大采高工作面煤壁片帮控制技术研究

针对大采高工作面煤壁片帮问题,采用理论分析方法对其片帮特征及影响因素进行了研究,提出了锚杆支护加固与注浆加固相结合的煤壁片帮控制技术.研究结果表明:大采高工作面煤壁片帮体为不规则"椭球形",在垂直煤壁截面上呈现"C"形变化特征;煤壁极限稳定高度与煤体容重成反比,与内聚力及内摩擦角成正比关系,适当地增加煤体的内聚力与内摩...     

基于大采高仰采面的煤壁片帮数值模拟研究

片帮往往引起冒顶,而冒顶的扩大引起片帮的加深,甚至使顶板破碎,引起支护方式的失效,造成机电事故、支架失稳等现象,严重影响了矿井的安全生产。为了研究大采高工作面煤壁片帮因素,采用UDEC数值模拟软件,分析了不同采高下和不同工作面深度下煤壁最大片帮深度与采高关系以及工作面埋深的关系曲线。研究得出:随着工作面采高的增大,煤壁最大片帮深度也逐渐增大;当采高小于4 m时,最大片帮深度增长幅度较缓,当采高大于4 m时,最大片帮深度增长较快,说明影响煤壁片帮剧烈程度的分界线为4 m;随着工作面埋深的增大,煤壁最大片帮深度也逐渐增加。该研究为预防大采高煤壁片帮提供一定的理论指导。     

基于D-P准则松软煤层煤壁片帮机理及控制研究

针对深部开采松软煤层煤壁片帮治理难题,通过基于D-P准则的极限平衡理论,研究深部开采松软煤层煤壁片帮发生机理,分析推导出煤体塑性区的计算公式,并通过塑性区公式得出松软煤层煤壁片帮影响因素包括采深、工作面采高、应力集中系数、煤体的内摩擦角、煤体的粘聚力以及支护阻力;通过建立力学模型来研究煤壁片帮的控制技术,计算得出了煤壁发生片帮的位置普遍在3/5倍采高及以上。该理论对精准防治煤壁片帮起到了指导作用。综合研究表明:通过采取提高支架工作阻力、深孔超前煤层注水、浅孔超前注浆加固结合的方法,可以提高煤体粘聚力与煤体强度,进而对松软煤层煤壁片帮进行有效防治。研究结果对松软煤层安全高效开采具有重要指导意义。     

基于煤壁“拉裂-滑移”力学模型的支架护帮结构分析

针对坚硬厚煤层大采高综采工作面极易发生煤壁片帮的问题,以红柳林煤矿7.0 m大采高综采实践为基础,分析了煤壁片帮的应力路径效应,将硬煤煤壁片帮细分为拉裂破坏与滑移失稳两个阶段,建立了坚硬厚煤层煤壁片帮的拉裂-滑移力学模型,得出了煤壁的拉裂破坏深度、宽度与煤体强度、开采高度的关系及液压支架应具有的"临界护帮力",分析对比了2种液压支架护帮装置的结构特点与力学特性。研究结果表明,煤体发生拉裂破坏只是煤壁片帮的必要非充分条件,煤壁最终是否发生片帮,还取决于拉裂破坏体在液压支架与矿山压力作用下是否发生滑移失稳。液压支架很难抑制煤壁发生拉裂破坏,但可以有效防止拉裂破坏体发生滑移失稳。液压支架护帮装置采用伸缩梁与护帮板分开结构设计,具有对煤壁的支护作用力大、结构强度与可靠性高等显著优点。     

大采高工作面过断层构造煤壁片帮机理及控制

高强度采动影响下,煤壁片帮问题在大采高工作面日趋突出,针对断层构造处高帮煤壁稳定性恶化且难以支护的问题,采用数值模拟、理论分析、室内及现场试验等综合研究方法,分析了断层构造处大采高工作面煤壁破坏机理、稳定性影响因素及控制措施。断层构造处工作面前方煤体塑性破坏区的扩大增加了揭露前煤体损伤程度,为片帮事故发生奠定了基础;建立高帮煤壁稳定性分析力学模型,分别得到剪切、拉裂型片帮发生判据;得到煤体破坏起裂角βsm,βtm（非恒值）确定公式及影响因素;煤体黏聚力、内摩擦角及采高对两种片帮形式的影响程度均为：黏聚力>采高>内摩擦角;断层构造处片帮事故发生频率、危害程度急剧增大原因为：采高过大、煤体物理力学性能降低、顶板载荷增大;最后以王庄8101工作面过F286断层为工程背景,提出了重型设备“低割煤高度、高初撑力、高护帮高度”结合煤壁注浆的综合过断层措施,有效改善了煤壁控制效果,提高了开机率。     

