三不拉采区顶板大面积垮落灾变机理研究

《综采端头大面积悬顶区静态膨胀致裂关键技术研究》篇一一、引言随着煤炭开采技术的不断进步，综采工作面的高效推进与安全生产成为了煤炭行业的重要课题。

在综采过程中，端头大面积悬顶区的处理一直是困扰煤矿企业的难题。

静态膨胀致裂技术作为一种新型的岩层控制技术，具有高效、安全、环保等优点，对解决综采端头悬顶问题具有重要意义。

本文将就综采端头大面积悬顶区静态膨胀致裂关键技术进行研究，以期为煤炭行业提供参考。

二、研究背景及意义煤炭开采过程中，由于地质条件复杂、煤层厚度变化大等因素，往往会导致端头大面积悬顶区的形成。

传统的处理方法如强制放顶、注浆加固等存在效率低下、安全隐患大等问题。

而静态膨胀致裂技术通过向岩层中注入膨胀剂，使岩层产生膨胀力，从而实现岩层的破裂与垮落，有效解决了传统方法存在的弊端。

因此，对综采端头大面积悬顶区静态膨胀致裂关键技术进行研究，对于提高煤炭开采效率、保障安全生产具有重要意义。

三、静态膨胀致裂技术原理及特点静态膨胀致裂技术基于岩层的力学性质，通过向岩层中注入特定的膨胀剂，使岩层产生膨胀力。

当膨胀力达到一定值时，岩层发生破裂，从而实现垮落。

该技术具有以下特点：1. 高效性：静态膨胀致裂技术能够在短时间内实现岩层的破裂与垮落，提高工作效率。

2. 安全性：该技术无需爆破作业，避免了爆破带来的安全隐患。

3. 环保性：相比传统处理方法，静态膨胀致裂技术无需使用大量化学试剂，对环境影响小。

四、关键技术研究1. 膨胀剂的选择与配比：针对不同地质条件下的岩层，选择合适的膨胀剂并确定最佳配比，是静态膨胀致裂技术的关键。

通过实验研究，确定适用于综采端头大面积悬顶区的膨胀剂类型及配比。

2. 注入工艺研究：研究膨胀剂的注入工艺，包括注入压力、注入速度、注入量等参数，以确保岩层在适宜的条件下发生膨胀与破裂。

3. 致裂效果评价方法：建立一套有效的致裂效果评价方法，对静态膨胀致裂技术的效果进行定量评估，为现场应用提供依据。

采场顶板破断模型及垮落规律分析薛熠;滕腾;王希贺;宋绪蕾【摘要】煤炭开采引起了上覆岩层空间结构的变化和顶板的变形破断,而采场顶板的断裂形态与采场压力密切相关,同时也对地表沉降产生较大影响.基于弹性力学薄板模型,采用位移变分法分析了顶板断裂的形成机制,根据薄板弹性理论,采用位移变分法建立了煤层顶板的力学模型,分析顶板断裂形态的形成机制,通过顶板的拉应力分布和弯矩分布得到了顶板的破坏规律.计算结果表明:顶板在初次破坏时,在顶板表面沿四周边缘出现O型破坏,继而在顶板中心处出现X型破坏,随着破坏的发展贯通,形成典型的O-X型破断.顶板在周期破坏时,随着工作的推进和角部效应的影响,形成半X型破断.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)007【总页数】6页(P156-161)【关键词】顶板;破断;弹性力学;薄板【作者】薛熠;滕腾;王希贺;宋绪蕾【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TD31在地下开采过程中，采场顶板的变形及采场压力与地下水迁移和地表沉降密切相关。

