坚硬顶板切顶卸压垮落规律研究

为了解决坚硬顶板垮落步距大而易引起大面积来压等问题,以邱集煤矿1102工作面为研究对象,开展切顶卸压对坚硬顶板垮落规律的研究。基于悬臂梁理论推导了切顶卸压后坚硬顶板垮落步距的计算公式,理论计算了邱集煤矿1102工作面坚硬顶板各岩层荷载和切顶卸压前后各岩层的垮落步距,对比分析了切顶卸压前后顶板的垮落特征,并利用现场实测数据验证了理论分析的准确性。结果表明:切顶卸压后,直接顶的垮落步距从26.66m减小到9.13m,减小了65.8%;基本顶的初次垮落步距从45.41m减小到25.64m,减小了43.5%;周期垮落步距从18.54m减小到12.82m,减小了39.9%。切顶卸压减小了直接顶和基本顶的垮落步距,实现了对坚硬顶板垮落步距的有效控制,保证工作面安全开采,对类似的地质条件下煤层开采和矿压控制具有借鉴意义。     

水压致裂技术在综采工作面顶板管理中应用

针对大同矿区坚硬顶板难以垮落,威胁工作面安全生产的现状。在燕子山煤矿8403工作面实施水压致裂技术控制顶板,通过现场观测、钻孔窥视、工程类比等方法对水压致裂控制顶板效果进行了研究。结果表明:对顶板实施水压致裂技术后,顶板预先断裂,在岩体内部形成了纵横相间的裂隙,致使岩体完整性受到破坏,在工作面回采过程中提前垮落;通过对8401与8403工作面初次来压步距对比,实施水压致裂技术较深孔预裂爆破技术工作面初次来压步距缩短了10 m,实现了对坚硬顶板岩层的充分弱化,保证了初采期间顶板的及时冒落,消除了坚硬老顶初次破断冲击的安全隐患。     

浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采强来压原理分析

针对浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采期容易出现大面积悬顶、基本顶初次来压时矿压显现异常剧烈问题,以神府矿区石窑店煤矿为工程背景,采用岩石力学实验、钻孔窥视对顶板岩层结构进行分析,在此基础上应用数值模拟和理论分析对该类顶板初采期的致灾机理进行研究。结果表明:直接顶整体性强、强度大,其初次垮落歩距大且呈大面积垮落特征,这是初采期间容易出现飓风灾害的原因;由于上位基本顶承担大部分上覆岩层载荷,其破断距只承担自身载荷的下位基本顶破断距,导致砂岩基本顶同时破断,破断后形成的厚岩块三铰拱结构稳定性差,当工作面回采到岩梁前端断裂线位置时即发生滑落失稳,给工作面支架带来巨大冲击,这是导致浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采期容易产生灾害的原因。     

麻家梁矿采动双硬顶板工作面覆岩运移规律

以麻家梁煤矿14201双层坚硬顶板工作面为例,进行相似模拟实验和矿压观测,得到了上位坚硬顶板的初次来压步距为106 m,周期来压步距为50~60 m,下位坚硬顶板的初次来压步距为60 m,周期来压步距为20~25 m,发现双硬顶板破断失稳整体呈现"下位短悬臂梁与上位长砌体梁"结构,垮落方式分为下位坚硬顶板单层垮落和上、下位坚硬顶板的同步垮落2种;下位坚硬顶板垮落形成"小周期来压";上位坚硬顶板垮落给采场及巷道围岩造成较为剧烈的影响,形成"大周期来压"。     

晋城矿区坚硬顶板工作面矿压显现规律研究

针对晋城矿区15#煤坚硬顶板,在开采过程中工作面矿压显现规律不清楚的难题,运用相似材料模拟试验和现场实测,研究分析坚硬顶板工作面的矿压显现规律,研究结果表明:直接顶初次垮落步距22.3²3.1 m,平均22.7 m,周期垮落步距不明显;基本顶初次垮落步距52.323.1 m,平均22.7 m,周期垮落步距不明显;基本顶初次垮落步距52.3⁵5.1 m,平均54.2 m,周期垮落步距17.155.1 m,平均54.2 m,周期垮落步距17.1¹9.4 m,平均18.2 m;工作面超前支承压力剧烈影响范围为3019.4 m,平均18.2 m;工作面超前支承压力剧烈影响范围为30³5 m。     

