坚硬顶板

摘要： 为获取强冲击危险工作面的防冲关键数据,针对孟村煤矿401101首采工作面具有的坚硬顶板、大断层、大向斜等地质构造特点,在回采期间对工作面回风巷开展水力压裂弱化坚硬顶板技术试验,同时布设微震监测系统对试验期间的冲击地压能量事件进行监测,以考察压裂的实际效果。试验结果表明,工作面推采至压裂区域后,日均总能量及频次都降低了17%;回顺范围内的每日微震事件总能量和频次普遍比运顺低,尤其在受F1断层影响的区域更为明显;进入压裂区后,回顺侧大能量事件随即有所降低,运顺侧较为滞后,且发生在工作面前方的微震事件占比逐渐增大,微震事件逐渐由工作面后方向工作面前方转移,同时,微震事件位置在工作面前方范围内基本呈均匀分布。

摘要： 为了研究不同滤失面下滤失对岩石定向水力压裂的影响规律,选用300 mm×300 mm×300 mm中间钻孔并且定向预制裂缝的砂岩试件,采用在试件表面涂抹防水剂的方法控制滤失,制作出滤失面依次减小的4组砂岩试件:未涂防水剂试件A、裂缝面涂防水剂试件B、孔壁涂防水剂试件C、全涂防水剂砂岩试件D,进行真三轴定向水力压裂并开展声发射实时监测,分析研究不同滤失面下砂岩试件声发射能量率、累积能量以及压裂后裂缝扩展延伸规律。结果表明:随着滤失面增大即滤失越大,砂岩试件声发射的能量率峰值呈现逐渐下降的趋势,而试件完成压裂破坏过程所需的累积能量逐渐升高;在压裂裂缝扩展延伸过程中,随着滤失面增大即滤失越大,压裂裂缝向最大主应力σ_(H)方向偏转越快,当压裂裂缝偏转到同一偏转角α时,压裂裂缝扩展延伸长度L会逐渐减小。

摘要： 复杂难采煤层工作面初采阶段煤岩体灾变过程是朝着不利于采场稳定性方向演化的过程,存在断层活化、煤壁片帮、顶板断裂和溃水溃沙等灾变现象。宁东矿区各矿井面临的开采环境日趋复杂,存在高温、埋深大、倾角大、地应力集中、软岩巷道支护困难、硬岩顶板破断不及时,极大地增加了开采难度。大倾角仰斜开采工作面,采场稳定性是决定安全开采的关键。国家能源集团宁夏煤业有限责任公司金家渠煤矿综采工作面初采阶段面临大倾角+仰斜、坚硬基本顶不破断、支架失稳、架前顶板整体切顶冒落等开采难题,是宁东矿区复杂难采煤层的典型代表,本文分析物质与能量在灾变中的传递转化形态,预测和评估灾变发生的可能性、危害性,针对最薄弱的链条环节,切断灾害传递途径,制订并执行"断链"控灾方案,历时8个月施工使工作面生产趋于正常,探索出适合宁东矿区复杂难采煤层工作面的"断链"控灾方法。

摘要： 随着开采深度的逐渐增大,巷道围岩的稳定性问题日渐突出,特别是针对煤层厚度过大、顶板又存在砂岩组的厚煤硬顶巷道,保证其巷道稳定性更为困难。本文以唐家会煤矿61304辅运巷道为背景,通过理论分析、数值模拟、现场实践等方法对厚煤硬顶巷道切顶前后巷道围岩变化进行研究。研究结果表明:厚硬顶板巷道切顶后应力传递被阻断,巷道顶板应力减小,巷帮处应力集中现象得到缓解;但因围岩内应力重新分布,造成巷道顶板的垂直位移增大,根据此提出相应的支护措施;对61304辅运巷道进行巷道位移检测发现总体变形量较小,巷道稳定性良好,切顶效果显著,可为此类工程情况提供理论支撑。

