浅埋近距离房柱采空区下顶板活动规律与支架支护强度计算

为了保障浅埋近距离房柱采空区下方综采工作面的安全高效开采,以大地精煤矿为工程背景,采用数值模拟和理论分析的方法分析了房柱采空区下综采工作面的顶板活动规律以及支架的合理支护强度。结果表明:2#煤层采留煤柱的应力影响深度约为20 m,对于3#煤层老顶活动规律和支架的支护强度产生影响;在房柱采空区下,综采工作面的破断失稳方式呈现滑落失稳和回转失稳的周期性变化趋势,同时分析得到了残留煤柱产生的应力集中系数约为1.30。理论计算结果表明,在该类条件下一般浅埋工作面的合理支护强度为0.82~0.93 MPa,考虑残留煤柱的应力集中可以得到房柱采空区下综采工作面的合理支护强度为1.07~1.21 MPa。     

浅埋近距离煤层群房柱采空区下支架合理支护强度确定

为了确保浅埋近距离煤层群房柱采空区下综采工作面的安全高效开采,采用数值模拟和理论分析的方法研究了房柱式采空区下工作面支架合理支护强度。研究表明,房柱采空区残留煤柱集中应力影响的深度约为20 m,下部工作面回采时应考虑集中应力的影响,残留煤柱对下部工作面开采合理的应力集中系数为1.30;并根据“短砌体梁”理论,计算得到了大地精煤矿房柱采空区下综采工作面支架合理支护强度为1.07～1.21 MPa。该研究方法和结果对类似条件下综采工作面支架合理工作阻力的确定具有借鉴和指导意义。     

房式采空区下长壁回采顶板垮落特征研究

以鄂尔多斯地区房式采空区下煤层长壁开采为主要研究对象,采用支架工作阻力观测、理论分析了房式采空区下煤层长壁开采围岩应力场的分布和顶板的垮落特征,根据采场支架工作阻力的分布特征,认为房式采空区上部覆岩在一定的采高范围内存在上部大结构,综采工作面顶板及上方煤柱形成小结构,上部覆岩大结构与下部顶板小结构垮落的不同周期性,将会引起工作面周期来压的不等距和来压强度的不等强性。     

浅埋煤层房柱式采空区下长壁开采矿压显现特征

以鄂尔多斯地区浅埋煤层房柱式采空区下煤层长壁开采为主要研究对象,通过理论分析、现场矿压实测等方法,得出房柱式采空区上部覆岩在一定的采高范围内存在叠合梁结构,并且上位基本顶结构为固定梁,下位基本顶结构为悬臂梁,房柱式采空区煤柱及以下顶板构成直接顶;在上位固定梁的回转力矩作用下,下位悬臂梁周期性折断,其动载荷通过房采区煤柱传递给采场支护结构。上位悬臂梁与下位悬臂梁失稳的不同周期性,会引起工作面周期来压的不等距和来压强度的不等强性,是长壁采场支架失稳的主要原因。     

浅埋工作面上方集中煤柱预爆破效果微震监测研究

石圪台煤矿31201综采工作面过上方房式采空区集中煤柱后,上覆岩层的大范围运动造成下煤层综采面大量支架压死。基于岩体力学理论,分析了深孔爆破对上方集中煤柱的破坏机制,破坏煤柱完整性使房柱采空区上覆岩层超前破坏;探讨了实现房柱采空区大范围上覆岩层缓慢释放能量及渐进破坏的机理。基于微震监测结果,对比分析了集中煤柱爆破后覆岩破坏特征,探讨了集中煤柱爆破效果。结果表明,基于微震监测结果的爆破效果评价方法是合理的,符合现场实际情况。     

房柱式采空区下长壁工作面覆岩宏观变形特征研究

基于鄂尔多斯矿区房柱式采空区下长壁工作面回采实际情况,采用理论分析、现场实测和数值模拟相结合的方法,对该条件下工作面覆岩宏观变形特征进行了研究。结果表明,房柱式采空区下长壁工作面顶板结构呈现上部大结构和下部小结构的特征,大结构和小结构交互影响,导致支架循环末阻力和来压判据较实体煤下和长壁采空区下都大,遗留煤柱下方工作面煤壁处存在应力集中异常区,工作面片帮和切顶危险增加,更易导致采场支架失稳。     

房柱采空区下长壁开采工作面支架支护强度研究

分析了房柱采空区下长壁开采顶板结构,认为房柱式采空区上部覆岩层基本顶在一定的采高范围内存在"叠合梁"结构,建立了支护强度理论分析模型,与数值结合进一步确定了鄂尔多斯凯达煤矿1603中房柱式采空下长壁综采工作面合理支护强度,开采实践验证了该方法的合理性。     

