浅埋深厚基岩综放工作面覆岩结构及矿压显现规律研究

工作面覆岩结构及矿压显现规律受煤层赋存条件影响剧烈,运用理论分析、相似模拟以及现场实测相结合方法,对浅埋厚基岩条件下综放工作面覆岩结构特征及其矿压显现规律进行了研究。研究结果表明：较低的切向抗拉强度导致厚层基本顶分层垮落,高低位分层的位移空间及垮落形态存在明显差异|液压支架主要承载冒落带高度范围内岩体的重量载荷。最后通过现场矿压规律实测验证了理论分析的正确性。研究结果为类似地质条件下工作面的支架选型及矿压控制提供了重要依据。     

固体充填采煤矿压显现规律及机理分析

针对五沟煤矿邻近工作面垮落法和固体充填法2种不同采场顶板管理方式采煤,基于现场矿压显现实测结果,对比研究了同一地质条件下2种采煤方式工作面矿压显现规律。结果表明:1013垮落法开采工作面初次来压步距28 m,支架支护强度0.6 MPa,支架安全阀开启率为5%~9%,采场应力集中系数为3.76,采场覆岩"三带"特征变化,覆岩裂隙发育高度45 m;而CT101充填工作面,初次来压步距58 m,支架支护强度0.5 MPa,支架安全阀不开启,采场覆岩"两带"变化,覆岩裂隙发育高度10 m左右。在分析两者矿压显现特征的基础上,通过力学分析及数值模拟方法,对不同充实率下采场矿压显现特征、机理进行了研究,对现场实测结果进行了验证。     

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。     

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.     

大倾角松软煤层综放开采矿压显现规律研究

为了探讨大倾角松软煤层综放开采顶板活动规律,运用物理相似模拟试验与现场实测相结合的方法,研究了覆岩运移特征、顶板垮落步距及矿压显现规律。结果表明:覆岩下沉曲线呈非对称性,最大下沉量随高度增加而减小;工作面上段矿压显现强于中段,下段最弱,且两端头来压时间滞后于中部来压;工作面巷道支承压力最大值位于超前工作面17~25 m,超前工作面约40 m范围内应重点加强支护。试验结果与现场观测基本相符,为工作面支架选型提供了依据。     

薄基岩采场覆岩破断机理及风氧化带整体注浆加固技术

采用物理模拟、理论分析、现场实测等方法对厚松散含水层载荷传递作用下不同覆岩结构的采场覆岩运动规律、支架围岩关系及风氧化带整体注浆加固技术进行了研究。研究表明:采场覆岩仅有一层关键层时,随着工作面的回采,在松散含水层的载荷传递作用下覆岩大范围的垮落下沉作用于下方支架,支架受力较大,易发生压架事故;采场覆岩中有两层关键层时,垮落至高位关键层时形成"砌体梁"结构,该结构能将松散含水层传递的上覆冲积层载荷转移远离工作面支架,改善了液压支架受力状态;基于此,以顾北矿1512(3)工作面为例,针对松散含水单一关键层地质条件,从地面采用J型水平羽翼分支孔注浆方法对风氧化带进行整体注浆加固,人为的在采场上方构筑一层高位承载层,减缓了工作面来压时矿压显现程度,工作面安全开采,验证了研究结果的合理性。     

浅埋近距离多煤层采空区下厚关键层破断特征及支架工作阻力确定

针对浅埋近距离多煤层中间厚关键层破断呈现的大小周期来压现象,以神东补连塔煤矿上煤层采空区下大采高工作面为背景,采用现场实测与理论分析等方法对多煤层工作面厚关键层破断特征及矿压显现规律进行了研究。结果表明:多煤层中间厚关键层在矿山压力和自身弱面结构影响下将以分层方式垮落;根据关键层判别方法、钻孔岩芯和工作面矿压显现综合判断,垮落位置位于该岩层中部,上位厚关键层顶板形成"砌体梁"结构,下位厚关键层顶板形成"悬臂梁"结构;"砌体梁"结构对工作面矿压影响减弱,"悬臂梁"结构成为支架作用力的主要力源;正常回采时影响支架稳定的最危险状态是悬臂梁与砌体梁组合同时破断,对工作面顶板管理带来一定的困难;厚关键层在特殊情况下会产生整层破断形成"台阶岩梁"结构,应提前采取应对措施。     

