放顶煤开采上覆巨厚砾岩层变形移动规律研究

放顶煤开采时上覆巨厚砾岩层垮落直接影响综放工作面的安全生产,为了研究放顶煤开采上覆巨厚砾岩层变形移动规律,以河南大有能源股份有限公司耿村煤矿综放工作面特厚煤层及其上覆巨厚砾岩层为工程背景,采用相似材料模拟试验,研究了放顶煤开采时上覆巨厚砾岩层变形移动全过程。结果表明:(1)随着煤层开采,依据巨厚砾岩层裂隙场的特征,巨厚砾岩层变形移动和垮落的全过程分为下位和上位垮落过程,其中下位砾岩层初次断裂时垮落体形态为梯形,上位砾岩层断裂控制着地表的变形;(2)当工作面停采后,巨厚砾岩层裂隙演化发展具有较明显的时间效应;(3)下位砾岩层初次垮落步距650. 0 m,周期垮落步距175. 0 m,上位砾岩层初次垮落步距825. 0 m,地表下沉系数0. 267。研究结果可为耿村煤矿巨厚砾岩层下综放开采提供安全技术支撑。     

巨厚砾岩层下综放工作面冲击地压危险性评价和矿震发生特征分析

为有效监测和防治综采工作面冲击地压事故,以耿村煤矿巨厚砾岩层下综放工作面为工程背景,采用综合指数法评价综放工作面冲击地压危险性,利用微震监测结果研究综放工作面回采期间矿震特征。结果表明：（1）13230综放工作面冲击危险性指数为0.65,属于中等冲击地压类型;（2）综放工作面回采期间矿震主要发生在工作面前方顶底板煤岩体中,工作面处于“见方区”时发生矿震的频次、最大能量和总能量均明显高于“非见方区”的,“见方区”矿震的震源主要位于工作面前方中部顶底板煤岩体和运输平巷上帮顶板煤岩体中;（3）综放工作面顶板周期来压期间通常伴随大能量的矿震事件。研究结果可为耿村煤矿综放开采冲击地压监测和防治提供参考。     

巨厚砾岩层下综放采场矿压显现规律

巨厚砾岩层下综放采场矿压显现规律研究对于采场围岩控制和安全生产具有重要的现实意义.采用理论分析和义马矿区千秋煤矿矿压观测方法进行研究,得出结论为:综放工作面围岩可控程度属于难控围岩,即采场顶底板围岩控制困难.选出了ZF7000-18/28型放顶煤基本支架及其综放面合理配套设备;现场观测研究了综放面矿压显现规律,得出了采场顶板来压步距、来压强度等参数.采场矿压显现明显,不同区域来压具有不一致性.顶板周期来压时支架循环末工作阻力最大值为4 307.70 kN,为支架额定工作阻力的61.54%.因此,采场支架可靠性能较高,现场应用试验效果显著,矿井实现了"一井一面"生产模式,推动了安全高效矿井建设.     

特厚煤层综放开采倾向大比例试验平台研制与应用

综放开采是我国特厚煤层高产工作面最主要的采煤方法,其中放煤方式是影响顶煤回收率的重要因素.为了提高特厚煤层综放开采顶煤回收率,基于综放开采顶煤放出散体介质流运移规律和特征,针对现有放顶煤试验平台工作面方向放煤试验较少、相似比例小、支架个数少、放煤口大小无法控制等问题,研制特厚煤层综放开采倾向大比例试验平台,相似比1:1...     

下分层综放工作面上覆岩层结构特征

我国综放开采技术是在分层综采技术的基础上发展起来的,对于一直采用分层综采的一些大型厚煤层生产矿井,面临着顶分层采后下分层综放开采技术问题,这个问题与一．次采全厚整层综放开采矿压显现有所不同．下分层综放开采时,二次垮落的直接顶岩层碎胀系数较小,垮落带高度与采高的比值将增加,造成顶分层开采时下位老顶岩层垮落后转化为规则垮落带,成为下分层综放工作面的上位直接顶,促使下分层综放工作面的老顶“砌体梁”式平衡结构向更高层位岩层发展．上位直接顶岩块强度较高、块度较大,容易形成“岩-矸”半拱式平衡结构．该结构的周期性失稳和垮落,造成采场出现小的周期来压现象;而“砌体梁”平衡结构的周期性失稳和垮落,将导致采场出现大的周期来压现象．     

下分层综放工作面上覆岩层结构特征

我国综放开采技术是在分层综采技术的基础上发展起来的,对于一直采用分层综采的一些大型厚煤层生产矿井,面临着顶分层采后下分层综放开采技术问题,这个问题与一次采全厚整层综放开采矿压显现有所不同.下分层综放开采时,二次垮落的直接顶岩层碎胀系数较小,垮落带高度与采高的比值将增加,造成顶分层开采时下位老顶岩层垮落后转化为规则垮落带,成为下分层综放工作面的上位直接顶,促使下分层综放工作面的老顶“砌体梁”式平衡结构向更高层位岩层发展.上位直接顶岩块强度较高、块度较大,容易形成“岩-矸”半拱式平衡结构.该结构的周期性失稳和垮落,造成采场出现小的周期来压现象;而“砌体梁”平衡结构的周期性失稳和垮落,将导致采场出现大的周期来压现象.     