同时，深部开采中，煤层的上覆岩层结构及顶板压力运动规律对煤炭开采有着重要意义[1—3]。

由于近年来顶板事故出现频率的增加，对煤层顶板变形和破坏形式的分析可以对顶板事故进行预测，并对顶板支护提供指导。

近年来，学者对顶板破坏形式开展了大量的研究。

黄庆享等[4]根据对开采过程中顶板的实测和模拟，指出了老顶初次破坏中出现的非对称现象。

张杰等[5]进行了不同覆岩条件下相似材料模拟实验，对放顶方案和初次来压步距进行了分析。

采场大面积冒顶原因分析与防治1．采场大面积冒顶的预兆采煤工作面随回柱放顶工作进行，直接顶逐渐垮落，如果直接顶垮落后未能充满采空区，则坚硬的老顶要发生周期来压。

1)顶板的预兆顶板连续发出断裂声，这是由于直接顶和老顶发生离层，或顶板切断而发出的声音。

有时采空区内顶板发出响闷雷的声音，这是老顶和上方岩层产生离层或断裂的声音。

2)煤帮的预兆由于冒顶前压力增大，煤壁受压后，煤质变软变酥，片帮增多。

使用电钻打眼时省力。

3)支架的预兆使用木支架，支架大量的被压弯或折断，并发出响声。

使用金属支柱时，耳朵贴在柱体上，可听见支柱受压后发出的声音，支柱“破顶、钻底”。

4)含瓦斯煤层，瓦斯涌出量突然增加；有淋水的顶板、淋水增加。

2．采场大面积冒顶的原因分析按顶板垮落类型可把采场大冒顶分为压垮型、推垮型、漏垮型三种。

压垮型冒顶事故是由于坚硬直接顶或老顶运动时，垂直于顶板方向的作用力，压断或压弯工作阻力不够、可缩量不足的支架，或使支柱压入抗压强度低的底板，造成大面积切顶垮面事故。

在采场中容易发生大面积冒顶的地点是：1) 开切眼附近。

在这个区域顶板上部硬岩层老顶两边都受煤柱支承不容易下沉，这就给下部软岩层直接顶的下沉离层创造了有利条件。

2) 地质破坏带（断层、褶曲）附近。

在这些地点顶板下部直接顶岩层破断后易形成大块岩体并下滑。

3) 老巷附近。

由于老巷顶板破坏，直接顶易破断。

4) 倾角大的地段。

这些地段由于重力作用而岩石倾斜下滑力大。

5) 顶板岩层含水地段。

这些地段摩擦系数降低，阻力大为减少。

6) 局部冒顶区附近也有可能导致大冒顶。

近几年来，在采场大面积冒顶事故中，“复合顶板”下推垮型事故比较多，伤亡也较大。

漏垮型冒顶的原因如下：由于煤层倾角较大，直接顶又异常破碎，采场支护系统中如果某个地点失效发生局部漏顶，破碎顶板就有可能从这个地点开始沿工作面往上全部漏空，造成支架失稳，导致漏垮型事故发生。

3.采场大面积冒顶的预防措施总结现行有效的经验归纳出几条预防采场大面积冒顶的基本措施：1）提高单体支柱的初撑力和刚度小煤矿使用的木支柱和摩擦金属支柱初撑力小，刚度差，易导致煤层复合顶板离层，又使采场支架不稳定，所以有条件的矿要推广使用单体液压支柱。

采场顶板灾变机理及预警系统秦兵文;谢福星【摘要】为解决矿井顶板灾变预报预警的难题,综合运用理论分析、力学建模、数值分析和工程实践等多种方法,分析了采场顶板的灾变形式和力学机理;基于多因素径向基神经网络数学模型设计出矿井顶板灾害预警系统软件,可对采场顶板岩层下沉量和致灾程度进行预判,并通过了现场实践验证,有效预防了矿山顶板灾害的发生.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)005【总页数】4页(P124-127)【关键词】采场顶板;力学建模;数值分析;神经网络;预警系统【作者】秦兵文;谢福星【作者单位】内蒙古宝山宝马矿业有限责任公司,内蒙古锡林浩特026000;天地科技建井研究院,北京100013;北京中煤矿山工程有限公司,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TD76矿山顶板事故目前是我国矿山各类事故中发生频率最高、死亡人数最多的事故，由于煤系地层赋存条件复杂、岩体较为软弱且节理裂隙发育，煤矿顶板事故占大多数[1-2]，为此应用灾变预警理论、灾害风险预估和预警系统开展深入系统的研究。

1 采场基本顶失稳机理国内外专家对基本顶灾变的研究众多，通过对基本顶断裂岩块结构受力分析可知，基本顶经初次和周期来压后，其岩块结构失稳形态主要呈回转失稳与滑落失稳[3-4]。

将基本顶视作简支梁[5]，并简化基本顶及其上覆岩层为平均密度，则基本顶断裂跨距L可表示为：式中：σc为基本顶抗压强度，MPa；hb为基本顶岩层厚度，m；hs为上覆软岩层厚度，m；ρ为上覆软岩层密度，t/m3。

1.1 基本顶回转失稳基本顶岩层破断后，向采空区方向回转下沉，随着破断岩块的回转变形，其承受的水平挤压力逐渐增大，破断岩块在咬合点处受到强烈挤压而逐渐破损，进而引起断裂岩块回转角逐渐增大，最终导致岩块结构的整体回转失稳[6-7]。

如式（2）条件下基本顶断裂岩块结构处于稳定状态，反之则会发生回转失稳，回转失稳判据如下：引入断裂度i，i=，则有：式中：T为水平挤压力，N；S为咬合点接触面面积，m2；η为岩块在咬合点处的抗压强度；β为岩块旋转角。