任楼煤矿7_240(上)南工作面突水溃砂原因及防范对策

从工作面覆岩结构、矿压显现、支架阻力等方面对任楼煤矿7240(上)南工作面在回采过程中发生突水、溃砂的原因进行了分析,结果表明,含水层作用下覆岩结构发生破断失稳,原来属于裂隙带的岩层变为垮落带,导致冒落带异常发育并沟通含水层引起水砂溃出,支架阻力不足被压死加剧顶板结构失稳和冒落的程度。针对此类具有破断失稳危险的覆岩结构,提高支架阻力、避免结构失稳压架和顶板切冒是根本防治途径,同时需要辅助铺网、完善排水系统、提高支护质量、加强现场组织管理等手段。     

薄基岩顶板工作面突水溃砂及切顶灾害试验研究

煤层一次采出厚度变大,导致直接顶冒落高度增加,并且在薄基岩条件下,顶板破断后不容易形成稳定的结构。顶板破断容易导致工作面突水溃砂灾害的发生,严重影响工作面的生产。为了揭示薄基岩、厚松散岩层在高强度开采条件下突水溃砂和顶板切落并发灾害机理,利用自主研发的顶板动压与突水溃砂试验平台进行了相似模拟试验,以锦界煤矿31406综采工作面为工程背景,试验采用平面应变模型,选取几何相似比为100∶1,结合辅助红外成像仪和超声波探测器等获取了顶板破断时能量的聚集与耗散特征以及裂隙的发育特征。试验结果表明:顶板发生超前破断时,同一岩层产生竖直贯通裂隙,在层理处因岩层强度和厚度不同容易产生"错动"裂隙;突水溃砂和顶板切落并发时产生了明显的动载冲击现象,支架工作阻力会有明显增加,引起压架和工作面发生突水溃砂事故;基于滚动摩擦基本原理建立了滚动摩擦力学模型,揭示了水砂涌入裂隙后导致块体产生滑落失稳的力学机理;水砂体由贯通裂隙进入顶板结构,原有滑动摩擦向滚动摩擦转化,显著降低块体间摩擦力,使顶板产生滑落失稳。结合试验和理论分析得到及时移架,增加支架初撑力,加快工作面推进速度等可以降低突水溃砂和顶板切落灾害发生的...     

特厚煤层支架工作阻力适应性研究

本文以斜沟煤矿斜沟煤矿23110工作面综放开采为背景,对该面回采期间液压支架的适应性进行研究,通过现场实测与理论分析的方法对特厚煤层综放工作面覆岩顶板来压期间与非来压期间的力学特征进行分析,得出液压支架工作阻力的计算方法。结果表明:特厚煤层工作面后方覆岩垮落空间大,回采过程中会形成下位"倒台阶"悬臂梁、上位砌体梁的结构;23110工作面液压支架的工作阻力高于17979kN时,才能避免覆岩砌体梁结构失稳滑落,保证斜沟煤矿23110综放工作面的安全回采,否则砌体梁结构的失稳滑落会导致支架承受不低于21846kN的工作阻力,增大压架的风险。     

冲积层高水压含水体下工作面突水溃砂机理分析

冲积层砂砾含水层导致的工作面的突水溃砂事故，对人员安全和设备有重大威胁。赵固一矿大多数薄基岩工作面在留设防砂安全煤(岩)柱的条件下可实现安全开采，但在特殊水文地质条件下仍有工作面发生突水溃砂事故。在分析归纳多起突水溃砂事故的基础上，总结了防砂煤（岩）柱失稳的主要类型，认识了特殊水文地质条件下事故的形成原因，查明了突水溃砂的形成机理。研究结果表明：工作面出现压架事故，顶板岩层持续抽冒造成超限开采，导水裂缝带波及砂砾高水压“天窗区”是致灾的关键因素。建议采取加强顶板管理，论证支架支承力适用性，适当留设保护煤柱，加强冲积层探测，针对性调整采动影响等预防技术措施。研究结果对我国类似条件的工作面安全开采具有借鉴价值。     

薄基岩区顶板高水压工作面安全开采技术应用研究

霍州煤电集团店坪煤矿5#煤层工作面的开采受到突水溃砂的严重威胁,为保证即将进入采掘阶段的5-211工作面的安全回采,通过理论分析、计算及数值模拟等方法,得知影响防砂安全煤(岩)柱稳定性的因素主要有采煤工作面上覆岩层破坏情况及顶板高压水的影响,设计采用探放孔对顶板高压水进行超前疏放,在基岩变薄区域采用限高开采技术(采高2.2m)进行开采,现场应用效果表明,该方法成功的防止了工作面顶板突水溃砂事故的发生,实现了工作面的安全高效回采。     

