长壁采矿法首次老顶来压与周期来压关系的讨论

长壁采矿法是目前缓倾斜薄矿体最常用的采矿方法。但是,要应用好这种采矿方法,首先要掌握好首次老顶来压与周期来压的时间、压力关系。目前长壁采矿法的理论还是用悬臂梁理论。但该理论与实际工作情况仍有一定差距,为了探讨这个问题,我们将在实践中应用的体会小结如下,供大家讨论。 (一)首次老顶来压大小的计算根据悬臂梁的理论,采场首次老顶来压时     

缓倾斜煤层长壁工作面顶板分类方案探讨

在近年来矿压研究成果的基础上,对缓倾斜煤层长壁工作面伪顶、直接顶和老顶的有关分类指标进行了量化、修正。对采场顶板管理工作有参考价值。     

综采放顶煤采面矿压特点及采放煤岩控制措施

急倾斜和缓倾斜综采放顶煤采面均有老顶来压显现，动载系数可达1．11～2．69，老顶初次和周期来压步距分别变化在20～27m和9～17m之间。支承压力分布区扩大，采面顶板压力分布不均，矿压显现受放煤工序及煤层厚度的影响突出，     

回采工作面支柱迎山角的技术分析

本文对采煤工作面支柱迎山角从力学分析入手,研究顶板在直接顶和老顶之间不同的状态下,同时结合煤层赋存角度,考虑煤层顶底板移动因素,来确定支柱迎山角大小.讨论了支柱迎山角走向近水平、缓倾斜长壁工作面、伪倾斜工作面等各种条件下的确定及选择方法.     

倾斜煤层采场老顶初次来压步距的计算

本文针对倾斜煤层老顶岩层刚度各向异性的特点,采用正交梁模型分析老顶初次来压步距的构成、变化规律及计算方法,并论证了其结果较弹性薄板的精确解更接近实际。     

倾斜工作面中墩柱迎山角确定方法与应用

可缩式墩柱是煤矿巷道支护较为新颖的巷旁支护体,其在倾斜工作面中迎山角的确定也是较为关心的问题之一,开展这方面的研究工作具有重要的理论意义与应用价值。文章以峰峰集团梧桐庄182208外工作面为研究背景,结合墩柱上下两节钢管嵌套这一特殊性结构,建立力学模型,进行受力情况分析,推导出墩柱在倾斜工作面迎山角的计算公式。计算结果表明,墩柱迎山角的大小与老顶、直接顶的厚度以及工作面倾斜角度有关,迎山角与老顶和直接顶厚度均呈指数关系,随老顶厚度的增大而减小,随直接顶厚度的增大而增大。通过现场试验结果分析得,当迎山角取2.4°时,能够有效控制墩柱结构的弯曲变形量,提高墩柱承载性能。     

利用板模型和梁模型计算首采工作面来压步距

济宁二号煤矿153上01工作面为十五采区首采工作面,工作面回采中直接顶垮落步距,老顶初次来压步距无同采区参照,在掌握工作面直接顶、老顶厚度及岩性的条件下,本文主要阐述工作面回采前,利用板模型和梁模型对直接顶垮落步距、老顶初次来压步距进行计算,推算出直接顶、老顶初次步距,有利于在工作面直接顶垮落及老顶初次来压前做好预测预报工作,确保来压期间的安全。     

采场直接顶对周期来压步距的影响

把直接顶视为变形介质,基于老顶、直接顶协调变形机理建立力学分析模型,在给定老顶变形条件下,求解得出老顶周期来压步距与直接顶参数的函数关系式。对老顶周期来压步距与直接顶弹性模量、厚度以及内摩擦角的关系曲线进行分析,结果显示老顶周期来压步距随直接顶厚度或直接顶弹性模量增大而增大,而随岩石内摩擦角增大而减小;直接顶厚度越大,老顶周期来压步距变化速率越大;直接顶某一参数对老顶周期来压步距的影响幅度会受到其他参数的影响,但其影响趋势不会发生明显变化。     

