采场围岩整体结构与砌体梁力学模型

本文是近两年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有整体，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，砌梁结构的Ｓ－Ｒ稳定性等矿压。     

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     

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。     

采场支架—围岩关系新研究

以砌体梁结构的“Ｓ－Ｒ”稳定理论为指导，运用相似模拟试验和数值计算方法，对采场直接顶岩体的受力边界条件、位移场分布特征、     

坚硬顶板采场围岩应力场的研究

应用ＡＤＩＮＡ自动动态增量非线性分析有限元程序，对白腊坪矿Ｋ１３煤层采场围岩应力场进行数值模拟，并对矿井０３１８面的矿山压力显现特点进行了分析和讨论。     

大采高工作面采场围岩结构力学分析及其工程应用

综合考虑顶底板岩层破断以及硬岩层与软岩层的耦合作用,构建采场围岩“椭圆应力拱”结构力学模型,研究“椭圆应力拱”周边切向应力与轴长、轴比、极角等参数之间的关系,分析“椭圆应力拱”、悬臂梁、铰接岩梁三者之间相互作用机制。研究认为：“椭圆应力拱”承载了采场围岩大部分载荷,前、后拱脚随工作面开采向前移动;采场围岩重新分布应力,在拱顶和拱底附近区域,形成拉应力,使岩层产生“主动破断”,并挤压其运动方向上的岩层;在远离拱顶和拱底区域,形成压应力,夹持尚未破断的岩层。在岩层自重载荷、“主动破断”岩层的挤压载荷,以及应力拱周边压应力的夹持作用下,岩层沿拱迹线“被动破断”;“椭圆应力拱”内尚未破断的硬岩层形成“悬臂梁”,硬岩层破断后形成“铰接岩梁”,软岩层破断后以载荷的形式作用于其下部的岩层上,工作面支架和煤壁承受了顶、底板“悬臂梁”或“铰接岩梁”传递来的岩层载荷,“悬臂梁”的被动破断及“铰接岩梁”失稳直接影响到工作面支架及煤壁的稳定性。基于此,编程计算工作面开采过程中“椭圆应力拱”的轴长、圆心坐标、拱脚位置等位置参数,确定大采高工作面顶、底板岩层裂隙发育深度,为大采高工作面防突水提供一些理论参考。     

综放采场围岩─支架整体力学模型及分析

在初步建立综放采场围岩─支架整体力学模型的基础上，重点分析了采场支架与围岩耦合作用关系和基本顶刚性块的稳定性，以及关键层（基本顶）上部的载荷分布规律和其破断规律。     

“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 。     

坚硬顶板采场围岩应力场的研究

应用ＡＤＩＮＡ自动动态增量非线性分析有限元程序，对白腊坪矿Ｋ１３煤层采场围岩应力场进行数值模拟，并对矿井０３１８面的矿山压力显现特点进行了分析和讨论。     

对浅埋煤层“短砌体梁”、“台阶岩梁” 结构与砌体梁理论的商榷

基于砌体梁结构岩块平衡的几何条件,讨论了《矿山压力与岩层控制》教材中浅埋煤层开采岩层控制部分“短砌体梁”结构和“台阶岩梁”结构的概念. 认为浅埋煤层顶板因为不满足砌体梁结构断裂岩块长度起码大于层厚2倍的平衡先决条件,因而不能形成砌体梁结构, 而“短砌体梁”是“断裂岩块厚度与长度之比接近1”的砌体梁结构,故“短砌体梁”概念与砌体梁理论相矛盾;“台阶岩梁”的概念建立在不正确的假设之上,不恰当地应用了砌体梁理论的结论,将已失稳垮落的Ｎ岩块仍按砌体梁理论的“铰接”条件分析,因而 “台阶岩梁”结构是不存在的.实际上只要视M岩块即“控制岩块”为岩梁建立模型即可.     

