综放工作面顶板灾害类型和发生机制及防治技术

综放工作面采出煤层厚度大,上覆岩层活动空间大,易发生顶板事故。为理解综放工作面顶板灾害发生机制,统计分析了部分煤矿综放工作面顶板灾害案例,按顶板条件及灾害特征将综放工作面顶板灾害分为松软顶板大面积切顶压架和坚硬顶板大面积垮落及压架2类。分别以崔木煤矿和曹家滩煤矿综放工作面为例,分析了2类顶板灾害发生特点,提出了相应顶板灾害发生机制：松软顶板工作面顶板胶结性弱,支架实际刚度不足致使顶板在煤壁处断裂,破断后易失稳,同时支架支护强度不足,最终导致切顶压架灾害;坚硬顶板工作面顶板整体性好,不易破断,悬顶到一定极限突然破断,对支架造成冲击,若断裂线在煤壁处则极易导致工作面切顶压架。结合工程实践,提出了2类顶板灾害防治技术措施：对于松软顶板综放工作面采取合理提高支架刚度、支护效率以及工作面推进速度,加强预警等手段预防大面积切顶压架灾害;对于坚硬顶板工作面除加强支架管理、合理开采设计等,还需从顶板改性入手,如采用井下区域水力压裂技术弱化顶板,防治顶板大面积垮落和压架灾害。     

采煤工作面顶板灾害监测系统的应用

针对国内煤矿采煤工作面顶板监测系统缺乏对监测数据进行深入分析,无法提供顶板灾害预警的现状,研发顶板灾害监测系统,监测支架工作阻力、煤岩体受力、顶板离层等参量,并结合煤矿具体条件进行采煤工作面顶板灾害预警。经过大量的现场实践,取得了良好的应用效果。     

工作面顶板灾害类型、监测与防治技术体系

为了解决坚硬顶板采场来压强度等级评估的不确定性问题,在力学分析的基础上,从顶板条件、地质条件、开采条件和其他条件等4个方面选取14个指标因素,采用序关系法确定主观权重、改进的CRITIC法确定客观权重,运用博弈论组合赋权,得到最佳综合权重,构建坚硬顶板采场来压强度等级评估云模型。通过云相似度测算,提高评估结果的精确性。以淮南张集矿区11129工作面为例,对9-2煤层上覆坚硬顶板来压强度等级进行评估,应用表明：所提方法综合考虑评价对象的主客观因素,权重分配科学合理,评估结果与实际情况一致,能为现场顶板弱化工作提供理论依据。

     

坚硬顶板工作面初次来压监测与防治

采用关键层理论对坚硬顶板工作面初次来压步距进行了理论分析,提出了矿压防治措施,并通过液压支架在线监测进行及时监测预报。研究表明,预测8939工作面初次来压步距为62 m~93 m,液压支架应力监测达到32.9 MPa时有来压迹象,应力达到41.8 MPa时工作面初次来压,实际来压步距约107m,与理论值较为相近。为减缓矿压显现强度,提出了爆破放顶和钻孔卸压措施,使8939工作面矿压显现得到有效的缓解,保证了工作面的安全回采。     

综放工作面坚硬顶板弱化爆破防治冲击地压技术

为了防止综放工作面尾巷冲击地压的发生,基于忻州窑煤矿11号煤层综放工作面的赋存和开采技术条件,经研究确定对尾巷煤柱坚硬顶板实施弱化爆破卸压技术,并利用数值模拟分析得出了合理的爆破参数.结果表明:炮孔水平投影距离达到2/3煤柱宽度时,炮孔可至应力集中区域,爆破卸压效果较好;炮眼间距为6m时爆破裂隙能贯通,爆破效果优于间距8m;通过顶板弱化爆破技术使煤柱内的应力降低了60％,有效防止了8935综放工作面尾巷冲击地压的发生.     

