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。     

特厚煤层大采高综放工作面矿压及顶板破断特征

针对大采高综放工作面覆岩活动空间大、开采扰动强烈的特点,以不连沟煤矿特厚煤层大采高综放开采为背景,采用现场实测和理论分析等方法对大采高综放采场矿压及顶板运移破断特征进行分析,建立了大采高综放采场周期来压岩层破断的力学模型,得出了液压支架工作阻力的计算方法。结果表明:大采高综放工作面来压时安全阀开启频繁、顶板快速下沉,额定工作阻力13 800 kN的液压支架不能满足顶板控制的需要;开采空间的增大、直接顶厚度增大,低位基本顶转化为直接顶成为悬臂结构、高位基本顶形成砌体梁,二者形成"上位砌体梁-下位倒台阶组合悬臂结构";工作面来压强烈、动载明显、持续时间短的矿压现象是由于高位砌体梁结构滑落失稳造成的,据其力学特征确定了液压支架的工作阻力。     

2303综放工作面矿压显现规律研究

为了降低煤炭开采引起的矿压对矿井生产影响,以三元中能煤矿2303综放工作面为工程背景,采用现场实测方法对厚煤层综放开采工作面矿压显现规律进行分析,选用估算法对综放支架支撑强度进行校核。研究结果表明:2303综放工作面初次来压、周期来压步距分别为39.7、20.57 m,来压期间液压支架工作阻力增加系数分别为1.45、1.32,来压期间采面中部支架工作阻力明显高于上、下端头支架工作阻力;采面超前支承压力影响范围约为36.5 m,建议超前40 m对回采巷道进行支护;估算法计算得到的支架工作阻力为3795 kN,选用ZF5400/17/32型液压支架可以满足开采需要。     

坪上煤业厚煤层综放工作面矿压特征规律与支架适应性分析

通过对15206厚煤层综放工作面回采期间覆岩顶板破断失稳规律进行理论分析,以及对回采期间支架工作阻力的分布状态和工作特性进行分析。结果表明:工作面的周期来压步距约为14.5m,来压期间影响范围约为3.31m。     

深埋煤层覆岩结构与支架工作阻力研究北大核心

针对深埋煤层大采高工作面覆岩结构复杂,矿压现象强烈的特点,以羊场湾煤矿为工程背景,采用理论分析、相似模拟、现场实测等方法,建立羊场湾矿大采高覆岩结构力学模型,对大采高综放工作面覆岩结构的断裂和液压支架工作阻力进行综合性研究。研究表明:正常回采期间,基本顶未达到极限垮落距之前,直接顶和部分基本顶破断并不能充填采空区,以至工作面上方形成倒台阶式的“悬臂梁”结构,液压支架主要作用于防止悬臂梁结构发生回转失稳;来压期间,基本顶连同上部两岩层破断垮落充填采空区,工作面上方形成“砌体梁-悬臂梁”结构,液压支架一是提供防止直接顶“悬臂梁”结构发生回转失稳的压力,二是提供防止基本顶“砌体梁”结构回转的压力。     

同忻矿特厚煤层大采高综放孤岛工作面支架选型研究

孤岛工作面回采期间的强矿压问题一直以来是制约孤岛工作面安全高效生产的主要因素。8102孤岛工作面为同忻矿特厚煤层高强度综放工作面，为解决工作面可能面临的强矿压问题，提高工作面回采效率，应用ABAQUS软件对8102孤岛工作面回采期间矿压规律进行了研究，运用悬臂梁理论计算了工作面回采期间支架所应满足的最小工作阻力，并依此确定了工作面合理的综放液压支架型号。研究结果表明，回采期间工作面最大垂直应力可达27.42 MPa，应力集中系数为2.61；8102孤岛工作面周围采空区未充分采动，工作面回采可能面临着强冲击矿压的风险；理论计算得出液压支架工作阻力应不低于20 866.4 kN，最终确定同忻矿8102孤岛工作面选用ZF21000/27.5/42型大采高放顶煤液压支架。     

大倾角厚煤层放顶煤开采覆岩活动特征

为了分析13102工作面放顶煤开采后的覆岩活动特征,本文采用UDEC数值模拟的方法对仰斜开采放顶煤开采后的覆岩活动特征进行研究。模拟结果显示,随综放工作面的不断向前推进,工作面直接顶随采随冒,基本顶也将不断的破断和垮落,但基本顶回转量较大,破断顶板相互间未能铰接形成"砌体梁"结构,致使综放工作面矿压显现较为剧烈,从而导致综放工作面液压支架的工作阻力呈现较大值,尤其是液压支架的尾部受到顶板压力较大。     