彬长矿区坚硬特厚煤层综放面矿压显现特征

为了确保矿区坚硬特厚综放开采条件下安全生产,采用物理相似模拟和现场观测的方法,对综放工作面覆岩移动、矿压显现特征进行了分析研究,总结了坚硬特厚综放工作面矿压显现特征.研究结果表明,工作面来压过程中覆岩破坏范围大,支架载荷较大并具有一定的瞬时冲击性,矿压显现剧烈.可为坚硬特厚煤层综放工作面矿压显现规律的认识和顶板管理提供借鉴.     

云煤一矿两软一硬大厚差煤层顶板活动规律研究

以现场实测资料为基础,通过实验室相似模拟试验对云煤一矿两软一硬大厚差煤层上覆岩层垮落的特征及覆岩的移动规律、煤层工作面覆岩应力及超前支承压力的分布规律以及煤层工作面顶板的下沉规律进行了相关研究。研究的相关结论可指导生产实践,并为类似条件下煤层顶板控制提供理论参考依据。     

张村矿大厚差煤层顶板活动规律相似模拟试验研究

以现场实测资料为基础,通过实验室相似模拟试验对张村矿两软一硬大厚差煤层上覆岩层垮落的特征及覆岩的移动规律、煤层工作面覆岩应力及超前支承压力的分布规律以及煤层工作面顶板的下沉规律进行了相关研究.研究的相关结论可指导生产实践,并为类似条件下煤层顶板控制提供理论参考依据.     

厚煤层综采面覆岩破坏及控制应用研究

为了解决由于煤层的赋存及采面的快速推进使得采面覆岩的破坏程度增大、造成采面围岩的变形破坏进一步加大、工作面支架的支护难度增大等问题,通过理论分析结合现场实测等方法,对工作面支架及来压步距进行分析,得出厚煤层大采高采面覆岩破坏规律,并提出厚煤层综采覆岩控制支护方案,有效地解决厚煤层综采面的矿压显现及覆岩破坏问题.     

厚松散层软弱覆岩工作面“三带”发育特征与高度研究

为探究厚松散层软弱覆岩地质条件下采动覆岩运移规律,基于葛泉煤矿11915工作面采矿地质条件,采用室内相似模拟方法,分析该工作面推进时的直接顶初次垮落、高位覆岩破坏动态过程,得出该工作面覆岩垮落带、断裂带与弯曲带(简称“三带”)高度范围;分析了采动覆岩“三带”内岩层位移特征,得出位于垮落带、断裂带与弯曲带内的岩层位移曲线呈波动性递减趋势。研究结果表明：11915工作面垮落带范围为10～25 m,断裂带高度范围为43～48 m,位于48 m之上的岩层属于弯曲带范围,相似模拟结果与现场实测结果相近,验证了相似模拟实验的合理性。     

富水覆岩长壁综放开采矿压显现规律研究

为了进一步研究富水覆岩长壁综放工作面推进过程中的矿压显现机理,以大佛寺煤矿40301工作面为工程背景,采用相似模拟的方法,研究工作面推进过程中的矿压显现规律,并掌握上覆岩层在工作面推进过程中变形破断和裂隙发展规律。研究表明,综放工作面上覆岩层矿压显现明显,基本顶初次来压和周期来压步距分别为63~72 m和27~33 m,在工作面的推进过程中,上覆岩层的裂隙发展会波及洛河组砂岩,可能会对采空区和工作面产生一定程度的危害。研究结果可为大佛寺煤矿综放开采提供理论依据,对同类地质条件下的综放开采有一定的借鉴意义。     