覆岩多层坚硬顶板条件下特厚煤层综放工作面支架阻力确定

为分析覆岩多层薄采空区坚硬顶板条件下特厚煤层工作面的强矿压显现机理,合理确定工作面支架支护阻力,采用理论分析、相似模拟与现场实践相结合的研究方法,对特厚煤层开采条件下的多层顶板破断规律与工作面支架阻力确定问题进行了探讨,得出了工作面支架阻力确定原则与方法。研究表明:多层坚硬顶板的破断形式与破断次序对工作面矿压显现影响较为明显;关键层顶板的单层垮断或多层同步失稳将对应不同的工作面支架阻力;坚硬厚层顶板同步失稳条件下,单纯提高支架阻力将难以满足特厚煤层工作面合理支护要求。以大同矿区某煤矿工作面生产实际为背景,对特厚煤层工作面进行了支架合理选型同时配以坚硬顶板的水压致裂控制技术,取得了良好的顶板控制效果。     

厚松散层工作面矿压规律及支架适应性分析

厚松散层薄基岩工作面顶板来压期间易导致切顶事故,引起溃砂溃水事故。通过对淮矿集团某矿1332(1)厚松散层工作面回采期间支架压力实时数据的分析,明确了该厚松散层工作面初次来压步距、来压步距、动载系数、初撑力与循环末阻力的利用率以及相互关系等相关数据,表明ZZ10800/22/45型液压支架基本适应该工作面回采。     

大柳塔煤矿薄基岩浅埋煤层工作面矿压规律研究

为了研究薄基岩浅埋煤层矿压规律,防止薄基岩浅埋煤层工作面发生切顶事故,造成溃砂溃水事故,通过对大柳塔煤矿22614工作面现场矿压观测,得出了薄基岩浅埋煤层工作面矿压显现规律,结果表明：工作面上覆基岩厚度大于10 m的区域,工作面顶板来压比较明显,支架动载系数相对比较大,工作面上覆基岩厚度小于10 m的区域,工作面顶板来压不明显,实测工作面支架工作阻力大部分为5 400～7 200 kN,现有支架能满足生产需求。     

浅埋薄基岩中厚煤层综采面矿压显现规律研究

针对浅埋薄基岩中厚煤层综采工作面,采用经验公式分析了工作面覆岩三带分布情况,通过实测分析了工作面来压基本规律及支架阻力情况,并对支架适应性做了分析。研究结果表明,工作面覆岩只存在冒落带、导水裂缝带,不存在弯曲下沉带;工作面顶板来压明显,来压有大小步距现象,动载系数大,持续时间短。开采过程中,未出现切顶压架事故。为提高支架适应性,建议适量增大支护强度。     

厚松散含水层下采场厚硬直覆顶板控制技术研究

在厚松散含水层下厚硬直覆顶板煤层开采过程中,如何避免发生压架、突水事故,成为亟需解决的关键问题。为此,以潘一煤矿1602(3)工作面为工程背景,建立了厚硬直覆顶板失稳的力学模型,确定了强制放顶控制顶板方案,采用数值模拟软件UDEC模拟分析了不同支护阻力情况下的顶板运移特征,并进行了现场工业化试验。结果表明,厚硬直覆顶板煤层开采,进行顶板强制放顶能成功地避免老顶破断距过长从而矿压显现剧烈的弊端,放顶效果良好,可以避免压架的发生,并在现场试验中得到了验证,为类似条件下的工作面回采提供了一定的借鉴作用。     

哈拉沟煤矿22402工作面初采期溃水溃沙机理及防治技术

结合哈拉沟煤矿22402工作面初采期煤层覆岩结构特征,对该工作面溃水溃沙事故的原因进行了分析,并提出了对应的防治措施。结果表明,22402工作面初采期煤层覆岩属单一关键层结构,关键层破断发生滑落失稳导致其上覆岩层整体断裂下沉,导水裂隙带导通了含水层与工作面,含水层水带动其上部沙粒溃入工作面而发生溃水溃沙事故。据此从开采前、开采期间和事故应急抢救3个方面,提出了工作面溃水溃沙事故的防治技术。     

