大采高综放工作面顶板破断特征及液压支架阻力确定

以神东矿区某矿大采高综放42105工作面为背景,采用现场实测、理论分析和相似模拟等方法对工作面矿压和顶板破断特征进行分析,并得出更合理的液压支架工作阻力。结果表明,随着采高的增大,覆岩最下位关键层易进入垮落带,不能形成"砌体梁"结构,呈现"悬臂梁"的周期破断特征。提出了重复采动下大采高综放面下位关键层以"悬臂梁"形式破断时支架工作阻力的确定方法,并依此确定了42105工作面支架的合理工作阻力为19 800 k N。     

大采高采场力学模型及支架工作状态研究

以大采高岩层运动及应力分布规律为核心,运用“传递岩梁”理论对大采高综采工作面上覆岩体破断类型及其平衡结构进行分析,研究建立了大采高采场结构力学模型,探讨了大采高采场的覆岩结构及运动规律,详细分析了“给定变形”、“限定变形”两种力学状态下支架工作荷载即缩量确定方法,修正了大采高下直接顶及基本顶概念,确立了支架载荷的计算方法。研究表明：采高增大,直接顶厚度可能大幅度增加,直接顶中出现大跨度悬顶坚硬岩层的几率增大。影响采场矿压显现的“传递岩梁（基本顶）”范围相对减少,对采场矿压有明显影响的岩梁距采场的高度增大。准确地确定悬顶位置、厚度及可能的最大悬跨度是大采高采场顶板控制设计及支架选型计算的关键。     

大采高工作面顶板结构分析与支架工作阻力确定

为掌握大采高工作面顶板破坏结构及矿压显现规律,计算分析了不同采高下顶板垮落规律并采用动载荷法确定支架的合理工作阻力。研究结果表明:大采高工作面基本顶悬顶面积增大,矿压显现明显;采高小且直接顶厚时,下位直接顶垮落后可充满采空区,上位直接顶破断并充当承载层,初次来压和周期来压时工作面矿压显现不明显;对比不同采高围岩塑性区分布规律,采高小,下位直接顶垮落充满采空区,上位直接顶不能承载上覆岩层质量弯曲下沉,在拉应力作用下屈服;采高增大至直接顶全部垮落充满采空区对基本顶形成支撑,基本顶形成承载结构,围岩破坏面较少;大采高开采时,基本顶悬顶面积增大造成工作面煤壁前方支承压力增大,直接顶破坏面较多;垮落带和裂隙带高度随采高增大几乎呈线性增长。根据对工作面支架工作阻力进行计算确定ZY15000/33/72D型液压支架符合现场工作面实际生产需求。     

大采高采场覆岩顶板应力规律三维相似模拟研究

基于某矿区的地应力分布和大采高的具体条件,开展了采场矿压显现规律和巷道围岩变形规律的相似模拟研究。研究主要以该矿1-2煤层的地质赋存条件为典型背景,模拟开采高度为5m和6m时,工作面和巷道的矿压显现规律。通过大采高相似模拟实验,具体分析并总结了大采高开采过程中工作面的矿压显现规律。     

综放工作面覆岩破断规律及支架工作阻力确定

针对某矿8512首采综放工作面的开采条件,通过理论分析、数值计算、现场实测,得出基本顶初次与周期来压步距分别为37.35 m和15.2 m、35 m和15 m、37.4 m和14.9 m。由经验估算法、从基本顶结构的变形失稳估算顶板压力法、动载荷法、顶煤损伤法求得作用于支架上的最大载荷,并得出所需最大支架工作阻力。由现场实测数据可知,ZF10000/20/32H型液压支架能够满足工作面顶板支护强度要求。     

大采高采场覆岩结构特征及运动规律研究

运用关键层理论研究了采场覆岩结构特征及运动规律．结果表明：垮落带及断裂带高度与覆岩关键层的分布特征密切相关，大采高的垮落带及断裂带高度大于相同煤厚分层开采相应的高度，且随采高增大呈台阶状上升，此研究是大采高条件下采场矿压控制、地表塌陷评价的基础。     

大采高采场覆岩整体结构及控制研究

通过对相似模拟及数值模拟成果研究,深入分析了大采高采场破坏,运动规律的力学分区,构建了大采高采场覆岩整体结构模型,为采场围岩控制提供了理论依据并给出了顶板控制方案。     

