块体理论在坚硬特厚煤层综放开采中的应用探索

坚硬特厚煤层采用综放开采时,顶煤受到节理裂隙面的截割,将形成相互耦合的块体,当顶煤下方形成临空面时,部分顶煤块体将首先出现垮落。针对此情况,结合现场钻孔窥视运用块体理论研究方法,分析顶煤体受到的截割状况。从块体沿着单一节理面的垮落和双节理面的垮落类型出发,分析其运动关系和动力关系,得到块体滑动垮落与节理面内摩擦角,及其与滑动垮落方向的关系式,为坚硬特厚煤层顶煤垮落分析提供新的研究角度。     

特厚煤层大采高综放工作面煤岩运移规律研究

为了提高特厚煤层大采高综放工作面煤炭回收率,以龙王沟煤矿6号典型特厚煤层综放开采为工程背景,采用理论分析、数值模拟及相似模拟方法进行顶煤破坏力学机制、运移规律和运移特征研究。结果表明:顶煤的压裂破坏依靠支承压力进行,机采高度以控制煤壁稳定和顶煤破碎度共同确定;工作面上方顶煤运移由水平位移向垂直位移为主转化,力源由超前支承压力作用向顶板断裂沉降主导改变;顶煤在分层弯曲沉降后受拉破坏,产生冒落;顶板岩梁运动导致顶煤超前碎裂垮落,顶煤受压减小或受矸石支撑会产生悬伸不垮、滞后垮落现象,优化开采工艺参数、支护强度或改进放煤机构可以提高大采高综放开采的煤炭回收率。     

特厚煤层综放开采顶煤体“三带”放煤理论与应用

采用实验室实验、数值模拟、相似模拟和理论分析相结合的研究方法,对特厚煤层综放开采顶煤体破坏的演化过程进行了深入研究。结果表明:特厚煤层综放开采过程中,超前支承压力对中、下位顶煤体内裂隙的扩展和顶煤体的破坏起着关键性作用;控顶区内支架的反复支撑进一步加剧了下位顶煤体的破坏;控顶区后的冒落阶段,充分破碎的下位顶煤体能够随采随冒,中位顶煤体随着下位顶煤体的放出而成块状冒落,而上位顶煤体呈周期性滞后垮落。基于特厚顶煤体上、中、下位明显的不同破坏、冒落特征,提出了特厚煤层综放开采顶煤体"三带"结构模型,即自下而上分别为"散体带"、"块体带"、"裂隙梁带"。通过分析各带的破坏动力机制及其冒落特征,提出了分带厚度的确定方法。通过对同煤塔山煤矿特厚煤层综放开采顶煤体垮落形态实测,进一步验证并完善了"三带"结构模型。即:特厚煤层综放开采顶煤体一般存在"三带"结构,但在特定条件下可能只呈现"一带"或"两带",其形成过程主要与顶煤体厚度、煤体强度、煤体裂隙发育程度、地应力等因素有关。     

特厚煤层放顶煤开采的试验

放顶煤回采工艺参数的合理选取,对顶煤的有效回收起着重要的作用。采用实验室相似模拟的方法,从采放比、放煤步距等决定顶煤垮落空间的因素和顶煤块度等方面分析了其对顶煤垮落的影响,为特厚煤层综放开采顶煤回收率的提高提供理论依据。     

高韧性煤层难冒放机理及弱化效果研究

为改善高韧性煤层综放开采顶煤冒放性,以煤样物理力学参数试验为基础,从理论方面对高韧性特厚煤层综放开采顶煤难冒放机理进行了分析;通过相似材料模拟试验从弱化前、后2个阶段对顶煤的垮落情况进行了模拟,对顶煤里的支承压力分布进行了监测。结果表明:高韧性煤层弹性模量较小(小于顶板岩层),在矿山压力作用下,煤层的变形挠度大于顶板,导致顶板不能将矿山压力较好的传递给顶煤,综放时顶煤难破碎垮落,易形成悬顶,冒放性较差;对顶煤采取弱化措施后回采时的垮落情况明显改善,直接顶随采随冒,较好的充填了采空区;煤壁前方顶煤里的应力峰值位置明显向深部转移,支架上方和后方顶煤卸压较好,利于顶煤的放出。     

坚硬顶板特厚煤层初采初放卸压控制及回采率分析研究

针对工作面初采期间强矿压显现现象以及采出率低的问题,以唐家会煤矿坚硬顶板特厚煤层为背景,采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法综合研究开切眼切顶卸压技术条件下工作面上覆岩层垮落规律、围岩应力与位移演化特征、顶煤受采动影响破坏规律。FLAC^3D数值模拟发现,采用切顶卸压技术可以切断工作面基本顶和切眼煤壁的应力传递,降低工作面超前支承压力峰值,加快上覆岩层回转下沉失稳,使顶板垮落更充分,同时使工作面前方顶煤水平位移增加,顶煤得到更高程度的破坏。理论分析发现,初采切顶卸压技术使基本顶由固支梁转化为悬臂梁,工作面切顶后可以避免采空区顶板大面积悬空,使顶板迅速垮落,优化工作面应力环境。现场实测表明,该技术的应用有效解决了坚硬顶板特厚煤层工作面强矿压显现问题,保障了工作面安全开采,使综放开采可以快速放煤,大幅提高了煤炭回采效率和经济效益。     

