顶板深孔爆破防治压架突水灾害效果的实证研究

以祁东煤矿8222工作面压架突水灾害防治问题为工程背景,基于顶板预裂爆破防治压架突水灾害的机理,就深孔预裂爆破在防治松散含水层下采煤压架突水灾害的效果进行实证研究。形成了基于关键层位置的顶板预裂爆破设计方法;提出了利用实测压力、长观孔水位联动类型的变化、钻孔窥视等3种验证顶板预裂爆破实施效果的方法,并进行了现场应用。工作面来压步距及持续长度减小、水位波动周期增大、顶板钻孔内裂隙发育程度增加等均说明了顶板深孔爆破的有效性,从而保障了8222工作面的安全回采。     

松散含水层下工作面防压架突水开采实践

根据祁东煤矿7131工作面开采地质条件及水文地质情况,制定了预防工作面压架突水灾害的技术方案。结果表明:深孔预裂爆破关键层技术是解决松散含水层条件下覆岩整体破断导致灾害的重要途径,ZY10000/23.5/42液压支架能够满足开采条件要求。     

承压含水层水位与覆岩运动的联动类型及应用

针对松散承压含水层下采煤压架突水灾害防治问题,以岩层控制的关键层理论和地下水动力学原理为基础,就承压含水层水位与覆岩主关键层运动之间的联动关系进行了研究。结果表明,长观孔水位与采动覆岩运动的联动关系存在3种类型:水位突降型、波动回升型、周期扰动型。揭示了不同联动类型的显现特征及发生条件,并就是否能够反映压架突水的危险性进行了评价。产生水位突降型联动是覆岩主关键层失稳的主要反馈信息,预示工作面会发生压架突水,可利用长观孔水位降速进行灾害预警。波动回升型及周期扰动型联动预示工作面覆岩主关键层未失稳、无压架突水危险。基于上述研究结果,形成了基于水位变化的压架突水灾害预警方法及流程,并在祁东煤矿8222工作面松散承压含水层下采煤压架突水灾害的防治实践中进行了成功应用。     

覆岩结构对松散承压含水层下采煤压架突水的影响研究

针对松散承压含水层下采煤压架突水灾害问题,采用数值模拟和相似材料模拟手段,就松散承压含水层下采煤基岩厚度、硬岩层层位及硬岩层的不同组合特征等覆岩结构因素对压架突水灾害的影响进行了研究。结果表明:在松散承压含水层载荷传递作用较大的情况下,压架突水灾害的发生主要与覆岩结构有关,当基岩越薄、距离煤层10倍采高以内的顶板中存在巨厚硬岩层且距离煤层最近的硬岩层厚度越大时,覆岩越易发生整体破断,引发工作面压架突水灾害。上述影响规律得到了祁东煤矿7114和7112工作面开采实践的验证。根据压架突水灾害发生的覆岩结构条件,可以在采前对压架突水危险区域进行预测,从而为采场压架突水灾害的防治提供依据。     

祁东矿7_131工作面承压含水层下开采压架突水危险性预测

针对频繁发生的压架突水灾害问题,提出承压含水层下采煤压架突水危险性预测方法。首先结合含水层特征及载荷传递特性,确定承压含水层的载荷传递系数。其次利用关键层位置判别方法,判断回采区域内覆岩关键层结构类型,若覆岩为复合单一关键层结构,则工作面存在压架突水危险。该方法在祁东煤矿7131工作面的压架突水危险性预测中进行了运用,认为该面第II、III块段回采存在压架突水的危险,需提前采取防范措施。预测结果得到工程实践的验证。     

