综放采场初压阶段顶板稳定性与顶煤放出率关系探讨

初次来压是综放采场矿压控制的重点之一,而顶煤从垮落到放完是一个动态过程,因此建立与顶煤放出率相关的顶板结构的稳定性判断准则是一个重要的理论课题。本文建立了综放采场顶板结构整体变形失稳和局部铰接失稳的力学模型;根据结构稳定理论和强度理论,得到了保持顶板结构整体变形稳定的顶板容许下沉量和保持岩块局部铰接稳定的顶板容许下沉量,通过与顶板回转下沉运动几何状态所决定的顶板下沉量的对比,分析了顶板结构整体变形稳定和岩块局部铰接稳定相统一的力学条件,从而建立与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断准则;结合具体采场实例,给出了与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断曲线和方法,为现场针对不同顶板设计合理的顶煤放出率,从而实现顶板的安全控制提供理论依据。     

综放采场周期来压阶段顶板结构稳定性与顶煤放出率的关系

综放采场周期来压阶段,顶煤从垮落到放完是一个动态过程,采空区的充填程度影响着大厚度坚硬顶板的稳定性,因此,建立与顶煤放出率相关的顶板结构的稳定性判断准则是一个重要的理论课题。根据结构稳定理论和强度理论,分析了保持顶板结构整体变形稳定和岩块局部铰接稳定的顶板容许下沉量,通过与顶板回转下沉运动几何状态所决定的顶板下沉量的对比,得到了顶板结构整体变形稳定和岩块局部铰接稳定相统一的力学条件,从而建立与顶煤放出率相关的综放采场顶板动态稳定性判断准则;结合采场实例,给出了与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断曲线和方法,为现场针对不同顶板设计合理的顶煤放出率、实现顶板的安全控制提供理论依据。     

大空间远近场结构失稳矿压作用与控制技术

针对大同石炭系坚硬顶板特厚煤层开采造成的强矿压显现及控制难题,通过现场实测和理论分析,揭示了大空间远、近场岩层失稳破断的强矿压显现机制,提出了坚硬顶板控制技术。研究表明:近场岩层破断失稳造成工作面复合周期来压显现,远场结构失稳是工作面强矿压的主要影响因素,临空开采、煤柱赋存条件下,高位结构破断回转、应力集中更复杂,采场矿压显现更强烈。提出井上下、远近场协同控制坚硬岩层技术体系,通过采用井下近场预裂和地面远场压裂的坚硬岩层弱化技术,减弱远、近场坚硬岩层的矿压作用,控制工作面强矿压显现,开辟了采场矿压控制的新途径。     

“两硬”条件下孤岛型短煤柱工作面顶板破断形态及灾害防治分析

"两硬"条件下孤岛型短煤柱工作面所采煤层应力高度集中,顶板边界条件复杂,多次采动影响容易引起顶板扰动型围岩动力破坏。为提高该类采场围岩控制效果,采用现场实测、理论分析等研究方法分析坚硬顶板破断形态、工作面矿压显现形式及引发围岩动力破坏的原因。结果表明:孤岛型短煤柱工作面坚硬基本顶发生II类"O-X"破断,仅弧形三角岩板影响工作面矿压显现强度,来压时煤体承受载荷组合形式为高静载、低动载,工作面异常矿压现象以临空侧浅部煤体局部动力破坏为主,不会发生大范围、高危害程度的冲击地压灾害;高储能系数坚硬顶板动力破断引发的冲击载荷经未破碎坚硬顶煤有效传递至下位煤层、侧向顶板结构失稳及高推进速度造成的煤体水平应力快速卸载均可能引发短煤柱工作面煤体动力破坏;基于浅部煤体动力破坏发生机制提出孤岛型短煤柱工作面"坚硬顶煤注水预裂"+"增加割煤高度降低推进速度"+"提高超前支架额定阻力和扩大超前支护范围"的综合防治措施,可有效提高坚硬顶板控制效果,减少煤体动力破坏现象的发生。     

徐州西部矿区坚硬顶板来压预测预报

利用弹性地基梁力学模型，导出采场坚硬老顶的挠曲线方程，并分析老顶的超前断裂现象和采场工作面顶板下沉速度变化规律。根据理论分析和对徐州西部矿区坚硬老顶来压预测预报的实践的总结，提出以工作面顶板下沉速度变化规律预报采场老顶来压的新方法     

坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法研究

采场来压强度预测是矿压灾害防治的重要组成部分,是岩层控制的主要依据。首次定义矿压显现强度指数,并据此提出坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测新方法。根据大同矿区坚硬顶板厚煤层开采实践,以远场高位结构失稳条件为核心,综合考虑影响矿压显现的基础指标和强化条件,建立坚硬顶板厚煤层采场矿压显现分级预测指标体系。基于模糊数学理论,构建矿压显现强度分级预测模型,并给出不同因素4个不同级别的量化指标。应用该方法对同忻煤矿坚硬顶板特厚煤层8105工作面矿压显现强度进行预测,预测结果与开采实践较吻合,应用研究表明,该方法可准确地预测坚硬顶板厚煤层工作面矿压显现特征。矿压显现强度指数分级预测方法指标体系普适、全面、系统,指标参数分级划分详实、可操作,该方法可为其他矿区坚硬顶板厚煤层采场来压强度预测、顶板管理等提供理论参考。     