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。     

较薄厚煤层综放开采顶煤岩运移破坏特征研究

采用FLAC3D数值模拟对较薄厚煤层综放开采顶煤岩力学特征进行了系统分析,得出了顶煤岩运移、破坏及应力分布规律.研究结果表明,综放面上部顶煤位移量明显大于工作面中下部,顶煤的"始动点"在工作面煤壁前方,工作面上位顶煤岩的始动位置超前于下位,垂直位移量随着与工作面距离的减小而逐步增加;在综放面前方,顶煤和上覆岩层在垂直方向始终处于压缩状态.而在工作面上方,顶煤开始出现离层现象;工作面支架所受载主要是顶煤和基本顶变形运动产生的变形压力,沿用中厚煤层综采工作面支架设计已不适用综放面.     

塔山矿特厚煤层综放开采的实践及展望

塔山矿特厚煤层综放开采实践已完成5个工作面,通过在实践中不断摸索,基本解决了松软破碎大断面煤层巷道支护、端面破碎顶煤控制、工作面压架防治、支架适应性等几大难题.开采实践表明,塔山矿在特厚煤层采用综放开采技术是成功的.对塔山矿特厚煤层综放开采的未来发展进行了展望.     

全息采空区与顶煤运移的时空演化规律研究

放顶煤开采是为解决特厚煤层高产与高效开采的新型方法,是我国特厚煤层开采的发展方向,但特厚 煤层综放开采顶煤堵塞放煤通道的技术难题影响了煤炭的回收率。 本项目结合塔山煤矿 3-5#煤层的实际赋存条件, 采用三维洞穴激光扫描仪和运用现场实测以及数值模拟等科学方法对其顶煤运移规律及采空区顶垮落形态等进行 了系统的研究。 研究结果表明:工作面在推进过程中,顶煤位移量发生变化,且工作面到达一定位置后,位移量变化明 显;当处于顶煤体破坏的过程中,采空区方向的水平位移量与速度增长速率增加;顶煤和顶板运移量呈现 2 种截然不 同的运移特征,前者壁前高于壁后,而后者为壁后高于壁前。     

特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度综合确定方法

为解决特厚煤层综放开采大煤柱尺寸下煤炭资源损失量大、沿空掘巷小煤柱合理宽度确定方法单一、研究结果与工程实际存在较大差距的问题,本文以扎赉诺尔矿区灵东煤矿为工程背景,提出了基于JW-6型地下高频电磁波CT系统、钻孔应力监测系统、数值模拟等多手段下特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度的综合确定方法,并依据此方法分析了灵东煤矿特厚煤层综放开采侧向支承压力分布规律及演化规律、煤柱承载及变形特征,以此确定了灵东煤矿特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度为6.0～9.0m。工程实践结果表明,该综合分析方法确定的特厚煤层综放开采小煤柱宽度合理,回采期间巷道围岩变形量绝大部分控制在300mm以内,变形量小,满足工作面安全生产需要,提高了煤炭资源回收率。该研究成果对特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度的确定具有重要参考意义。     

特厚煤层综放面高精度微震监测技术的应用

为了研究同煤集团塔山煤矿特厚煤层综放面围岩运动的规律、科学地进行开采设计并为矿山压力控制提供科学依据,根据综采放顶煤工作面的实际情况,按高精度微震监测技术的要求,确定了测区布置的原则,分析了影响监测定位精度的主要因素,对采集数据进行了研究比对,初步得出了塔山煤矿特厚煤层综放工作面围岩运动参数.     

煤矿智能化开采新进展

智能化开采是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。经过多年发展,我国智能化开采形成了薄煤层和中厚煤层智能化无人操作,大采高煤层人-机-环智能耦合高效综采,综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤,复杂条件智能化+机械化4种智能化开采模式。为了解决工作面综机装备智能决策难题,研发了工作面智能协同控制系统,实现采煤机自适应割煤与自主感知防碰撞,基于煤流量智能感知的采煤机、液压支架、刮板输送机等综采装备的协同联动,工作面综采装备与端头和超前支架的联动控制。上述研究成果在陕北侏罗纪1.1 m硬煤薄煤层、金鸡滩煤矿8 m超大采高综采、金鸡滩煤矿9 m以上硬煤特厚煤层综放开采进行应用,效果显著,实现了陕北侏罗纪1.1 m硬煤薄煤层高效智能化无人开采,8 m超大采高工作面人-机-环智能耦合高效综采,9 m以硬煤上特厚煤层超大采高智能化综放开采。     

