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曹家滩煤矿10 m超大采高覆岩垮落结构模型及矿压作用机理
被引量：
1
1
作者
张震
黄志增
+5 位作者
刘晓刚
任建超
刘前进
蔺星宇
薛吉胜
马镕山
《煤炭学报》
北大核心
2025年第4期1951-1964,共14页
曹家滩煤矿10 m超大采高工作面的成功开采标志着我国特厚煤层一次采全高开采技术进入了一个新的水平。基于压力、位移和能量传感器全方位监测超大采高工作面开采,分析10 m超大采高工作面的矿压显现特征,探究上覆岩层运移及破断规律,并...
曹家滩煤矿10 m超大采高工作面的成功开采标志着我国特厚煤层一次采全高开采技术进入了一个新的水平。基于压力、位移和能量传感器全方位监测超大采高工作面开采,分析10 m超大采高工作面的矿压显现特征,探究上覆岩层运移及破断规律,并建立多层厚硬顶板下超大空间开采覆岩结构模型,以阐述矿压作用机理。结果表明:10 m超大采高开采覆岩破断空间大,矿压显现强烈,具有“来压步距大、动载明显、支架下缩量大和安全阀开启率高”的特征,周期来压步距以10~25 m为主,平均17.8 m,较同翼综放开采增幅为5.2%~21%,周期来压最大动载系数为1.44~1.68,平均1.60,其中,周期来压最大动载系数为1.60以上的占比63%,较同翼综放开采增幅60%,支架最大下缩量聚集于0.4~1.0 m范围内,平均0.63 m,液压支架安全阀开启率为10.6%~78.9%,来压期间液压支架安全阀开启率大于50%的占比达48.1%;工作面来压区域性明显,且聚集于距机头75~250 m范围内,具有“大小周期来压、多次连续性大周期来压”的特点,大周期来压间隔距离为102~186.8 m,平均137.5 m,来压期间微震事件沿走向方向分布在工作面前后300 m范围内,大周期来压期间微震大能量事件聚集于煤层上方20、50和80 m处的层位,能量聚集层位随工作面的推采沿煤层走向呈“低—高—低”往复循环变化的波浪形分布,其上覆岩层在采空区后方处于长距悬顶状态,中上部厚硬岩层具有同步联动破断特征,进而造成工作面的大周期来压;应力拱扩展受坚硬顶板的影响,应力拱纵向发展临时中断,横向跨度增加,形成了前、后两端为半拱状、中部为梁的“拱—梁”结构;多层厚硬顶板下超大采高工作面开采上覆岩层呈叠合“拱—梁”结构,下位“拱—梁”破断造成小周期来压,破断后岩块成台阶状接触,中上部“拱—梁”破断造成大周期来压,其连贯性破断造成多次连续性大周期来压,破断后岩块呈铰接状态;中位主控承载层Ⅱ及高位主控承载层Ⅲ滑落及回转变形失稳时所需支架的支护强度分别为2.32~2.90和1.91~2.14 MPa,现有支护装备难以有效实现工作面的围岩控制。该研究成果对超大采高开采围岩控制具有重要的指导意义。
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关键词
超大采高
矿
压
显现特征
覆岩结构
矿压作用机理
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职称材料
多层厚硬顶板大采高综放工作面强动载矿压特征及机理
2
作者
张震
黄志增
+4 位作者
徐刚
刘晓刚
刘前进
赵铁林
蔺星宇
《煤炭学报》
北大核心
2025年第7期3369-3387,共19页
针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特...
