大倾角煤层长壁开采空间应力拱壳形态研究

大倾角煤层特殊的赋存条件,造成在大倾角煤层开采中顶板空间应力场的演化规律、顶板破断垮落后所形成的围岩结构等较缓倾斜煤层开采时异常复杂,导致维持顶板稳定性的难道加大。基于大倾角煤层开采物理相似材料模拟实验和数值仿真结果,分析了在大倾角煤层开采中围岩结构的基本特征和应力拱壳的基本特性,认为非对称空间应力拱壳是开采扰动破坏原岩应力平衡后,上覆岩层在自我组织能力作用下所形成的主应力迹线的空间展布形态,空间应力拱壳沿走向对称,沿倾向非对称,且当工作面推进距离远大于工作面长度时,空间应力拱壳中间区域沿倾向的形态基本保持不变。据此,在考虑冒落矸石非均匀充填效应的基础上,建立了沿倾向和沿走向的三铰拱力学模型,推导给出了沿倾向非对称拱和沿走向对称拱的轴线方程,并通过算例对研究结果进行验证。结果表明,文中给出的轴线方程能较好的描述采场空间应力拱壳的基本形态;当工作面推进距离远大于工作面长度时,空间应力拱壳沿走向两端对称区域的形态基本保持不变;沿走向对称应力拱的拱高和跨长在倾斜方向上呈先增大后减小的趋势;最大垮落高度在倾向方向的中上部区域,该区域走向应力拱的跨长和拱高也最大。     

大倾角“三软”煤层工作面倒架原因及处理措施

针对长山子煤矿1121工作面倾角大、煤层松软、煤层沿倾向起伏大、综放开采的条件,采用现场观测结合理论分析,从液压支架的受力状态与围岩的关系,对1121工作面在初采中发生支架倾倒的原因进行分析。结果表明:工作面倾向中上部顶煤破碎在支架上方冒漏形成空顶,导致"R-S-F"系统中的元素"R"缺失、未及时安装支架防倒滑装置为支架倾倒主要原因。     

大倾角软煤综放工作面煤壁片帮机理及致灾机制

工作面煤壁片帮是大倾角软煤综放采场"支架-围岩"系统灾变的致灾源之一。通过建立煤壁空间受力模型、数值计算与理论分析相结合的方法对煤壁片帮的力学机理、形态特征、多发区域以及由其引发的"支架-围岩"系统灾变机制进行了研究。结果表明:煤壁的破坏形式以剪切滑移破坏为主,片帮形态为非规则四棱锥体且片帮具有继发性;工作面倾斜中上部是片帮的多发区域;煤壁片帮后形成的"片帮-冒顶"恶性循环导致支护系统失去对顶、底板运动的控制作用,加剧围岩运动变形,形成"煤壁片帮→顶煤冒空→支架倾倒→底板滑移"的围岩灾变机制。基于以上并结合长山子煤矿1123工作面生产实际提出了大倾角软煤综放工作面煤壁片帮防控措施。     

矿山数字化进程中的影像地质编录技术

采用影像地质编录技术,能提高矿井地质编录效率。传统的地质编录手段工作效率低,对矿井遇到的地质构造特征不能迅速识别,影响到矿井生产的进度,对编录结果的保存比较困难。基于近景摄影测量技术,介绍了地质编录仪的基本情况,利用地质编录仪进行地质编录的流程,以及编录成果的展示。与传统方式比较,地质编录仪能够准确、细致、及时的对矿井采掘工作面遇到的地质变化情况进行快速编录,给矿井生产提供有利的地质保障。     

急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律

急倾斜煤层综采工作面"支架-围岩"系统动态稳定性控制难度大,而顶板的行为状态会直接影响该系统稳定性,从而制约该类煤层高效机械化生产,故研究急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律十分必要.综合采用相似材料试验法、理论分析法,研究分析工作面覆岩破坏及矿压分布、演化规律.研究结果表明,急倾斜中厚煤层综采工作面上、下端头顶板...     

急倾斜中厚煤层综采工作面矿压分布及其演变规律

急倾斜中厚煤层综采工作面具有煤层厚度小、"支架-围岩"系统稳定难防控等开采难题,机械化产效优势不明显,亟需矿压及岩层控制等理论来科学指导现场生产,而弄清综采工作面矿压分布演变规律是围岩动力灾害防控及确保高效化机械生产的关键,因此,有必要深入研究急倾斜中厚煤层综采工作面矿压分布规律.采用相似材料实验法及理论分析法,分析支...     