大佛寺煤矿综放工作面顶煤垮冒难度分析

影响顶煤垮落和破碎特性的主要地质因素有煤体强度、煤层采深、夹矸层特征、煤层厚度、煤体裂隙、煤层顶板特征等。运用模糊综合评价方法,采用顶煤垮冒难度指数,判别大佛寺煤矿综放面顶煤为坚硬顶煤,垮冒难度较大。     

采高对工作面及围岩应力壳的力学特征影响

以谢桥矿1151(3)综放工作面工程地质和开采技术条件为背景，应用实验室相似材料模拟和计算机数值模拟（FLAC3D），对不同煤层厚度采场围岩应力分布规律进行系统的分析和研究，获得了采场围岩宏观应力壳力学特点和变化规律，即随开采煤厚的增大，应力壳的几何高度增加，壳基应力降低，分布范围增大且离工作面煤壁越远；揭示了煤层厚度对该力学特征的影响和综放与综采工作面及围岩宏观应力壳力学特征的差异，也正是综放工作面矿压显现不同于综采工作面的根本所在. 表明合理调整开采厚度和采场结构可改善采场围岩宏观应力壳的动态平衡，对保护工作面、减小矿山压力影响和显现有积极作用.     

神东矿区特厚煤层合理开采方法的优化选择

分析了特厚煤层分层开采、综放开采、一次采全厚开采3种开采方法对神东矿区特厚煤层的实用性和经济性。结果表明,一次采全高综合机械化开采是较适合神东矿区7m左右特厚煤层的开采方法。补连塔煤矿22303工作面采用了7 m一次采全高综合机械化开采,并取得了良好的经济效益。     

近距离煤层下层综放工作面压架机制研究

以大佛寺煤矿40109综放工作面在近距离煤层重复采动过程中出现的压架事故为研究对象,利用顶板灾害监测预警系统掌握40109工作面在回采过程中周期来压规律,结合40109工作面工程地质条件分析以及顶板涌水情况可知,上煤层回采扰动、下层厚煤层开采以及矿井水侵蚀造成的40109老顶破断-失稳是压架事故发生的主要原因。后期通过加强对40109综放工作面顶板的合理管理,有效预防了压架事故的发生,保证了该工作面的安全快速回采。     

浅埋坚硬特厚煤层综放开采顶煤冒放结构分析

为深入研究浅埋坚硬特厚煤层综放开采顶煤冒放结构特征,以主采3号煤层的榆阳地区千树塔煤矿作为研究背景,采用数值模拟、理论分析和现场实测等综合方法对坚硬顶煤冒放结构进行了研究,得出靠近工作面两端头位置坚硬顶煤容易形成“悬臂”结构。由悬臂顶煤内部应力解析和模拟得到顶煤不同的破断长度对其垮落放出有着重要影响,当其破断长度小于放煤口水平投影宽度时,垮落放出相对较为容易;当其破断长度大于放煤口水平投影宽度时,垮落放出较为困难,并且增加处理大块煤的时间,该结论解释了坚硬顶煤垮落放出困难的宏观结构因素。     

特厚煤层连续群组放煤方法初始顶煤放出规律研究

为了阐明特厚煤层群组放煤条件下初始顶煤的放出规律,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了放煤口宽度对顶煤放出体形态特征、煤岩分界面演化以及两者空间关系的影响规律。结果表明,在顶煤厚度12 m条件下,随着放煤高度与放煤口宽度之比(δ值)的增大,放出体偏心率呈增大趋势,当δ值增大到一定程度后放出体偏心率逐渐趋向于一个稳定值。随着放煤口宽度的增大,单次顶煤放出量和放出效率均有显著提升,初始煤岩分界面影响范围不断增大,而其边界斜率呈降低趋势;放出体与煤岩分界面相切段的高度和范围不断增加,更有利于顶煤的充分放出,顶煤放出体与相邻煤岩分界面的相切特征可作为评估连续群组放煤顶煤放出效果的有效方法。     

极近距离煤层合层综放技术

为研究极近距离煤层合层夹矸的冒放性和顶煤采出率,以山西新柳煤矿极近距离煤层综放开采为工程背景,通过点荷载试验测试夹矸强度,分析夹矸对顶煤冒放性的影响;应用实验室相似模拟和PFC数值计算研究不同夹矸厚度的顶煤冒放性,确定了夹矸最大可放厚度;并应用顶煤跟踪系统,实现新柳煤矿顶煤采出率的现场测试。研究表明,夹矸强度、厚度、裂隙发育特征影响放煤效果显著;新柳煤矿10号、11号近距离煤层最大可放夹矸厚度不宜超过1.0 m;顶煤跟踪系统现场测试顶煤采出率达83.3%。