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。     

综放开采下厚表土层移动规律研究

为研究厚表土层在综放开采条件下的移动规律,在长治矿区高河矿W1303工作面建立了地表岩移测站。通过对实测数据的分析得出了最大下沉点位于采空区上部Z29,Z30,Z32测点,并得出了一系列上覆岩层的移动角参数。通过理论分析,得出在综放开采条件下上覆岩层的移动变形表现形式分为前期和后期两种。同时得出影响上覆岩层移动的主要因素有上覆岩层岩性、关键层的位置及作用、开采尺寸、工作面推进速度及顶板管理情况等。并结合FLAC3D数值模拟软件分别模拟了表土层厚度为140、190、240 m在回采过程中的地表移动规律,得出了表土层厚度为190 m与实际地表层厚度为189.43 m的移动规律相符。因此针对厚表土层在综放开采条件下的岩层移动规律的研究可为长治矿区矿井建设提供一定的参考价值。     

深部超长孤岛工作面覆岩垮落结构特征研究

为了解决煤矿采深加大、工作面加长后工作面岩层控制的难题，通过理论分析、相似模拟、现场测试及验证，对深部超长孤岛工作面覆岩垮落结构特征及相应的矿压显现规律进行了研究，结果表明|采空区老顶的破断形态与工作面长宽比密切相关，超长工作面条件下老顶往往形成竖向“X”形破坏，并求得了基本顶上方覆岩下沉挠度函数|通过建立相似模型，分析了覆岩垮落形态和下沉曲线与工作面长度的关系，认为随着工作面长度的增加，工作面倾向极易形成砌体梁结构，使得工作面倾向有可能存在两个或多个压力峰值。并以寺家庄矿15106超长孤岛工作面为例，研究得出其工作面中部老顶并非一次性折断，而是在倾向方向分区域折断，工作面存在多个压力峰值的现象，与理论和相似模拟分析相吻合，为研究深部超长工作面覆岩垮落结构特征提供了理论依据。     

特厚煤层大采高综放工作面覆岩结构及支架工作阻力研究

为了掌握特厚煤层大采高综放工作面的覆岩结构及支架合理工作阻力,以同忻煤矿8107工作面为研究对象,采用理论分析、现场观测的方法对特厚煤层大采高综放工作面覆岩的破断和组合形式进行了研究,建立了覆岩力学模型,得出了同忻煤矿8107工作面支架工作阻力计算式。结果表明:正常开采期间,大采高综放工作面直接顶易形成具有整体性的倒台阶组合悬臂梁结构,悬臂梁结构的破断、回转是支架—围岩互馈过程中的主要压力来源;来压期间,高位砌体梁结构与低位悬臂梁结构耦合形成“砌体梁—悬臂梁”结构,砌体梁结构的滑落失稳引起悬臂梁结构的协同回转,是大采高综放工作面强冲击来压的原因;实测8107工作面正常回采以及来压时支架工作阻力分别为26 MPa(9750 kN)和40 MPa(15000kN),与理论计算结果较为吻合;8107工作面采用的ZF15000/27.5/42型四柱低位放顶煤支架能够满足生产需求。     

综放工作面矿压显现数值模拟研究

近年来,综合放顶煤开采技术成为我国厚煤层开采中应用最为广泛的技术,针对综放工作面所具有的“加长”、“快速推进”的特点,采用FLAC^3D数值模拟计算研究了其矿压显现规律,模拟分析了综放工作面不同推进速度及不同长度条件下围岩的应力场、位移场及塑性区的分布与演化规律,得出了综放工作面的矿压显现规律,为工作面支架的选型提供了依据。     

再论采场“三带”的划分方法及工程应用

为解决现有导水裂隙带发育高度确定方法存在的不足展开了研究,研究基于采场覆岩“三带”的划分展开。采用相似模拟实验、理论分析及现场验证等方法和手段,通过理论分析并结合相似模拟实验发现,一次采出煤层厚度、工作面开采范围、覆岩残余碎胀系数、关键层与煤层之间的距离以及关键层自身的运动特点均是影响采场覆岩“三带”分布的影响因素。在此基础上,提出了基于关键层稳定及断裂后运动特点的采场覆岩“三带”划分的新方法及其适用条件。应用所提方法对祁东煤矿7₁30工作面、6₁30工作面、7₁21工作面、补连塔煤矿41301工作面、潞安煤矿6206工作面实际地质与开采情况进行划分结果的验证,结果表明,新方法更接近实测数据。