特厚煤层大空间综放采场覆岩运动及其来压规律研究

为实现复杂条件下特厚煤层综放工作面安全高效开采,采用理论分析、相似模拟试验和微震监测等多种方法,对极近距采空区下特厚煤层综放采场大空间覆岩结构形式及其运动规律和覆岩来压机理进行研究。结果表明:1)上部2#煤层的开采,从下向上的上覆岩层依次发生垮落、断裂和弯曲下沉运动,上覆岩层完整性得到破坏,且不易积聚弹性能,降低了下部极近距离特厚煤层综放工作面顶板动压系数和来压强度;2)考虑上部煤层的采动影响,在特厚煤层综放采场,上覆岩层下沉运动空间大,采动围岩超前破坏范围大,基本顶岩梁岩块数量多于一般综放采场,且其下沉运动主要为回转失稳或剪切滑落失稳,采场覆岩动压发生的可能性降低;3)相似模拟试验、微震监测和现场实测等结果与理论分析基本吻合,特厚煤层综放采场覆岩超前远距离破坏范围达400 m;4)支架工作阻力和现场矿压实测结果表明,支架工作状态较稳定,来压动载系数平均1.19～1.22,支架来压步距离散性较大、规律性不强,工作面整体来压强度较小。结果可为类似条件下特厚煤层综放工作面支架选型、顶板控制、高效生产等提供参考。     

复杂坚硬岩层特厚煤层综放开采工作面液压支架适应性研究

针对15 m以上特厚煤层综放开采扰动强烈、矿压显现明显、液压支架工作阻力难以确定的问题。以大同矿区特厚煤层千万吨矿井为研究对象，采用理论计算、数值模拟和现场实测的方法，建立了特厚煤层综放开采“近场悬臂结构+远场砌体结构”覆岩系统模型，确定了该条件下液压支架工作阻力确定方法，揭示了控制远场砌体结构的中高位坚硬岩层结构失稳是液压支架工作阻力异常的关键原因。建立了基于FLAC的液压支架工作状态和支护阻力数值模拟分析方法，对比分析了中高位坚硬岩层处理前后，大同矿区特厚煤层开采四柱式液压支架的适应性，并采用液压支架工作阻力实测数据对其进行了验证。实测结果表明：中高位坚硬岩层压裂处理后，来压期间液压支架整体平均工作阻力可降低约15%，增强了现用支架的适用性。研究成果提出了一种液压支架适应性分析方法，可为支架选型、设计提供参考。     

大采高综放工作面回采期间覆岩结构破断研究

以大同某煤矿8107大采高综放工作面为研究背景,通过建立理论力学模型研究了回采过程中顶煤覆岩高位的"砌体梁"结构与低位的"悬臂梁"结构耦合形成的"砌体梁-悬臂梁"结构,以及合理的支架工作阻力。现场实测8107工作面正常回采以及来压时支架工作阻力分别为26 MPa和40 MPa,与理论计算结果较为吻合。说明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。     

浅埋特厚煤层综放面支架合理工作阻力研究

在浅埋特厚煤层综放开采覆岩运移特征的基础上,提出基于控顶效果及工作面支架来压超限比例的工作阻力反演优化法。具体为统计4个工作面支架工作阻力指标,即:额定阻力、均值阻力、均值偏阻力和均值上阻力,考虑2个评判标准—控顶效果与支架压力超限比重来确定工作面合理的工作阻力,基于核算的工作面阻力,采用类比法设计相邻工作面的合理工作阻力,结合现场监测对支架工作阻力进行反馈及修正。金地煤矿1322工作面支架工作阻力监测数据表明:修正后相邻工作面液压支架在来压期间,其工作阻力值是核算的额定工作阻力值的80%~90%;液压支架工作良好,并未出现立柱收缩或压架等现象。     

特厚煤层坚硬顶板综放开采矿压特征及覆岩破断规律研究

同忻煤矿主采石炭系3-5号煤层,平均煤厚约为15 m,其顶板主要由砂岩和砾岩组成的坚硬顶板。上部侏罗系内赋存有四层煤层,大部分已被开采,在坚硬顶板和煤层群遗留煤柱条件下,工作面回采期间矿压显现强烈。通过对同忻煤矿8309工作面现场矿压监测,分析工作面支架循环末阻力,得到工作面初次来压步距为70～75 m,周期来压步距为10.69～44.36 m,来压期间最大工作面阻力为15 873.15 kN.利用3DEC数值模拟软件对8311工作面回采过程中上覆岩层的运动规律进行模拟,随着工作面向前推进,工作面逐渐呈现“下位悬臂梁与上位砌体梁”结构,得到了上覆坚硬顶板破断、失稳、垮落的特征规律。为具有类似条件的综放工作面回采提供可靠参考。     

近距离煤层采空区下支架工作阻力分析及适应性研究

为对近距离煤层采空区下81220工作面液压支架进行合理选型,针对工作面覆岩结构的判断,得出基本顶以砌体梁的形式存在,进而建立81220工作面支架的力学模型,结合的具体情况得出所需支架的初撑力及工作阻力,确定采用ZZ5200/25/47型液压支架,并进行矿压监测。结果表明:回采过程中,支架的工作阻力在1772.6kN～4726.9kN之间,工作阻力的富裕系数为9.1%～65.9%,支架的适应性较好。     

