煤层巷道冒顶机理与预警方法

顶板灾害是我国煤矿各类灾害中发生频率最高和死亡人数最多的灾害,当前绝大多数顶板灾害事故发生在巷道,尤其是受采动影响的煤层巷道。在分析巷道冒顶事故与围岩体环境之间关系基础上,将煤层巷道冒顶分为围岩主导型和应力主导型两大类型,揭示了裂隙危岩坠落、松散岩体冒落、弱黏结复合顶板垮落、大变形巷道蝶叶型冒顶等煤层巷道冒顶的机理与成因;在此基础上,提出了巷道冒顶隐患分阶段多层次的全时预警方法与机制,即设计阶段的冒顶隐患远期风险评价、巷道掘进施工阶段的随钻预估、服务周期内的长时临界预警,开发了岩层结构随钻探测仪、顶板多点位移监控器、锚杆锚索工况监测报警仪等用于长时和临界预警的仪器设备,形成的煤层巷道冒顶机理和预警方法与仪器设备将为顶板事故预报预防提供理论支撑和技术保障。     

巷道顶板岩层冒顶隐患分级技术研究

为了对巷道层状顶板岩层失稳破坏机理进行深入分析,确定巷道顶板岩层冒顶隐患分级,分析了冒顶机理,主要包括稳定岩层厚度变化、锚杆锚索的锚固段位于软弱夹层内、顶板存在小断层、岩层内生节理发育、构造引起巷道应力集中等因素,然后确定了破裂高度分级指标,研究了冒顶隐患分级方法,并以某煤矿为例,分析了该煤矿顶板冒顶隐患分级。研究对发现巷道内高冒顶风险区域以及控制和预防巷道冒顶事故的发生具有重要的意义。     

大断面巷道冒顶区域安全支护技术措施

针对大面积冒顶不仅影响着施工巷道掘进效率,而且加大了巷道掘进难度,很容易发生重大煤矿顶板事故,对塔山扩区2301巷冒顶区域采取了合理有效的安全支护措施,实践证明采取措施后提高了顶板稳定性,取得了显著成效。     

补连塔矿回风大巷冒顶机理及补强支护技术

针对补连塔煤矿1-2煤五盘区回风大巷发生冒顶现象,采用现场实测、理论分析和数值模拟相结合的方法对事故原因进行分析。研究发现巷道垮落段顶板长期浸水,顶板泥质砂岩软化,巷道围岩支护体失效,从而导致了冒顶事故的发生。通过巷道冒顶机理及垮落形态分析,采用理论计算出巷道顶板浸水区域补强锚索参数,结合塑性破坏特征,提出合理的巷道补强支护设计,现场应用取得了良好效果。     

倾斜巷道过巷穿层掘进支护工艺优化

倾斜巷道在近距离煤层群穿巷掘进时,因受地质构造、施工条件及煤岩层变化的影响,顶板破碎、局部冒顶现象严重,支护困难。若支护方式不合理,不仅影响施工巷道掘进速度,而且很容易发生巷道顶板大面积垮落造成事故。雁崖煤业公司机掘一队在施工塔山扩区三盘区4号煤层2307巷时,分析了传统支护工艺的不足,改善了支护设计,巷道过巷穿层时取得明显的支护效果。     

屯兰矿复杂条件下大断面软岩巷道支护工艺优化设计

复杂条件下大断面软岩巷道在掘进过程中经常出现顶板破碎、离层、局部冒顶等现象,若在施工时未采取合理有效的支护方式不仅严重影响巷道掘进速度、降低掘进施工效率,而且施工巷道易出现大面积顶板垮落造成煤矿重大顶板坍塌事故。为此,以屯兰矿2#煤层12501皮带顺槽巷为例,针对该巷道施工时传统支护工艺存在的问题,进行了优化设计,有效保证了12501皮带顺槽巷安全顺利掘进,取得显著的经济、安全效益。     

人工假顶在掘进巷道过断层带中应用分析

巷道在掘进过程中遇断层构造带时,顶板会出现破碎、局部冒顶现象,加大顶板支护难度,降低巷道掘进效率,若不及时采取合理有效的顶板控制措施,很容易造成顶板大面积垮落事故。针对这一施工技术难题,大同煤矿集团云冈矿在施工12~#层311盘区311皮带巷期间,对311皮带巷过F8断层破碎带顶板支护进行了分析研究,采用人工假顶方法对破碎顶板进行控制,提高破碎顶板的安全稳定性。     