大采高综采工作面煤壁片帮特征及其稳定性分析

为研究大采高综采工作面的煤壁稳定性,采用2种压杆力学模型分析,得出煤壁的失稳位置离顶板的距离为0.35～0.5倍的采高。然后将片帮的煤体简化为单一滑动面模型,通过力学分析,得到衡量煤壁稳定性的稳定系数K。如果K>1,即下滑力大于抗滑力,此时发生片帮现象;如果K=1时,此时煤壁处于极限平衡状态;当K<1时,抗滑力大于下滑力,煤壁稳定。另外由K值的表达式可知,当煤体的内摩擦角和内聚力增大时,煤壁越稳定;当采高和顶板来压增大时,煤壁越易于片帮。通过现场实践分析,注射马丽散等增强煤体的抗剪强度,加强顶板及护帮的支护,加快工作面推进速度,及时移架等措施,有利于减小片帮发生,增强煤壁的稳定性。     

基于费勒纽斯法的煤壁稳定性研究

为了进一步研究工作面煤壁片帮、滑帮诱因和破坏模式,基于费勒纽斯法建立了煤壁破坏的力学模型,定义并求解了煤壁的稳定性系数,根据稳定性系数对影响煤壁稳定性的因素进行分析,并给出了防治煤壁片帮的技术措施,结果表明：工作面煤壁稳定性与滑块重力、顶板压力和底板支撑力近似呈反比例函数关系,与内聚力近似呈正比例函数关系,内摩擦角则对其影响不明显。生产实践中可以通过调节工作面采高、支架初撑力、底板比压以及注浆的方式来控制煤壁的稳定性。     

煤体强度对煤壁稳定性的影响研究

在特殊地质条件下,对大采高工作面维护煤壁稳定使用改变采高、提高支架阻力等手段效果不明显,因此,从提高煤体强度的角度对煤壁稳定性展开研究。基于莫尔-库伦准则对大采高工作面煤壁稳定性进行理论分析,揭示了煤体强度与煤壁受力的关系|利用数值模拟软件对煤体强度有差异的煤壁稳定性进行规律总结,最后利用相似模拟实验模拟验证数值模拟结果。结果表明：煤壁的拉裂和剪切破坏都与煤体自身物理力学性质有关,煤壁发生破坏时的极限垂直应力与内摩擦力及内聚力均成正比关系,其中内聚力对煤壁稳定性的影响效果最为明显,内摩擦角对其影响相对较小,煤体强度的增大对煤壁稳定性有显著的影响|在相似模拟实验中,内聚力增大1.0MPa时,煤壁发生破坏的临界压力增加1.64MPa,破坏高度减小1.7m,破坏深度减少0.7m。     

大采高综采工作面煤壁破坏影响因素数值模拟分析

针对工作面煤壁片帮影响大采高综采开采技术效益发挥的问题,以红庆河煤矿3-1煤层赋存条件为研究背景,通过设计正交试验方案,运用FLAC3D数值软件进行模拟,基于Drucker-Prager准则计算了工作面煤壁的破坏系数,综合分析了影响工作面煤壁破坏的5个因素。结果表明,埋深、支架合力作用点到煤壁距离、采高和工作面长度越大,煤壁破坏程度越高,而液压支架初撑力越大,煤壁破坏程度越低;煤壁破坏影响因素的主次排序为:埋深>支架合力作用点到煤壁的距离>支架初撑力>采高>工作面长度;给出了3-1煤层开采的合理工艺参数:采高6.2 m,工作面长度225 m,支架合力到煤壁的距离2 m,支架初撑力12 000 kN。     

大采高工作面煤壁片帮力学机制与深度研究

为了揭示大采高工作面煤壁片帮发生机理,确定片帮位置与深度,基于弹性力学、PFC~(2D)数值模拟等方法,对神东矿区补连塔煤矿12511大采高综采工作面片帮机理进行研究;揭示了工作面煤壁渐进劣化特征,建立了工作面"薄板"力学模型与煤壁片帮深度经验计算公式,进而推导出煤壁变形的挠度方程,确定支架护帮结构控制煤壁片帮的技术。结果表明:工作面煤壁片帮失稳位置在采高的0.579倍处;最大煤壁片帮深度0.98~1.61 m;调整工作面支架顶梁前端结构,确定工作面支架的护帮结构平均支护强度应大于0.16 MPa。     

深部大采高超长工作面煤壁片帮机理及控制技术

采用实验室试验、数值计算和理论分析综合研究方法,研究了深部大采高超长工作面煤壁片帮机理及控制技术,研究表明:试验工作面煤为脆性煤体,原始含水率为1.6%,煤层含水率达到5.0%左右强度最高;采高一定时,煤层强度越低,煤壁水平变形越大,越容易发生片帮;煤壁位移最大处为煤壁中上部,采高5m时,距煤层底板2~4m容易发生片帮。现场采用两巷超前深孔煤层注水、两巷超前深孔+工作面煤壁浅孔超前预注浆、调节支架安全阀差异开启、选择大工阻支架等关键技术,防片帮、防尘效果较好。研究成果为深部大采高超长工作面安全高效开采提供理论指导和技术支撑。     

