坚硬顶板特厚煤层初采初放卸压控制及回采率分析研究

针对工作面初采期间强矿压显现现象以及采出率低的问题,以唐家会煤矿坚硬顶板特厚煤层为背景,采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法综合研究开切眼切顶卸压技术条件下工作面上覆岩层垮落规律、围岩应力与位移演化特征、顶煤受采动影响破坏规律。FLAC^3D数值模拟发现,采用切顶卸压技术可以切断工作面基本顶和切眼煤壁的应力传递,降低工作面超前支承压力峰值,加快上覆岩层回转下沉失稳,使顶板垮落更充分,同时使工作面前方顶煤水平位移增加,顶煤得到更高程度的破坏。理论分析发现,初采切顶卸压技术使基本顶由固支梁转化为悬臂梁,工作面切顶后可以避免采空区顶板大面积悬空,使顶板迅速垮落,优化工作面应力环境。现场实测表明,该技术的应用有效解决了坚硬顶板特厚煤层工作面强矿压显现问题,保障了工作面安全开采,使综放开采可以快速放煤,大幅提高了煤炭回采效率和经济效益。     

特厚煤层综放工作面顶煤变形力学分析及试验研究

根据斜沟煤矿23103大采高综放工作面特厚煤层赋存条件,运用力学分析、PFC数值模拟和1∶40的大比例物理模拟试验,研究了大采高综放工作面顶煤的变形规律。结果表明:①随着顶煤厚度的增加,支承压力的峰值强度降低,峰值点距煤壁距离增加,支承压力影响范围加大;②顶煤在支承压力峰值区主要为剪切破坏;邻近工作面的煤壁,支承压力降低,顶煤的破坏主要为拉伸破坏;③煤壁前方顶煤运移以水平方向的变形为主;控顶距上方顶煤运移以垂直位移为主;④顶煤是以受拉破坏为主造成冒落;采高4 m时,顶煤垮落角平均值为67.36°,顶板断裂期间,顶煤垮落角的平均值为76.54°。给出顶煤滞后垮落的处理措施,对斜沟及具有相似赋存条件的煤层,具有一定的指导意义。     

大采高综放工作面前方支承应力数值模拟研究

根据斜沟煤矿13号煤层赋存条件,运用FLAC3D数值模拟,主要研究了底层4.5m大采高综放全厚开采14.6m特厚煤层工作面煤壁前方支承压力作用及顶煤和顶板垮落特征等特征,对类似条件工作面的生产具有一定的指导意义.     

"两硬"浅埋深厚煤层顶煤顶板运移规律研究

为在浅埋深“两硬”条件下的特厚煤层实施综放开采技术,对坚硬顶煤顶板的破断、运移规律进行了现场观测和分析研究．通过理论分析,建立了顶板断裂的力学模型．利用深基点观测方法,在安家岭井工矿4101综放工作面设置矿压观测站,对工作面顶煤顶板的不同层位进行深基点观测,获得了顶煤顶板随工作面推进垮落和运移情况的数据,分析总结了该工作面顶煤顶板的活动运移规律．观测结果表明：4101工作面顶煤随工作面的推进随采随冒,顶煤顶板运移起始点距煤壁较近,顶煤距煤壁前方15m左右开始移动,顶板岩层移动距离约距煤壁前方10m,顶板运移滞后于顶煤的运移,且顶煤冒落时位移量不大．4101工作面顶煤可随采随冒,顶板能够及时垮落,不需对顶煤顶板采取人工处理措施．     

全息采空区与顶煤运移的时空演化规律研究

放顶煤开采是为解决特厚煤层高产与高效开采的新型方法,是我国特厚煤层开采的发展方向,但特厚 煤层综放开采顶煤堵塞放煤通道的技术难题影响了煤炭的回收率。 本项目结合塔山煤矿 3-5#煤层的实际赋存条件, 采用三维洞穴激光扫描仪和运用现场实测以及数值模拟等科学方法对其顶煤运移规律及采空区顶垮落形态等进行 了系统的研究。 研究结果表明:工作面在推进过程中,顶煤位移量发生变化,且工作面到达一定位置后,位移量变化明 显;当处于顶煤体破坏的过程中,采空区方向的水平位移量与速度增长速率增加;顶煤和顶板运移量呈现 2 种截然不 同的运移特征,前者壁前高于壁后,而后者为壁后高于壁前。     

综放开采复合坚硬顶板覆岩破断规律及放煤技术研究

为了解决榆树田煤矿高瓦斯厚煤层综放面因顶板坚硬,坚硬顶煤随着顶板的运移垮落难以破碎放出,导致顶板大面积悬露、顶煤回收率低、影响矿井安全生产和经济效益的问题。以榆树田矿井110501厚煤层综放工作面开采为工程背景,利用UDEC数值模拟软件,建立工作面开采模型,并结合现场实际和理论分析得出工作面复合坚硬顶板破断规律,针对顶煤回收率的问题提出“三区三化”综放开采技术。通过现场应用及实际监测,顶煤回收率得到大大提高,极大提高了矿井生产效益,同时保证了矿井安全稳定生产。     