三元煤矿超长综放工作面矿压显现规律研究

为了掌握超长综放工作面矿压显现规律及发生机理,采用现场实测和理论分析的方法对三元煤矿1312超长综放工作面回采期间的矿压显现特征、液压支架适应性和周期来压规律进行了研究。结果表明:工作面平均初次来压步距18.3 m,周期来压步距8.4 m,支架动载系数1.38,平均初撑力4 913 kN,来压期间平均循环末工作阻力9 741 kN,前柱平均工作阻力大于后柱1 557 kN。主关键层的破断距离和对支架的载荷与实测的平均周期来压步距及来压期间循环末工作阻力基本一致,工作面矿压显现受上覆主关键层破断后回转运动的影响,与亚关键层的运动关系不大。     

特厚煤层综放开采矿压显现规律的采厚效应研究

针对特厚煤层综放工作面矿压显现强烈,且对于矿压显现与煤层采厚间关系认识不足的问题。以芦子沟煤矿3106特厚煤层综放工作面为背景展开研究,首先对采厚为17 m和30 m两种特厚煤层高强度开采条件下支架工作阻力进行了监测分析,研究结果表明:2种条件下矿压显现规律具有一定的相似性。通过室内物理相似模拟试验建立了2种采厚条件下大空间采场覆岩结构力学模型,并分析了其对矿压显现的作用机制,指出采厚30 m时覆岩呈"下位直接顶悬臂梁-上位直接顶简支梁-基本顶铰接岩梁"的结构特征,使得直接顶和基本顶回转变形对支架作用力不增反减,导致矿压显现规律并没有随煤层厚度增加而变得强烈。     

基于微震监测的特厚煤层综放开采覆岩运移规律研究

为研究斜沟煤矿23103工作面浅埋特厚煤层综放开采的覆岩破断运移特征,采用高精度微震监测系统,监测三维空间范围覆岩破裂发生的位置及释放能量。监测结果表明：覆岩低层位范围内,微震事件发生密集。高位岩层破裂时,同步伴有低位岩层破裂事件的发生,表明了高位岩层破断失稳,易造成下赋低位岩层的同步破断失稳,并进一步对工作面矿压产生影响。基于微震监测的覆岩破断失稳规律研究,为矿井矿压控制及顶板灾害预控提供了科学依据。     

特厚煤层综放工作面合理区段煤柱宽度研究

以斜沟煤矿23110综放工作面合理的区段煤柱宽度留设为背景,通过理论计算和FLAC~(3D)软件建立模型,研究上区段23112工作面及下区段23110工作面回采时,不同区段煤柱宽度下煤柱的应力分布情况,确定了23110综放工作面的区段煤柱宽度为20 m.现场23110工作面的回风顺槽内布置的钻孔应力计测点数据显示,23110综放工作面回采过程中20 m宽煤柱内支承压力曲线呈现"马鞍型",煤柱中部的弹性核宽度大于2倍采高,可保证该综放面的安全回采。     

大倾角特厚煤层综放工作面支架选型及工作阻力研究

基于支架与围岩相互作用关系的理论,以山西宁武孟家窑煤矿5#煤层综放工作面为研究背景,采用数值模拟方法对大倾角特厚煤层综放工作面支架的工作阻力进行了模拟研究。研究结果表明:当支护强度大于0.95 MPa,支架工作阻力为6 400 kN时,液压支架具有更好的护帮和护顶效果,并通过工业试验验证了模拟数值的正确性,研究结果对大倾角特厚煤层综放工作面支架的选型具有指导作用。     

大柳塔煤矿52煤7m大采高综采工作面支架工作阻力分析

为了提高液压支架选型的合理性,实现7m大采高工作面的安全高效生产,本文通过对大柳塔煤矿7m大采高52303工作面、52304工作面初采、正常回采、末采期间的的矿压进行实测,得出大采高工作面周期来压较明显,来压时煤壁片帮严重、顶板下沉明显,易冒顶,来压期间支架工作阻力沿工作面倾向呈"几"字型分布的矿压规律。并分析了支架的受力特点,通过经验及理论公式对工作阻力进行了分析,并结合覆岩运动规律及形成的结构,给出了支架工作阻力确定公式及合理的工作阻力,即16800kN液压支架处于高位运行状态、18000kN液压支架工作阻力相对不足,目前大柳塔煤矿52煤使用的支架不能满足安全生产的需求,合理的工作阻力应为18550k~21586kN。     

浅埋深厚松散层综放工作面支架工作阻力下限值的确定

采用相似模拟和理论分析相结合的方法对浅埋深厚松散层综放工作面覆岩结构特征及支架工作阻力下限值的确定进行了研究。研究发现：当采厚和基岩层厚度相同、松散层厚度不同时,浅埋深厚松散层特厚煤层综放工作面覆岩均以“组合悬臂梁-铰接岩梁-拱”的结构形式存在;基于该覆岩结构模型计算得出了浅埋深厚松散层特厚煤层综放开采支架工作阻力下限值的解析计算式。现场应用结果表明：支架工作阻力解析式计算合理,依此确定的支架架型能够满足支护顶板的要求。