砂岩直覆顶板预裂爆破矿压控制技术

赋存于煤层顶板的关键岩层破断会引起采场强烈的矿压显现,尤其是直接赋存于煤层顶板的厚硬砂岩层作为主关键层,其破断容易引发矿山动力灾害。针对某工作面顶板厚砂岩直覆特征,运用关键层理论分析了该岩层梁式初次断裂的极限步距、周期性跨落步距及相应的支护阻力要求,为使工作面支架能够承载顶板压力,切眼向前每隔20 m采用超前深孔预裂爆破措施。矿压实测结果表明,厚砂岩的强制放顶减缓了顶板载荷对支架的作用,实现了现有支护设备条件下工作面的安全回采。     

8.5 m大采高工作面矿压显现规律相似模拟研究

为了确定特厚煤层覆岩的矿压规律和支架工作阻力变化,根据煤层所处地质条件,基于相似三定理,在实验室采用平面相似模拟的方法,研究了浅埋特厚煤层大采高综采条件下的工作面上覆岩层破断、来压步距和支架阻力及周期来压规律。结果表明:当正常割煤时,直接顶初次垮落步距为23m,基本顶初次垮落步距为38 m,周期垮落步距为17 m;当工作面矿压显现强烈时,支架最大工作阻力为24 000 kN左右,覆岩垮落会形成宽度12～20 m岩柱;支架最大阻力出现在关键层失稳时,最大来压出现在第4、5次周期来压期间,同时工作面的停滞导致支架阻力明显增加。研究为特厚煤层工作面支护工艺技术水平的提高提供了技术参考。     

房式采空区下近距离煤层开采支架工作阻力研究

为研究房式采空区下近距离煤层开采支架合理支护阻力,基于石圪台煤矿实际地质条件,构建了房式采空区下关键层初次破断与周期性破断力学模型,得到了初次来压和周期来压步距表达式,并构建了对应的"支架-围岩"相互作用力学模型,获得了支架工作阻力的计算式。研究结果表明:房式采空区下煤层开采关键层破断步距主要特点有2个:①关键层初次破断及周期性破断步距与上覆留设煤柱应力集中程度密切相关;②破断步距大小受关键层前次破断位置影响较大。理论计算31201综采工作面关键层初次来压步距为40.1 m,前3次周期来压步距分别为20.4、18.9、20.8 m。与均布载荷条件下相比,房式采空区下支架支护阻力的主要影响因素有2个,即关键层受上覆岩层集中力的位置和关键层初次破断结构形态。理论计算获得该工作面初次来压和前3次周期来压合理工作阻力分别为17 372、11 722、15 252、15 206 kN。结合工程实例,验证了理论推导的合理性,研究成果为房式采空区下近距离煤层开采液压支架选型提供了指导。     

富水顶板大采高综采工作面涌水与矿压关系研究

针对纳林河二号煤矿31101富水顶板大采高综采工作面涌水情况,分析了工作面涌水与工作面矿压以及顶板岩层结构之间的关系。通过理论计算得出了关键层层位,认为基本顶及其控制的上覆岩层和关键层Ⅱ及其控制的上覆岩层共同组成了"复合悬臂梁—复合铰接岩梁"结构。计算得出关键层Ⅱ的初次断裂步距为210.3m,周期性断裂步距为101.1m,与现场实际矿压与涌水情况相符。认为"复合悬臂梁"的周期性破断失稳使得工作面产生"小"出水,而后发生小周期来压;"复合铰接岩梁"的周期性破断失稳使得工作面产生"大"出水,而后发生大周期来压。研究结果为31101工作面的出水预测提供了理论依据,并为相似工作面涌水与矿压关系研究提供参考。     

综放工作面厚硬顶板破断特征与支架工作阻力确定

针对综放工作面厚硬顶板初次来压步距难以确定的问题,以东周窑煤矿8301工作面为工程背景,建立厚硬基本顶的固支梁模型,运用能量法求得分布于基本顶中的水平应力,进而得到基本顶初次来压步距解析式,采用数值模拟对顶板破断特征和工作面支架工作阻力进行分析,并对不同推进距离下工作面不同位置支架工作阻力进行了现场监测。研究结果表明:相比一般综放工作面,坚硬顶板条件下工作面初次来压步距和支架工作阻力明显增加,顶板破断后对工作面形成冲击较大,矿压显现剧烈;8301工作面初次来压步距为58 m,周期来压步距为15~20 m,动载系数为1.5~1.8;基于能量法求得支架额定工作阻力为13 000 kN,而来压期间支架工作阻力为11 000 kN,是额定工作面阻力的84.6%,能够满足厚硬顶板条件下煤矿安全高效开采的要求。     