基于岩层质量指数对采场直接顶运动参数的分析

以潘一矿1241(3)综采工作面为对象,首先用岩层质量指数法求出顶板的岩层质量,顶板第1层属于质量"坏"的岩层:顶板第2层为质量"一般"的岩层。应用专家系统法算出工作面直接顶厚度,直接顶由第1层顶板和第2层顶板的一部分组成。然后再求出直接顶初次垮落步距和悬顶距,直接顶第1层初次垮落步距和直接顶第2层初次垮落步距相差不大,由于复合直接顶岩层质量为"坏",因此悬顶距较小。最后推断出直接顶的垮落方式,直接顶的2层同时垮落。研究直接顶的运动参数为工作面顶板控制提供了依据。     

厚硬砂岩直覆顶板卸压技术研究

直覆厚硬顶板进行预裂切顶成功与否是工作面安全开采的关键，以顾北矿13121上工作面为研究背景，结合理论分析直覆厚硬顶板初次破断及周期破断步距，提出顶板预裂切顶方案，利用FLAC3D软件对厚硬顶板切顶效果进行验证，对比切顶前后厚硬顶板位移规律及工作面超前支承应力的变化特征。结果显示：预裂切顶可以有效改善硬厚顶板直覆工作面工作环境，切顶后，工作面超前支承应力峰值降低28.39%，超前影响范围缩减了37%，顶板垮落压实步距缩短了43.53%，超前支承应力峰值位置向深部转移，预裂切顶对厚硬顶板直覆工作面矿压控制起到了积极作用，对工作面超前支护设计具有借鉴意义。     

基于弹性基础梁模型的来压步距确定

在分析采场基本顶上覆岩层破断运移规律的基础上,建立了基于弹性基础梁的顶板受力模型,得到了工作面初次来压步距和周期来压步距的计算公式。结果表明:当基本顶以上岩层的极限跨距小于基本顶的极限跨距时,工作面初次来压步距等于顶板初次跨落步距,周期来压步距与上位岩层密度、厚度和抗拉强度等参数有关;当基本顶上一层顶板的极限跨距大于基本顶的极限跨距时,工作面的初次来压步距将是基本顶前2次垮落步距之和,周期来压步距的确定还与支架工作阻力有关。     

“三软”煤层大采高工作面采场覆岩运移规律相似模拟研究

为研究皖北煤电卧龙湖煤矿8煤开采顶板覆岩运移规律,采用相似材料模拟实验方法,对8102回采工作面展开研究。结果表明:8煤直接顶初次垮落步距为30 m,基本顶初次断裂步距为50 m,平均周期断裂步距为13.43 m,垮落带高度为11 m,裂隙带高度为101 m,8煤上方亚关键层对覆岩破断下沉影响显著,7煤随8煤开采垮落,6煤裂隙发育。     

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...     

综采工作面回采过程中顶板破坏演化规律数值分析

在研究分析团柏煤矿地质条件的基础上,根据岩层的结构和顺序建立模型,应用F-RFPA~(20)数值模拟软件模拟11-101综采工作面回采过程中顶板破坏演化规律。根据数值计算结果,随着11-101工作面回采,顶板覆岩结构破断呈"压力拱"结构,直接顶初次垮落步距约为12m,垮落高度为2m;基本顶初次来压步距约为36m;基本顶周期来压步距约为18~24m。     

深井坚硬灰岩顶板综采工作面初次来压覆岩破断特征研究

针对某大型矿井首采面埋深大、顶板为多层坚硬灰岩的特征,利用扩展有限元法,再现工作面采动时的顶板变形、破断、垮落的动态过程,研究了采场顶板的破断方式和特征。结果表明:顶板初次垮落位于距开切眼约1/4初次来压步距处;顶板破断呈现阶梯型,从下往上向工作面推进方向靠近;该矿条件下工作面初次来压步距和周期来压步距约分别为35m和14 m。     