深部大采高超长工作面开采技术研究及展望

基于浅部大采高超长工作面应用的成功经验,在深部大采高超长工作面回采实践的基础上,分析了深部大采高超长工作面回采可能遇到的矿压显现、煤壁片帮、巷道变形和超前支护问题。分析表明,液压支架支护技术能够满足深部大采高超长工作面回采要求,煤壁片帮、巷道大变形与超前支护的适应性仍需加强研究。     

锚注与锚索联合支护技术在推采断层中的应用

巨野煤田某矿1309工作面地质构造复杂,过断层期间直接顶和基本顶的稳定性难于控制,导致工作面煤壁片帮严重,顶板冒落,影响正规循环推采速度。采用锚索支护和注化学浆的锚注支护技术加固煤岩体,增加了围岩体的内聚力和内摩擦角,提高了煤壁和顶板的强度和承载能力,取得了显著的效果。     

三软煤层大采高综采面煤壁片帮控制研究

针对李村煤矿三软煤层大采高工作面煤壁片帮严重的问题,通过对影响工作面煤壁片帮因素的综合分析,据此提出对煤壁采取超前深孔注浆加固及其他相关控制措施,取得了良好效果。     

浅埋大采高工作面煤壁片帮的柱条模型分析

采用UDEC软件模拟了浅埋煤层4,5,6,7 m采高煤壁变形与片帮过程,揭示了大采高煤壁片帮表现为受压"柱条"失稳特征。建立了煤壁片帮的柱条模型,通过柱条挠度分析得出了大采高工作面煤壁最容易发生片帮的部位在0.6倍的采高处。研究认为随着采高的增大,塑性区宽度增加,煤壁柱条增多,柱条水平位移增大,柱条稳定性降低。通过加强顶板支护、加快推进速度和合理的护帮,改善柱条的约束条件,可以有效提高煤壁稳定性,控制煤壁片帮。     

大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术研究

由于受煤体破碎和采高等影响,大采高工作面经常发生片帮失稳等破坏。通过对阳煤一矿S8310工作面的片帮机理分析和控制技术应用,改善了煤柱物理力学性能,提高了煤体强度,有效地控制了煤壁失稳破坏,改善了回采过程中工作面安全生产环境,为工作面高产高效创造了条件。     

大采高综采面煤壁片帮影响因素及控制技术研究

为揭示阳煤一矿S8310大采高综采面煤壁片帮规律并提出有针对性的控制措施,避免盲目治理和减少成本投入,从理论上分析了工作面煤壁片帮的形式和影响煤壁片帮的因素。通过数值模拟,以煤壁片帮深度为参考比较对象,研究了煤壁片帮与煤体硬度、支护强度以及俯(仰)采的关系,并确定了这3种影响煤壁片帮因素之间的主次关系。俯采对控制煤壁片帮效果最好,提高煤体硬度和增大支护强度2种方法控制效果相近,基于此,制定了该工作面的煤壁片帮控制措施。     

大采高综采工作面片帮机理及控制技术

针对石圪台煤矿31205大采高工作面片帮严重,制约安全生产这一情况,结合工作面实际条件,通过力学分析,得出了片帮发生的力学机理并在现场得以验证,通过对不同采高、支护强度、推进速度对工作面煤壁片帮的影响,得出采高越小、支护强度越大、推进速度越快,工作面煤壁越稳定,并根据所得结论提出了煤壁片帮控制措施,有效地保证了安全生产。     

厚煤层一次采全高煤壁失稳机理及控制技术

针对王庄煤矿6.5 m以上厚煤层一次采全高综采工作面煤壁片帮严重,稳定性差的现状,结合现场实测结果对该矿煤壁片帮失稳机理进行了分析。基于采高过大易导致煤壁片帮严重的事实,提出了采用"梯级煤壁"方法控制片帮技术,并分析了其作用机理。结果显示:该工作面煤壁片帮体破坏面形状近似于圆锥锥面,规模近似于"楔形体";将煤壁划分为由上而下前后依次错开的若干梯级后,煤壁受力情况得以改善,并有利于煤壁片帮控制。     

大采高综采工作面片帮机理及控制技术研究

针对三道沟煤矿85201大采高工作面片帮严重的问题,结合工作面实际条件,通过理论分析了煤壁片帮发生的力学机理,通过数值模拟研究了不同采高、支护强度、推进速度对工作面煤壁片帮的影响,研究结果表明,采高越小、支护强度越大、推进速度越快,工作面煤壁越稳定。最后,依据三道沟85201工作面的实际情况,提出了煤壁片帮控制措施,有效的保证了矿井的安全生产。