火成岩下开采矿压显现规律的数值模拟

针对淮北芦岭煤矿Ⅱ884-1面直接顶为火成岩,运用UDEC数值模拟软件,模拟了不同厚度火成岩的破断和应力演变规律。研究结果表明,火成岩厚度每增加1 m,老顶初次来压步距约增3 m;周期来压步距也随着火成岩厚度的增大而加大。同时火成岩厚度越大,其破断时工作面前方煤壁的应力集中程度也相对较大。     

直接顶厚度对厚硬顶板工作面矿压显现规律的影响北大核心

为研究直接顶厚度变化对厚硬基本顶工作面开采的影响,以淮南潘二矿11313工作面的工程条件为研究背景,基于煤岩物理力学参数测试分析,构建了UDEC^(2D)数值模拟模型,分析了无直接顶、1.58 m直接顶、5 m直接顶、9 m直接顶4种顶板条件下综采工作面矿压特征。研究表明:0~1.58 m直接顶条件下的初次来压步距小于5~9 m直接顶条件,薄直接顶条件下的支架动载系数较大,工作面煤壁片帮严重;5~9 m直接顶条件下的持续来压步距大,对支架的工作阻力要求高。     

直接顶厚度对厚硬顶板工作面矿压显现规律的影响

为研究直接顶厚度变化对厚硬基本顶工作面开采的影响,以淮南潘二矿11313工作面的工程条件为研究背景,基于煤岩物理力学参数测试分析,构建了UDEC~(2D)数值模拟模型,分析了无直接顶、1.58 m直接顶、5 m直接顶、9 m直接顶4种顶板条件下综采工作面矿压特征。研究表明:0~1.58 m直接顶条件下的初次来压步距小于5~9 m直接顶条件,薄直接顶条件下的支架动载系数较大,工作面煤壁片帮严重;5~9 m直接顶条件下的持续来压步距大,对支架的工作阻力要求高。     

坚硬顶板工作面初次来压监测与防治

采用关键层理论对坚硬顶板工作面初次来压步距进行了理论分析,提出了矿压防治措施,并通过液压支架在线监测进行及时监测预报。研究表明,预测8939工作面初次来压步距为62 m~93 m,液压支架应力监测达到32.9 MPa时有来压迹象,应力达到41.8 MPa时工作面初次来压,实际来压步距约107m,与理论值较为相近。为减缓矿压显现强度,提出了爆破放顶和钻孔卸压措施,使8939工作面矿压显现得到有效的缓解,保证了工作面的安全回采。     

多关键层厚硬顶板覆岩破断运动规律研究

针对榆神矿区多层厚硬顶板条件下工作面“大、小周期来压”现象及矿压显现强烈问题，综合采用理论分析、数值计算以及微震实测等手段，对曹家滩矿多层厚硬顶板条件下工作面顶板破断运动及工作面来压规律进行分析研究。结果表明：垂高40m范围内的低位基本顶及关键层是影响工作面“小周期”来压的主要顶板层位；垂高70～150 m范围内的中高位关键层破断具有“低频次”“大断距”的特点，并与“大周期”存在密切关联；高低层关键层破断的时空叠加是工作面发生“大周期来压”的重要致因。研究结论对深化榆神矿区类似地质条件下工作面“大周期”强矿压现象的理解以及指导后续系统治理工程实践的开展具有积极指导意义。     

浅埋薄基岩综采面覆岩移动规律物理模拟研究

为了研究浅埋薄基岩煤层工作面在采动影响下覆岩的垮落过程和移动规律,利用相似模拟试验和理论分析,对某矿42112工作面回采过程中的顶板垮落情况和来压规律等进行了分析.根据相似模拟试验得到的结果,该工作面直接顶初次垮落步距27.5 m,基本顶初次来压步距35 m,初次破断时出现了非对称三角拱,来压迅猛,矿压显现剧烈,此后工...     

黄陵二号煤矿超长工作面矿压规律分析

以黄陵二号煤矿超长工作面矿压规律为目标,采用现场调查、理论分析和岩层划分等方法,综合分析二号煤矿综采工作面顶板特征、矿压分布等,明确生产期间的作业要求.结果表明,209工作面直接顶由上覆细砂岩和粉砂岩组成,粉砂岩为关键层,其破断为工作面来压提供力源;来压步距大于22 m时,工作面矿压显现剧烈;整个工作面矿压分为3部分,...     