针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特征、近远场覆岩运移与矿压的联动性进行了分析,明确了多层厚硬顶板大采高综放开采工作面矿压显现特征,得到了多层厚硬顶板破断的空间形态及覆岩结构演化规律;阐述了矿压作用机制,建立了考虑煤壁前方弯曲变形、多层厚硬顶板各层位间受力关联下的低、中、高不同层位覆岩结构力学模型,给出了不同层位岩层破断失稳判据及支架临界支护强度。结果表明:多层厚硬顶板大采高综放开采工作面除具有“来压区域性明显、来压急增阻、大小周期来压、周期性强动载来压”的特点外,还呈现出强动载来压期间多次连续性或短距间断性大周期来压的新特征;强动载期间连续性大周期来压矿压显现程度总体呈先增大后减缓的趋势,工作面周期性强动载来压呈不规律性,每隔4~10个小周期来压,间隔120.9~241.9 m,平均161 m发生1次强动载来压,强动载来压期间矿压显现异常强烈;上覆岩层呈现“低位悬臂梁+中位非铰接梁+高位联贯破断叠合铰接梁结构”,低位悬臂梁结构位于煤层上方20 m以内,该结构的周期性回转破断造成工作面小周期来压,中位非铰接梁位于煤层上方20~70 m范围,该范围内岩层的架前拉伸破断或架后剪切破断导致工作面发生大周期来压,高位岩层位于煤层上方70 m以上,中部厚硬岩层破断后,对高位铰接梁有效接触及支撑力减小,造成高位铰接梁相继破断失稳,继而导致工作面多次连续性或短距间断性大周期来压的强动载来压;中位非铰接梁结构破断失稳时支架合理支护强度为1.897 MPa,高位联贯破断铰接梁回转变形失稳对应的支架合理支护强度为2.470 MPa,滑落失稳对应的支架合理支护强度为3.180 MPa,现有的高强度支架难以对顶板的强矿压进行有效控制,须采取顶板弱化的手段进行采场围岩控制。研究成果对特厚煤层多层厚硬顶板开采围岩控制具有一定的指导意义。
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关键词
特厚煤层
多层厚硬顶板
矿
压
显现特征
破断结构
矿压作用机理
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职称材料
题名
曹家滩煤矿10 m超大采高覆岩垮落结构模型及矿压作用机理
被引量：
1
1
作者
张震
黄志增
刘晓刚
任建超
刘前进
蔺星宇
薛吉胜
马镕山
机构
中煤科工开采研究院有限公司
煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室
天地科技股份有限公司开采设计事业部
陕西陕煤曹家滩矿业有限公司
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第4期1951-1964,共14页
基金
国家重点研发计划资助项目(2023YFC2907501,2023YFC2907502)
天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2023-2-TD-ZD003)。
文摘
曹家滩煤矿10 m超大采高工作面的成功开采标志着我国特厚煤层一次采全高开采技术进入了一个新的水平。基于压力、位移和能量传感器全方位监测超大采高工作面开采,分析10 m超大采高工作面的矿压显现特征,探究上覆岩层运移及破断规律,并建立多层厚硬顶板下超大空间开采覆岩结构模型,以阐述矿压作用机理。结果表明:10 m超大采高开采覆岩破断空间大,矿压显现强烈,具有“来压步距大、动载明显、支架下缩量大和安全阀开启率高”的特征,周期来压步距以10~25 m为主,平均17.8 m,较同翼综放开采增幅为5.2%~21%,周期来压最大动载系数为1.44~1.68,平均1.60,其中,周期来压最大动载系数为1.60以上的占比63%,较同翼综放开采增幅60%,支架最大下缩量聚集于0.4~1.0 m范围内,平均0.63 m,液压支架安全阀开启率为10.6%~78.9%,来压期间液压支架安全阀开启率大于50%的占比达48.1%;工作面来压区域性明显,且聚集于距机头75~250 m范围内,具有“大小周期来压、多次连续性大周期来压”的特点,大周期来压间隔距离为102~186.8 m,平均137.5 m,来压期间微震事件沿走向方向分布在工作面前后300 m范围内,大周期来压期间微震大能量事件聚集于煤层上方20、50和80 m处的层位,能量聚集层位随工作面的推采沿煤层走向呈“低—高—低”往复循环变化的波浪形分布,其上覆岩层在采空区后方处于长距悬顶状态,中上部厚硬岩层具有同步联动破断特征,进而造成工作面的大周期来压;应力拱扩展受坚硬顶板的影响,应力拱纵向发展临时中断,横向跨度增加,形成了前、后两端为半拱状、中部为梁的“拱—梁”结构;多层厚硬顶板下超大采高工作面开采上覆岩层呈叠合“拱—梁”结构,下位“拱—梁”破断造成小周期来压,破断后岩块成台阶状接触,中上部“拱—梁”破断造成大周期来压,其连贯性破断造成多次连续性大周期来压,破断后岩块呈铰接状态;中位主控承载层Ⅱ及高位主控承载层Ⅲ滑落及回转变形失稳时所需支架的支护强度分别为2.32~2.90和1.91~2.14 MPa,现有支护装备难以有效实现工作面的围岩控制。该研究成果对超大采高开采围岩控制具有重要的指导意义。