仰采,俯采老顶岩层断裂特征及对直接顶稳定性的影响

本文将倾斜长壁仰斜、俯斜开采的老顶岩层视为倾斜弹性板。当板的长短跨度之比＞２时，板的荷载主要由短跨边来承担。据此，笔者沿工作面推进方向截取单位宽度的倾斜岩梁建立了老顶初次来压和周期来压的力学模型。分析表明，仰斜开采时的周期来压步距和支承压力小于俯斜开采，两者的支承压力分布规律有明显的差别，矿压显现程度仰采较俯采严重。证实了仰斜开采时直接顶稳定性较差、顶板事故较多主要是岩层受层向分力作用和煤壁片帮所致。当层向分力与工作面推进方向一致时，直接顶的稳定性较好，反之就差。从顶板管理的角度出发，作者提出了在有条件的矿井应优先选择俯斜开采。     

坚硬顶板水力致裂最佳割缝位置的模拟

对于煤层厚度较厚、倾角起伏,且老顶过于坚硬、悬顶长度较长、整体结构稳定的地质赋存条件,应力容易区域集中,高能量也积聚在顶板中,易导致冲击危险性加大。采用水力致裂技术,破坏老顶的整体结构,使老顶损伤而释放能量,结合渗流-应力耦合分析软件F-RFPA2D对老顶定向水力致裂割缝最佳位置进行模拟,得出如下结论:在老顶距直接顶最上边界之间,缝的位置在老顶中间及靠近直接顶致裂效果最佳;在老顶中间连线割两缝水平对称分布致裂效果也易达到最佳。     

复采工作面过空巷顶板稳定性

针对复采工作面过平行空巷支架支护阻力计算的问题,通过现场调研和理论分析,建立了过空巷采场基本顶破断的力学模型,提出了影响复采采场基本顶超前断裂的3个因素：复采工作面与空巷间煤柱宽度、复采工作面与周期断裂线距离、空巷宽度。通过对影响因素的力学分析,得到了基本顶超前断裂的力学作用机理：复采工作面与空巷间煤柱随回采失稳,导致顶板失去煤柱支撑,基本顶梁结构的悬臂长度增加,当悬臂长度达到周期来压步距时,悬臂梁在固支端断裂。基于Bieniawski公式,推导得到了复采工作面与空巷间煤柱失稳的临界宽度W*和复采工作面基本顶必然产生超前断裂空巷临界宽度A0。根据过空巷采场基本顶破断力学模型对基本顶来压力学模型中断裂岩块尺寸进行了针对性调整,运用调整断裂岩块尺寸后的基本顶来压力学模型计算得到了适用于复采工作面的过空巷期间支架最小支护强度为10 910.77 kN/架。圣华煤业复采工作面过空巷期间的矿压观测结果表明：工作面过空巷期间,最大工作阻力为9 656 kN/架,支架支护强度计算合理。     

煤矿冲击地压与冒顶复合灾害研究

随着煤矿向深部发展,矿井动力灾害既表现出冲击地压的部分特征,又表现出冒顶的部分特征。2种典型的灾害打破以往冒顶与冲击地压的发生具有一种互为逆向性的认知规律,在深部高应力煤巷,特别是留顶煤巷道中出现了相互诱导、复合发生的新灾害类型。在总结山东、山西和新疆矿区典型巷道冲击致顶板(顶煤)动力灾害特征的基础上,提出了深部巷道冲击地压与冒顶复合灾害的概念、机理与分类,指出复合灾害机理关键点在于揭示巷道整体系统和破碎区子系统的稳定原理及其2者间的相互影响。建立了巷道发生复合灾害的力学模型,根据扰动响应失稳判据,提出并得到了巷道发生复合灾害的临界应力Pcr、临界软化区半径ρ_cr和最大容许采扰应力增量σ_max,厘清了灾害发生的主控因素,分析了煤岩冲击倾向指数K、支护强度ps、巷道半径ρ₀、煤岩强度σ_c等对灾害发生的影响规律,同时阐明了围岩塑性软化、破碎深度随地应力增加的发育规律。研究结果表明,破碎发育巷道的动力失稳主体为弹性区、软化区与破碎区构成的不稳定系统,垮落主体为破碎区;稳定的破碎区提升了巷道冲击启动临界值,使其启动难度增大,但破碎区的发育又易引起顶煤垮落;巷道稳定支护是解决复合灾害的关键,科学合理支护既能有效调控围岩破碎防冒,又能提升冲击启动临界值。通过理论研究,揭示了巷道冲击地压与冒顶复合灾害的发生机理,阐明了巷道软化与破碎区及其稳控支护对深部破碎发育巷道动力灾害防治的重要性。     