坚硬顶板工作面冲击地压监测预警技术

针对坚硬顶板和高应力的开采条件,提出了冲击地压远近场联合监测预警技术。采用ARAMISM/E微震监测系统进行远场监测,对工作面开采过程中微震事件的时空演化规律进行分析,确定冲击地压预警指标b、η、M_m、A(b)的值分别为0.58、1.52、2.32、7.85,建立联合指标对冲击地压进行预报。采用电磁辐射和煤体应力进行近场监测,确定工作面和两回采巷道电磁辐射强度预报值分别为154、131、136 mV,结合煤体应力等值线的变化,对冲击危险性进行评价。应用实例表明,采用冲击地压远近场联合监测预警技术后,成功预测了数次冲击地压,取得了较好的预测效果。     

综放工作面切顶压架原因分析及防治技术

为解决铁北矿综放工作面矿压显现强烈,频繁发生切顶压架事故的难题,通过现场观测和理论分析可知,特殊顶板条件及支架工况差是导致切顶压架事故发生的主要原因,采用KJ21顶板灾害监测预警系统,对反映支架工况的支架初撑力、支架循环末阻力、支架安全阀开启、周期来压步距、支架不保压、支架不平衡等6个关键指标进行监测分析,采用数理统计和类比方法分析监测数据得到了导致工作面发生切顶压架事故的5个主要原因,据此提出了防止工作面切顶压架事故发生的措施。结果表明,对工作面支架工况进行监测分析有利于预防切顶压架事故发生,使工作面平均月产量由原来的17万t提高至25万t以上。     

坚硬顶板工作面冲击地压远近场联合监测预警技术

针对坚硬顶板和高应力的开采条件,提出了冲击地压远近场联合监测预警技术,采用ARAMISM/E微震监测系统进行远场监测,对工作面开采过程中微震事件的时空演化规律进行了分析,确定冲击地压预警指标值,建立联合指标对冲击地压进行预报。采用电磁辐射和煤体应力进行近场监测,确定工作面和两回采巷道电磁辐射强度预报值,结合煤体应力等值线的变化,对冲击危险性进行评价。应用实例表明采用冲击地压远近场联合监测预警技术后,成功预测了数次冲击地压,取得了较好的预测效果。     

轻放工作面坚硬顶板初次放顶

针对柴里矿374工作面坚硬顶板初次放顶难的问题，采取了放顶措施，同时进行矿压观测，减少了初次放顶带来的危害。     

我国煤矿顶板灾害的特点及防控技术

简述了采场顶板灾害预警技术发展的理论基础,归纳总结了超前段、采场支架、采空区三大类实时监测预警系统,系统梳理了锚杆支护巷道矿压、钻孔应力、电磁辐射、微电流、微震/地音、采场支架阻力、采空区风压等各类在线式监测预警系统的预警原理及测站布置。在此基础上,指出了当前煤矿采场顶板实时监测预警系统存在的不足,并对采场顶板实时监测预警系统的进一步融合发展与体系化应用进行了展望与初步构想：基于各类在线式监测系统的多源信息,实现采场顶板灾害融合预警及矿井灾害预警系统的制度化管理。通过综合分析各类在线式监测预警系统的技术现状,为采场顶板灾害实时预警系统的进一步发展指明方向。

     

回采工作面的矿压和顶板管理

本文从工作面顶板岩层的性质、回采工作面矿山压力主要显现、回采工作面围岩的受力特征、影响支承压力的因素和回采工作面围岩的运动特征等五个方面介绍了矿山压力的特征和规律及处理方法     

软弱围岩工作面回撤过程中顶板运移规律研究

为了研究软弱围岩条件下综采工作面回撤过程中顶板运移规律,通过对昌汉沟矿综采15104工作面约80m末采区和回撤通道19d的现场矿山压力监测,详细记录了支架与围岩在工作面回撤前与回撤时的压力分布情况,以及矿山压力显现规律。根据理论分析计算,得出了在软弱围岩工作面回撤过程中顶板运移规律,对指导实践提供了理论依据。     

多通道远程实时地压监测系统在地下矿山的研究与应用

结合地下采矿工程地压监测的需要,根据矿山的地压活动特点,研究地压监测系统的结构组成,对硬件系统、软件系统、网络系统进行研究与设计。通过实时连续数据信息采集、位移变化分析,依靠网络传输技术,得出矿山的地压活动特点及空区的稳定性情况,实现矿山地压活动实时监测预警,为采矿的安全、经济和高效提供保障。     

