水压致裂技术在强矿压控制中的应用

东古城矿z101工作面14~20m特厚煤层综放开采中,出现了强矿压显现现象,影响了工作面的安全高效生产。本文从已开采工作面的实际地质赋存条件入手,采用理论分析、物理相似模拟的方法,同时结合实测计算,对z101工作面强矿压显现进行研究分析,并提出控制强矿压的方法与技术途径。     

小庄矿大采高综放面强矿压显现规律研究

针对小庄矿40205综放工作面在2021年3月12日至4月2日出现的强矿压显现问题,统计分析了工作面矿压监测和微震监测数据,研究了强矿压显现规律,分析了强矿压显现产生的原因,并给出了应对措施,得出以下主要结论：破断顶板高度发育、悬臂梁超前断裂、悬臂梁下沉量增大是造成本次强矿压现象的主要原因;初次来压时工作面实际来压范围相比较理论来压范围有明显增加,第2次和第3次来压时工作面出现强矿压现象,工作面见方和埋深见方时,来压强度会进一步增大,需要特别注意顶板和支护状态;建议采用及时移架、适当减少放煤量、加快推进速度、保证液压支架初撑力等措施应对强矿压显现,防止支架损坏甚至顶板灾害的发生。     

综放工作面厚层坚硬顶板深孔预裂爆破技术研究

以综放工作面厚层坚硬顶板为工程背景,针对顶板开采过程中大面积悬顶及强矿压显现,提出了深孔爆破预裂顶板技术,分析了爆破破岩分区、致裂机理和钻孔及爆破工艺合理参数。确定了现场爆破方案,在工艺巷两帮及顶板实施深孔预裂爆破。该技术在预裂顶板与减缓强矿压显现方面取得了良好的技术效果,实现了综放工作面安全高效开采。     

利用开采解放层治理强矿压

针对大同矿区特厚煤层综放工作面在回采过程中出现的强矿压问题,以塔山矿一盘区C3-5号层8108工作面为工程实例,提出开采解放层泄压的方法,通过先行开采8108工作面上覆山4号煤层,使下部综放工作面开采过程中矿压显现强烈的现象得到了有效缓解,保障了特厚煤层综放工作面的安全开采,取得了良好的经济技术效果,为同类型矿井提供了借鉴。     

工作面过煤柱强矿压显现机理及地面压裂控制研究

针对特厚煤层工作面受远场上覆煤柱大结构影响的强矿压显现机理及控制难题,综合采用现场实测和数值模拟的研究方法,对工作面强矿压显现特征及机理进行研究,提出并实施了地面压裂控制强矿压的技术。现场实测表明,3-5#特厚煤层开采后覆岩破断发展至上覆侏罗系煤柱位置,造成煤柱大结构破坏,数值计算表明,煤柱集中应力致使下伏相邻硬厚岩层整体性的切落失稳是造成工作面强矿压显现的主要原因。据此,提出基于地面水力压裂高位硬厚岩层的采场矿压控制技术手段。实践表明,地面压裂扩展半径大,工作面来压强度明显降低,压裂效果显著,表明地面压裂是实现强矿压控制的有效创新手段。     

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。     

四台矿矿压显现机理及顶板控制研究

四台矿是石炭系与侏罗系双系赋存煤层并且煤层顶板具有坚固难冒的特点。随着侏罗系煤层开采完毕,石炭系煤层深部开采逐渐成为主流。在进行15～21 m石炭系特厚煤层开采的过程中,出现工作面强矿压现象,严重威胁工作面的开采生产安全。针对这一现象,通过进行强矿压显现机理分析,对开采技术与液压支架进行了优化,有效控制了强矿压。     

多层坚硬顶板综放开采矿压规律及控制技术研究

针对特厚煤层和多层坚硬顶板赋存条件下,工作面易出现液压支架压死、煤壁片帮和沿空巷道围岩变形严重、矿压显现强烈的问题,以同忻煤矿特厚煤层综放工作面为工程背景,对回采巷道和工作面进行矿压显现监测,分析多层坚硬顶板作用下的围岩应力和变形规律。研究表明:工作面开采引起的采动应力影响范围较大,多层坚硬顶板作用下覆岩形成了大结构,在其作用下围岩应力和变形表现为"上升突变"和"下降突变"交替出现。研究结果说明了特厚煤层大采出空间和多层坚硬顶板的共同作用是综放工作面强烈矿压显现的主要原因,据此提出了坚硬预裂爆破切顶和沿空巷道恒阻大变形锚杆吸能支护控制技术,可对强矿压进行有效防治。     

