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。     

朱家河煤矿5-2煤层顶板的分类

朱家河煤矿自投产以来，采场支护顶板管理困难，顶板事故频频发生，严重地影响着矿井的安全生产。论文通过对矿井地质构造、5—2煤层赋存条件的综合分析，并通过煤矿5—2煤层顶板岩层结构、岩性，及其岩石的力学性质试验分析，确定5—2煤层顶板类型，提出5—2煤层合理的顶板支护管理方法，为5—2煤层顶板支护管理和矿井安全生产提供了依据。     

顶板支护条件下的切顶工程优化研究及应用

以金厂河ZnV3矿体阶段空场嗣后充填采场顶部切顶条柱稳定性为研究对象,通过分析采场在不同阶段应力状态的分布规律,结合顶板破碎围岩锚固支护的现状,为提升条柱的稳定性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法进行研究分析。研究结果表明：切顶联络道两侧交替布置4 m宽凿岩硐室、3 m宽条柱的优化方案,能有效分担应力集中作用对条柱的影响,极大提高了条柱的稳定性;优化方案改变了顶板支护区域,进一步提高了空区后顶板的稳定性。根据研究成果开展了工业试验,验证了优化方案的可行性,对安全生产具有重要意义,可在矿山进行应用。切顶工程的优化,在提高条柱稳定性的情况下,进一步提高了顶板的稳定性,可为类似矿山提供借鉴。     

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。     

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。     

顶板断裂瞬间煤体稳定性的动力学分析及数值模拟

为了研究顶板突然性断裂诱发煤层失稳的致灾条件,本文采用动力学方法分析了顶板断裂瞬间煤岩系统的受力状态和力学响应。首先推导了顶板断裂时惯性力、惯性力矩的计算公式,进而得到顶板断裂瞬时转动加速度与惯性力、惯性力矩的关系,利用数值模拟计算了顶板断裂前后以及不同转动角加速度条件下的煤岩体应力、变形和两帮位移。计算结果显示:当顶板断裂瞬时转动角加速度较小,即顶板断裂释放能量较小时,工作面煤壁两帮移近量随顶板瞬时转动角加速度的增大而增大;当顶板断裂瞬间转动加速度达到某临界值时,煤岩系统出现失稳分支点,具体体现为工作面处煤体的应力基本不变,煤壁顶部竖向下沉激增,煤岩系统的平衡须依靠煤壁回缩方可维持。因此顶板断裂可以诱发煤岩体系统的失稳,但并非失稳的充分条件。     

特厚煤层综放开采支架工作阻力的确定

采用理论分析的方法对特厚煤层综放开采顶板岩层所成结构及支架工作阻力进行了研究.根据特厚煤层综放开采顶板岩层形成的“悬臂梁-铰接岩梁”结构,给出了直接顶、基本顶的新概念及判据;得出了特厚煤层综放开采支架工作阻力的解析计算式,并进行了实例验证.最后对所选架型现场的动态承载特征及其适应性进行了分析.结果表明：依据支架工作阻力解析式计算结果所选架型可靠性高、支架运行合理,利用率高,对工作面顶板条件适应性较好。     

综采面局部漏顶支架初撑力与架形协调分析

为了能使综采工作面在发生局部漏顶时,通过及时调整支架及回采方式有效控制顶板冒漏,就需要解决架形与初撑力的相互制约问题。通过采用理论分析与数值分析的方法,研究得出了局部小范围内降低支架初撑力,保持良好架形,加快推进速度,及时拉超前架是综采工作面防漏、治漏的有效方法。实践证明,该方法不仅能安全有效地控制漏顶,还在工作面顶底板需要调整时的其它情况下,对工程质量管理和支架的养护发挥了一定的功效。     