采煤工作面水害电法精细探测技术

为了避免工作面回采过程中形成突水威胁,在工作面形成通风系统后,通过采用矿井瞬变电磁法和矿井音频电透视法等较为成熟的工作面内部区域电法探测技术,对工作面区域富水性进行有效监测,建立了煤矿工作面回采前预报含水体的精细技术方法。结果表明:矿井瞬变电磁法可以多角度多层位探测,对工作面顶、底板方向不同深度含水体能较好的圈定分布范围;矿井音频电透视法可以单层位定向探测,对工作面内部煤层层位进行较好的圈定含水体;综合采用矿井瞬变电磁法和矿井音频电透视法对工作面内部区域进行全面的探测,可以实现工作面区域全方位精细探测。     

Towards the development of integrated monitoring system for retreat mining operations

Through cooperative research between the government, the private sector, mining companies and equipment manufacturers, considerable progress had been made during the last decade in studying the mechanics of strata failure and acquiring the knowledge needed to develop an integrated monitoring system for assessing local roof stability. Because of higher geotechnical risks in retreat mining operations, it was both important to develop panel layout designs that control convergence and stress and to monitor ground response during operations to verify designs and provide warning of impending stability problems. For detecting both localized roof stability problems and global overburden collapse mechanisms, the proposes an integrated panel-wide monitoring system which combines the capabilities of load rate monitoring of mobile roof supports (MRSs) with deformation measurements using an extensive array of sensors located near the mining face and throughout the panel. Two monitoring methods for the detection of localized roof stability problems have been evaluated on the basis of mine measurements and numerical modeling considerations. These are load rate monitoring of the hydraulic cylinders of mobile roof support (MRS) and re mote monitoring of roof movements. Analyses of field data in retreat sections show that roof instabilities are influenced by: (1) pillar failure, (2) pillar yielding, (3) mine seismicity (bumps), (4) geologic structures, and (5) panel layout designs and practice. Pillar yielding and unloading can be conveniently monitored by the load rate monitoring device, but to detect impending localized roof falls, additional ground deformation measurements are needed near the mining face. By increasing the number of deformation measurements in the entire panel, additional safeguards can be achieved for detecting overburden collapse mechanisms while continuously monitoring local roof stability close to the retreat line.     

特大城市矿山环境与安全监测智能预警平台研究应用(增刊)

随着特大城市工程建设的纵深发展,地铁、高速干线等重大建设工程往往密集分布与城市边缘之地的矿山及周边,产生了诸多矿山环境与工程建设交织的环境安全,引发了极端天气来临时政府应急部门的重视。因此,对城市重大工程建设相邻废弃矿山环境与安全监测预警就显得尤为重要。一种融合多种功能智能监测预警平台应用到了受相邻重大工程建设影响的矿山环境监测领域,以深圳横窝水田废弃石场为例,实时为工程建设和矿山环境服务。     

薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数研究

针对薄直接顶大采高工作面顶板垮落后不能及时充满采空区,造成上覆厚硬顶板在工作面侧向形成悬臂梁结构,进而向留巷侧传递覆岩压力导致留巷围岩破坏失稳的现象,以某矿12408工作面薄直接顶、厚硬基本顶条件为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,研究了薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数。建立了留巷顶板的力学模型,量化了未贯穿面的拉应力与切顶高度和切顶角度的关系,确定了未贯穿面拉应力随切顶高度和切顶角度的变化规律,得出了切顶角度一定时,未贯穿面处的拉应力与切顶高度近似指数函数规律分布,拉应力随切顶高度的增大而增大,且增长速率逐渐加快;切顶高度一定时,未贯穿面处的拉应力随切顶角度的变化曲线呈抛物线形,随着切顶高度增大,未贯穿面处的拉应力超过极限所需的切顶角度的范围也增大。数值模拟方法分析了留巷中锚索轴力变化系数的变化规律、区段煤柱和相邻巷道竖直方向应力的分布特征,确定了11 m的切顶高度和大于0°的切顶角度即可切断顶板间的应力传递。现场考虑到实际岩层赋存条件的复杂多变、爆破后切缝面的不平整性和贯通程度的差异性以及保证厚硬顶板在矿山压力作用下顺利垮落,采用13.6 m的切顶高度和10°的切顶角度,结合顶板垮落后的碎涨系数,理论验证了顶板垮落后的高度大于工作面实际高度,即垮落顶板能够及早支撑上覆岩层,减轻覆岩运动对留巷和煤柱稳定性的影响。现场监测到巷道顶底板及两帮变形量较小,围岩较稳定,验证了数值模拟结果的可靠性以及切顶卸压技术的可行性,可为类似条件的切顶留巷提供借鉴和参考。