摘要： 马兰矿为解决坚硬顶板难垮落导致巷道稳定性差的问题,以该矿18502工作面为工程背景,基于理论分析水力压裂卸压机理的基础上采用数值模拟软件对水力压裂切顶卸压对边界巷道、辅助巷道的稳定性影响进行研究,发现经过水力压裂切顶卸压后巷道的稳定性得到了大幅度的改善,较未经水力压裂切顶卸压时应力更加平稳,为矿井坚硬顶板的治理提供了一定的参考与借鉴。

摘要： 干河煤矿+80水平三采区皮带巷上部赋存坚硬岩层,围岩压力较大;针对坚硬顶板条件,拟定以强主动支护为主的对策,即采用锚网索喷联合支护技术;应用表明,该巷道围岩变形量不大,验证了该支护技术安全可靠。

摘要： 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落步距均有明显的缩短,直接顶垮落步距缩短8.2 m,基本顶来压步距缩短11 m。定向水力压裂顶板能有效弱化顶板岩层,实现了对坚硬顶板垮落的有效控制。

摘要： 为有效解决慈林山煤矿工作面切眼坚硬顶板大面积悬顶的技术问题,系统分析比较了现有坚硬顶板处理技术,论证了深孔预裂爆破技术的技术经济优势。以15201工作面为试验对象,采用理论计算方法获得了包括压碎圈半径、裂隙区半径和预裂高度在内的影响预裂爆破效果的关键参数;基于工程类比法,确定了科学合理的炮孔布置、爆破方式和装药方式;在此基础上,开展深孔预裂爆破处理坚硬顶板技术的现场工业性试验。结果表明:深孔预裂爆破可以有效降低顶板完整性,实现回采期间矿山压力的平稳显现,实现坚硬顶板工作面切眼的安全管理。

摘要： 随着我国开采深度的不算增加,煤层瓦斯压力逐步增大,工作面上隅角瓦斯超限的问题逐步凸显。在进行厚煤层、坚硬顶板巷道进行开采时,工作面上隅角的瓦斯超限问题尤为明显,为了解决坚硬顶板瓦斯超限的问题,以河津杜家沟矿2-105工作面为研究背景,通过数值模拟结合现场实践对矿井瓦斯治理进行研究,通过模拟确定瓦斯在巷道分布规律,利用高位钻孔对瓦斯进行抽排,经过现场实践验证了方案的可行性及优越性,为矿井高效、安全开采做出一定的贡献。

摘要： 针对特厚煤层开采时基本顶不易垮落、孤岛工作面矿压显现明显等问题,以治理晋能控股煤业集团同忻矿8102综放工作面强矿压显现为背景,通过地面钻井复合压裂弱化坚硬顶板技术,有效解决孤岛工作面布置及特厚煤层坚硬顶板无法垮落造成工作面来压明显、临空巷道超前支护应力集中显现严重等问题,对类似条件工作面强矿压显现治理提供了可借鉴的经验,具有较高的推广价值。

摘要： 针对大同煤矿石炭系C3-5号特厚煤层坚硬顶板综放工作面在留设38～43m区段煤柱条件下,临空顺槽超前支护段仍出现严重变形、伴有动力冲击等强矿压显现问题,采用理论分析、现场实测与数值模拟相结合的方法,研究得到了临空顺槽超前支护段强矿压显现的机理.结果表明:两采空区高支承压力相互叠加和煤岩体本身的蠕变效应共同作用是导致临空顺槽超前支护段强矿压显现的根本原因;工作面上覆K3亚关键层的破断将导致采空区四周形成高支承压力区,该支承压力影响范围110～150m;提出面周比的概念,随面周比增大,支承压力峰值强度和峰值位置呈线性增大,而支承压力影响范围基本不变;提出并实施了特厚煤层坚硬顶板留窄煤柱护巷技术,在塔山煤矿8204工作面5204顺槽现场试验取得了良好的效果,保证了工作面的正常生产.

