综放工作面厚硬顶板破断特征与支架工作阻力确定

针对综放工作面厚硬顶板初次来压步距难以确定的问题,以东周窑煤矿8301工作面为工程背景,建立厚硬基本顶的固支梁模型,运用能量法求得分布于基本顶中的水平应力,进而得到基本顶初次来压步距解析式,采用数值模拟对顶板破断特征和工作面支架工作阻力进行分析,并对不同推进距离下工作面不同位置支架工作阻力进行了现场监测。研究结果表明:相比一般综放工作面,坚硬顶板条件下工作面初次来压步距和支架工作阻力明显增加,顶板破断后对工作面形成冲击较大,矿压显现剧烈;8301工作面初次来压步距为58 m,周期来压步距为15~20 m,动载系数为1.5~1.8;基于能量法求得支架额定工作阻力为13 000 kN,而来压期间支架工作阻力为11 000 kN,是额定工作面阻力的84.6%,能够满足厚硬顶板条件下煤矿安全高效开采的要求。     

大倾角工作面支架稳定性控制技术北大核心

针对大倾角工作面支架稳定性差,易发生支架下滑、倾倒和咬架现象,通过对单支架和多支架的稳定性在不同工作状态下的力学分析,得出了支架失稳的力学机理,指出支架的失稳主要发生在降架、移架过程中,只要采取合理的支架管理措施即可保证支架的稳定性。通过采用合理的移架顺序、移架前确保相邻支架稳定、增大支架侧护板宽度、充分利用支架本身的侧护千斤顶和底调千斤顶调整支架等综合性技术措施保证了大倾角工作面支架的稳定。     

下位特厚煤层回采巷道合理布置分析

近距离煤层群开采中,由于下位煤层受上位煤层采动影响致使煤层开采中呈现特殊的矿山压力显现.如何安全有效地布置下位煤层巷道不仅是确保工作面安全高效开采的关键,更是提高煤矿效益的核心.针对国投塔山煤矿上位煤层开采残留煤柱下特厚煤层回采巷道合理布置难题,本文采用理论分析、实验室试验及数值模拟等综合研究方法对下位煤层巷道合理布置位置进行分析,得到以下结论:通过力学测试得到巷道顶底板煤岩体物理力学参数,为理论分析及数值模拟提供了强有力的数据支持;通过理论分析及数值模拟计算,研究了残留煤柱载荷作用下底板煤岩体中的非均匀应力分布规律;通过分析下位煤层回采巷道合理布置方案,确定下位3—5号特厚煤层巷道布置采用内错距25m的方式为最佳布置方式.     

顶煤预制裂隙定向水力压裂研究

为改善厚硬顶煤冒放性和工作面作业环境,提出顶煤预制定向裂隙水力压裂技术。利用理论分析研究了定向压裂基本原理,分析了钻孔和裂隙的受力模型,得到裂隙的起裂条件、扩展过程及其形态。利用RFPA2D-Flow渗流软件研究顶煤定向压裂规律:在压裂起始阶段,定向裂隙尖端出现高应力集中现象,在钻孔和定向裂隙两面形成卸压区,且随着注水压力的增大逐渐扩大;钻孔和定向裂隙周围形成高水压区,且随着注水压力的增大逐渐扩大。压裂初期煤体发生剪切破坏,压裂后期出现大量拉伸破坏。定向裂隙倾角α介于0°~60°时,裂隙尖端首先起裂、扩展,然后发生转向;当倾角α=75°和α=90°时,裂隙沿最大水平主应力方向扩展。     

大采高采场覆岩破断演化过程及支架阻力的确定

基于煤岩体"强度参数-应力环境-节理弱面"破坏控制条件研究了大采高采场覆岩变形破断特征,并通过室内试验再现采动引起覆岩破断后运动演化过程,最后根据顶板结构形态对支架工作阻力确定方法进行了理论分析。研究表明:覆岩薄弱岩层冒落取决于层间离层裂隙的发育范围,基本顶表现出固支梁变形破坏特征,断裂线位置则取决于剪切错动裂隙的发育范围;软弱岩层中受拉应力区贯通分布,坚硬岩层中呈孤岛式分布,分布形态同离层和剪切错动裂隙的发育范围相关;层间拉伸张开型裂缝则呈小范围正梯形滞后工作面发育,剪切闭合型裂缝呈大范围倒梯形超前工作面发育;大采高采场下位基本顶破断后形成单关键块结构,更高位基本顶可形成静定三铰拱结构,采场顶板控制关键为前者的稳定性;以单关键块结构形成条件为基础给出直接顶范围确定方法,基于能量守恒原理、直接顶性质提出顶板压力确定公式,直接顶力学参数对其影响程度依次为:黏聚力塑性模量内摩擦角。     

综放工作面多夹矸岩层支架工作阻力的合理确定

针对8301工作面特殊地质开采条件,提出采用多夹矸顶板载荷估算方法,通过与宏观损伤力学法、反分析数值模拟法、实测统计法3种传统综放工作面支架工作阻力确定方法的计算原理和结果对比,结合现场实测得出:多夹矸顶板载荷估算方法能够合理确定复杂地质条件下综放工作面支架工作阻力;ZF13000/25/38型支撑掩护式支架能满足8301工作面顶板控制的需要。