西川煤矿厚煤层综放开采顶板破断特征及支护阻力确定

以西川煤矿1109综放工作面生产技术条件为工程背景,采用数值模拟、理论分析与现场实测相结合,研究了综放开采顶板破断特征及其影响因素以及工作面支护阻力的确定。研究表明,1109综放工作面上位直接顶的周期性破断导致工作面来压,影响其周期性破断的主要因素为上位直接顶岩层厚度以及覆岩压力;工作面支护阻力主要由上位直接顶周期垮落步距、支架控顶距、附加力作用位置以及下位直接顶对上位直接顶作用力距煤壁距离确定,并计算得出了1109工作面合理的支护阻力。现场实测表明:ZF6400/17/32型液压支架工作阻力满足顶板支护要求,能够有效支撑顶板,保证工作面安全生产。     

木瓜煤矿中厚煤层采场覆岩破断规律研究

木瓜煤矿10-201工作面主采9号煤层厚度较大,为了解采场覆岩破断规律,借助UDEC数值模拟软件进行研究,结果表明工作面回采20 m时,直接顶岩层全部垮落充填采空区,初次来压步距为35 m,周期来压步距为20 m,裂隙带发育高度为45 m。通过现场监测工作面液压支架工作阻力变化情况及采场“两带”高度观测,得出结论:工作面推进20 m后,直接顶岩层全部垮落充填采空区,初次来压步距为38 m,周期来压步距为20 m,裂隙带发育高度为47 m,与数值模拟结果基本吻合。     

马堡煤业定向水力压裂顶板控制技术研究与应用

为确保15205综采工作面安全回采,采用定向水力压裂技术预制导向槽引导高压水对15205综采工作面顶板压裂,对坚硬顶板弱化,缩短来压步距,实现对顶板垮落的有效控制.在马堡煤业进行井下现场试验表明,15025工作面直接顶垮落步距在6.8～15 m,基本顶垮落步距在24～30 m.与15201工作面相比,直接顶和基本顶的垮...     

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。     

下保护层开采上覆煤层顶板破断规律研究

为研究下保护层开采上覆煤层顶板破断规律,以贵州某矿为工程背景,建立基本顶破断不同时期力学分析模型,推导破断临界条件及破断步距,构建物理相似模型反演顶板破断下沉历程,现场监测工作面顶板来压破断步距。研究表明：下保护层开采时上覆煤层直接顶随采碎冒,基本顶初次来压破断步距为20m、周期来压破断步距10m,破断角55°～65°;采空区上覆岩层塑性破坏区呈“梯形”结构,基本顶在空间上依次经历“离层-破断-垮落”有规律交替运动;顶板下沉时依次经历“稳定-加剧-饱和”3个阶段,最大下沉量21 mm,同一水平位置顶板下沉时呈“边坡”状分布;现场监测结果与理论分析、相似模拟结果基本吻合,工作面来压时需适当加快工作面推进速度以避免发生压架事故。     

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。     

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。     

游仙山煤矿工作面端头悬顶水力压裂技术及应用

针对游仙山煤矿顶板较坚硬,工作面端头悬顶难以垮落的问题,提出采用水力压裂技术对坚硬悬顶进行预裂切顶,保证工作面上下隅角及时垮落。研究表明：该技术通过对工作面端头坚硬顶板进行定向分段水力压裂,使悬顶岩层内裂隙发育程度增加,在工作面采动应力的作用下能够及时垮落。井下试验及矿压分析结果表明,采用该水力压裂技术后,工作面端头悬顶面积均保持在5 m²以下;另外,工作面端头的矿压显现也明显缓和,端头支架的工作阻力最大降低了26.6%,周期来压步距平均降低了28.4%,取得了良好的应用效果。