开滦赵各庄矿大倾角综放工作面矿压显现规律分析

结合开滦赵各庄矿千米深部大倾角综采放顶煤的开采,通过现场矿压观测,较全面地分析研究了大倾角工作面的矿压显现规律,提出了影响大倾角煤层开采矿压的因素及大倾角工作面综放开采矿压显现的新特征。     

大采高工作面覆岩运移规律及矿压显现特征特殊性研究

针对大采高工作面矿压控制难题,利用相似模拟材料对覆岩运移过程中矿压显现特征特殊性进行研究。试验结果表明,大采高工作面初次来压步距可达到90 m,在开采初期周期来压步距较稳定,强度较小;工作面推进190 m之后,周期来压步距及强度离散性较大,易发生强矿压显现事故;工作面的超前支承压力峰值可达到40 kN,与覆岩垮落厚度呈线性正相关关系。     

Similar material simulation research on movement law of roof over-lying strata in stope of fully mechanized caving face with large mining height

Similar material simulation test was carried out in a geological model of W_9–15101 fully mechanized caving face with large mining height in the Liuhuanggou Colliery, in Xinjiang Uigur Autonomous Region. The roof overlying strata movement law in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height was studied and show that the roof overlying strata in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height can be formed into a stable arch structure; the fracture rock beam is formed resembling a “bond beam”, but it has essentially the structure of “multi-span beams” under the big structure of the stable arch. The roof overlying strata movement law in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height is similar to that of the common, fully mechanized caving stope, which is determined by the deformation and instability of the structure of “multi-span beams”. But because of the differences between the mining heights, the peak pressure in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height is smaller while the affected area of abutment pressure is wider in the front of the working face; this is the obvious difference in abutment pressure between the stope of a fully mechanized caving face with large mining height and that of the common.     

一次采全高工作面矿压观测与显现规律

一次采全高的工作面采高增大,顶板活动空间增大、基本顶悬臂梁结构弯距加大,而使工作面上覆岩层冒落高度、裂隙带高度、工作面超前支承压力、侧向支承压力等都发生变化[1][2].以三元王庄煤业3043工作面一次采全高为例,通过钻孔窥视仪及矿压观测仪对其顶板岩性、矿压数据进行认真分析,得出了准确的岩层分布情况、矿压显现规律、回采巷道表面位移规律工作面的建议措施,能为推进煤矿一次采全高综采技术提供依据.     

大采高综放工作面长度的空间效应初探

为了合理选择大采高综放工作面合理长度,采用数值模拟方法对大采高综放工作面不同长度情况下覆岩结构和围岩应力分布进行研究,研究结果表明,随着工作面长度的增加,工作面超前支承压力影响范围增大,峰值远离煤壁,峰值增大,工作面覆岩"应力拱"高度加大,矿压显现加剧;当工作面长度超过一定值后,支承压力距离、大小、"应力拱"高度将趋于稳定。该研究成果对于确定合理的大采高综放工作面长度具有重要的指导意义。     

急倾斜煤层大段高综放开采围岩变形监测研究

为研究急倾斜煤层大段高综放开采条件下围岩变形破坏的规律,对新疆碱沟煤矿+564m水平22m大段高工作面回采巷道、顶底板及顶煤体进行了围岩变形量监测。监测表明:工作面前方20m范围内,回采巷道顶底板变形量明显大于两帮变形量,但均在可控范围内;不同层位顶煤体完全垮落时距煤壁距离不同,从而保证支架在走向方向上承受上方顶煤体完全破坏后的部分压力;顶底板岩层的垮落区域均位于煤壁较后方采空区内,避免了工作面区域围岩大范围垮落的影响。研究为大段高开采条件下工作面的安全高效生产提供了基础依据,并为进一步提高工作面分段高度作了有益的尝试。     

薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数研究

针对薄直接顶大采高工作面顶板垮落后不能及时充满采空区,造成上覆厚硬顶板在工作面侧向形成悬臂梁结构,进而向留巷侧传递覆岩压力导致留巷围岩破坏失稳的现象,以某矿12408工作面薄直接顶、厚硬基本顶条件为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,研究了薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数。建立了留巷顶板的力学模型,量化了未贯穿面的拉应力与切顶高度和切顶角度的关系,确定了未贯穿面拉应力随切顶高度和切顶角度的变化规律,得出了切顶角度一定时,未贯穿面处的拉应力与切顶高度近似指数函数规律分布,拉应力随切顶高度的增大而增大,且增长速率逐渐加快;切顶高度一定时,未贯穿面处的拉应力随切顶角度的变化曲线呈抛物线形,随着切顶高度增大,未贯穿面处的拉应力超过极限所需的切顶角度的范围也增大。数值模拟方法分析了留巷中锚索轴力变化系数的变化规律、区段煤柱和相邻巷道竖直方向应力的分布特征,确定了11 m的切顶高度和大于0°的切顶角度即可切断顶板间的应力传递。现场考虑到实际岩层赋存条件的复杂多变、爆破后切缝面的不平整性和贯通程度的差异性以及保证厚硬顶板在矿山压力作用下顺利垮落,采用13.6 m的切顶高度和10°的切顶角度,结合顶板垮落后的碎涨系数,理论验证了顶板垮落后的高度大于工作面实际高度,即垮落顶板能够及早支撑上覆岩层,减轻覆岩运动对留巷和煤柱稳定性的影响。现场监测到巷道顶底板及两帮变形量较小,围岩较稳定,验证了数值模拟结果的可靠性以及切顶卸压技术的可行性,可为类似条件的切顶留巷提供借鉴和参考。     