煤巷锚带网及工字钢加强支护技术

煤柱高应力区及复合顶板、天然焦火成岩顶板巷道,采用锚网梁支护配合架连锁棚复合支护,可预防锚网支护巷道发生大面积冒顶事故,减少巷道修护量,提高锚网梁支护巷道的安全性,提高掘进单进水平。     

复合层顶板巷道新型锚杆支护技术分析

复合层顶板巷道由于围岩内层理、节理等不连续面非常发育，围岩呈软破碎状。这是一种支护难度高、巷道修复成本高、顶板层间粘结系数小、同层易造成大面积冒顶事故的高难度巷道，严重影响巷道掘进安全。因此，复杂地质条件下组合顶板锚杆支护已成为锚杆支护技术的重点和难点研究课题。结合某矿1217工作面物料巷道复合顶板情况，优化掘进方法和锚杆支护技术参数，有效控制巷道变形，为同类复合顶板支护设计提供参考。     

煤巷复合顶板岩层失稳判别方法与冒顶隐患分级

针对同一巷道不同区域复合顶板垮落问题,建立了巷道复合顶板岩层过梁结构力学模型,获取巷道顶板岩梁破断失稳形态和极限条件,提出了巷道复合顶板岩层失稳判别方法,探讨了巷道复合顶板破坏失稳与岩层定量关系影响因素,建立了巷道复合顶板冒顶隐患级别划分指标体系,给出了隐患分级方法,将巷道冒顶高度作为冒顶隐患的分级指标,开发了巷道复合顶板稳定性判别软件,掌握了石圪台矿2-2煤顶板冒顶隐患级别区划特征,给出了基于巷道冒顶隐患分级的回采巷道顶板支护参数设计方案,实现差异化支护设计的同时,减少支护材料浪费,降低高冒风险巷道的事故发生概率。     

深部采动巷道顶板稳定性分析与控制

深部采动巷道冒顶事故是当前煤炭资源开采中面临的重大难题。基于深部采动巷道围岩应力环境,分析了双向非等压条件下巷道围岩塑性区形成的力学机制及其形态特征,并对顶板稳定性影响因素进行了探讨。结果表明:1深部采动巷道围岩双向压力比值λ(0λ1)较小时,围岩塑性区形态不再是圆形和类椭圆形,而呈现出蝶形分布的特征,当碟叶位于巷道顶板上方时,容易发生冒顶;2采动应力方向决定围岩最大破坏深度的位置,并控制潜在冒落区的范围,当围岩最大破坏深度与潜在冒落高度相同时,顶板稳定性最差。要保持顶板围岩稳定,支护体必须要有足够的长度和延伸性能,据此,提出了可接长锚杆支护技术,现场试验结果表明,可接长锚杆较好地适应了顶板围岩的剧烈下沉,取得了良好的支护效果。     

大面积悬顶采空区防冲击密闭墙设计方法探讨

针对隔离大面积悬顶采空区与生产区的防冲击密闭墙的设计,选取以垮落面积、采高、巷道数据、断面尺寸、面积采出率、风速损失系数等为主要指标的采空区巷道空气冲击速度简化计算方法,并以四边简支板在均布荷载作用下的内力分析方法进行抗剪、抗拉、抗压强度分析校核,以此确定防冲击密闭墙的尺寸。算例分析结果表明：以该方法计算确定的密闭墙强度及厚度与工程实际较为接近,且安全系数更高,该方法可作为大面积悬顶采空区防冲击密闭墙的一种设计方法。     

综放工作面高抽巷抽放条件下采空区漏风规律研究

高抽巷在解决易自燃煤层综放工作面瓦斯超限问题的同时,又加剧了采空区漏风及其自燃危险性。为了使工作面采空区防火措施更具有针对性,通过现场实测,研究分析了高抽巷抽放条件下工作面采空区漏风规律,对采空区的自燃危险区域分析、采空区有针对性的控风防火措施的制定具有重要的意义。     

采场瓦斯运移规律仿真模拟研究

基于工作面上隅角瓦斯容易积聚、回风流中超限问题,利用Fluent仿真模拟方法,建立综放面采场瓦斯运移的数学模型,对采场使用局部通风机吹散上隅角瓦斯和瓦斯尾巷调节上隅角风流进行仿真模拟,分析得到:当局部通风机风速为20m/s时对上隅角瓦斯扰动性效果最好;确定工作面供风量为1900m3/min和尾巷步距为50m时防治上隅角瓦斯效果最佳.数值仿真研究结果可为上隅角瓦斯治理提供一定的理论参考.     