摘要： 在特厚煤层与厚层坚硬顶板共同作用下,采煤工作面顶板来压的强度较普通采场更为剧烈,矿压显现的规律也更为复杂.以同煤某工作面为研究对象,分别运用室内实验与数值模拟相结合的手段对该工作面厚硬顶板的破裂结构特征、应力特征和塑性区分布特征展开研究.结果表明:厚硬顶板的支撑作用对整个采场结构的稳定起到了决定性的作用;裂隙场的高度达到91m左右;充分采动后,覆岩的前后坍塌角度分别为64°与68°;采动剧烈区与采动影响区分布在工作面前方12～22m与22～100m处,且坚硬顶板失稳破断时,采场塑性区向上扩展的角度大致相同.采场最终形成的塑性区类似梯形,覆岩的剪切破坏明显,且主要集中在覆岩的右侧区域.

摘要： 针对巨厚坚硬顶板条件煤层开采易引起回采空间频繁动载、强矿压、冲击地压、地表不均匀沉降等矿井极端动力灾害问题,采用理论分析、三维物理模型实验、数值分析等研究方法,研究坚硬顶板条件下采场覆岩的破断失稳规律.研究表明,坚硬顶板条件煤层开采其初次来压步距和周期来压步距均大于一般煤层开采,垮落带不易发育至坚硬顶板岩层,该处易形成弹性势能积聚;顶板塑性区向上发育至35m后停止,未延伸至坚硬砾岩层,采空区顶板以拉破坏为主,煤壁以剪破坏为主;采空区侧煤壁易产生应力集中现象,煤壁边缘形成受压应力带,煤壁支承压力峰值位于工作面前方20～30m处,应力集中系数达3.29,高于一般煤层开采.

摘要： 对水力裂纹在近井筒区域的起裂延伸机理进行了室内试验研究,对比了不同的预制横向切槽参数和泵注程序的压裂效果.室内试验结果表明:预制横向切槽可有效的降低水力裂缝的起裂压力,较长的切槽长度与合适的切槽角度可使水力裂纹有更平滑的转向路径,从而改善近井筒区域裂缝复杂性.此外,对水力压裂的影响范围及效果进行了现场试验.现场试验结果表明:水力裂纹的扩展范围在30-50m间,处理后的顶板无明显冲击性来压.随工作面推进顶板能及时跨落,说明水力压裂能有效控制坚硬顶板.

摘要： 以青东矿通过力学测试和地质调查分析,得到了巨厚坚硬顶板的强度及岩体裂隙分布特征,分析了巨厚坚硬顶板的破断条件,并确定了保护层开采方式.通过力学分析和数值模拟,研究确定了巨厚坚硬顶板条件下、极软特厚高瓦斯煤层的采煤方法、采煤工艺,设计并验算了液压支架的合理工作阻力;以太沙基地基破坏理论为基础,提出了复合岩性条件下7号煤层底板破坏深度的计算方法.研究成果在青东煤矿现场应用,在高瓦斯,坚硬顶板和断层交错的复杂条件下实现了安全高效回采,取得了良好的应用效果.

摘要： 针对大同矿区石炭系3-5号特厚煤层坚硬顶板综放工作面在留设38～43m区段煤柱条件下,临空顺槽超前支护段仍出现严重变形、伴有动力冲击等强矿压显现问题,采用理论分析、现场实测与数值模拟相结合的方法,研究得到了临空顺槽超前支护段强矿压显现的机理.结果表明:两采空区高支承压力相互叠加和煤岩体本身的蠕变效应共同作用是导致临空顺槽超前支护段工作面上覆K3亚关键层的破断将导致采空区四周形成高支承压力区,该支承压力影响范围110～150m;相邻出现强矿压显现的根本原因;提出面周比的概念,随面周比增大,支承压力峰值强度和峰值位置呈线性增大,而支承压力影响范围基本不变;相邻采空区侧向"倒台阶组合悬臂梁"结构的高位岩层的破断失稳是导致临空顺槽超前支护段出现动力冲击现象的根本原因.提出并实施了特厚煤层坚硬顶板留窄煤柱护巷技术,在塔山煤矿8204工作面5204巷现场试验取得了良好的效果,保证了工作面的正常生产.