采场顶板破断型震源机制及其分析

 作为一种区域、实时、动态监测手段,微震监测技术用于预测预报冲击矿压等地质灾害乃至防灾减灾完全可行,而不同震源震动机制的研究是微震法预测预报冲击矿压的前提和基础。采场顶板是影响煤矿冲击矿压发生的重要因素,在分析采场坚硬顶板断裂过程的基础上,建立坚硬顶板断裂震动的等效点源模型,并根据该模型用震动波理论分析坚硬顶板断裂的震动位移方程,揭示了坚硬顶板断裂的震源机制,并通过三河尖矿微震监测的坚硬顶板断裂信号验证分析结果的正确性。研究表明,采场顶板由于受源外介质的拉力作用,断裂时震源会产生波前向外传播的压缩波,震源处岩体破坏主要为张性拉伸破坏。研究结果可为顶板型冲击矿压的预测预报和防治提供理论依据。     

定向水力压裂控制煤矿坚硬难垮顶板试验

 针对煤矿坚硬难垮顶板控制的研究现状及存在的问题,进行定向水力压裂控制煤矿坚硬难垮顶板井下试验。通过在压裂孔两侧布置监测孔和在压裂过程中实时监测泵压变化,深入分析煤矿坚硬难垮顶板水力压裂特点。试验结果表明：(1) KZ54型切槽钻头能够在坚硬岩层中预制横向切槽,可有效降低裂缝破裂所需压力;(2) 采用跨式膨胀型封隔器可对岩层坚硬段分段逐次压裂,压裂过程中可在顶板中产生多条裂缝,从而有效弱化顶板;(3) 随着压裂处与孔口距离的增大,裂缝破裂和扩展所需的压力也相应增大,裂缝的扩展半径最大可达20 m;(4) 在压裂过程中,由于岩层均匀性、渗透性、地应力场、岩层结构面等影响因素的变化,压力–时间曲线呈现出多种形态;(5) 岩石抗拉强度与地应力值较为接近时,岩石强度对水力压裂有较大影响。     

大同煤矿坚硬难冒顶板控制问题

井工开采中的坚硬难冒顶板控制问题,是大同矿务局需要解决的突出的工程技术问题.深孔钻爆强制放顶与高压注水压裂软化顶板,是经过研究、实践,已广泛用于生产实际中的,处理坚硬难冒顶板的有效方法,对目前安全生产起了重要作用.结合大同矿务局的地质条件与顶板活动规律,岩石力学的研究与应用重点是: 1.顶板高压注水压裂软化机理的研究. 2.岩石的渗透特性及孔隙水对岩石力学性质影响的研究. 3.在支承压力区下部煤层开采的顶板控制问题. 4.坚硬顶板中的破碎顶板控制问题. 5.关于顶板来压预报的研究. 大同矿务局是我国主要的煤炭生产基地之一,已有五十余年的开采历史.现有十三个生产矿,十四对井,二个在建井,年产原煤3250余万吨.在井工开采中,年开采揭露顶板面积近千万平方米,在生产过程中顶板控制方面最突出的问题,是坚硬难冒顶板的控制问题.围绕这一问题,大同矿务局和许多科研单位,大专院校合作开展了科学研究工作.如采煤方法改革,矿山压力观测、采场支护、顶板大面积瞬时一次冒落隐患的处理,以及顶板的钻爆强制放顶和高压注水压裂弱化处理等课题,取得了大量的科研资料,应用于生产实践,促进了生产建设的发展.     

综放采场支架-围岩稳定性及控制研究

运用现场实测、理论分析、数值模拟等方法,对综放采场支架-围岩系统的稳定性及控制问题进行了深入的研究,在此基础上建立了综放采场支架与围岩相互作用的力学模型,提出了不同顶煤条件下端面顶板稳定性的控制原则,给出了不同顶煤条件下支架合理工作阻力的确定方法。 (1)通过对不同顶煤条件下的支架工作阻力的统计分析、顶煤位移活动规律分析及直接顶和顶煤破断角的分析,建立起了综放采场支架与围岩相互作用的力学模型; (2)研究了支架架型对端面顶板稳定性的影响,指出支架前柱初撑力、支架前柱到煤壁距离对端面顶板稳定性有重要影响; (3)研究了不同顶煤条件下端面顶板的稳定性,并首次提出了控制原则及极限端面距的概念,认为软煤条件应重点控制端面距在极限端面距范围内,中硬煤在于端面距与支架工作阻力的合理匹配,硬煤应重点研究顶煤的冒放性; (4)首次给出了不同顶煤条件下支架合理工作阻力的确定方法,认为软及中硬煤条件下可通过支护阻力-端面顶板下沉量曲线即端面顶板允许下沉量来确定,而传统的确定支架工作阻力的方法适用于硬煤条件下; (5)在现场实践基础上,开发出综放支架-围岩监控系统,并得到成功应用,取得了较好的社会经济效益。