复采工作面通过条带式残采区覆岩稳定性特征研究

为了制定条带式残采区复采的合理开采方式,以西河煤矿3^#煤层条带式残采区为工程背景,采用三维相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究复采工作面通过条带式残采区引起的覆岩运移变形特征和稳定性演化规律。模拟结果表明:当工作面与条带式残采区斜交角度在30°以上时,采场前方覆岩破坏形成的剪切破坏区域和拉伸破坏区域呈现出独立的变化特征,工作面前方煤柱和顶板会对上覆岩层形成有效的支撑作用;旧采残煤复采过程中顶板垮落以分段、分步、局部零星的多次垮落方式为主,工作面整体的矿压显现并不十分强烈。研究表明:复采工作面通过条带式残采区时工作面与巷道呈30°夹角布置是合理可行的。     

急倾斜煤层放煤巷道稳定性分类的距离判别分析法及其应用

维护放煤巷道稳定是急倾斜煤层放顶煤采煤法成功的关键.根据放煤巷道断面收缩率和支架损坏率,将放煤巷道稳定性分为3类:稳定、中等稳定和不稳定.首先充分考虑影响放煤巷道稳定性的围岩条件、放煤工艺参数和支护方案等3个方面的11个因素,并借鉴距离判别分析理论,建立了放煤巷道稳定性分类的距离判别分析模型.最后,把该模型用于放煤巷道支护方案的优选.模型检验结果和实际应用表明:距离判别分析模型分类性能好,识别精度高,是放煤巷道稳定性分类的一种有效方法.该方法对巷道稳定性分类和支护方案选择等具有重要意义.     

综放工作面过空巷时支架－围岩稳定性控制

通过分析综放工作面过空巷时支架－围岩稳定性控制的技术难点,提出在过空巷合理的时空节点上实施停采等压、强力锚杆索支护、注浆固结修复和支架支撑力保障的综合控制技术,并阐述了相应的控制机理。建立了综放工作面过空巷时基本顶破断的结构模型,分析得出过空巷时长关键块条件下的支架临界工作阻力;采用数值模拟方法分析综放工作面过空巷时采动影响下围岩应力分布、变形与破坏特征,确定综合控制技术实施的时空节点与相关参数,进而结合现场地质生产条件与矿压规律确定相应技术方案,并进行现场应用。现场实践表明,采用综合控制技术后,未发生大范围冒顶、支架压架等恶性支架－围岩事故,解决了9102综放工作面过空巷的相关技术难题。     

瓦斯抽放启封巷道新技术探索与实践

在煤矿井下生产过程中,经常需要启封封闭墙,掘进巷道临时停风或长期停风后,造成巷道内积聚大量的高浓度瓦斯,需要进行排放,而排放方法不妥或因其它因素,很容易发生安全事故。任楼煤矿采用瓦斯抽放启封巷道新技术,实现了封闭巷道安全启封和瓦斯排放工作。     

石港矿15109综放工作面初采期瓦斯涌出特征分析

石港矿综放工作面瓦斯涌出量巨大,初采期的瓦斯超限问题威胁着该矿安全生产。通过对15109综放工作面初采期瓦斯涌出特征的分析,得出初采期瓦斯涌出波动性较大主要是上覆煤岩层的活动引起的,直接顶和老顶的垮落相继引起邻近层瓦斯的大量涌出,得出初采期风排瓦斯量、高抽巷抽放瓦斯量以及尾巷瓦斯浓度的变化规律,尾巷瓦斯超限距离为4.5～27.8 m,石港矿15109工作面初采期的瓦斯涌出特征适于该矿一采区的其他大采长工作面,并对上覆煤岩层相同的其他采区工作面的初采期瓦斯治理提供了重要参数。     

龙王沟煤矿61617工作面巷道片帮机理与稳定性控制研究

研究大断面全煤掘进过程的煤壁片帮机理及控制技术对煤矿的安全稳定生产具有重要的意义。以龙王沟煤矿61617工作面的掘进巷道为研究背景,采用理论分析、FLAC^3D数值模拟、现场应用等相互验证结合手段,得出了巷道煤壁片帮机理及锚杆控制非连续性变形控制机理,提出了解决巷道片帮的支护方案。研究表明:在巷道锚杆的支护效果范围附近,围压可以等效为锚杆支护所提供给煤岩体的支护阻力,因而可以通过增加支护使用的锚杆支护阻力的方式,弱化巷道周围煤岩受采动扰动而导致的滑动和张开现象,根据巷道煤壁片帮机理及锚杆控制非连续性变形控制机理,提出针对于龙王沟煤矿61617工作面大断面全煤巷道煤壁片帮的支护方案,现场应用效果良好,经过新的支护方案,巷道片帮问题基本上得以解决,为矿井的安全生产提供了有力的保障。