采场支架阻力与顶板下沉量关系的研究

把采场直接顶视为可变形介质，分析了其变形破坏特征，根据采场直接顶的承载能力将其分为非承载区、承载区和弱承载区，提出了采场直接顶刚度的概念及其计算方法，本文认为在采场支架围岩系统中，由于直接顶介质的影响，支架阻力并不能限制老顶的最终位态，支架工作阻力和顶板下沉量的关系是老顶给定变形条件下支架和直接顶作用的结果。     

采场支架阻力与顶板下沉量关系的研究

把采场直接顶视为可变形介质，分析了其变形破坏特征，根据采场直接顶的承载能力将其分 承载区，承载区和弱承载区，提出了采场直接顶刚度的概念及其计算方法，本文认为在采场支架围岩系统中，由于直接顶介质的影响，支架阻力并不能限制老顶的最终位态，支架工作阻力和顶板下沉量的关系是老顶给定变形条件下支架和直接枯作用的结果。     

采场直接顶承载特性研究

视采场直接顶为可变形介质，采用ＦＬＡＣ程序计算分析了采场直接顶在其厚度为不同采高倍数时的应力场及位移场分布特征，提出了其承载的区域性特征，并把直接顶划分为三个区域，为采场支架围岩关系的进一步研究了奠定了基础。     

大采高综采采场顶板结构特征与支架合理承载

为确定大采高综采支架合理工作阻力,采用理论分析与现场实测相结合的方法,研究了大采高综采采场顶板结构特征与支架合理承载。根据直接顶中厚硬岩层对覆岩垮落具有重要影响的特点,提出了直接顶关键层的概念与判别方法,依据是否存在直接顶关键层对直接顶分类并计算支架工作阻力。结果表明:Ⅰ类无直接顶关键层条件下,基本顶破断形成单层的"砌体梁"结构,其采场支架工作阻力可按6~8倍采高的岩柱重量计算;Ⅱ类有直接顶关键层条件下,顶板形成由直接顶关键层与基本顶破断组成的双层"悬臂梁-砌体梁"结构,其采场支架工作阻力的计算需考虑直接顶关键层厚度、强度与层位的影响,直接顶关键层强度越大、厚度越大、层位越低,采场所需支架工作阻力越大。上述研究成果在典型条件大采高综采支架工作阻力确定中得到成功应用。     

采场直接顶承载特性研究

视采场直接顶为可变形介质 ,采用 FLAC程序计算分析了采场直接顶在其厚度为不同采高倍数时的应力场及位移场分布特征 ,提出了其承载的区域性特征 ,并把直接顶划分为三个区域 ,为采场支架围岩关系的进一步研究奠定了基础。     

采场支架与围岩耦合作用机理研究

从研究采场支架受力特点出发，将支架与围岩视为有机的整体，深入分析了它们之间的耦合作用，认为老顶断裂后形成的给定变形与支架作用力无关，而与采空区处理方法及采高等有关，支架承受的给定变形压力则与直接顶的整体力学性能有关，并反比于直接顶（含顶煤）厚度∑ｈ．从而在理论上进一步揭示了支架工作阻力与顶板下沉量之间的耦合关系。     

综采采场支架工作状态研究

以综采采场上覆岩层运动规律为核心,运用"传递岩梁"理论对采场基本顶进行了"给定变形"和"限定变形"的控制设计,并详细分析了支架在2种工作状态下的支护强度和活柱缩量的计算确定方法,并利用实测支架载荷和顶板下沉量等参数对采场支架的实际工作状态进行了判定。结果表明:采场顶板控制设计中对直接顶采用"给定载荷"的工作状态,根据不同的控顶要求对基本顶采用"给定变形"或"限定变形"的工作状态。实测采场来压结束后顶板下沉量小于极限下沉量,则支架处于"限定变形"的工作状态;否则,支架处于"给定变形"的工作状态。实测采场来压结束后支架载荷大于能对岩梁的位态起限制作用的支架下限承载值,则支架处于"限定变形"的工作状态;否则,支架处于"给定变形"的工作状态。     

综采采场支架工作状态研究北大核心

以综采采场上覆岩层运动规律为核心,运用"传递岩梁"理论对采场基本顶进行了"给定变形"和"限定变形"的控制设计,并详细分析了支架在2种工作状态下的支护强度和活柱缩量的计算确定方法,并利用实测支架载荷和顶板下沉量等参数对采场支架的实际工作状态进行了判定。结果表明:采场顶板控制设计中对直接顶采用"给定载荷"的工作状态,根据不同的控顶要求对基本顶采用"给定变形"或"限定变形"的工作状态。实测采场来压结束后顶板下沉量小于极限下沉量,则支架处于"限定变形"的工作状态;否则,支架处于"给定变形"的工作状态。实测采场来压结束后支架载荷大于能对岩梁的位态起限制作用的支架下限承载值,则支架处于"限定变形"的工作状态;否则,支架处于"给定变形"的工作状态。     

