短长壁大倾角综放工作面坚硬顶板超前弱化技术研究

大倾角短长壁综采放顶煤工作面厚层坚硬顶板不易垮落,采空区易发生大面积悬顶、瓦斯积聚以及顶板垮落动力冲击等灾害。以博斯坦煤矿1131工作面为例,计算了工作面顶板破断歩距,通过分析坚硬顶板处理方法,提出了顶板弱化技术方案,针对大倾角坚硬顶板超前弱化确定了合理的炮眼布置方式、爆破参数以及安全技术措施,通过现场实践,实现了工作面顶板及时垮落,确保矿井安全生产。     

坚硬顶板弱化处理防止瓦斯骤然涌出

为了使古书院矿15#煤综采工作面坚硬顶板能随工作面推进而及时垮落,减轻坚硬顶板垮落时对工作面的冲击和矿压显现,防止坚硬顶板突然垮落时工作面瓦斯骤然剧增所导致的瓦斯问题,采用了超前深孔预裂爆破的方式对15#煤综采工作面坚硬顶板进行弱化处理。通过对坚硬顶板的弱化处理,减少了初次来压和周期来压的步距,使采空区积聚的瓦斯均衡涌出,从而有效控制了大面积悬顶时顶板瞬间垮落所造成的工作面采空区瓦斯骤然涌出,保证了综采工作面的安全生产。     

大倾角伪俯斜采场顶板运移规律实验研究

为研究大倾角伪俯斜采场顶板垮落运移及其与支架相互作用关系。采用大比例三维物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究手段,深入分析了伪俯斜采场初采阶段和正常回采阶段顶板应力演化与变形破坏规律,垮落顶板充填特征以及"支架-顶板"相互作用规律。结果表明,大倾角伪俯斜采场顶板应力分布与位移具有非对称性,顶板具有非对称"O-X"破断特征,且具有明显的时序特征,其中"O"破断顺序为:采空区侧边界—采煤工作面侧边界—上部边界—下部边界;"X"破断顺序为:工作面倾斜上方基本顶先发生破坏,随后基本顶沿顺时针方向依次破断。顶板周期性来压与垮落均具有分区特性与时序性,沿走向工作面各个区域顶板的垮落位置与支架相对位置不同,其中,工作面倾斜中部支架直接受到垮落顶板的作用,具体为"砸—压—推",而倾斜上部与下部垮落顶板仅在下滑过程中对支架产生倾向向下的推力,未出现明显的砸、压现象,上部作用最弱,破断顶板使支架发生不同程度的"倒"、"扭"现象;垮落顶板对采空区的充填可分为4个阶段,各个阶段交替转化的过程对工作面中、下部支架的稳定性产生了影响,矸石堆积区最终沿走向形成充填稳定区域与动态运移区域。为大倾角煤层伪俯斜采场岩层控制提供科学依据,也丰富了大倾角煤层采场岩层控制理论。     

首采工作面坚硬顶板预裂技术研究与实践

玉溪煤矿1301首采工作面老顶为一层坚硬厚实的中粒砂岩,在工作面切眼内实施工作面回采前深孔预裂爆破,通过对顶板预裂前后老顶断裂极限跨距的理论分析、回采初期顶板垮落情况、工作面综采支架工作阻力等的综合分析,发现顶板爆破有效缩短了初次来压步距,减小了悬顶面积,防止了大面积垮落时工作面瓦斯超限,减弱初次来压对支架的冲击破坏性。     

寺河矿综采工作面初采瓦斯不稳定涌出治理实践

综采工作面采用顶板垮落控制采空区是成本低、安全可靠的一种采空区处理方法,但是在工作面初采期间顶板未垮落时,支架后空间较大,积存瓦斯多,如果顶板大面积垮落,工作面瓦斯会瞬间增大,瓦斯涌出不稳定,引起工作面瓦斯超限或瓦斯事故。研究初采期间顶板初次来压距离,控制顶板逐步垮落,减少工作面瓦斯异常涌出,保障初采工作面瓦斯涌出稳定,防范工作面瓦斯超限或事故具有重要意义,弥补现阶段生产条件下综采工作面初采瓦斯治理不足。     