综采放顶煤支承压力及合理采放比数值模拟研究

煤壁前方煤体上超前支承压力的影响范围,应力峰值直接影响综放开采顶煤的破坏程度,研究超前支承压力的规律有利于顶煤自然放出,从而提高工作面采出率。建立不同采放比模型,研究不同采放比条件下支架前方空顶顶板的位移量,从而确定有利于顶板管理的最优采放比。     

松软顶板特厚煤层综放开采可行性研究

针对老公营煤矿松软顶板特厚煤层下综放开采可能面临的漏砂及顶煤冒放性差的现象,分析了煤层强度、煤层赋存深度、顶板条件、采放比、顶煤裂隙发育程度及夹矸等影响因素,同时运用三维数值模拟对回采后煤壁的支承压力及顶煤的拉伸破坏程度进行了研究。分析结果表明:该煤矿松软顶板特厚煤层条件下可以采用综放开采,且顶煤的冒放性较好,有利于实现工作面的安全高产高效。     

高韧性煤层难冒放机理及弱化效果研究

为改善高韧性煤层综放开采顶煤冒放性,以煤样物理力学参数试验为基础,从理论方面对高韧性特厚煤层综放开采顶煤难冒放机理进行了分析;通过相似材料模拟试验从弱化前、后2个阶段对顶煤的垮落情况进行了模拟,对顶煤里的支承压力分布进行了监测。结果表明:高韧性煤层弹性模量较小(小于顶板岩层),在矿山压力作用下,煤层的变形挠度大于顶板,导致顶板不能将矿山压力较好的传递给顶煤,综放时顶煤难破碎垮落,易形成悬顶,冒放性较差;对顶煤采取弱化措施后回采时的垮落情况明显改善,直接顶随采随冒,较好的充填了采空区;煤壁前方顶煤里的应力峰值位置明显向深部转移,支架上方和后方顶煤卸压较好,利于顶煤的放出。     

浅埋深薄基岩综放工作面超前支承压力分布规律的埋深效应

采用数值模拟的方法,研究了煤层埋藏深度对浅埋深、薄基岩、厚松散层特厚煤层综放开采超前支承压力的影响,研究结果表明:随着煤层埋藏深度的增加,综放工作面超前支承压力峰值大小和峰值距煤壁的距离呈对数增加,而支承压力集中系数呈线性减小。煤层埋藏深度的增加有利于顶煤的破碎,进而间接提高了特厚煤层采用综放开采的采出率。     

特厚复杂煤层综放开采技术研究

针对塔山煤矿开采的煤层、顶板、地质构造、瓦斯等生产条件,对目前国内特厚煤层的采煤方法及工艺进行了分析比较,选用一次采全厚综放开采技术开采塔山石炭系特厚复杂煤层。并通过实验室相似模拟试验研究了顶煤垮落线、垮落角和顶煤随着工作面推进的变化规律,从而确定放煤工艺参数。生产实践表明,采用综放开采技术是解决特殊复杂特厚煤层的最有效途径,在大采高综放设备选型配套、放煤工艺、顶板控制以及特大型矿井建设等方面取得新的技术经验。     

特厚煤层综放面初采水压预裂弱化顶板现场试验研究

针对坚硬顶板下特厚煤层综放工作面在初采阶段顶煤、顶板难以自行垮落造成的采空区悬顶面积大、漏风严重,以及悬顶突然大面积垮落带来的冲击力对设备和人员造成危害和初采期顶煤回收困难等问题,提出了初采水压预裂弱化顶板的技术方案,通过理论分析、数值计算和现场矿压监测等方法,对比实施水压预裂和未水压预裂综放工作面初次来压数据,分析了初采水压预裂对特厚煤层综放面坚硬顶板及时垮落的影响。结果表明,深孔水压预裂使61601综放面的老顶初次来压步距从61m缩短为50m,增加了煤炭回收率,改善了特厚煤层综放工作面初采期间的安全生产条件。     

坚硬顶板特厚煤层综放工作面切顶卸压技术研究与应用

针对坚硬顶板特厚煤层综放工作面初采期间矿压显现强烈、顶煤不易垮落、冒放性较差,以及回采期间小煤柱临空巷道变形严重、维护困难的情况,通过采用初采前切眼爆破放顶、回风巷爆破切顶卸压、胶带巷水力致裂的综合矿压治理措施,使得工作面初采以及正常回采期间矿压显现显著减弱、巷道变形减小、两端头悬板能及时垮落、顶煤回收率明显提升,为本工作面及相邻工作面回采创造有利条件。现场实践表明该方法可以有效解决坚硬顶板特厚煤层综放开采的强矿压显现问题。     