特厚煤层综放开采顶煤遗失机理及放煤步距优化数值模拟研究

为确定特厚煤层综放开采的合理放煤步距,探究放煤步距对顶煤遗失和回收率的影响机理,以塔山煤矿8222综放工作面为工程背景,采用CDEM颗粒-块体单元耦合数值模拟方法,建立考虑液压支架支撑作用的二维走向开采数值模型,研究特厚煤层综放开采放煤步距对遗煤形态、放煤漏斗、煤岩分界线等的影响,揭示“见矸关门”条件下的顶煤遗失机制,探索顶煤在采空区内随综放工作面循环推进的遗失规律。结果表明：随着综放工作面不断推进,液压支架上方的矸石提前到达放煤口,采空区一侧部分顶煤未能放出而留在采空区内,造成顶煤遗失;放煤步距对煤岩界面形态和煤岩相互侵入有显著影响,进而影响顶煤回收率和混矸率;通过数值分析、顶煤回收率和总回收量指标确定了塔山煤矿8222综放工作面12 m顶煤厚度下最佳放煤步距,为0.8 m。     

综放开采不同顶煤端面顶板稳定性及其控制

采用离散元程序 UDEC模拟分析了不同顶煤条件下端面顶板的稳定性与支架工作阻力及端面距的关系 .模拟结果表明 ,在软及中硬煤条件下 ,在一定的端面距范围内 ,支架工作阻力与端面顶板下沉量呈类双曲线关系 ;而在硬煤条件下没有类似关系 .并据此提出了端面顶板控制原则 ,认为在软煤条件下最重要的是控制端面距 ,在中硬煤条件下在于端面距与支架工作阻力的合理匹配 ,而在硬煤条件则应以提高顶煤冒放性为重点 .上述结论成功地运用于现场端面顶煤稳定性的控制 .     

特厚煤层综放工作面变宽煤柱段巷道掘进期间围岩矿压显现特征分析

为了掌握大同煤矿集团有限责任公司塔山煤矿特厚煤层综放工作面变宽煤柱段巷道掘进期间围岩变形破坏特征,采用现场实测、数值模拟及理论分析方法,分析了变宽煤柱段巷道掘进期间围岩矿压显现规律,研究了变宽煤柱段巷道围岩应力场及煤岩体能量分布特征,揭示了特厚煤层变宽煤柱段巷道掘进期间巷道矿压显现机理。研究表明:特厚煤层变宽煤柱段巷道掘进期间伴随有声响、震动、冒顶、片帮等强矿压现象,主要发生在煤柱宽度22.4～47.9 m段;侧向应力及煤体能量集中分布于距采空区边缘30～40 m处,呈"带"状分布,随着煤柱宽度的增大,巷道围岩侧向应力及围岩积聚的能量曲线表现出先增后减的趋势,在煤柱宽度约35 m时应力和能量均达到最大值,分别为24.27 MPa和7.29×10~5 J;巷道掘进使砌体梁结构的力学平衡状态受到破坏,引起围岩应力的快速动态调整,当煤岩体中的静载荷与采掘活动引起的动载荷叠加值超过煤岩体的承载极限时,煤体中集聚的大量弹性应变能以动能形式释放从而引起巷道矿压显现。     

大倾角俯斜开采综放运输和回风巷超前支护技术

以葛亭矿2325大倾角伪倾斜综放工作面为例,针对俯斜开采运输和回风巷(简称两巷)的受力与变形特点,采用围岩结构探测、数值模拟和理论分析方法,对大倾角两巷在综放面回采期间可能出现的破坏方式与破坏范围、超前支护强度与迎山角度等进行了研究.探测结果表明,两巷上部118 m及下部42 m为稳定性较差的弱顶板结构区域,而中间42 m为较完整顶板结构区域,顶煤厚度平均为4 m、破碎直接顶范围为0~4 m.数值模拟结果表明,大角度两巷顶底板均存在较大的倾斜位移,存在沿倾斜滑移的可能性;煤壁前方30~40 m范围内两巷顶板为重点支护区域,而前方3~5 m为底板重点支护范围.根据探测及模拟结果,估算了回采期间两巷顶板载荷及原有顶板支护残余强度,由此给出了超前支护强度及单体支护密度;按力平衡原则及抵消顶底板倾斜位移差等两种方法,估算了超前支护合理迎山角度.按照上述设计参数进行了现场应用试验,取得较好效果,验证了本方法的科学性及可行性.     

“三软”煤层综放开采避开动压沿空留巷方法及应用

为实施"三软"煤层综放面沿空留巷,掌握留巷围岩结构和矿压变化规律,以新登煤矿31061综放面为研究对象,研究采空区侧向覆岩结构和应力分布,综放面后方沿空留巷变形和顶板压力分阶段变化规律,提出了避开动压沿空留巷方法,并在现场进行了工业试验。研究表明:(1)31061采空区侧向煤壁变形量大,应力降低区范围大,应力集中影响范围达到煤体内部30 m。(2)留巷矿压显现分为3个阶段。工作面后方30~40 m为巷道加速变形阶段,从工作面后方5 m留巷变形速度持续增加,但顶板压力升高较慢;工作面后方40~70 m为变形持续阶段,此阶段巷道变形速度保持稳定,顶板压力快速升高,临时支架产生变形破坏;工作面后方70 m以后为变形稳定阶段,此阶段变形速度明显降低,顶板压力趋于稳定。(3)避开动压沿空留巷方法是利用临时支护使留巷度过动压影响阶段,允许巷道有较大变形量,在工作面后方一定距离处对留巷进行扩修和加固。实践表明,该方法具有成本低、工艺简单、留巷后期稳定性好、留巷施工与采面生产互不干扰等优点,在条件适合的矿区值得推广。