顶板预裂爆破技术在防止压架事故中的应用

由于高水压松散含水层的载荷传递作用,使覆岩关键层复合整体破断,导致了祁东煤矿7121工作面开采过程中压架事故的发生。防止压架事故需要从防止顶板整体破断入手,顶板超前预裂爆破是一种合适的方法。根据7121工作面地质开采条件和覆岩结构特征,确定了顶板预裂爆破的方案及相关技术参数。实践结果表明,在保障工作面良好支护质量的基础上,采取顶板预爆破措施,使工作面中下部支架平均阻力减小了246 kN,周期来压步距由34.1 m减小为23.0 m,来压持续长度由20.2 m减小为5.0 m,从而降低了覆岩关键层复合整体破断的可能性,对防范压架事故起到了积极作用。     

预裂弱化对关键层板破坏特征影响的模拟研究

采用三维数值模拟软件FLAC3D,并结合祁东煤矿8222工作面具体开采条件,就预裂爆破对覆岩关键层板破坏特征的影响进行了模拟研究。结果表明,通过对关键层进行预裂弱化,改变了常规情况下顶板O—X型初次破断特征。顶板将先从开采空间中部弱化位置处产生裂缝,然后在两侧长边处开裂,最终在工作面两端形成一定的三角区,关键层的极限破断步距较常规情况下也明显减小。预裂弱化通过改变顶板的破坏特征,减小顶板的初次破断步距,进而避免厚硬顶板大面积破断引发压架等灾害。     

浅埋煤层开采压架类型

浅埋煤层长壁开采工作面矿压显现有时很强烈,在支架工作阻力和支护强度很大时仍发生严重的压架事故。据不完全统计,神东矿区自2007年以来先后发生十多起严重的压架事故,造成了巨大的经济损失。压架灾害是目前影响神东矿区浅埋煤层安全高效开采的重要因素之一。为了有效防治压架灾害,通过大量的工程实测,并结合模拟实验和理论分析,对神东矿区浅埋煤层开采压架机理与类型开展了系统深入的研究,结果表明:当浅埋煤层覆岩呈现复合单一关键层结构和上煤层已采单一关键层结构时,在下列4类特定条件下上覆岩层直至地表的荷载易直接作用到该单一关键层结构上,导致关键层结构的滑落失稳,引发工作面压架:1厚风积沙复合单一关键层条件;2过沟谷地形上坡段条件;3采出上覆集中煤柱条件;4上覆房采煤柱下开采条件。揭示了上述4类条件下关键层结构失稳机制与压架机理,并提出了相应的防治对策,指导了神东矿区浅埋煤层开采压架灾害的防治实践。     

松散承压含水层下重复采动对覆岩破断特征的影响研究

以松散承压含水层下压架突水灾害的防治问题为工程背景,结合皖北祁东煤矿7131工作面的开采条件,研究了承压含水层下重复采动对覆岩破坏特征的影响规律。结果表明,当松散承压含水层下某一煤层工作面在初次采动条件下存在压架突水危险时,若其他邻近煤层先开采使得该煤层回采处于重复采动状态,覆岩结构完整性降低,承压含水层的载荷传递作用会受已采煤层的开采扰动而减弱,该煤层工作面回采时覆岩不易发生如初次采动条件下的整体破断,压架突水危险性降低。基于重复采动对覆岩破坏特征的影响规律,提出了松散承压含水层下采煤的"释压开采"方法,即可将不具有压架突水危险的煤层作为"释压层"先开采,弱化承压含水层对下部岩层的载荷传递作用,破坏压架突水灾害的发生条件,从而避免承压含水层下采煤压架突水事故。     

千米深井采面过上覆停采线煤柱冲击矿压防治研究

基于曙光煤矿95208工作面的实际条件建立冲击矿压控制体系,对其进行冲击危险分析。结果表明:工作面过上覆7煤停采线进入煤柱区开采覆岩运动剧烈、应力高度集中,整体处于高冲击危险区;工作面主要冲击影响因素为停采线煤柱、大采深、强冲击倾向性等;工作面回采前进行大直径钻孔、顶板预裂爆破预卸压,回采期间采取煤体爆破卸压解危措施。研究成果为类似条件下煤岩动力灾害防治提供借鉴和指导。     