大倾角煤层长壁开采顶板应力传递路径倾角效应

大倾角煤层安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而发现并揭示围岩采动应力的时空演化特征及其倾角效应是围岩稳定性控制的基础。以新疆某矿25221工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析与数值计算相结合的研究方法,在综合厘定与分析工作面矿压显现一般规律及其成因的基础上,研究顶板采动应力传递路径的时空演化特征及其倾角效应。结果显示：在大倾角煤层开采中,顶板采动应力随工作面推进的动态演化过程先后经历了增长期和稳定期,其对应支承压力峰值的演化呈现为先增大后趋于稳定的特征。受煤层倾角影响,顶板采动应力的三维传递演化沿走向对称、沿倾向非对称。在倾向剖面内,顶板应力的传递路径呈非对称拱形形态,且沿顶板自上而下,应力偏转位置由工作面倾向中轴线左侧逐渐向其右侧迁移,上覆岩层载荷以应力偏转界线为界,分别向倾向上、下侧煤体传递,造成倾向上侧支承压力集中系数大于下侧。在工作面走向剖面内,围岩应力的传递路径呈扁平拱形态,扁平拱两侧半拱形区域上覆岩层载荷除了向工作面走向两侧煤体传递外,亦向工作面倾向上、下侧煤体传递,而扁平拱中间直线段区域上覆岩层载荷主要向倾向上、下侧煤体传递。随着煤层倾角的增大,围岩应力传递演化的...     

大倾角“三软”煤层工作面倒架原因及处理措施

针对长山子煤矿1121工作面倾角大、煤层松软、煤层沿倾向起伏大、综放开采的条件,采用现场观测结合理论分析,从液压支架的受力状态与围岩的关系,对1121工作面在初采中发生支架倾倒的原因进行分析。结果表明:工作面倾向中上部顶煤破碎在支架上方冒漏形成空顶,导致"R-S-F"系统中的元素"R"缺失、未及时安装支架防倒滑装置为支架倾倒主要原因。     

大倾角软煤综放工作面倾斜方向顶煤区划破坏特征

基于理论分析、数值模拟计算与物理相似材料模拟实验方法揭示了沿工作面倾斜方向不同外部载荷作用下顶煤的损伤劣化机理与程度。结果表明:采场非对称分布的支承压力对顶煤的"预破碎"具有区划作用,但影响程度有限。顶煤最终的破碎程度主要受其上覆岩层"施载源"的组构与运动模式影响,倾斜方向该"施载源"的形成层位自下而上逐渐向高位跃迁,且在采空区非均匀充填作用影响下倾斜方向不同区域"施载源"内部破断顶板的"运动空间"存在显著差异,最终导致顶煤沿倾斜方向的破碎程度呈"上部最大,中部次之,下部最小"的区划特征。生产现场支架稳定性沿倾斜方向的分布进一步验证了顶煤的区划破坏特征。     

大倾角煤层长壁综采:进展、实践、科学问题

大倾角煤层属难采煤层,在我国西部地区赋存广泛,此类煤炭资源的开发对区域经济发展起到了重要支柱作用。受煤层赋存条件制约,大倾角煤层的岩层运动机理复杂,作业空间受限,综合机械化开采难度大。自20世纪80年代起我国学者及一线工程技术人员便开始针对大倾角煤层的开采方法、岩层控制理论、关键技术装备展开研究。发展至今,已在理论、技术、装备等方面取得了较大进展,构建了较为完整的研究体系。从大倾角煤层长壁综采的进展、实践、科学问题3个方面系统梳理了已经取得的研究成果、积累的实践经验以及未来需要突破的关键科学问题。提炼出以下主要观点:①我国首次定义了大倾角煤层的概念(煤层倾角35°～55°)并给出了工程解释,但随着近年来装备水平与开采方法的不断提升革新,大倾角煤层倾角涵盖范围的工程解释应有所外延。自20世纪90年代起至今,在大倾角煤层长壁开采岩层控制基本理论与关键技术、工作面动力灾害防护方法、工作面主要装备研发等领域的研究与试验取得了较大进展。②在工程实践方面,除大倾角中厚煤层综采技术已趋于成熟外,大倾角厚煤层大采高综采、特厚煤层综放开采和薄煤层伪俯斜综采技术均有所突破并取得了一定效果,但仍存在诸多"瓶颈问题"亟需从科学层面予以解答。③仍需进一步加强复杂采动煤岩体力学性状与量化表征、复杂采动煤岩体力学行为及其对工作面灾变的控制作用、长壁采场"支架-围岩"系统多维交互动力学与多目标非稳态控制方法、非规则回采空间随机分离体形成-运动-损害过程及防护机制等科学问题研究,并以此为前提发明全新的开采方法、研发关键技术与装备,最终实现大倾角煤层安全高效与绿色开采。