大采高工作面顶板结构分析与支架工作阻力确定

为掌握大采高工作面顶板破坏结构及矿压显现规律,计算分析了不同采高下顶板垮落规律并采用动载荷法确定支架的合理工作阻力。研究结果表明:大采高工作面基本顶悬顶面积增大,矿压显现明显;采高小且直接顶厚时,下位直接顶垮落后可充满采空区,上位直接顶破断并充当承载层,初次来压和周期来压时工作面矿压显现不明显;对比不同采高围岩塑性区分布规律,采高小,下位直接顶垮落充满采空区,上位直接顶不能承载上覆岩层质量弯曲下沉,在拉应力作用下屈服;采高增大至直接顶全部垮落充满采空区对基本顶形成支撑,基本顶形成承载结构,围岩破坏面较少;大采高开采时,基本顶悬顶面积增大造成工作面煤壁前方支承压力增大,直接顶破坏面较多;垮落带和裂隙带高度随采高增大几乎呈线性增长。根据对工作面支架工作阻力进行计算确定ZY15000/33/72D型液压支架符合现场工作面实际生产需求。     

综放采场顶煤变形运动规律研究

本文根据现场观测、数值计算以及理论分析，详细阐述了放顶煤采场的顶煤变形运动规律．指出了顶煤变形运动可划分成四个区：顶煤变形区、压裂区．松功区和放落区。由此得出顶煤拱和半拱式放落规律。文章认为：放煤步距应小于或等于放煤口或尾梁长度的水平投影；一次放煤高度与控顶距和顶煤内摩擦角有关：支架受垂直压力和水平推力作用，垂直压力以顶煤和直接顶重力为主，水平推力可按松散介质侧压系数求得，由此导出了支架阻力计算公式。     

巨厚砾岩条件下的工作面顶板来压特征研究

某矿217综放面主采煤层上方的两层巨厚砾岩将对工作面的顶板来压、顶板管理造成潜在的威胁。通过顶板来压特征分析,得出了顶板周期来压步距、来压强度,进行了直接顶分类和老顶分级;通过支架的初撑力、末阻力与运转特性分析,证明了支架具有良好的适应性。     

综采工作面顶板厚度确定及支护强度的选择

以单侯矿6103N综采工作面为实例,利用平时实测数据及冒高公式、充满采空区所需直接顶垮落厚度公式等来确定直接顶、老顶的厚度,从而利用工作面直接顶初次垮落期间、老顶初次来压期间所需的支护强度及经验公式来判断所选支架是否满足矿压要求。     

浅埋煤层开采顶板切落条件下支架动载效应

针对浅埋煤层开采周期来压过程中顶板沿煤壁切落时对支架造成冲击的现象,根据基本顶回转切落造成直接顶岩体非线性破坏特征,建立了由基本顶-直接顶-支架-采空区矸石组成的力学模型,应用突变理论和岩石动力学方法,推导了直接顶失稳前后基本顶切落荷载作用下的支架压缩量表达式,分析了顶板切落过程中的动载效应,获得了顶板切落条件下支架工作阻力。研究结果表明：基本顶回转切落和直接顶失稳破坏是造成支架冲击的主因,直接顶岩体变形的突变量决定了冲击荷载的大小,系统失稳时的支架荷载除了与基本顶的周期来压步距、上覆岩层荷载、直接顶厚度有关外,还与支架和直接顶岩体的刚度比、直接顶岩体性质等因素相关。     

复合顶板沿空切眼窄煤柱留设与锚杆支护技术

 某矿Ⅱ6119工作面开切眼为沿空掘巷,留设窄煤柱隔离采空区;窄煤柱受相邻工作面采动支承压力作用,煤岩体比较破碎;开切眼直接顶为复合顶板,老顶含有裂隙水。受以上综合因素影响,切眼围岩变形剧烈,顶板极易离层,容易发生冒顶事故。通过对开切眼矿压规律进行观测,在分析切眼围岩破坏原因的基础上,确定了窄煤柱的合理宽度,提出了极易离层复合顶板条件下沿空切眼高强度锚杆支护的设计方法和支护参数,并对其支护效果进行了分析。     