穿煤层巷道泥岩楔形顶板稳定性控制机理研究

针对穿煤层巷道顶板的结构特征提出了维持楔形体结构顶板段巷道顶板稳定的主控因素,并建立了楔形体段顶板悬臂梁力学模型,对该段顶板分别进行了静力学强度分析及挠曲变形计算,得出了求解最小支护阻力的计算公式。将潞安古城矿的工程地质条件代入模型中,计算得出最小支护阻力为0.12 MPa,并考虑了1.4的安全系数后,提出了相应的锚杆索联合支护方案。现场工业性实验及矿压监测结果表明,根据计算的支护阻力进行的支护设计方案控制了巷道顶板的变形,保证了巷道的稳定。     

综采工作面端头大面积悬顶控顶技术

为了降低采煤工作面端头顶板岩体强度,根据高压水对岩体的压裂理论,进行了高压水对岩体的压裂试验研究.试验结果表明,高压水对岩体的压裂是分层进行的,注水孔越深,高压水对岩层的软化效果越好;为了减少锚杆、锚索对顶板的加固作用和避免拉架过程中,支架顶梁、尾梁与锚杆、锚索紧固端发生摩擦、碰撞,产生火花,研究设计了拆除锚杆锚索紧固件的专用机具.在平煤集团一矿丁6-31050综采工作面综合采用了端头顶板高压注水处理和提前拆除锚杆锚索紧固件的技术措施,提高了原煤产量,增加了经济效益.     

考虑两侧煤柱与弹性煤体基础的基本顶板初次破断特征

建立考虑两侧煤柱支撑与实体煤作为弹性基础的基本顶板初次断裂力学模型,采用差分算法及主弯矩破断准则计算研究得到如下结论。① 基本顶初始断裂位置为偏较弱煤柱侧悬顶区中部下表面(弹性基础系数k较小,基本顶厚度h、弹模E较大时),反之为偏较弱煤柱侧的长边实体煤区上表面;② 两侧煤柱的宽度L1,L2及支撑系数km1,km2改变时,基本顶中部区与实体煤区的主弯矩及位置几乎不改变,而两侧煤柱区的主弯矩及位置变化显著;③ E,h大,而L1,km1,L2,km2小时,基本顶在两侧煤柱区不断裂,破断顺序为:偏较弱煤柱侧的悬顶区中部下表面→偏较弱煤柱侧长边实体煤区上表面,断裂特征为非对称“=-X”型;反之基本顶在煤柱区会断裂,破断顺序为:偏较弱煤柱侧长边实体煤区上表面→偏较弱煤柱侧悬顶区中部下表面→较强煤柱区上表面→较弱煤柱区上表面,断裂特征为非对称“O-X”型;而L1,km1较小,L2,km2较大时,只较弱煤柱侧基本顶不破断,最终断裂形态为非对称“U-X”型;④ 比值k/E或k/(Eh3)不变(k,E,h改变时,km1及km2与k保持某个任意比值不变),基本顶破断规律不变。     

锚杆支护在复合顶板下煤巷掘进中的应用

分析了鹤岗矿业集团公司兴安煤矿260采煤队工作面机轨巷锚杆支护形式、断面形状与支护效果,初步得出在复合顶板下煤巷掘进采用锚杆支护的可行性,并为该矿煤巷掘进支护方式的改革提供了依据。     

浅埋特大采高工作面矿压规律及支护阻力确定

基于大柳塔煤矿52304工作面的矿压实测数据,分析了近浅埋煤层7 m特大采高工作面的矿压显现规律。工作面初次来压步距为73.3 m,周期来压步距平均为16.0 m。周期来压步距呈现"两端大、中间小"的特征,来压持续长度呈现"两端小、中间大"的特征。工作面来压时,中部矿压显现强烈,支架动载系数为1.58,支护阻力高达18 000 k N;而工作面两端支架受力较小,为12 000 k N。非来压时,工作面支架工作阻力一般为12 000 k N,分布较均匀。采用大采高"斜台阶岩梁"结构计算法和实测统计法,计算了合理的支架工作阻力,表明原工作面支架工作阻力偏低。实践表明,采用大采高"斜台阶岩梁"结构计算得出的合理支架工作阻力符合实际,为大采高工作面支架选型提供了依据。     

放顶煤开采顶煤初次垮落动力学分析

运用ANSYS10.0的瞬态分析模块模拟了不同采放比顶煤初次垮落过程的应力状态变化,分析了顶煤初次放顶时煤体弹性能、瓦斯膨胀能等的变化情况.研究表明,在同等条件下,随采放比增加,顶煤初次垮落时发生瓦斯动力灾害的可能性增大.     