综采工作面两巷采空区顶板垮落不及时控制技术

综采工作面两巷采空区顶板管理一直是煤矿井下管理的难题,经常有顶板垮落不及时现象,造成空顶距大、瓦斯积聚、矿压集中,给工作面安全生产带来隐患。结合各矿地质条件及历年综采工作面两巷采空区顶板管理措施,提出综采工作面两巷采空区顶板垮落不及时的控制技术及措施,保证两巷采空区顶板随工作面推进及时垮落,减少悬顶面积,防止顶板及瓦斯事故的发生。     

综放工作面端尾采空区顶板管理技术研究

余吾煤业公司S5202工作面为大采高放顶煤综采工作面,为避免端尾采空区在回采过程中突然垮落,造成来压推棚和瓦斯超限,通过分析端尾采空区顶板直接顶和基本顶的垮落特征,结合端尾采空区垮落情况与切顶线的空间形态关系,针对性地提出3种不同的端尾采空区顶板管理方法。现场实践表明取得了较好的效果,对类似条件的综采工作面端尾采空区顶板管理具有借鉴意义。     

综放工作面顶板灾害类型和发生机制及防治技术

综放工作面采出煤层厚度大，上覆岩层活动空间大，易发生顶板事故。为理解综放工作面顶板灾害发生机制，统计分析了部分煤矿综放工作面顶板灾害案例，按顶板条件及灾害特征将综放工作面顶板灾害分为松软顶板大面积切顶压架和坚硬顶板大面积垮落及压架2类。分别以崔木煤矿和曹家滩煤矿综放工作面为例，分析了2类顶板灾害发生特点，提出了相应顶板灾害发生机制：松软顶板工作面顶板胶结性弱，支架实际刚度不足致使顶板在煤壁处断裂，破断后易失稳，同时支架支护强度不足，最终导致切顶压架灾害；坚硬顶板工作面顶板整体性好，不易破断，悬顶到一定极限突然破断，对支架造成冲击，若断裂线在煤壁处则极易导致工作面切顶压架。结合工程实践，提出了2类顶板灾害防治技术措施：对于松软顶板综放工作面采取合理提高支架刚度、支护效率以及工作面推进速度，加强预警等手段预防大面积切顶压架灾害；对于坚硬顶板工作面除加强支架管理、合理开采设计等，还需从顶板改性入手，如采用井下区域水力压裂技术弱化顶板，防治顶板大面积垮落和压架灾害。     

大倾角综放工作面矿压显现规律研究

大倾角煤层综放工作面的覆岩破断特征与矿压显现规律受倾角大、“三软”和其它地质条件等的影响,会出现支架钻底、煤壁失稳片帮、架间漏顶冒顶和支架咬架倒架等问题,严重影响工作面的安全正常生产。以汾源煤业大倾角煤层5-101综放工作面为研究对象,采用物理相似模拟实验和现场监测方法,分析大倾角煤层综放工作面覆岩运移破断特征、顶板垮落步距及矿压显现规律。研究表明：大倾角综放工作面受采空区矸石充填程度的差异非均衡性,下端头充填密实,基本顶形成“倾向砌体”铰接结构,上端头基本顶作为规则冒落带随割煤推进发生冒落,呈悬顶状态居多;基本顶向工作面正上方延伸扩展发生离层,中下部的上方区域离层量大于其他区域,顶板破断沿工作面倾斜呈起伏状。大倾角综放工作面顶煤松软,支架后柱空顶显现严重,整体压力偏低,正常推采期间支架长期处于低阻力运行状态。大倾角综放工作面不同区域顶板来压频次和强度差异性较大,两端区域顶板来压频次和强度要低于中部区域,工作面矿压显现呈现明显的“时－空－强”非对称特征。     