基于FLAC3D模拟的大采高采场支承压力分布规律研究

通过FLAC^3D软件对大采高采场工作面推进过程中煤岩内部应力场分布规律及其塑性破坏进行了模拟，并提取了各个单元的应力值，以此分析了大采高采场支承压力的分布特征，得出大采高采场支承压力分布规律。从而为研究大采高采场工作面煤壁的片塌、端面冒顶和底板鼓起的机理、顺槽超前巷道的支护设计、冲击地压和煤层突出等矿井灾害的预防提供了重要理论依据。     

大采高综采采场顶板结构特征与支架合理承载

为确定大采高综采支架合理工作阻力,采用理论分析与现场实测相结合的方法,研究了大采高综采采场顶板结构特征与支架合理承载。根据直接顶中厚硬岩层对覆岩垮落具有重要影响的特点,提出了直接顶关键层的概念与判别方法,依据是否存在直接顶关键层对直接顶分类并计算支架工作阻力。结果表明:Ⅰ类无直接顶关键层条件下,基本顶破断形成单层的"砌体梁"结构,其采场支架工作阻力可按6~8倍采高的岩柱重量计算;Ⅱ类有直接顶关键层条件下,顶板形成由直接顶关键层与基本顶破断组成的双层"悬臂梁-砌体梁"结构,其采场支架工作阻力的计算需考虑直接顶关键层厚度、强度与层位的影响,直接顶关键层强度越大、厚度越大、层位越低,采场所需支架工作阻力越大。上述研究成果在典型条件大采高综采支架工作阻力确定中得到成功应用。     

大采高综采面危害因素评估与顶板管理

顶板管理是回采工作重中之重,尤其是随着采高增加,顶板管理难度也随之增加,对安全高效开采有制约影响。通过对补连塔煤矿6 m以上大采高综采工作面回采初期、中期、末期的矿压、水害、“一通三防”等方面进行采前危害的因素评估,从支护方式、移架顺序方面,提出了带压移架以及从外向内顺序移架的方法;针对性探讨了工作面、端头、两顺槽及内发生冒顶情况时顶板管理的具体应急措施和方法,提出了“设备养护、实时监测、及时支护与补强、提前预防”等一系列具体措施。现场应用后未发生顶板事故,确保了工作面安全开采,对促进大采高工作面顶板管理具有一定的借鉴作用。     

近浅埋煤层大采高工作面双关键层结构分析

根据实测统计分析,近浅埋煤层大采高工作面支架载荷普遍较大,且随采高增大有增加的趋势,工作面来压存在大小周期,厚度较大的等效直接顶静载是工作面支架的基本载荷。通过物理模拟实验,揭示了大采高工作面直接顶变厚和顶板结构铰接点上移的机理,提出了"等效直接顶"的定义,建立了近浅埋煤层大采高工作面顶板"双关键层"理论。近浅埋煤层大采高工作面顶板主要表现为"双关键层"结构,根据等效直接顶对采空区的充填程度,双关键层顶板结构分为"双砌体梁"和"斜台阶岩梁-砌体梁"两类,常见的是"斜台阶岩梁-砌体梁"双关键层结构。建立了双关键层顶板结构模型,揭示了工作面出现大小周期来压的机理,给出了支架初撑力和工作阻力的计算公式,可为近浅埋煤层大采高工作面顶板控制提供理论依据。     

坚硬顶板大采高工作面压架事故及支架阻力分析

针对大同晋华宫煤矿坚硬顶板大采高综采工作面生产过程中发生压架事故的情况,深入分析压架事故的类型和原因,并基于大采高综采工作面覆岩结构特征,采用理论分析方法,分析得到了坚硬直接顶关键层的悬顶长度的计算方法及其影响因素;对大采高坚硬顶板综采工作面支架工作阻力的确定进行了载荷估算法的修正算法;并根据修正结果及地质条件,计算得到了402盘区工作面支架的合理工作阻力为12 184 kN,支护强度为1.22 MPa,同时确定了合理的支架架型;通过工业性试验,实测分析了所选支架的适应性,结果表明了理论分析计算结果和所选架型的合理性,保障了402盘区大采高综采工作面的安全高效开采。     

袁店一井煤矿大采高首采工作面矿压显现规律

针对大采高工作面矿压显现剧烈、煤壁片帮严重、三机配套选型等技术难题,以淮北矿业集团袁店一井煤矿102采区域10#煤层首采工作面1021为例,采用现场实测研究方法,对采场顶板岩层的运动规律、采场矿山压力显现规律和工作面支架-围岩相互关系进行了较为深入的研究,得出1021工作面初次来压、周期来压强度及步距等重要矿压显现数据,为保证同采区其它大采高综采工作面安全高效生产提供技术支撑.     