复合顶板大断面煤巷围岩稳定性试验研究

为探讨复合顶板大断面煤巷围岩渐进性破坏机理,以晋城煤业集团赵庄煤矿为工程背景,采用石膏单元板等相似材料,进行了煤巷开挖掘进、锚杆与锚索一体化支护相似模型试验研究。研究结果表明：分级加载条件下,以泥岩和砂质泥岩为主的复合顶板大断面巷道围岩底臌严重,围岩两帮移近量相对较小,顶板整体下沉较大;围岩底臌属挤压隆起型,两帮属脆性压裂破坏,顶板破坏呈现出离层破坏特征;顶、底角处的围岩受到水平应力为主的双向应力,其破坏均为剪切型挤压破坏。     

厚硬顶板条件下支架合理工作阻力确定

针对乌兰木伦煤矿3-1煤四盘区开采中的两起压架事故,通过31402工作面后续开采阶段的矿压实测,结合厚硬顶板破断块体结构的稳定性分析,对后续综采面支架合理工作阻力进行了预计。保障了31403工作面安全高效生产,为神东矿区类似条件下综采面的支架选型提供依据。     

煤矿井下复杂顶板巷道支护工艺研究与应用

针对新村煤业13111上顺槽掘进巷道顶底板软岩巷道顶板变形严重、支护困难等问题,通过从理论研究、取样分析、现场测试等方面进行研究,在此研究的基础上对原巷道施工断面、锚杆索支护参数、支护工艺等进行优化改进。经现场应用及测试结果显示,采用优化后的支护方案后,巷道围岩变形得到有效控制,工作面实现了安全高效回采。     

特厚煤层大采高综放面组合悬臂梁运动特征及支架阻力研究

针对直接顶岩层结构对大采高综放采场矿压显现影响较大的特点,基于关键层理论与岩块铰接条件,分析直接顶岩层运动特征及液压支架工作阻力合理确定方法,以准格尔地区某矿大采高综放工作面为例计算分析。研究表明,特厚煤层综放采场直接顶关键层及其上位直接顶形成组合悬臂梁结构,随工作面推进破断回转,与其后方的已破断岩层接触、分离滑落,其重量由后方已破断岩层与液压支架共同承担,其悬臂破断回转、与已断岩层接触、分离滑落的过程直接影响着工作面矿压显现。正常回采阶段液压支架仅承受顶煤及下位直接顶的荷载;来压阶段应保证承受顶煤、下位直接顶及组合悬臂梁破断所施加的荷载,才能防止支架压死、活柱急剧下缩等现象;依据其力学特征确定了大采高综放工作面合理的液压支架工作阻力。     

耦合效应下的煤矿顶板事故风险因素评价研究

在考虑人为因素、设备因素、环境因素和管理因素间的交互耦合效应的基础上,通过 N-K模型量化煤矿顶板事故风险因素的耦合效应,建立加权直觉模糊集决策矩阵,并结合TOPSIS模型构建煤矿顶板事故风险因素的评价模型。对我国2008—2018年发生的185起典型煤矿顶板事故进行实例分析,总结出主观的人为因素或管理因素是煤矿顶板事故风险中更活跃的因素,与客观的设备因素或环境因素耦合易引发煤矿顶板事故,且人为因素比管理因素的影响更为关键。     

中国小型煤矿发展问题研究

介绍了我国小型煤矿在生产过程中存在的主要问题,分析了小型煤矿关闭困难的主要原因,并提出了解决我国小型煤矿发展问题的对策建议。