锦界煤矿综采工作面水力压裂初次放顶矿压显现规律

为消除锦界煤矿综采工作面初采期间需采取强制放顶措施而产生大面积悬顶等一系列安全问题,分析了爆破强制放顶技术的矿压特点,并通过监测水力压裂初次放顶的水压和流量,统计顶板初次垮落特点和工作面支架工作阻力变化,分析了锦界煤矿31111工作面水力压裂初次放顶矿压显现规律。研究表明:水力压裂初次放顶呈现出分层、分次、逐步垮落特点,消除了初采期间顶板大面积一次垮落给工作面造成的危害。初采期间工作面支架来压动载系数降低,有效缓解初次来压对支架造成的冲击载荷。矿压规律及顶板垮落效果显示,水力压裂是一项安全可靠的工作面初次放顶技术。     

综采工作面初采顶板预裂爆破参数的优化

在以往综采工作面初采过程中,随着工作面推进,经常出现直接顶和基本顶一次大面积垮落的情况,垮落过程中将采空区内瓦斯大量挤出,容易造成瓦斯超限,矿压比较大,工作面生产存在安全隐患。结合煤层围岩赋存情况,对综采工作面初采前顶板预裂爆破参数进行了优化,使工作面初采期间直接顶、基本顶均匀且多次少量有控制垮落,缩短垮落步距,减少顶板垮落的冲击,保证了大采高综采工作面初采期间安全生产。     

综采工作面端头悬顶水力致裂试验研究

为了解决禾草沟煤矿综采工作面端头三角区悬顶突然垮落将采空区中的瓦斯挤出造成上隅角瓦斯超限的问题,采用顶板水力致裂方法对50115回风巷开展了试验研究,现场共进行连续50 m的水力致裂试验,水力致裂区间工作面顶板共发生4次周期来压,通过对端头顶板垮落情况进行全程观测,试验段端头顶板垮落及时充分,端头悬顶突然垮落导致挤出积聚瓦斯的问题得到了有效解决。     

厚硬砂岩顶板水压致裂技术的应用

干河矿2-126综采工作面顶板为厚硬砂岩顶板,工作面来压步距长、矿压显现强烈,支架前方煤壁发生片帮垮落,威胁工作面生产安全.为解决坚硬顶板悬顶问题,提出水压致裂技术对顶板进行弱化.现场应用效果表明:采取水压致裂措施后顶板卸压效果明显,能够控制顶板及时垮落,工作面来压平稳,支架工作承受载荷在可控范围内,保障了工作面的正常生产.     

深孔爆破弱化坚硬顶板技术在大采高综采工作面的应用

潞宁煤矿2号煤层采用大采高综合机械化开采,煤层基本顶为厚14.57m的中粗砂岩,根据国内外坚硬顶板条件下开采经验,在开采过程中,为了避免工作面大面积悬顶突然垮落造成的冲击,需对坚硬顶板进行处理。介绍了22105大采高综采工作面在初采和正常回采期间坚硬顶板弱化处理的深孔爆破方案及具体参数。实践证明深孔爆破可以解决顶板难以垮落的问题,实现坚硬顶板条件下的安全开采。     

大倾角综采工作面矿压显现规律研究

大倾角综采工作面矿压显现规律较复杂。通过对木城涧矿+450 m水平综采工作面支架受力进行观测,分析了大倾角综采工作面走向、倾向及过旧巷时的矿压显现规律,计算得到的直接顶垮落步距和老顶的周期来压步距与实测结果趋于一致,矿压预测准确有效。同时针对综采支架受力不均等问题提出了合理的技术措施,为同类开采条件下矿压控制提供了理论支持和实践指导。     

特厚煤层综放开采坚硬顶板破断对瓦斯涌出影响

针对具有坚硬顶板的特厚煤层综放工作面周期来压期间瓦斯异常涌出问题,基于坚硬顶板"O-X"破断机理,从能量的角度分析了坚硬顶板破断回转对采空区的冲击过程,得到破断块体轴向作用力与采空区垮落煤岩碎胀系数之间的关系。同时研究了顶煤放出率及垮落煤岩碎胀系数对坚硬顶板破断回转前后采空区体积变化的影响规律,建立了周期来压期间采空区瓦斯涌出增加量计算模型,并与现场实测进行对比。结果表明:特厚煤层综放工作面坚硬顶板破断回转压缩了采空区体积,使采空区高浓度瓦斯涌向工作面,导致周期来压期间瓦斯异常涌出现象。塔山煤矿8214工作面周期来压期间采空区瓦斯涌出增加量理论计算值为14.5 m~3/min,与现场实测增加量相比误差在1.79%～8.83%,两者结果较为相符,验证了模型的正确性。     

