浅埋煤层群裂隙演化规律及组合承载结构载荷研究

浅埋煤层群高强度开采导致承载岩层破断形成组合承载结构,使覆岩裂隙分布形态复杂化,并对地表造成严重损害。为了研究浅埋煤层群开采覆岩裂隙演化规律与承载岩层承载结构关系及承载岩层保持稳定的支架工作阻力,以陕西北部神府矿区韩家湾煤矿2-2和3-1煤开采为研究背景,通过现场观测及相似模拟试验得到煤层群开采裂隙演化规律、承载岩层组合承载结构及两者相互关系,采用理论计算的方法建立了组合承载结构力学模型,研究组合承载岩层保持稳定的支架工作阻力。研究表明,煤层群开采覆岩裂隙演化过程可划分为4个阶段,分别为上煤层开采快速增长阶段、上煤层开采平稳增长阶段、下煤层开采快速增长阶段、下煤层开采稳定增长阶段;不同承载结构导致地表产生不同的裂隙演化形态及沉降特征,“台阶岩梁”结构地表产生台阶下沉,“铰接岩梁”结构地表产生连续下沉;通过地表沉降形式可间接判断上煤层承载岩层破断结构,由层间岩层充填率和采高得到了下煤层承载岩层破断结构,并揭示了浅埋煤层群开采承载岩层破断组合结构分为“台阶-铰接”结构、“铰接-铰接”结构、“铰接-台阶”结构、“台阶-台阶”结构的组合形态。由承载岩层破断组合结构建立了浅埋煤层群开采承载岩层承...     

山体浅埋煤层采场顶板支护设计研究

采用理论分析、数值模拟分析相结合的方法,研究了振兴煤矿山体浅埋煤层覆岩应力分布特征及采场顶板支护问题,确定了山体浅埋煤层采场顶板支护参数,为类似条件下山体浅埋煤层工作面的安全开采提供了科学借鉴.     

浅埋煤层群重复采动覆岩运移及裂隙演化规律研究

为了准确掌握单一煤层和煤层群开采覆岩裂隙演化规律及分布形态特征,通过物理相似模拟实验、现场钻孔勘探、理论计算等方法分析煤层开采过程中覆岩运移破断特征及采动裂隙的分布形态。结果表明:在重复采动条件下,覆岩出现离层裂隙和纵向裂隙并伴随超前裂隙的产生,形成“采空区-工作面”和“采空区-采空区-工作面”结构时,覆岩裂隙经历产生、扩张、闭合、再产生、贯通、再闭合等6个动态循环变化阶段;煤层群在一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次及多次采动下,覆岩受上覆载荷作用,裂隙区向工作面两侧煤柱扩展,上煤层受本煤层边界煤柱和下煤层开采形成的“悬臂岩梁”支撑影响,使工作面两侧裂隙明显高于工作面中部,覆岩形成“M”形裂隙分布形态;覆岩受采动影响产生周期性破断,以单岩层或多岩层同时产生变形、运移、破断垮落,由此可见,覆岩中存在控制上部岩层的硬岩层和其控制岩层以组合梁的形式同步运移、破断。根据覆岩破断特征建立了基于Winkler弹性地基煤层群重复采动覆岩破断特征的组合岩梁力学模型,由模型计算得到覆岩裂隙演化高度和相似模拟实验及现场所测高度相近,由此表明,该模型可作为浅埋煤层群重复采动覆岩裂隙演化高度计算的依据。     

浅埋采动煤层工作面矿压规律研究

本文论述了印度ＰＶ煤矿在浅埋、下部煤层局部采空条件下，使用中国综采成套设备开采工作面的矿压观测结果，并据此牟支架的架型、支护强度以及类似的采动条件下应采取的措施，提出具有充分论据的建议。     

浅埋采动煤层工作面矿压规律研究

本文论述了印度ＰＶ煤矿在浅埋、下部煤层局部采空条件下，使用中国综采成套设备开采工作面的矿压观测结果，并据此对支架的架型、支护强度以及类似的采动条件下应采取的措施，提出具有充分论据的建议。     

