采场围岩整体结构与砌体梁力学模型

本文是近两年来深入开展砌体梁理论研究的总结，并提出了把采场围岩作为一个有机的整体，在围岩运动中起骨架作用的结构可视为砌体梁。在围岩整体结构思想前提下分析了采场底板破坏与突水，岩层移动与离层，砌体梁结构的受力与关键块体的稳定，砌体梁结构的Ｓ—Ｒ稳定性等矿压机理。     

综放采场围岩复合结构力学模型及其控制研究

根据综放采场顶煤冒放形式和顶板移动结构，提出5种煤岩复合结构，研究了其形成条件，并建立了相应的力学模型：拱-拱组合模型、拱-砌体梁组合模型、拱-传递岩梁组合模型、台阶悬臂-砌体梁组合力学模型、台阶悬臂-悬臂梁组合力学模型．并由此推导其控制方程，计算支架载荷；针对不同顶板、煤层条件，运用相应力学模型分析支架-围岩关系，计算综放工作西支架载荷，确定综放采场支架合理工作阻力，从而有效控制综放采场围岩；通过对10个不同条件综放工作面支架载荷的计算与实测比较，计算值的安全系数为1．06，表明根据综放采场围岩组合路构力学模型计算支架载荷比简化的岩重计算更为合理，从而为综放采场围岩控制提供了理论基础．通过一个二程实例详细阐述了根据综放采场煤岩结构力学模型计算支架载荷的方法．图5，表2，参10．     

综放工作面及其围岩宏观应力壳力学特征

采用大型非线性三维计算机数值模拟、实验室相似材料模拟对综放工作面围岩应力分布进行了深入研究，发现综放工作面围岩存在高应力束组成的宏观应力壳，应力壳位于采场四周未采煤岩体和弯曲带内，其形态随工作面推进采场结构的变化而改变.应力壳承担并传递上覆岩体荷载和压力，是最主要的承载体，应力壳拱脚处应力形成采场四周围岩支承压力.砌体梁结构位于宏观应力壳下的减压带内，砌体梁仅承担壳体下岩层部分荷载.综放工作面主要力学特征是位于上覆围岩宏观应力壳保护下的低应力区内，这正是综放工作面矿压显现趋于缓和的根本原因.基于对应力壳体的发现和开展的一系列分析，揭示了综放采场顶煤“垫层”作用的力学本质.     

采场“砌体梁”结构的关键块分析

在“砌体梁”全结构力学分析基础上,将影响采场工作面安全生产的“砌体梁”关键块体部分简化为三铰拱式结构。此结构的基本失稳形式有两种,即滑落（Ｓ）失稳和回转（Ｒ）变形失稳。块体的回转角、长高比、岩性及负载岩层的高度是影响结构稳定的主要因素。在详细分析这些影响关键块体结构稳定性因素及范围基础上,初步建立起了采场围岩结构的Ｓ－Ｒ稳定理论。用此理论可就开采时上覆岩层对工作面的影响、压力变化及需控岩层范围等问     

砌体梁的“S－R”稳定及其应用

采场上覆岩层能否形成“砌体梁”结构，其核心是“砌体梁”关键块所处的“Ｓ－Ｒ”稳定条件，本文对此进行了详细的分析，并给出了判定依据，由此进一步建立了考虑直接顶力学特性在内的采场较为完整的力学模型，对支架工作状态也作了更为深入的分析，由此能较为全面地解释采场矿山压力现象。     

砌体梁的“S—R”稳定及其应用

采场上覆岩层能否形成“砌体梁”结构，其核心是“砌体梁”关键块所处的“Ｓ－Ｒ”稳定条件，本文对此进行了详细的分析，并给出了判定依据，由此进一步建立了考虑直接顶力学特性在内的采场较为完整的力学模型，对支架工作状态也作了更为深入的分析，由此能较为全面地解释采场矿山压力现象。     

基于“顶板-煤壁-支架”综合评价的大采高支架工作阻力研究

针对6.0 m特大采高综采工作面支架适应性评价与工作阻力确定难题,基于大采高采场覆岩"悬臂梁-层间岩层-砌体梁"结构模型,对6.0 m特大采高综采工作面支架合理工作阻力进行了确定,通过数值模拟和大比例尺采场相似模拟实验对支架与围岩控制适应性进行了验证和评价。研究结果表明,大采高综采支架工作阻力的确定要以满足顶板、煤壁等采场围岩控制为前提,并需确保支架良好的位态。支架工作阻力不仅要能支撑垮落带关键层"悬臂梁"破断长度内的岩层载荷,还要能给断裂带下位岩层"砌体梁"结构以平衡力。模拟结果表明,当工作阻力低于10 000 k N时,支架处于满负荷运转状态,活柱下缩量较大,顶板及煤壁变形显著;当工作阻力高于11 000 k N时,采场围岩及支架工况显著改善,据此确定支架合理工作阻力为12 000 k N。生产实践表明,试验工作面支架循环末阻力8 340~10 247 k N,安全阀开启率低于5%,煤壁完整性较好,支架工作阻力满足顶板支护及安全生产要求。     

坚硬顶板条件下周期来压规律分析

某矿8#煤层1201综采工作面下位顶板坚硬难冒,顶板悬露面积大,分析工作面采场顶板形成"短悬臂梁-砌体梁"结构,开采过程中将出现悬臂梁周期性破断和砌体梁结构周期性失稳,二者共同决定工作面的来压显现规律,分别使工作面形成小周期来压和大周期来压,顶板来压显现强烈。通过数值模拟与支架的工作阻力实测方法验证了采场顶板形成"短悬臂梁-砌体梁"结构,分析得出工作面大、小周期来压步距及大周期来压期间动载系数,这与顶板"短悬臂梁-砌体梁"结构破断规律相吻合。     

“砌体梁”结构的稳定性及其应用

介绍了“砌体梁”结构的“Ｓ－Ｒ”稳定理论。在此基础上，分析了采场顶板事故形成的原因及预防措施 。     

大采高液压支架结构优化设计及适应性分析

针对大采高工作面动载矿压显现、煤壁易片帮等问题,基于红柳林煤矿7.0 m大采高开采实践,建立了大采高工作面顶板岩层断裂的"悬臂梁+砌体梁"结构模型及支架与围岩的简化动力学模型,确定了7.0 m大采高液压支架合理工作阻力;对比分析了大采高液压支架架型、护帮结构对围岩的适应性,进行了大采高液压支架结构优化设计及适应性分析。研究结果表明:将大采高工作面"砌体梁"结构上方岩层作为动力学模型的边界条件,以支架立柱的抗冲击特性要求为理论判据,通过动力学仿真计算可得大采高支架的合理工作阻力。两柱掩护式大采高支架较四柱支撑掩护式支架具有支护强度大、四连杆稳定机构受力状态好、质量轻等优点;护帮板与伸缩梁分体结构的护帮力、合力作用位置及可靠性均优于护帮板与伸缩梁连体结构;设计采用抗冲击双伸缩立柱、高压升柱系统等,提高了大采高液压支架对围岩的适应性。