微地震监测揭示的采场围岩空间破裂形态

中澳联合课题组采用微地震定位监测技术,观测和研究了煤矿长壁工作面围岩的空间破坏规律,分析得出：地层进入充分采动阶段前,岩层的破裂高度近似为采空区短边长度的一半;证实了采空区“见方”时顶板破裂高度达到最大值,且采场顶板容易来大压(异常压力),解释了国内外部分综采、综放采场支架压坏的岩层运动机理;根据微地震监测结果,提出了工作面长度为200—250m时底板破裂深度的估计曲线以及岩层离层与破裂的微地震显现的差异;初步描述了采场围岩空间破裂的形态,即在采空区周围顶、底板及四周煤体破裂后形成的三维空间破裂形态．     

综合放采场围岩—支架整体力学模型及分析

在初步建立综放采场围岩－支架整体力学模型的基础上，重点分析了采场支架与围岩耦合作用关系和基本顶刚性块的稳定性，以及关键层上部的载荷分布规律和其破断规律。     

采高对砌体梁关键层位置的影响分析

形成砌体梁的关键层对于岩层运动具有控制作用。不同采高下,可形成砌体梁的关键层位置不同,通过采用DDA模拟不同采高时的岩层运动,判断形成砌体梁的位置,并与传统的4~8倍采高进行了对比,提出相应的支架工作阻力的计算方法。该方法可对现场岩层运动、支架工作阻力的确定有一定的指导意义。     

深井高地压坚硬顶板采场围岩特性的数值模拟

深井高地压坚硬顶板采场矿压显现与围岩控制问题更加突出,分析煤壁、顶板、底板的应力状态与变形破坏特征,对深井高地压坚硬顶板采场围岩控制具有重要的意义．本文采用AN—SYS6．1数值模拟软件,模拟分析了不同采深条件下煤层和顶底板应力状态的变化特征,通过比较得到了支承压力、煤壁破碎区、煤壁变形、直接顶及底板应力等的变化特征,初步研究了深井高地压坚硬顶板采场围岩特性．结果表明,深井条件下围岩的受力情况更加复杂,围岩更容易出现应力集中,这提高了工作面的支护难度．     

大倾角煤层长壁采场倾斜砌体结构与支架稳定性分析

大倾角煤层覆岩变形、破坏和运移规律复杂,采场顶板倾斜砌体结构对支架稳定性影响大,大量的现场实践、实验研究和理论分析表明,倾斜砌体结构与支架的相互作用可分为正压、倾向挤压、反倾向挤压、后推和走向挤压型,其易造成支架发生挤压型失稳、下滑失稳、倾倒失稳,建立了支架-顶板接触力学模型,基于基础动力学、“R-S-F”动力学控制理论分析了大倾角煤层长壁采场覆岩特有的结构形式倾斜砌体结构与支架在不同状态下的稳定性,并给出了其动力学方程和“支架-围岩”稳定性判定条件。     

半煤岩巷道围岩稳定性与控制技术

文章主要介绍了葛亭煤矿16采区半煤岩坚硬顶板巷道在掘进过程中遇到的问题及解决方法等,为矿井此类巷道支护提供了有力的技术依据及经验。     

采场围岩三维力学特征与冲击地压的联系

阐述了采场围岩三维力学特征及其影响因素,在分析冲击地压发生机理的基础上,初步探讨了综采采场围岩应力壳演化特征与发生冲击地压的联系,认为随开采特点及影响因素的改变,采场围岩应力壳的演化及发展为冲击地压的孕育发生创造了力学及能量条件,强调充分认识采场围岩应力壳的演化特征对防治冲击地压等煤矿动力灾害具有重要意义。     

煤矿采场围岩微震事件与支承压力分布关系

采用高密度微震检波器近距离布置方法和台网近场定位原则,结合采矿理论,分析了煤矿采场上覆岩层运动与围岩破裂、上覆岩层运动与支承压力分布、微震事件数量与支承压力分布等之间的关系,并进行了现场实测研究。研究结果表明,开采扰动造成上覆岩层运动和支承压力转移调整,是围岩破坏的根本原因;通过对采场围岩破裂和微震事件分布的分析,推断得到超前高应力分布范围为75 m和侧向高应力分布范围为35 m。采动围岩破裂范围和支承压力高应力分布范围取决于开采对岩层的扰动程度。采场围岩变形的现场实测表明,微震事件数量极值区与矿山压力显现明显范围相差19 m左右,综合考虑煤矿地层的层状特性和高应力作用下岩体破坏后变形显现的滞后性,现场实测证明了结果的合理性。研究结果为微震监测技术在采煤工程的应用提供了重要参考依据。