关键词
超大采高
矿
压
显现特征
覆岩结构
矿压作用机理
Keywords
super large mining height
characteristics of mine pressure display
overburden structure
mechanism of mine pressure action
分类号
TP028.8 [自动化与计算机技术]
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职称材料
题名
多层厚硬顶板大采高综放工作面强动载矿压特征及机理
2
作者
张震
黄志增
徐刚
刘晓刚
刘前进
赵铁林
蔺星宇
机构
煤炭科学研究总院开采研究分院
中煤科工开采研究院有限公司
天地科技股份有限公司开采设计事业部
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第7期3369-3387,共19页
基金
国家重点研发计划资助项目(2023YFC2907501,2023YFC2907502)
天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2023-2-TD-ZD003)。
文摘
针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特征、近远场覆岩运移与矿压的联动性进行了分析,明确了多层厚硬顶板大采高综放开采工作面矿压显现特征,得到了多层厚硬顶板破断的空间形态及覆岩结构演化规律;阐述了矿压作用机制,建立了考虑煤壁前方弯曲变形、多层厚硬顶板各层位间受力关联下的低、中、高不同层位覆岩结构力学模型,给出了不同层位岩层破断失稳判据及支架临界支护强度。结果表明:多层厚硬顶板大采高综放开采工作面除具有“来压区域性明显、来压急增阻、大小周期来压、周期性强动载来压”的特点外,还呈现出强动载来压期间多次连续性或短距间断性大周期来压的新特征;强动载期间连续性大周期来压矿压显现程度总体呈先增大后减缓的趋势,工作面周期性强动载来压呈不规律性,每隔4~10个小周期来压,间隔120.9~241.9 m,平均161 m发生1次强动载来压,强动载来压期间矿压显现异常强烈;上覆岩层呈现“低位悬臂梁+中位非铰接梁+高位联贯破断叠合铰接梁结构”,低位悬臂梁结构位于煤层上方20 m以内,该结构的周期性回转破断造成工作面小周期来压,中位非铰接梁位于煤层上方20~70 m范围,该范围内岩层的架前拉伸破断或架后剪切破断导致工作面发生大周期来压,高位岩层位于煤层上方70 m以上,中部厚硬岩层破断后,对高位铰接梁有效接触及支撑力减小,造成高位铰接梁相继破断失稳,继而导致工作面多次连续性或短距间断性大周期来压的强动载来压;中位非铰接梁结构破断失稳时支架合理支护强度为1.897 MPa,高位联贯破断铰接梁回转变形失稳对应的支架合理支护强度为2.470 MPa,滑落失稳对应的支架合理支护强度为3.180 MPa,现有的高强度支架难以对顶板的强矿压进行有效控制,须采取顶板弱化的手段进行采场围岩控制。研究成果对特厚煤层多层厚硬顶板开采围岩控制具有一定的指导意义。
关键词
特厚煤层
多层厚硬顶板
矿
压
显现特征
破断结构
矿压作用机理
Keywords
extra thick coal seam
multi-layer thick hard roof
characteristics of mine pressure display
broken structure
mechanism of mine pressure action
分类号
TP028.8 [自动化与计算机技术]
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职称材料
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曹家滩煤矿10 m超大采高覆岩垮落结构模型及矿压作用机理
张震
黄志增
刘晓刚
任建超
刘前进
蔺星宇
薛吉胜
马镕山
《煤炭学报》
北大核心
2025
1
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职称材料
2
多层厚硬顶板大采高综放工作面强动载矿压特征及机理
张震
黄志增
徐刚
刘晓刚
刘前进
赵铁林
蔺星宇
《煤炭学报》
北大核心
2025
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