浅埋煤层覆岩关键层结构分类

以神东矿区浅埋煤层开采为工程背景,对浅埋煤层覆岩关键层结构的类型及其破断失稳特征进行了研究.结果表明,浅埋煤层覆岩关键层结构类型可分为单一关键层和多层关键层结构;单一关键层结构又分为厚硬单一关键层结构、复合单一关键层结构、上煤层已采单一关键层结构3种类型.单一关键层结构是导致浅埋煤层特殊采动损害现象的地质根源,浅埋煤层单一关键层结构采动破断运动不仅对工作面矿压产生影响,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉陷.关键层破断块体结构承担的载荷层厚度大而不能满足砌体梁结构不发生滑落失稳的条件,从而导致关键层破断块体滑落失稳,这是导致神东矿区浅埋煤层单一关键层结构工作面易出现台阶下沉和压架出水等采动损害问题的力学机理.确定了神东矿区浅埋煤层覆岩关键层结构类型的判别方法.     

厚松散含水层下工作面压架机理分析与防治对策

针对松散承压含水层下提高回采上限开采引起的压架突水事故。基于岩层控制中的关键层理论,结合上覆岩层结构特征分析,采用理论分析、数值模拟计算对松散承压含水层下提高回采上限开采覆岩运移、矿山压力、支架-围岩关系进行了系统分析,获得了特定地质开采条件下覆岩破断、运移特征,揭示了压架机理,即高水压的载荷传递作用下单一关键层破断引起的覆岩整体复合破断是造成工作面压架的本质原因,提出了防止此类工作面开采压架技术对策。     

东曲煤矿松散承压含水层下采煤工作面压架突水危险区域预测

以松散承压含水层下采煤工作面为研究背景,研究采煤工作面压架突水的危险区域,并进行预测。结果表明,7_131工作面第Ⅰ块段含水层厚度小,颗粒细,渗透性能差,载荷传递作用小,覆岩表现为多层关键层结构,无压架突水危险性;7_131工作面第Ⅱ、Ⅲ块段含水层厚度逐渐增大,骨架颗粒较粗,渗透性能较好,载荷传递作用大,覆岩均表现为复合单一关键层结构,满足整体破断的特征,工作面回采过程中存在压架突水危险性。尤其是进入第Ⅲ块段之后,因含水层厚度均在20 m以上,且工作面处于未受临近煤层采动影响的初次采动状态,压架突水危险性更大。     

祁东矿7_121工作面压架突水原因及灾害防治

祁东矿7121工作面在高水压松散承压含水层下开采时发生了严重的压架突水事故,造成巨大经济损失,严重影响了矿井采掘接替。分析了引发7121工作面压架突水事故的根本原因。根据灾害发生的原因,通过采取采前危险区域预测、顶板预裂爆破、支护质量监测、推进速度调控等措施,成功避免了压架突水事故,扭转了祁东煤矿采掘接替的被动局面。     

超前深孔爆破防治工作面压架出水技术研究

基于祁东煤矿经常发生工作面压架突水事故的现状,从超前深孔爆破参数等方面入手,对7131工作面超前深孔爆破弱化较厚坚硬顶板进行技术研究,并通过现场应用,使得主关键层强度和承载性能降低,破断距减小,随工作面开采及时破断,避免覆岩整体破断,有效地防止了压架出水灾害,产生了巨大的经济效益.     