大采高开采上位岩层平衡结构及其对采场矿压显现的影响

在工作面上位岩层移动实测、模拟实验及工作面矿压观测的基础上，对大采高综采工作面上覆岩体破断位置及其平衡结构进行了研究。结果表明：大采高综采工作面基本顶断裂的位置在工作面前方、上覆岩层存在着比分层开采层位更高但和放顶煤开采相似的平衡结构，结构的活动是一个逐渐变化的过程，在这一过程中，平衡结构与其下的直接顶相互作用，这种作用方式与直接顶的多次损伤有关；传递到支架的载荷主要取决于支架上方直接顶的岩性和损伤的程度。平衡岩梁的变形对支架产生的影响受直接顶的岩性和其损伤后的强度的影响是明显的。     

浅埋特大采高综采工作面关键层“悬臂梁”结构运动对端面漏冒的影响

通过对神东矿区大柳塔煤矿52304综采工作面7.0 m支架开采时端面漏冒的现场实测、模拟实验与理论分析,从特大采高综采工作面覆岩关键层"悬臂梁"结构运动对直接顶作用的角度,阐述了端面漏冒的发生机理,并提出了相应的控制对策。结果表明:综采工作面的端面漏冒不仅与顶板岩性、构造和裂隙发育以及支护工况有关,还与关键层破断块体的回转运动密切相关。特大采高综采工作面覆岩第1层关键层易破断进入垮落带而形成"悬臂梁"结构,不同于低采高综采工作面关键层稳定铰接的"砌体梁"结构,由于其破断块体后方无水平的侧向约束力,它将无法形成自稳的承载结构;当支架初撑力不足以平衡该"悬臂梁"破断块体及其上覆垮落带岩层的载荷时,易造成该块体发生失稳错动而切割直接顶,从而导致贯穿式的端面漏冒的发生。这是造成52304特大采高综采工作面在顶板完整、煤壁片帮并不突出的条件下,仍发生严重端面漏冒的主要原因。由此提出了以提高支架初撑力来防止关键层"悬臂梁"破断块体发生失稳错动为思路的端面漏冒控制对策,并依此确定了52304综采工作面7.0 m支架的合理初撑力为12 405 kN,现有支架的初撑力仍显不足。     

大倾角煤层开采覆岩空间倾斜砌体结构

以大倾角煤层走向长壁采场为研究对象,采用相似材料模拟实验、数值模拟和理论分析综合方法,分析了采场顶板应力分布特征和变形破坏规律,认为大倾角煤层采场顶板破断后形成了倾斜砌体结构,该砌体结构以倾向堆砌和反倾向堆砌两种形式存在,且沿工作面走向和倾向均具有不同的分布特征,该结构的非均衡运动是导致"R-S-F"("顶板-支架-底板")系统失稳的主导影响因素,同时,该结构的运动形式亦受到上覆未垮岩层的变形破坏影响。倾斜砌体结构不仅是支护结构的施载体,也是"似壳结构"断裂失稳对工作面支护系统作用的传力媒介,对倾斜砌体结构的深入研究是探讨大倾角煤层采场"主承载结构"失稳致灾的关键。     

浅埋煤层开采顶板切落压架灾害的突变分析

针对浅埋煤层开采周期来压过程中顶板沿煤壁台阶下沉导致顶板切落压架灾害的问题,根据直接顶岩体在支承压力作用下破坏失稳的非线性变化特征,建立了由基本顶-直接顶-支架-矸石组成的系统力学模型。利用突变理论研究了荷载作用下系统的失稳机制,获得了系统失稳的充要条件及直接顶岩体的变形突跳量表达式,分析了系统失稳的主要影响因素。结果表明:直接顶的失稳破坏,导致了顶板的切落,系统失稳除与支架和直接顶岩体的刚度比及材料参数有关外,还与所受载荷及基本顶周期来压步距相关。结合工程实例,验证了理论推导的合理性,并给出了工程建议。     

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。     

长壁矸石充填开采上覆岩层移动特征模拟实验

长壁矸石充填工作面采空区由于被充填材料占据,上覆岩层移动特征将不同于垮落法管理顶板,采用相似模拟和数值计算模拟工作面回采和矸石充填过程。通过改变支架初撑力和工作阻力、充填材料的夯实力,模拟不同充填率情况下上覆岩层应力变化和岩层移动特征,结合现场实测结果认识长壁矸石充填开采上覆岩层移动规律。研究发现：支架工作阻力对充填效果影响显著,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证足够的时间使更多的充填材料充进采空区,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。采空区内充填材料限制直接顶的变形、下沉以及冒落,直接顶以断裂和冒落为主,冒落后整齐地排列在采空区矸石上。基本顶以弯曲下沉形式随直接顶移动,上覆岩层冒落高度显著降低。