2016年主要研究成果
一、针对大同矿区石炭系3-5号特厚煤层坚硬顶板综放开采时工作面易出现压架、临空巷道超前区域变形、破坏严重等强矿压显现问题,采用理论分析、物理模拟及现场实测等方法,建立了特厚煤层开采大空间采场岩层结构演化模型。结果表明:特厚煤层综放开采覆岩远、近场关键层运动都可能会对采场矿压产生影响,近场关键层为"竖O-X"破断的"悬臂梁+砌体梁"结构,远场关键层为"横O-X"破断的"砌体梁"结构模型。近场关键层结构主要影响工作面支架压力及其稳定性,近场关键层结构中,以"悬臂梁"结构破断运动的关键层层数越多,对支架安全越不利;远场关键层结构则主要对工作面临空侧巷道变形产生影响,其破断块体的回转运动对临空侧巷道围岩产生径向挤压作用,是造成巷道超前底臌的主要原因。据此开发了基于地面钻孔压裂与井下顶板预裂相结合的远、近场协同弱化的坚硬顶板预控技术,将有效降低岩层破断的能量释放和关键层结构失稳的压力传递,减轻特厚煤层综放开采采场矿压的显现强度。
二、通过现场实测对同煤集团塔山煤矿特厚煤层综放开采中放煤过程进行了分析,揭示了顶煤在放出过程中易形成阻塞放煤的成拱现象,研究了顶煤成拱机理,提出了"面接触块体拱"模型,得到了拱的轴线形式为抛物线,给出了影响放煤效率的高跨比参数,并对高跨比参数中的角度和摩擦因数影响进行了分析,明确了煤岩压缩强度与煤块尺寸之间的关系。在此基础上,提出并实施了顶煤注水软化,开发新型放煤支架及强扰动装置,优化放煤工艺等开采措施,顶煤采出率提高了6.92%。
三、为得到多层坚硬顶板采场覆岩"拱壳"大结构形成机理,以大同矿区同忻煤矿石炭系多层坚硬顶板特厚煤层开采为工程背景,基于关键层理论分析了同忻煤矿3-5煤层特厚煤层综放开采多层坚硬顶板的破断特征和大空间采场覆岩结构特征;应用弹性板理论,建立了大空间采场坚硬覆岩"拱壳"平衡大结构力学模型和数学模型。研究表明:坚硬覆岩"拱壳"平衡大结构理论,较好地揭示了同忻煤矿8105、8106等工作面开采过程中产生大小周期来压、采动影响范围大、易产生强矿压等特殊矿压现象的机理。研究成果为大同矿区石炭系坚硬覆岩特厚煤层开采工作面矿压控制提供理论依据。