摘要： 基于纳林河二矿3-1大厚度煤层坚硬顶板的现状,采用FLAC3D对3-1煤层初采期间顶板悬顶状态进行了模拟,模拟结果表明:当工作面推进64m时,基本顶发生初次破断.针对坚硬难垮落顶板条件下煤矿开采存在的采空区顶板大面积悬露、诱发冲击可能性增加及采空区漏风等一系列问题,设计采用深孔爆破技术对煤层坚硬顶板进行预先弱化处理.重点确定了爆破孔长度、间距、仰角等对深孔爆破影响较大的参数,爆破效果表明:3-1煤层首采面实施深孔爆破后,基本顶初次来压步距减小了34m,随着工作面的推进,采空区坚硬顶板随采随落,消除了顶板大面积悬露可能引发的冲击灾害.

摘要： 本文采用理论分析,数值模拟,分析了煤层顶板为坚硬岩层的冲击致灾机理,并提出了相应的防冲理念,并将理念在工程实践中进行验证.研究得出,坚硬顶板相比较于软弱顶板,易发生冲击矿压的原因分为4种:①坚硬顶板易积聚能量,给予煤层以应变动能;②坚硬顶板破断能够释放大量能量,易诱发冲击灾害;③坚硬顶板对远场震动衰减效应较弱;④充分采动后,坚硬顶板能够形成较长悬顶,使煤体中应力集中系数高.通过模拟研究手段,针对不同形式的顶板诱冲机理提出相应的顶板防治方式,通过工程实践证明,所得出的顶板防治措施能有效地降低坚硬顶板对冲击矿压灾害的影响.

摘要： 断层赋存带矿压显现规律的研究对于巷道支护和采区优化具有重要的参考价值,本文针对山西正利矿地质条件,通过现场监测分析了断层区域内锚杆锚索载荷的变化规律,揭示了断层区域内矿压显现规律与巷道围岩变形破坏特征之间的关系,采用相似模拟研究了采场支承压力和断层构造应力的分布特征,验证了两条断层间的动压影响范围.研究结果表明,两条断层之间,工作面的动压影响范围大约在30m以内,工作面前方10m为矿压显现剧烈区域.由于两条断层间的顶板破碎较为严重,锚杆锚索受到顶板运动所造成的拉伸情况较多,载荷增加幅度较大.而且在构造应力影响下工作面顶板离层、断裂频繁出现,对巷道稳定性影响严重,因此断层构造为两条断层间矿压动力显现特征的主导因素,区域内巷道支护需采用加长锚索或U型钢等架棚支护措施进行补强.断层带之外根据受断层影响的剧烈程度划分为两块区域,受断层影响的区域工作面的动压影响范围在40m左右;不受断层影响的区域,由于顶板较为坚硬,不易破碎,锚固于顶板中的锚杆和锚索受顶板破断的扰动相对较小,载荷增量相对较低,该区域内坚硬顶板的垮落特征为断层前方的矿压显现规律的决定性因素.

摘要： 针对不同类型冲击地压监测预警方法选择存在盲目性的问题,分析探讨了深部应变型、坚硬顶板型、断层滑移型冲击地压发生的机理与特点,建立了应变型冲击地压发生的能量判据、坚硬顶板型冲击地压顶板断裂准则及断层滑移的剪应力判据.结果表明,深部应变型冲击地压煤岩体应力持续升高、积聚弹性能较大;坚硬顶板型冲击地压发生过程中应力发生从静态向动态的突然转变及微破裂事件增加;断层滑移型冲击地压特点为应力叠加及能量突然释放,并给出了相应的"区域、局部、定点"多参数预警方法,实例表明,监测方法实现了对冲击危险的准确预警,保证了矿井的安全生产.

