作面回采期间,巷道顶底板移近量约为300mm,两帮移近量约为260mm,完全满足矿井安全生产要求。     

典型关键层结构下覆岩采动应力分布规律研究

针对目前对煤层支承压力的研究大多基于工作面上覆岩层结构均化处理展开,未充分考虑其内在结构影响的问题,基于岩层控制关键层理论,通过改变关键层位置、厚度等,对典型关键层结构下覆岩采动应力分布规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:随着关键层与煤层间距增大,工作面超前支承压力峰值逐渐减小,关键层下方软岩层超前支承压力峰值先减小后趋于稳定,关键层上方软岩层超前支承压力峰值先增大后趋于稳定,应力集中区域范围减小;随着关键层厚度增大,工作面超前支承压力峰值先增大后趋于稳定,上覆岩层超前支承压力峰值逐渐增大,应力集中区域范围增大。     

工作面回采对邻近大巷变形影响实测

目前大巷围岩控制及其变形理论分析与模拟分析往往对某些现场特殊条件如断层构造进行简化考虑,导致模拟结果与实际结果出现较大差异。针对该问题,以某矿回采工作面为工程背景,采用现场实测方法分析工作面开采后其邻近大巷的变形规律,研究工作面回采对邻近大巷的影响。通过历时3个月共14次巷道变形数据实测及分析,得出结论:受采动影响剧烈区域巷道变形是工作面回采、采动断层活化和交叉应力集中综合影响的结果;随着测点与工作面水平距离逐渐增大,巷道变形速度减小,说明巷道受采动影响逐渐减小;不同测点处巷道左右帮变形速度特征与顶底板类似,顶底板变形明显大于左右帮,说明巷道主要受水平应力影响;在工作面后续推进过程中,在推进至断层交面线附近时应加强巷道围岩变形监测。     

综采无人工作面自动化开采技术研究与应用

针对综采无人工作面高效开采需求,提出了以协同控制技术为核心,"三机"自动控制技术为基础,运煤设备自移控制技术为辅助,视频监控、数据平台展示为延伸的综采无人工作面自动化开采技术方案。结合黄陵一号煤矿1001工作面现场条件,介绍了该方案的具体实现。应用结果表明,该方案可自动完成割煤、移架、推移刮板输送机和顶板支护等生产流程,实现了减人提效。