康家滩煤矿8#煤层顶煤顶板运移规律研究

为了研究康家滩煤矿8#煤层坚硬顶煤的冒放性,对88203工作面坚硬顶煤顶板的破断、运移规律进行了现场观测和分析研究。利用深基点观测方法,在88203综采工作面回风巷内设置矿压观测站,对工作面顶煤顶板的不同层位进行深基点观测;利用LB数字摄像仪观测方法监测了顶煤的破坏发展过程。观测结果表明,顶煤距煤壁前方15m以内开始移动,顶板岩层移动距离煤壁前方都在18.5m以内,顶板滞后于顶煤的运移,且顶煤冒落时位移量较大;采动超前支承压力超前作用距离为10~13m,产生压裂破坏和新裂隙,说明支承压力对顶煤有预裂作用。88203工作面顶煤不能随采随冒,顶板也不能及时垮落,因此,如果采用放顶煤工艺需对顶煤顶板采取人工处理措施。     

大采高综放开采特厚顶煤运移特征实测研究

为掌握大采高综放开采特厚顶煤的运移特征,采用深基点观测方法,在大同塔山8105大采高综放工作面设置观测站,对特厚顶煤不同层位的运移特征进行观测分析。结果表明特厚顶煤上、下位的顶煤运移具有不同步性,主要分为3个阶段:煤壁前方4.27 m为超前支承压力影响阶段,上位顶煤位移增量大于下位顶煤;煤壁前方0~4 m为顶板回转下沉影响阶段,下位顶煤的位移增量大于上位顶煤;煤壁后方一6~0 m为支架反复支撑一顶板回转影响阶段,下位顶煤的位移增量急剧增加。     

厚煤层综放工作面覆岩运移规律研究

针对厚煤层综放工作面覆岩突然性断裂垮落导致动力灾害的问题,根据煤岩层赋存条件和开采布局,考虑工作面顶板裂隙分布规律和开采扰动影响,采用现场勘察、岩石力学实验、数值计算等分析方法,综合分析厚煤层综放工作面覆岩运移活动规律。结果表明:受重力作用,覆岩垮落自采空区中心向四周均匀发展,岩层在拉伸应力作用下拉伸应力区呈U形破坏分布;随着掘进深度与层位的延伸,工作面顶板破坏区相互铰接形成稳定结构,阻碍了顶板运动;工作面来压步距较大,覆岩垮落冲击矿压载荷量级较大,工作面中上部区域覆岩运移量大于下部区域。     

大倾角松软特厚煤层综放开采可行性研究

为论证霍州汾源煤业5~#大倾角松软特厚煤层综放开采可行性,在煤层强度、赋存深度、顶板情况、煤层结构和节理裂隙等5个主要方面进行了顶煤冒放性评价。并采用FLAC~(3D)数值模拟软件对5~#煤层顶煤冒放性进行模拟研究,得到综放开采顶板的破坏状态、岩层矿压显现规律。研究表明,5~#煤层采用综放开采,顶板应力平衡状态破坏,初采期间顶煤冒落较好,顶板破坏能达到40 m以上,随工作面推进,顶煤可随采随冒,冒放性较好,该煤层可采用综放开采的采煤方法。     

较薄厚煤层综放开采顶煤岩运移破坏特征研究

采用FLAC3D数值模拟对较薄厚煤层综放开采顶煤岩力学特征进行了系统分析,得出了顶煤岩运移、破坏及应力分布规律.研究结果表明,综放面上部顶煤位移量明显大于工作面中下部,顶煤的"始动点"在工作面煤壁前方,工作面上位顶煤岩的始动位置超前于下位,垂直位移量随着与工作面距离的减小而逐步增加;在综放面前方,顶煤和上覆岩层在垂直方向始终处于压缩状态.而在工作面上方,顶煤开始出现离层现象;工作面支架所受载主要是顶煤和基本顶变形运动产生的变形压力,沿用中厚煤层综采工作面支架设计已不适用综放面.     

高瓦斯综放面预先爆破弱化坚硬顶煤试验

为了提高综放开采的资源回收率,大佛寺煤矿40301综放工作面进行了顶煤预先爆破弱化试验.基于该矿瓦斯富聚区坚硬特厚煤层特殊条件,在分析综放工作面坚硬顶煤预先爆破的弱化作用机理基础上,研究了高瓦斯综放面坚硬顶煤预先爆破弱化工艺巷的布置方式和爆破工艺参数,提出了现场试验方案.试验研究表明,工作面倾斜方向工艺巷通风状况良好,顶煤发生破坏和破断位置前移,顶煤垮落角有明显增加,顶煤垮落块度明显减小,放煤速度加快,工作面矿压显现有所减缓,同时煤层中的瓦斯也能提前得到一定释放.工艺巷沿倾斜布置的顶煤预先爆破弱化方式是提高高瓦斯坚硬特厚煤层综放工作面回采率的有效方法.     

特厚煤层综放工作面围岩运动的微地震监测

针对大同煤田石炭二叠纪特厚煤层综放工作面存在的顶板压力大、采空区空间大、顶板坚硬不易垮落、动压显现频繁、瓦斯容易大规模积聚、岩层运动规律不清等问题,运用微地震监测技术对工作面顶板煤岩层破坏情况进行了监测分析,得到了顶板、底板的破裂范围,断层活化距离,侧向顶板破裂范围,以及超前支承压力分布范围等数据,为特厚煤层工作面的矿压控制提供了科学依据。