近距离房柱采空区下长壁采场顶板垮落特征研究

为了研究近距离房柱采空区下长壁采场覆岩随时间变化的渐进破断过程和采动裂隙的发展演化规律,以唐山沟煤矿某工作面为工程试验背景,采用物理相似模拟、顶板下沉梯度分析和图像增强算法方法研究了11-2煤房柱式开采后下部近距离的12煤长壁采场顶板岩层破断垮落及裂隙扩展情况.通过实验观察,并从能量释放的角度对岩层运移变化进行分析,结果表明:在近距离房柱采空区下,采用长壁回采工艺时,上部煤柱随时间变化产生破裂失稳,上覆岩层的能量以周期性的方式积累和释放,同时,每隔一个大的周期,有较大能量的突然释放.在此过程中,长壁采场顶板裂隙发育明显,裂隙扩展迅速,裂隙易与上部房柱采空区煤房导通,加速煤柱失效,并形成导水通道.     

房柱采空区下特厚煤层开采煤岩垮落特征相似模拟试验研究

针对房柱采空区下特厚煤层开采覆岩垮落运移引起冒顶压架的灾害问题,以斜沟煤矿13号煤层大采高放顶煤工作面为工程背景,运用相似模拟试验,对房柱式采空区下特厚煤层开采覆岩垮落特征进行分析。研究结果表明:底煤开采过程中有着明显的顶煤初次垮落,直接顶初次垮落,基本稳定在0.23 m(23 m)左右;进出煤柱时,压力较大,围岩破碎严重,且可能与老采区裂隙带贯通造成突水、瓦斯突出等事故。研究结果可为了类似条件下覆岩垮落规律提供依据和参考。     

特厚煤层大采高综放工作面小煤柱沿空掘巷技术应用

以特厚煤层大采高综放工作面为研究对象,分析了特厚煤层大采高综放工作面端部覆岩活动范围、裂隙场分布、运动特征及结构特征,提出了大采高综放工作面开采后,采空区端部存在三角滑移区结构合稳定的应力降低区,有利于小煤柱沿空掘巷的布置和小煤柱巷道维护;根据采空区上覆岩层运动特征及时空关系,确定了小煤柱沿空掘巷的合理位置及时间;在塔山矿一侧采空一侧实体煤、麻家梁孤岛工作面和同忻矿上煤层遗留煤柱下孤岛工作面等不同条件下实施小煤柱沿空掘巷。结果表明,与同等条件下的大煤柱相比,小煤柱沿空掘巷降低了巷道变形量,改善了巷道维护状况,提高了煤炭资源回采率,技术经济效益明显。     

相邻综采工作面采空区覆岩压力分布特征研究北大核心

工作面推采后,采空区压力要经历1个从增长到稳定的过程,在此期间,采空区压力大小分布及增长速率对工作面安全生产及周边巷道支护有着直接影响。为深入研究相邻采面推采后采空区覆岩压力分布特征,通过现场数据实测以及理论分析相结合的方法,对相邻综采工作面采空区覆岩压力分布特征进行研究,得到了采空区压力在走向及倾向方向上的分布规律。结果表明:采空区覆岩压力稳定后,采空区倾向覆岩压力呈“□”类抛物线型分布,具体表现为采空区中部>采空区下部>采空区上部;采空区走向覆岩压力变化分为压力值初始增长期、压力值缓慢上升期、压力值快速增长期、压力值逐步稳定期4个阶段。     

浅埋近距离煤层工作面过上覆房柱采空区微震监测

采用微震监测技术,对浅埋近距离煤层群综采工作面过上覆房柱采空区过程中,房柱采空区煤柱卸压预爆影响范围、微震事件能量区域分布特征、工作面超前支撑压力影响范围进行了监测。     

神东矿区房采采空区下综采工作面动载矿压防治技术

神东矿区早期由于设备、回采工艺及历史原因等采用了房柱式开采。该工艺回采率低,遗留了大量煤柱,造成下层煤开采时矿压显现剧烈并存在有毒有害气体,严重影响采掘安全。鉴于此,阐述了房柱式采空区下综采工作面动载矿压的形成机理,可概括为3个阶段:1上覆房采煤柱受二次采动影响发生崩解破坏,顶板出现裂隙和弯曲下沉;2下分层综采工作面的破坏裂隙扩展至整个岩层;3上覆残留煤柱的回旋断裂与下分层综采工作面周期来压叠加,形成动载矿压。总结了安全掘进和回采的技术方案,主要包括3方面:1设计初期,合理布置采掘工作面位置;2回采时采用微震监测、矿压监测、地表裂隙与沉降观测的技术措施;3采用的工程措施主要有残留煤柱爆破、地表预裂技术及采空区充填。     