山西霍尔辛赫煤矿3207大采高工作面顶板垮落规律研究

为了深入研究霍尔辛赫煤矿3207大采高工作面顶板垮落特征及其控制,理论计算了3207大采高工作面顶板各岩层载荷、初次垮落步距、周期垮落步距等参数,并利用FLAC^3D数值模拟分析了顶板各岩层垮落特征,从而得到了3207大采高工作面顶板的垮落规律。     

特厚煤层大采高综放工作面矿压及顶板破断特征

针对大采高综放工作面覆岩活动空间大、开采扰动强烈的特点,以不连沟煤矿特厚煤层大采高综放开采为背景,采用现场实测和理论分析等方法对大采高综放采场矿压及顶板运移破断特征进行分析,建立了大采高综放采场周期来压岩层破断的力学模型,得出了液压支架工作阻力的计算方法。结果表明:大采高综放工作面来压时安全阀开启频繁、顶板快速下沉,额定工作阻力13 800 kN的液压支架不能满足顶板控制的需要;开采空间的增大、直接顶厚度增大,低位基本顶转化为直接顶成为悬臂结构、高位基本顶形成砌体梁,二者形成"上位砌体梁-下位倒台阶组合悬臂结构";工作面来压强烈、动载明显、持续时间短的矿压现象是由于高位砌体梁结构滑落失稳造成的,据其力学特征确定了液压支架的工作阻力。     

不同采厚围岩力学特征的相似模拟实验研究

针对一次采厚变化对采场围岩变形、位移、应力分布等力学特征的影响,根据淮南谢桥煤矿1151(3)综放工作面地质和开采技术条件,采用实验室相似材料模拟开展了不同采厚回采过程中围岩力学特征的研究.结果表明,不同采厚回采期间煤层顶、底板一定范围内的岩层应力均具有明显的分区特征,在高位岩层和工作面前方及切眼后方未采煤岩体内均形成起主要承载作用的宏观应力拱,覆岩运移形态均为非对称性;随一次采厚增加,覆岩垮落角略有变化,支承压力影响范围和两带（垮落带和断裂带）高度加大并逐渐趋于稳定;两带高度、支承压力峰值位置距工作面煤壁距离与一次采厚呈非线性正比关系.     

薄基岩综放采场直接顶结构力学模型分析

为深入研究薄基岩综放采场矿压显现规律,以山西潞安矿业集团司马煤矿薄基岩区厚煤层开采为研究背景,采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法对薄基岩综放采场直接顶结构特征进行了研究,建立了薄基岩综放采场直接顶结构力学模型,分析了直接顶“半拱”式平衡结构的形成机理和破断规律。结果表明：根据司马矿薄基岩区直接顶厚度和岩层性质不同,将直接顶划分为Ⅰ型和Ⅱ型两种类型;采高6.5 m,直接顶厚度大于15 m时,容易形成“半拱”式平衡结构,采场矿压呈现出来压步距短、静压大、动压小、动载系数小等特征,“半拱”结构有规律的破断失稳是薄基岩综放工作面矿压显现的根源,该结论解释了司马煤矿薄基岩综放采场的矿压显现规律。     

“三软”大采高综采工作面覆岩结构及运动规律分析

以潘一煤矿"三软"煤层2141(3)综采工作面开采条件为背景,运用相似材料模拟实验和计算机FLAC3D数值模拟软件,对采高为6m的工作面的覆岩结构及顶底板破坏特征进行观测分析,研究表明:覆岩一般是分层或分组运动,垮落相互叠加;顶板距煤层越远,位移量越小,且具有滞后性;离层出现在应力降低区;垂直应力的峰值位置随着岩层高度的增加向煤壁后方移动,顶板和煤层中的最大垂直应力大于底板中的最大垂直应力;底板的破坏范围最大,并在工作面后方存在拉破坏。