浅埋厚基岩煤层工作面围岩应力演化及覆岩破坏规律研究

为深入研究浅埋厚基岩煤层工作面围岩应力演化及覆岩破坏规律,以贵州某煤矿为工程案例,利用FLAC3D数值软件、相似模拟与理论计算三种研究方法,分析浅埋厚基岩煤层在采动过程中围岩应力演化规律、覆岩裂隙发育规律,并分别计算、对比覆岩"两带"高度。结果表明:在采场前方和采空区范围内,围岩应力演化划分为4个区域;相似模拟得出的顶板破坏特征与数值模拟显示的结果相符;数值模拟得到的覆岩"两带"高度分别为11.67 m和39.95 m,与相似模拟和理论计算的结果大致相符。     

不同采高近浅埋煤层采场数值模拟

为研究不同采高近浅埋煤层采场应力演化规律及支架载荷,采用UDEC离散元数值模拟软件建立近浅埋煤层采场模型,并在不同采高条件下进行开挖实验。模拟结果与现场矿压观测统计结果相似,模拟结果比较可靠。     

浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及支架适应性

为研究浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及支架适应性情况,采用KBJ-60Ш-1型综采支架工作阻力连续记录仪对酸刺沟煤矿首采工作面进行实测分析。结果表明:工作面初次来压步距52 m,与理论计算结果54.1 m基本吻合;周期来压步距随工作面推进速度的增大而增大,工作面推进速度为4 m/d、13 m/d时,周期来压步距分别为12.8 m、21.8 m;来压期间;工作面中部支架工作阻力大,达到额定工作阻力支架的比例达96%;工作面两端支架工作阻力小,不超过额定工作阻力的支架比例达91%。最后根据支架运行特性分析,论证了所选用的2400/5000-2×4412-1750型液压支架可以满足来压期间的顶板岩层控制要求。     

浅埋煤层群采场周期来压顶板结构及支架载荷

现场勘查发现,神府矿区浅埋煤层群间隔岩层厚度大多在15～45 m时,间隔岩层易存在单一关键层结构。文章通过现场实测得出了浅埋煤层群开采周期来压的基本特征:来压步距减小、强度增大、煤壁片帮严重,动载现象、台阶下沉现象和大、小周期来压现象明显。物理相似模拟实验揭示了间隔岩层关键层与上煤层已扰动关键层同步与非同步破断的大、小周期来压机理,发现了间隔岩层关键层与已扰动关键层共同形成的"梁-拱-壳"结构形态,给出了上煤层已扰动关键层结构形态的判别方法,得出了浅埋煤层群开采顶板周期破断可形成"台阶-台阶"、"砌体-台阶"、"砌体-砌体"的基本结构。综合建立了浅埋煤层群开采间隔岩层周期破断结构与力学模型,给出了支架受动静载荷作用的工作阻力计算方法,并得到了现场验证。     

复杂结构薄煤层工作面煤壁破坏规律及应用

含结核及夹矸薄煤层综采设备研制及开采工艺设计需依据矿山压力规律。采用理论分析、数值模拟、井下实测等方法,研究了薄煤层支承压力与煤壁破坏规律、支架阻力与煤壁破坏的关系,提出了利用矿山压力作用的合理截深与支护强度。研究表明：薄煤层工作面煤壁非弹性区宽度小,支承压力峰值位置距煤壁近,煤壁破坏深度仅0.5~0.6 m;深度0.6 m处的煤体抗压入强度是0.2 m处1.5倍;利用矿山压力降低截割难度的小截深为0.4~0.6 m;支架阻力对煤壁破坏深度有明显影响,利用矿山压力破煤的合理工作阻力为2 600 kN。通过应用实现了结核及夹矸的有效截割或剥落。     

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。     

综放极松软煤层巷道围岩控制实践

受采动影响极松软煤层巷道一直是煤矿支护的难点。本文针对芦岭矿Ⅱ927综放工作面极松软煤层巷道,在分析该巷道支护难点的基础上,提出了"控变形"与"让压力"相结合的围岩控制对策,即采用全封闭重型U型钢壁后充填技术控制巷道围岩大变形,采用大孔径深孔卸压技术及时释放围岩内部变形能并转移高应力。工程实践表明:采用该控制对策能有效控制巷道围岩变形,提高围岩的整体稳定性,为矿井安全生产创造了条件。     

大倾角煤层不规则工作面支承压力演化特征

针对大倾角煤层不规则工作面围岩控制难题,结合大倾角煤层工作面开采特点,构建了大倾角煤层不规则工作面数值计算模型,开展了不规则工作面在不同倾角条件下支承压力动态演化规律研究。结果表明：不规则工作面走向与倾向支承压力动态演化过程具有一致性,不规则工作面上中下不同区域支承压力形成与演化过程受煤层倾角影响表现出不一致性;工作面衔接段10~40 m内支承压力呈现过度集中的特点;受煤层倾角影响,工作面中部超前支承压力最大;工作面超前支承压力演化经历了5个阶段;走向推进至70 m和140 m时,超前支承压力出现峰值。     