浅埋沿空留巷切缝顶板断裂条件及移动规律研究

根据浅埋煤层顶板断裂后岩块间水平挤压力较小难以形成砌体梁的特点,分析了切顶卸压沿空成巷下的巷道顶板断裂结构,建立了下位切缝上位弯曲裂缝的双边悬臂梁的断裂力学模型,推导了沿空巷道侧向基本顶沿切缝结构面裂缝扩展断裂时的切顶工作阻力;建立了侧向基本顶两种不同顶板断裂位态下围岩结构数值模型,得出了两种断裂位态下的结构移动变形规律。当切顶阻力Q?ql时,巷道顶板沿煤壁内一定深度内断裂,空区侧弧形三角板直接顶的倒台阶悬臂结构可向沿空巷道围岩传递较大破断动载和覆岩移动压力;而当切顶阻力Q≥ql并与切缝联合切顶同时作用时,则可使得垮落带内直接顶和低位基本顶沿切缝结构面断裂滑落失稳,实现顶板断裂位态主动控制,减小弧形三角板侧向悬臂传递覆岩荷载的结构长度,优化顶板承载结构和围岩应力,降低巷旁支护体承受的附加荷载。同时切落后碎胀的矸石及时充填空区将上覆岩触矸点前移,减缓了上覆岩下沉和旋转变形作用力。哈拉沟矿浅埋薄基岩大断面复合顶板切顶成巷试验结果表明:沿空巷道超前切缝可减小侧向顶板区域支架工作阻力和直接顶垮落步距,降低岩板破断引起的冲击动载,实际切顶阻力与理论计算分析结果较为吻合。     

基于顶板能量释放的冲击危险性预测方法研究

因诱发冲击地压影响因素众多,相应的冲击类型划分多样,对于顶板型冲击地压,在已知岩性的情况下其断裂释放能量约为常数,顶板断裂特征一般遵循低位到高位的变化特点,根据采空区顶板垮落“三带”高度和微震定位震源位置,统计每一循环顶板能量释放情况,找出能量释放的正常统计量,动态对比分析回采期间每一循环内顶板能量释放情况,评价后期一循环内回采期间的冲击危险性。     

回采速度对坚硬顶板运动释放能量的影响机制

坚硬顶板破断释放的弹性能是冲击矿压的主要能量源之一,针对回采速度对坚硬顶板破断释放能量的影响机制,运用理论分析结合现场监测手段,对垮落带内的顶板悬臂梁结构,建立了基于弹性地基假设的三角增压载荷悬臂梁模型,推导得到回采速度控制下顶板梁的下沉量、弯矩及弯曲弹性能密度的解析解。对距煤层较近的低位未触矸破断式砌体梁结构,建立回采速度影响下的回转角与破断步距及破断释放能量的解析式,并进行讨论得到结论:加快回采速度使顶板悬臂梁的悬臂长度L和峰值应力集中系数a增加,使峰值距煤壁位置x0减小,3者均能造成顶板弯曲变形能增大,释放弹性能增加,且悬臂长度L和应力集中系数a影响效果更为明显;高速回采造成采空区充填程度低,促使关键块B的回转角增大,造成关键块A的破断步距增大,破断释放的能量也大幅增加,甚至促使原本为低位未触矸破断的砌体梁结构变为高位悬臂梁结构,其破断释放的弹性能更大,大能量矿震产生的动载易叠加高静载煤体诱发冲击,同时使超前段顶煤支护失效,造成冒顶事故;通过对关键层及围岩结构的判别,证实了两种坚硬顶板的破断模式,且微震监测表明坚硬顶板破断释放大能量矿震与回采速度有明显的正相关性,并得到坚硬顶板条件大采高工作面临界回采速度为4 m/d,科学指导了胡家河矿的开采强度优化。     