下保护层开采上覆煤层顶板破断规律研究

为研究下保护层开采上覆煤层顶板破断规律,以贵州某矿为工程背景,建立基本顶破断不同时期力学分析模型,推导破断临界条件及破断步距,构建物理相似模型反演顶板破断下沉历程,现场监测工作面顶板来压破断步距。研究表明：下保护层开采时上覆煤层直接顶随采碎冒,基本顶初次来压破断步距为20m、周期来压破断步距10m,破断角55°～65°;采空区上覆岩层塑性破坏区呈“梯形”结构,基本顶在空间上依次经历“离层-破断-垮落”有规律交替运动;顶板下沉时依次经历“稳定-加剧-饱和”3个阶段,最大下沉量21 mm,同一水平位置顶板下沉时呈“边坡”状分布;现场监测结果与理论分析、相似模拟结果基本吻合,工作面来压时需适当加快工作面推进速度以避免发生压架事故。     

基于弹性基础梁模型的来压步距确定

在分析采场基本顶上覆岩层破断运移规律的基础上,建立了基于弹性基础梁的顶板受力模型,得到了工作面初次来压步距和周期来压步距的计算公式。结果表明:当基本顶以上岩层的极限跨距小于基本顶的极限跨距时,工作面初次来压步距等于顶板初次跨落步距,周期来压步距与上位岩层密度、厚度和抗拉强度等参数有关;当基本顶上一层顶板的极限跨距大于基本顶的极限跨距时,工作面的初次来压步距将是基本顶前2次垮落步距之和,周期来压步距的确定还与支架工作阻力有关。     

浅埋煤层坚硬直接顶破断诱发冲击地压机理及防治

针对浅埋缓倾斜煤层坚硬直接顶下回采工作面冲击地压问题,采用微震及矿压监测方法确定了坚硬直接顶超前工作面破断的位置及顶板周期来压步距,在此基础上分析了回采工作面冲击地压的能量来源和致灾机理,建立了坚硬直接顶超前工作面破断的力学模型,推导了直接顶初次破断和周期破断的步距公式并计算得到了直接顶超前工作面的破断距离。结果表明,直接顶的周期破断步距以及破断产生的矿震能量均比基本顶周期来压步距及矿震能量小,但由于直接顶距离煤层近以及直接顶超前工作面破断位置距离煤壁过小,坚硬直接顶的周期破断引起的动载增大了工作面冲击地压危险。据此确定了在巷道进行直接顶预裂爆破以增大直接顶超前工作面煤壁破断距离的冲击地压治理措施,微震监测结果显示超前预裂爆破有效降低了工作面冲击地压危险。     

大佛寺煤矿综放工作面矿压显现规律研究

以大佛寺煤矿40110综放工作面为研究背景,通过理论分析、数值模拟等方法,研究厚煤层综放工作面矿压显现规律。研究结果表明,回采工作面推进到一定距离时,巷道应力降低,当工作面推进至84 m时,基本顶发生破断。由此推断,40110工作面初次来压步距约在80~90 m之间,周期来压步距为56~64 m。     

浅埋煤层开采矿压显现影响因素的敏感性分析

针对浅埋煤层工作面矿压显现影响因素多样的情况,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合,分析了浅埋煤层埋深、承载关键层厚度及其层位等因素对工作面矿压显现的影响。研究表明:承载关键层厚度对浅埋煤层工作面来压步距影响最大,煤层埋深次之,承载关键层距煤层距离的影响较小;承载关键层的层位决定了工作面矿压显现的剧烈程度,承载关键层距煤层的距离L与煤层埋深H比值η0.35时,工作面来压强烈,当η0.35时,工作面来压强度较小。结合工作面地质生产条件,分析了浅埋煤层工作面开采时承载关键层的破断形式及工作面矿压显现特征。     

重复采动工作面覆岩移动规律的数值模拟研究

文章以布尔台煤矿42105综放工作面为研究背景,采用CDEM数值模拟软件,就重复采动条件下综放工作面覆岩移动规律进行了模拟研究,得到了工作面矿压显现的主要特征:4-2煤层破断步距为40 m;周期来压步距范围为14~24 m,平均步距为18 m。42105工作面下位关键层在直接顶跨落后物质的充填作用下,极限垮落距小于允许下沉量,从而形成砌体梁结构。     

朔南矿区特厚煤层超长综放工作面矿压显现规律研究

特厚煤层超长工作面综放开采引起的矿压显现规律与传统的岩层移动特征有明显的差异。为研究超长工作面矿压显现规律,以麻家梁矿14201首采工作面为工程背景,采用固支梁和悬臂梁理论、3DEC数值模拟以及现场观测的方法对顶板的破断失稳特征开展研究。结果表明:理论计算基本顶的初次来压步距为62.5 m,周期来压步距为25.54 m;数值模拟初次来压步距约为60～70 m,周期来压步距约为25 m,与理论计算结果基本一致;同时根据现场监测液压支架工作阻力数据,进一步验证了研究结果。     

薄煤层短壁综采工作面石灰岩顶板破断特征及矿压显现规律

为揭示薄煤层短壁综采工作面石灰岩老顶破断规律,实现顶板管理安全经济,运用理论计算、数值模拟及现场观测等分析了顶板初次破断步距特征及矿压显现规律。研究表明老顶初次、周期来压步距分别为40.7 m及15.5 m,动载系数在1.25左右,石灰岩老顶随工作面推进呈现典型的"O-X"型破断及"见方垮落"特征,采用大功率综采设备推进速度快,来压影响时间、范围明显减小,呈现整体来压特征。