摘要： 本发明涉及坚硬顶板特厚煤层开采的顶板瓦斯一体化防治技术，具体为一种基于坚硬顶板地面压裂的顶板瓦斯协同控制方法。解决现有坚硬顶板特厚煤层在顶板及瓦斯控制存在的问题。该方法是依次由下列步骤实现的：a.确定压裂目标层；b.地面采用压裂井进行压裂；c.在地表，在压裂井水平段两侧布置多个微震检波器；d.微震检波器监测水压裂缝在水平方向扩展长度；e.布置瓦斯抽排装备；f.调节瓦斯抽排装备的抽排量，井下工作面两端头瓦斯传感器监测的瓦斯浓度在0.6%~1%之间。本发明解决了坚硬顶板破断步距大引发的强矿压难题，同时解决了因顶板大面积破断造成瓦斯不均衡涌出及瓦斯超限难题。

摘要： 本发明公开了巨厚坚硬顶板高瓦斯厚煤层顶板控制和提高瓦斯抽采效率的方法及钻孔机具。该方法首先在开采煤层沿顶板施工两个顺槽(1)，在开采煤层顶部一定距离处施工瓦斯高抽巷(2)；在瓦斯高抽巷(2)的两帮和底板施工角形槽炮孔(3)和圆形孔(4)；所述的角形槽炮孔(3)包括一个圆形炮孔，在圆形炮孔的直径两端有两个角形槽(5)；在角形槽炮孔(3)中装填炸药，在圆形炮孔(4)底部装填2～3m长的炸药，完成深孔分块爆破作业。本发明采用深孔分块爆破的方法将坚硬顶板控制和煤层增透、提高瓦斯抽采效率合二为一，有效控制了顶板的垮落步距同时提高了煤层的透气性、增加了煤层和瓦斯高抽巷之间的裂隙通道，提高了高抽巷的瓦斯抽采效率。

摘要： 本发明涉及坚硬顶板特厚煤层开采的顶板瓦斯一体化防治技术，具体为一种基于坚硬顶板地面压裂的顶板瓦斯协同控制方法。解决现有坚硬顶板特厚煤层在顶板及瓦斯控制存在的问题。该方法是依次由下列步骤实现的：a.确定压裂目标层；b.地面采用压裂井进行压裂；c.在地表，在压裂井水平段两侧布置多个微震检波器；d.微震检波器监测水压裂缝在水平方向扩展长度；e.布置瓦斯抽排装备；f.调节瓦斯抽排装备的抽排量，井下工作面两端头瓦斯传感器监测的瓦斯浓度在0.6%~1%之间。本发明解决了坚硬顶板破断步距大引发的强矿压难题，同时解决了因顶板大面积破断造成瓦斯不均衡涌出及瓦斯超限难题。

摘要： 本发明涉及一种用于坚硬顶板条件下保证安全采煤的综合顶板管理方法，特别是一种通过钻孔内局部爆破后注水使坚硬顶板从物理形态和力学性质综合弱化的方法，该方法能够解决煤层开采时坚硬顶板难以自行垮落而造成冲击地压大、支护困难和开采工作面危险的问题。

摘要： 本发明公开了巨厚坚硬顶板高瓦斯厚煤层顶板控制和提高瓦斯抽采效率的方法及钻孔机具。该方法首先在开采煤层沿顶板施工两个顺槽(1)，在开采煤层顶部一定距离处施工瓦斯高抽巷(2)；在瓦斯高抽巷(2)的两帮和底板施工角形槽炮孔(3)和圆形孔(4)；所述的角形槽炮孔(3)包括一个圆形炮孔，在圆形炮孔的直径两端有两个角形槽(5)；在角形槽炮孔(3)中装填炸药，在圆形炮孔(4)底部装填2～3m长的炸药，完成深孔分块爆破作业。本发明采用深孔分块爆破的方法将坚硬顶板控制和煤层增透、提高瓦斯抽采效率合二为一，有效控制了顶板的垮落步距同时提高了煤层的透气性、增加了煤层和瓦斯高抽巷之间的裂隙通道，提高了高抽巷的瓦斯抽采效率。