浅埋房柱式采空区煤柱稳定性及控制研究

老采空区受矿区早期采煤方法的限制,具有较强的隐匿性,很难得到有效治理,为其地表构筑物建设带来巨大挑战。以昌盛煤矿房柱式老采空区治理为工程背景,采用理论分析、钻孔勘探、数值模拟以及现场瞬变电磁勘查等方法,分析了房柱式采空区覆岩裂隙特征;判别了房柱式采空区上地表的稳定性,数值模拟进一步分析得出,在新的单位载荷作用下,采场中央遗留煤柱将发生活化失稳,引起采场所有煤柱发生多米诺骨牌式破坏,进而导致房柱式采空区地表发生失稳。基于对房柱式采空区稳定特征及浆液在房柱式采空区流动的特性提出了散点式注浆充填方案,给出了浆液配比及注浆工艺。现场瞬变电磁勘查结果表明,散点式注浆充填法能有效实现老采空区的充分均匀充填,注浆效果整体良好,同时该方法可为对类似老采空区地表治理提供参考。     

房柱式采空区对下分层复采矿压显现的影响规律研究

为了掌握房柱式采空区内非规则煤柱对下分层复采矿压显现的影响规律,采用数值模拟方法对采空区内煤柱的完整度与矿压显现的关系进行研究,采用物理相似模拟的方法对比分析了煤柱在不同完整度条件下复采工作面上覆岩层的运移、破断规律,据此采用理论分析揭示了煤柱完整度和高低位砌体梁结构稳定性对复采矿压的影响机制,并通过现场观测进行了验证。结果表明:房柱式采空区内非规则煤柱对下分层复采矿压显现的影响因素主要有2个:①房柱式采空区内煤柱完整度,其完整度越高,复采时矿压显现越为强烈;②高、低位砌体梁结构的稳定性,当房柱式采空区内为完整煤柱时,在高、低位砌体梁结构的共同作用下,矿压显现极为强烈;但下分层复采过程中低位砌体梁结构容易受到采动影响导致结构滑落失稳,从而使矿压显现的强度大幅降低。现场矿压显现差异化明显,上覆煤柱完整时来压强度超过35 MPa,复采工作面大多可观测到完整顶板;顶板的完整性可作为矿压显现的前兆,一旦发现顶板完整区域,应及时对工作面支架补强并进行超前钻探,利用技术手段弱化完整煤柱,控制矿压显现的强度,防止出现矿井安全事故。研究成果可为类似条件下的矿压防治提供参考。     

采空区下近距离煤层综采工作面支架工作阻力的确定

对于采空区下近距离煤层回采工作面,由于其采场覆岩形成了新的结构,传统确定支架工作阻力的方法不能很好的指导这种情况下工作面的顶板管理。以旺盛煤业近距离煤层采空区下10#煤综采工作面实际条件为背景,通过数值模拟及分析10#煤层垮落高度与煤层间距之间的关系,从理论上给出了支架工作阻力的计算方法,确定了支架合理工作阻力为4 500 kN/架,与现场实测结果接近。     

近距离煤层煤柱下的开采方法

综采工作面在近距离上覆煤柱下开采时,由于煤柱集中应力和采动超前压力叠加,两巷维护困难,采取多种方式联合支护,增加支护强度,调整割煤工艺,使工作面安全采出。     

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。     

房柱式采空区下工作面矿压显现规律研究

针对房柱式采空区下工作面顶板控制难、矿压显现强烈的问题,采用宏观矿压显现观测、支架工作阻力观测和理论分析的方法,对工作面在实体煤下、房柱式采空区下和不同房柱尺寸条件下的矿压显现进行对比分析。研究结果表明:22201工作面上方房采采空区内的煤柱,在基本顶岩梁断裂时或者断裂以后发生失稳、垮塌;房柱式采空区下工作面矿压显现要比实体煤下剧烈,房采大煤柱区下工作面矿压显现比房采小煤柱区强烈。研究成果对避免房柱式采空区下工作面支架大面积压垮和顶板垮落等事故具有指导意义。     

浅埋薄间距煤层矿压规律监测分析

以石圪台煤矿12105工作面为开采背景,通过对开采期间支架压力的实时记录,分别对该工作面过上覆综采采空区、集中煤柱、房柱式采空区以及开采末期时的矿压显现作了详细的监测分析,掌握了不同情况下矿压的分布规律。