综采工作面坚硬顶板预裂爆破技术研究

针对玉溪煤矿1301首采工作面顶板垮落特征与矿压规律不明确,主采的3号煤老顶中砂岩厚度大、致密坚硬,初次回采过程中顶板可能存在不易垮落、初次垮落步距大、易形成大面积悬顶等问题,通过理论分析与计算提出采用顶板预裂爆破技术,确定了预裂爆破的参数。应用效果表明,该方法能够在合理的预裂高度范围内,使坚硬顶板得到弱化,有效避免了工作面漏风严重、瓦斯超限、工作面煤壁片帮等强矿压现象。     

大倾角煤层大采高工作面顶板垮落规律研究

为了深入研究大倾角厚煤层大采高工作面顶板垮落特征,理论计算了25213大倾角大采高工作面顶板各岩层载荷,并采用理论分析、相似材料模拟实验和FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了25213工作面顶板垮落规律,初步确定了25213工作面直接顶初次垮落步距24m左右,基本顶初次垮落步距57m左右,基本顶周期垮落步距24m左右,对工作面后期的安全回采和矿压控制具有重要的借鉴意义。     

厚基岩坚硬顶板下中厚煤层开采矿压规律研究

为探究厚基岩坚硬顶板工作面回采时矿压规律及覆岩垮落结构,以锦界煤矿三盘区首采工作面31301综采工作面为研究对象,采用理论分析、现场试验等方法进行研究,同时采用数值模拟进行验证。结果表明：影响工作面支架载荷的岩层为等效直接顶、下位基本顶、上位基本顶,等效直接顶基本随采随落,下位基本顶以台阶岩梁结构周期性垮落,上位基本顶及以上坚硬岩层以砌体梁结构周期性破断。工作面初采时,下位基本顶先出现周期性破断,工作面显现为弱来压状态,支架动载系数约1.14～1.2;当上位基本顶达到破断极限时,工作面开始出现强来压,且之后周期来压呈现强弱交替的规律,当下位基本顶来压而上位基本顶未来压时工作面矿压显现弱且来压持续距离较短,支架动载系数约1.18～1.28;当双层基本顶同时来压时工作面矿压显现强且来压持续距离短,支架动载系数约1.36～1.44,当下位基本顶先来压而上位基本顶后来压时工作面矿压显现先弱后强且呈现持续来压状态,支架动载系数约1.32～1.38。下位基本顶两次周期来压步距之和基本与上位基本顶周期来压步距一致,当下位基本顶两次来压步距之和小于上位基本顶周期来压步距时,则下位基本顶第二次周期来压一...     

坚硬顶板工作面支架前方切顶卸压技术研究

针对青龙煤矿21606工作面上部坚硬顶板难以垮落造成工作面支架支撑压力过大的问题,运用理论计算、数值模拟、现场实测的手段,分析了工作面切顶前后的覆岩运移特征及切顶后的工作面支架来压情况,开展现场工业试验,验证了支架前方切顶技术卸压效果。结果表明：采用切顶技术能够切断坚硬顶板之间的联系,根据强制放顶断裂力学模型计算出了切顶后的第1层基本顶的初次断裂步距为27.3 m,第2层基本顶的初次断裂步距为50.3 m,相较于未切顶条件下,分别减小了4.3 m、8.3 m;采用数值模拟分析了上覆岩层的运移规律,得出最佳切顶高度为15 m;切顶后工作面支架平均支撑压力由36 MPa减小为26.5 MPa;切顶后工作面基本顶在开采50 m后完全破断;根据来压规律,得出切顶技术实施间距为50 m。支架前方切顶卸压技术对减少工作面的煤壁片帮、增加采空区侧顶板垮落量、降低工作面支架压力等方面都有较好的效果。