富松散含水层下复合隔水层稳定性分析及渗流规律

针对任楼矿6415工作面富松散含水层下安全采煤这一问题,基于材料力学以及采动渗流理论,采用理论计算与数值模拟的方法,对复合隔水层的结构稳定性、渗流稳定性以及采动覆岩渗流规律进行了研究。结果表明:工作面推进45 m左右时,复合隔水层发生破断,顶板渗流失稳系数为0.948,接近于1,存在顶板突水的可能。采空区后方和工作面前方煤壁处的渗流速度急速增加,导水裂隙主要分布在采空区后方和工作面前方煤岩层中部拉伸断裂处,并且闭合状态随覆岩的运动状态不断发生改变。     

厚基岩采场弱胶结岩层动力溃砂机制研究现状与展望

我国西部矿区黄陇、宁东两大煤炭基地发生的采场顸板溃水溃砂与强矿压显现叠加灾害是一种厚基岩采场顶板弱胶结岩层动力溃砂灾害.该灾害类型在表象、物源和动力源上均不同于以往浅埋、近松散层采场的非动力溃水溃砂灾害,是一种新型的采场顶板灾害.由于该类型灾害突发性强、破坏性大、冲击力大,对安全生产带来严重威胁,致使如何有效防控灾害的...     

补连塔煤矿四盘区顶板突水机理及防治

采用理论分析与工程测试相结合的方法,对神东矿区补连塔煤矿四盘区31401工作面异常突水机理进行了深入研究.结果表明：31401工作面突水的水源来自基岩（厚120～190 m）上部的砂砾含水层.按传统估算方法确定的顶板导水断裂带最大高度为55 m,达不到砂砾含水层,不应发生周期性的顶板突水.但2个钻孔实测的顶板导水断裂带高度达140.5～154.0 m,达到砂砾含水层,从而引发了工作面顶板突水.覆岩主关键层位置距离开采煤层较近,是导致顶板导水裂隙高度偏高和顶板异常突水的根本原因.根据四盘区所有钻孔柱状覆岩主关键层位置的判别结果,对四盘区后续工作面顶板突水危险区域作出了预测,31401工作面区域的预测结果已得到了生产实践的验证.     

大倾角大采高综采工作面支架受载与失稳特征分析

对支架的稳定性控制是大倾角大采高煤层安全、高效开采亟待解决的关键问题之一,以2130煤矿25221大倾角大采高综采工作面为研究背景,基于现场监测对覆岩破断运移规律和支架受载特征分析的基础上,通过理论分析系统研究了采高和工作面顶板运移对支架受载与失稳特征的影响。结果表明,在大倾角大采高煤层开采中,受采高增大影响,顶板运移的幅度和剧烈程度及支架工作阻力均较一般采高大倾角煤层开采时明显增大,架间推压、咬挤现象明显;当工作面顶底板岩层稳定时,使支架保持不转动和下滑的临界工作阻力均不超过支架自重的2倍;但受工作面顶板运移影响,支架亦会随着顶板的运动而运动,且其不会随着支架工作阻力的增大而消失;支架转动下滑的幅度和失稳概率随着支架工作阻力的减小、顶板与支架间摩擦力绝对值的增大、顶板载荷偏载程度的增大及采高的增大而增大,且其转动失稳的概率大于下滑失稳的概率。     

特厚煤层大采高综放工作面覆岩结构及支架工作阻力研究

为了掌握特厚煤层大采高综放工作面的覆岩结构及支架合理工作阻力,以同忻煤矿8107工作面为研究对象,采用理论分析、现场观测的方法对特厚煤层大采高综放工作面覆岩的破断和组合形式进行了研究,建立了覆岩力学模型,得出了同忻煤矿8107工作面支架工作阻力计算式。结果表明:正常开采期间,大采高综放工作面直接顶易形成具有整体性的倒台阶组合悬臂梁结构,悬臂梁结构的破断、回转是支架—围岩互馈过程中的主要压力来源;来压期间,高位砌体梁结构与低位悬臂梁结构耦合形成“砌体梁—悬臂梁”结构,砌体梁结构的滑落失稳引起悬臂梁结构的协同回转,是大采高综放工作面强冲击来压的原因;实测8107工作面正常回采以及来压时支架工作阻力分别为26 MPa(9750 kN)和40 MPa(15000kN),与理论计算结果较为吻合;8107工作面采用的ZF15000/27.5/42型四柱低位放顶煤支架能够满足生产需求。     