摘要： 本发明公开了一种坚硬顶板定向水压致裂沿空巷道快速掘巷方法，属于岩层移动及巷道围岩控制领域；其步骤包括：确定坚硬顶板层位和厚度；制定坚硬顶板内定向水平钻孔布置方案和水力压裂方案；采用定向钻机依次施工定向水平钻孔并进行水力压裂；进行沿空巷道开挖作业。通过本发明的实施，可以减小煤柱上方坚硬悬顶长度，优化巷道围岩应力环境，降低沿空巷道围岩控制难度，加快巷道掘进速度，缩短巷道贯通时间，缓解采掘接替紧张。本发明钻孔数量少，有效压裂范围大，施工周期短，顶板切落效果好。

摘要： 本发明公开了一种基于地面压裂的坚硬顶板临空巷道冲击地压控制方法，包括：S1：选取以煤矿工作面内小于等于距离煤层垂直距离H1，且坚硬顶板的单轴抗压强度和厚度分别超过σc和H2的坚硬顶板为压裂目标层；S2：在上个煤矿工作面开采前，在临空巷道垂直距离S1的位置，以倾斜角度α钻取斜井，直至斜井穿透全部所述压裂目标层；S3：确定垂直于斜井且沿着工作面推进方向，利用高能射孔枪依次对压裂目标层的两侧射孔等步骤；本发明可从源头上控制坚硬顶板大面突然垮落引发的临空巷道冲击地压。

摘要： 本发明属于矿井坚硬顶板卸压技术领域，具体为一种水力切槽与高压劈裂耦合的坚硬顶板造缝方法，用于煤矿工作面坚硬顶板造缝切顶，解决了背景技术中的技术问题，其首先采用水力切割枪形成放射性预制裂缝切槽，其次将助推剂塞入钻孔内引爆后形成高压气体，高压气体沿着预制裂缝扩展裂缝在相邻钻孔间形成贯穿连续的裂缝，裂缝扩展形态可实现精准控制，卸压效果好。本发明所述的造缝方法成本低，操作工艺简单。

摘要： 本发明公开一种遗留煤柱下坚硬顶板工作面开采强矿压防治方法，方法首先分析煤柱底板应力分布规律，得到煤柱底板对下煤层的应力影响范围，从而确定底板垂直应力分布与下煤层的相对位置关系；然后根据煤柱底板对下煤层的应力影响范围和煤柱对下部悬臂梁结构的作用，确定遗留煤柱影响下的下煤层开采强矿压显现影响区域；接着在预测的强矿压显现影响区域，采用可控冲击波方法，对上煤层所有的遗留煤柱及其顶底板进行弱化；最后针对“煤柱+悬臂梁结构”超前支承压力作用，对煤柱及前后10‑15m范围下方覆盖的下煤层顶板岩层采取爆破弱化。本发明预测了强矿压显现位置，并有针对性的提出了坚硬顶板和煤柱弱化技术，减少了强矿压显现的发生。

摘要： 本发明公开了一种用于矿山坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，其包括：垂直于坚硬顶板并横向排布设置的梭形孔，形成纵向分割面，通过纵向压裂管嵌入梭形孔中，将坚硬顶板分割成前后平行并左右指向的长条形坚硬顶板；横向排布设置的钻孔，形成水平切割移动面，并将横向压裂管依次嵌入钻孔中对长条形坚硬顶板进行切割卸压，且所述横向压裂管中设有以X型射流切割的射流切割装置，将长条形坚硬顶板切割成前后指向并纵向配合堆叠的三棱柱、四棱柱。