朱仙庄煤矿特厚煤层变间距覆岩坚硬顶板控制技术

煤层的巨厚坚硬顶板滞后垮落对采煤工作面矿压显现具有重大影响,通常采取超前预裂措施降低顶板悬跨长度。以淮北矿业集团朱仙庄煤矿８８３－１ 工作面覆岩巨厚砾岩顶板治理为背景,针对工作面煤层与巨厚砾岩之间的距离变化特点,划分了巨厚顶板重点控制区域.在特厚煤层覆岩层位结构分析的基础上,得到了覆岩给定载荷,分析了层间距变化对采场矿压的影响,确定了覆岩控制目标层,设计了炮孔空间布置参数.采用高性能煤矿水胶炸药配合多向聚能管和注浆封孔工艺,对煤层的坚硬顶板实施了深孔爆破,取得了良好的坚硬顶板爆破致裂效果,采场巷道围岩变形及工作面矿压显现得到了有效控制。     

不同覆岩条件下采煤工作面矿压显现规律

以某矿首采工作面71312工作面为背景,研究该工作面不同覆岩条件下矿压显现规律。不同块段含水层载荷传递作用的不同导致了工作面覆岩结构特征的差异,使得不同覆岩破断特征条件下工作面矿压显现特征出现了明显差异。不同阶段顶板岩性完整程度的不同以及顶板预裂爆破设计方案差异所引起的顶板弱化程度不同,也是导致工作面矿压显现特征不同的重要原因。     

高水压松散含水层下超长工作面突水预测及控制

祁东煤矿8222工作面为高承压含水层下的超长工作面(最大为235m),突水威胁大,针对8222工作面复杂的水文地质条件,为防止回采期间发生压架突水事故,研究了松散层含水层富水性特征、基岩风化的工程地质特征、阻隔水性能及开采覆岩破坏规律等内容,采用了顶板超前预裂爆破、长观孔预警、增大工作面支架阻力、合理控制推进速度等技术。研究结果表明,在采取上述综合措施的情况下,高水压松散含水层下超长采煤工作面可实现安全可控回采。     

镇城底矿大采高坚硬顶板工作面顶板弱化技术应用

镇城底矿22301综采工作面基本顶为厚硬砂岩,岩性坚硬致密,在工作面推进过程中易出现架后大面积悬顶现象,造成支架压架、煤壁片帮等问题,同时顶板破断后积聚能量的骤然释放将引发动力冲击现象,威胁采面的生产安全。为此,提出开采前在切眼处提前采取预裂爆破措施弱化顶板结构和力学性能,并根据工作面条件设计了具体爆破方案。结果表明：预裂爆破顶板弱化技术有效劣化了顶板岩体的结构完整性和力学性能,减小了顶板破断步距和悬露面积,降低了工作面来压强度,支架工作阻力显著降低,保障了采面的生产安全。     

采场覆岩“宏观-大-小”结构及其失稳致灾机理

针对薄基岩工作面易发生顶板整体切落压架事故问题,采用理论分析和数值模拟对一般工作面和薄基岩工作面采场覆岩结构失稳致灾机理进行对比研究。建立采场覆岩"宏观-大-小"结构力学模型,确定不同覆岩结构失稳支架临界工作阻力,分析了关键层上覆载荷对关键层破断形式和破断块体稳定性的影响,并通过UDEC数值模拟软件对典型工程地质条件下采场覆岩结构及应力场演化特征进行了模拟验证。研究结果表明:(1)一般工作面回采后,采场覆岩中会自下而上依次形成"支架-围岩"小结构、"砌体梁"大结构、"压力拱"宏观结构,小结构的稳定性取决于大结构的稳定性,而大结构的稳定性又取决于宏观结构的稳定性;(2)在宏观结构的保护作用下,关键层上覆载荷较小,关键层破断岩块容易形成"砌体梁"平衡结构,作用在支架上的力较小,工作面矿压显现缓和;(3)随着关键层上覆载荷增大,关键层破断步距减小,破断形式由弯拉破断转变为剪切破断;(4)当关键层破断岩块上覆载荷过大,大结构发生失稳,关键层自重及其上覆载荷经垮落带岩层作用在采场支架上,导致小结构失稳,发生压架事故;(5)薄基岩工作面采场覆岩中无法形成宏观结构,上覆岩层在承压含水层水压力及自重作...