厚硬基本顶岩层切顶留巷参数优化设计方法研究

针对薄直接顶工作面开采时垮落顶板不能有效充填采空区,进而引起厚硬基本顶形成较长悬臂结构并挤压巷道的现象。以黑龙煤业1103工作面薄直接顶、厚基本顶条件为背景,建立了下位切缝基本顶悬臂梁断裂力学模型,推导出基本顶沿切缝面扩展断裂时所需的巷旁切顶阻力计算方法,利用数值模拟确定出合理的切顶参数。研究结果表明：当顶板侧向悬臂长度及岩层载荷等参数一定时,巷旁切顶阻力随着切顶高度的增大先增加后减小|为使得上覆厚基本顶沿切缝面断裂并失稳滑落,合理的切顶参数应为切顶高度4m、切缝角度10°,此时巷旁提供的切顶阻力至少为3350kN。研究成果在现场实际工程中成功实施,可为类似条件的切顶留巷工程提供借鉴和参考。     

浅埋深坚硬顶板工作面冲击地压微震时空前兆信息特征

为提高冲击地压矿井现场防冲措施实施的针对性,以宽沟煤矿B2煤层I010203工作面为工程背景,研究其历次矿压显现事件发生前后的微震监测信息时空演化规律.结果表明:I010203工作面矿压显现事件震源位置受上层"刀把型"采空区边界影响,具有阶段性特征,且主要集中于工作面中下部、 区段煤柱和侧向采空区围岩,垂向上大多位于煤...     

聚能定向预裂爆破切顶卸压在坚硬顶板综放工作面的应用

金辛达煤业11(9+10+11)#煤层顶板为坚硬的K2灰岩,平均厚度10 m左右。工作面回采期间,受临近工作面采空区侧向支承压力影响,工作面顺槽变形底鼓严重。通过现场应用定向预裂爆破切顶技术,回采前人为控制采空区K2灰岩顶板断裂位置,消除悬臂梁、三铰拱,使采空区侧向支承压力及应力集中系数大大减小,达到了保护临近巷道的目的。     

深部煤巷顶板冲击裂变失稳机制及其动力表现型式

冲击矿压85%发生在巷道中,随着开采深度的增加,冲击矿压发生的频次和灾害烈度都急剧增加,深部煤巷冲击矿压灾害防治已经成为一个亟待解决的技术难题。针对深部煤巷顶板冲击裂变失稳机制进行研究,基于弹塑性及断裂力学原理,分析了巷道顶板岩层集力聚能破断失稳机理,推导了巷道顶板冲击裂变失稳的承载、形变及能量条件,阐述了冲击动载作用下复合顶板"层间离层-岩梁开裂-动力震裂"的裂变失稳演化规律。深部煤巷顶板冲击失稳模式与顶板岩梁宏观主控裂隙的发育扩展关联密切,在高静载和强动压的叠加作用下,巷道顶板呈"一横五纵"6条主控裂隙展布发育,各横纵裂隙协同扩展直至汇合贯通,最终形成"门式"震裂块体瞬间推入巷道空间发生冲击破坏。最后揭示了深部煤巷顶板岩层动力破坏失稳的6种表现型式,提出了"顶部桁架锚索+跨中长锚索+顶角斜锚杆"强力联控支护对策。     

悬移支架放顶煤技术成功应用浅析

谢一矿采用悬移支架放顶煤采煤方法,实现了高产高效安全生产,取得了较好的效果。对影响悬移支架放顶煤技术成功应用因素进行了系统分析,并总结出了其主要影响因素。