近距离煤层开采对卸压区采场围岩应力演化过程研究

为了研究近距离煤层开采围岩应力演化特征,以淮北海孜煤矿的8煤层762工作面和9煤层首采962工作面的地质和开采条件为研究背景,建立了三维数值计算模型,对762和962工作面开采造成的围岩应力相互影响进行了研究。结果表明:762工作面开采对底板卸压应力基本是以线性降低,在962工作面下平巷形成卸压;762工作面长度缩短对962工作面的解压效果降低,同时762工作面侧向底板集中应力和962工作面的超前支承压力相互叠加;通过在回采巷道内测试煤岩体的电磁辐射脉冲数,验证了采动影响下围岩应力演化。     

沟谷地形下近浅埋煤层工作面矿压显现规律研究

为掌握沟谷地形下近浅埋煤层工作面矿压显现规律,以王家岭煤矿20105工作面地质条件及生产实践为基础,采用顶板动态监测系统,分别对不同坡体下工作面液压支架工作阻力特性进行观测,分析了沟谷垂深、坡体角度、冲沟切割系数对工作面矿压显现的影响。研究表明,沿工作面倾向不同区域的来压步距、持续时间及来压强度均不同,工作面中部的初次及周期来压强度均大于工作面两端的来压强度;相较于沟谷垂深及坡体角度,冲沟切割系数是影响工作面矿压显现的主要因素,冲沟切割系数大于0.4时,支架阻力增量超过8%,冲沟切割系数小于0.17时,支架阻力增量变化不明显。近浅埋煤层的基岩厚度较大,且存在双关键层结构,沟谷地形对其支架阻力的影响程度相对较低。     

Roof structure theory and support resistance determination of longwall face in shallow seam

Introduction　　IntheprocessofexploringthegreatshallowcoalfieldinNorthShaanxiProvince ,theintensityroofweight ingbehavior ,suchasbigroofstepsubsidenceatcoalface ,greatdynamicpressure ,etcarerevealed .Inthebe ginningof 90’s ,wehadmadeinitialresearchonthelawoffacesupportpressureandroofmovementoflong wallfaces[1,2 ] .Attheendof 90’s ,themechanismofroofweightingandtheroofstructuretheoryhadbeencarriedout .Finally ,tworoofstructuremechanicalmodelswereadvanced ,oneisthestructuremodelofasym metrya…     

浅埋煤层回采巷道采用裸体支护的可行性分析

根据矿压研究成果和生产实践，分析了神东矿区补连塔煤矿回采巷道留0．5m护顶煤采用裸体支护的可行性。     

浅埋厚煤层大采高综采工作面工艺方式选择及参数优化

针对梅花井煤矿116101浅埋厚煤层大采高综采工作面工艺方式选择与优化问题,通过计算机模拟、优化和现场实测,优化了厚煤层大采高综采工艺方式及参数,确定116101大采高工作面的进刀方式为端部斜切进刀,循环作业方式单向下行割煤、上行清理浮煤,单向割煤时间为92min,每天循环进刀数为9刀,平均日产量为13383t。实测结果表明,在厚煤层工作面采用单向割煤、端部斜切进刀方式,一方面可以减轻工人的劳动强度,另一方面循环作业时间大大降低。     

浅埋煤层孤岛工作面区段煤柱宽度优化

为了掌握浅埋煤层矿压变化规律,同时解决因煤柱留设不合理而造成的煤炭资源浪费问题,以榆林双山煤矿308工作面与306工作面为工程背景,通过理论计算、数值模拟及工业性试验等方法,对306工作面区段煤柱合理留设尺寸展开研究。研究结果表明：极限平衡理论分析得出,煤柱内部弹性核区的宽度为3.8 m,区段煤柱极限宽度为11.4 m;数值模拟结果与现场实测数据相吻合。结合工作面实际生产地质条件,确定306工作面合理煤柱留设尺寸为11.5 m,并提出相应的巷道围岩支护方案。研究成果为浅埋煤层区段煤柱的尺寸留设提供了理论支持和技术指导,有助于有效提高煤炭回采率。