大倾角大采高综采工作面支架受载与失稳特征分析

对支架的稳定性控制是大倾角大采高煤层安全、高效开采亟待解决的关键问题之一,以2130煤矿25221大倾角大采高综采工作面为研究背景,基于现场监测对覆岩破断运移规律和支架受载特征分析的基础上,通过理论分析系统研究了采高和工作面顶板运移对支架受载与失稳特征的影响。结果表明,在大倾角大采高煤层开采中,受采高增大影响,顶板运移的幅度和剧烈程度及支架工作阻力均较一般采高大倾角煤层开采时明显增大,架间推压、咬挤现象明显;当工作面顶底板岩层稳定时,使支架保持不转动和下滑的临界工作阻力均不超过支架自重的2倍;但受工作面顶板运移影响,支架亦会随着顶板的运动而运动,且其不会随着支架工作阻力的增大而消失;支架转动下滑的幅度和失稳概率随着支架工作阻力的减小、顶板与支架间摩擦力绝对值的增大、顶板载荷偏载程度的增大及采高的增大而增大,且其转动失稳的概率大于下滑失稳的概率。     

柠条塔煤矿大采高工作面110工法挡矸支护实践

在大采高的切顶留巷无煤柱开采(长壁开采110工法)过程中,对垮落的顶板进行挡矸支护形成采空区侧巷帮,而工作面顶板岩体在垮落至底板时变破碎且动能较大,给留设巷道采空区侧的巷帮支护带来很大困难。结合柠条塔煤矿的实际工况条件,以挡矸支护作为采空区侧破碎巷帮的关键支护技术,在现场试验了9种挡矸支护方案,通过对比得到挡矸效果较好的支护方案。碎石帮挡矸支护技术有效防止了垮落矸石蹿入巷道内,对人员和设备的安全提供了重要保障。该研究结果可为类似条件下巷帮支护设计提供参考,同时对切顶留巷技术的进一步推广具有重要意义。     

寺家庄煤矿15301大采高工作面矿压显现规律及支架适应性分析

为掌握15301大采高工作面矿压显现规律,通过工作面回采期间现场监测的方式进行顶板运动特征的分析,基于工作面上部、中部和下部液压支架工作阻力的分析结果,得出顶板初次来压和周期来压步距分别35.9~37.2 m和16.0~16.9 m范围内,来压强度呈现出中部大、两端小的特征;通过分析回采期间支架初撑力和工作阻力分布特征,进一步得出ZY12000-30/68D型液压支架总体适应性较好,后续需提升支架初撑力的合格率,确保初撑效果,同时加强对工作面中上部液压支架的管理,防止支架出现压死现象。     

大采高综采顶板短悬臂梁-铰接岩梁结构与支架工作阻力的确定

针对大采高综采工作面矿压显现强烈,支架工作阻力确定依据不足等问题,采用现场实测、数值模拟相结合的方法进行研究得到：采高增加后,煤壁前方破坏面积及支承压力峰值明显加大、煤壁易发生片帮冒顶、采场顶板活动范围明显加大、顶板断裂线前移、岩层间离层量增加。依据大采高采场直接顶及基本顶新概念及新判别公式,提出大采高采场顶板易形成＂...     

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。     

炮采工作面大采高技术初探

介绍了新庄孜矿 5 6 11B1 1b炮采工作面采用大采高技术的回采经验 ,通过对工作面支护强度的分析和计算 ,进行了工作面的支护选型 ,并且就大采高炮采技术在生产过程中存在的容易造成煤壁片帮和支架不正等问题 ,提出调整工作面回采方向 ,保持伪俯斜回采 ;控制采高和支柱行程 ;提高支柱的工作阻力 ;加强顶板管理 ,及时对煤壁进行超前支护 ;切实加强支柱的防倒防滑等应对措施 ,并对卧煤程序进行了初步的探讨 ,从而论证了炮采工作面大采高卧底煤工艺的可行性