高水压孤岛工作面底板突水防治技术研究

为解决邢东矿深部带压开采顶板来压剧烈导致底板突水的难题,采用现场调研、理论分析以及应力监测和微震监测等手段,研究了2129工作面底板突水危险性和防治技术。研究结果表明：2129工作面开采地质条件复杂,顶板剧烈来压时底板突水危险性较大|减小基本顶来压步距可有效减小底板采动破坏深度,提出了顶板水力压裂卸压底板突水防治技术|2129工作面平均来压步距为5.25m,较2222工作面减小了近76%,来压动载系数最大值为1.47|微震监测结果表明底板破坏集中在浅部岩层且未形成导水通道,该防治技术可有效降低底板突水危险性,保障高水压下孤岛工作面安全带压开采。     

采动覆岩高位离层演化特征及涌(突)水前兆信息研究

采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙)演化特征及离层水害机理。以永陇矿区招贤煤矿为研究对象,黄陇侏罗系煤田永陇矿区煤层覆岩具有弱胶结、泥质含量高和单层厚度大等特点,侏罗系覆岩之上为巨厚高水压白垩系含水层,厚及特厚煤层开采时易在侏罗-白垩系交界上下形成高位离层积水;当导水裂隙与高位离层积水沟通时,形成离层水害。离层水害具有瞬时性、大流量并伴随强烈矿山压力显现等特点。研究结果表明:当工作面达到充分开采时,采空区两帮离层裂隙较为发育,中部处于压实区,最大横向高位离层位于梯形破坏区顶部;工作面上覆亚关键层的周期性破断造成工作面周期性来压、高位离层空间周期性扩张、闭合,导致宜君组水位周期性异常下降;工作面经长时间停采,恢复开采后,重复扰动覆岩诱发覆岩岩体结构失稳,导水裂缝带沟通离层空间,造成离层涌(突)水;水位突降、水位下降速率突增、微震大能量事件可作为1304工作面突水前兆信息;关键层的破断会引起微震能量事件,伴随关键层的快速回转、下沉扩大离层空间,造成宜君组水位异常下降;工作面多次复采造成覆岩自稳能力逐渐劣化严重,加快离层涌(突)水通道形成,离层涌(突)水通道逐步增大;随着出水次数增加,水位提前下降时间减少,微震能量事件能量降低,涌水量增大;采动过程中离层涌(突)水的前兆信息-白垩系含水层的水位变化以及矿井微震监测数据验证了模拟结果是可信的。     

神东矿区覆岩破坏类型的探测研究

神东矿区主要开采侏罗系煤层,由于工作面覆岩松散层厚度、基岩厚度和埋深变化的复杂性,加之矿井水文地质条件变化较大,多次发生工作面突水、溃沙事故。采用以钻孔探测工作面覆岩破坏高度的研究方法为主,首次指出矿区存在覆岩破坏"两带"分布、覆岩破坏正常"三带"分布和超高导水裂隙带分布3种覆岩破坏类型。     

浅埋煤层高强度开采覆岩(土)破坏演化及溃沙控制技术

随着我国煤炭资源的大规模和高效开采,薄基岩浅埋深的矿区常发生切冒、抽冒、台阶下沉,造成水资源和环境破坏严重。但是,赋存于萨拉乌苏组含水层下伏的连续黏土层的存在,使得基岩及其黏土隔水层组合结构下采动破坏规律不同于传统的基岩岩层,这将为防治矿井突水和实现保水采煤提供了条件。论文采用数值模拟和理论分析的方法,模拟了“黏土隔水层-基岩风化带-基岩”结构特征下不同黏土层与基岩厚度条件下覆岩(土)裂隙发育、顶板破断运动的基本特征,获得了浅埋深条件下采动覆岩(土)的破坏变异规律与发育高度,分析了溃沙的致灾因素和预测判据,并据此提出防治突水溃砂的技术手段。研究结果表明：浅埋煤层“沙土基型”覆岩(土)结构条件下,由于不同基岩与土层厚度的控制作用,使得覆岩(土)破坏发育高度和特征产生变异;水砂源、通道、动力源和空间是近松散含水层溃砂的主要致灾因素,并提出了预测溃沙发生的判据;可通过防止顶板切冒、含水砂层水头压力疏降、局部注浆固沙和合理留设防砂(塌)煤岩柱等技术控制浅埋煤层溃砂灾害发生。