综放工作面支架围岩关系相似材料模拟试验

为了解决开采中存在的矿山压力问题,采用相似材料模拟试验的研究方法,分析了塔山矿综放工作面顶板运动范围、规律以及支架受力情况。认为综放面直接顶和基本顶有上位和下位之分,上位直接顶和基本顶在运动过程能形成平衡结构;工作面顶板不同来压阶段,支架受力不同;试验结果得出了通过减小控顶距能够降低工作面支架压力,防止支架压死的途径为适当缩小控顶距,适当增加支架的可压缩量和提高支架的支撑能力。     

综采工作面直接顶的端面冒落

液压支架在我国使用已有近15年历史，架型也有很大变化，但迄今为止影响综采工作面生产效率的重大因素之一是顶板的端面冒落，本研究了顶板形成端面冒落的机理，着重分析了老顶断裂后引起的滑落失稳与变形失稳对直接顶稳定性的影响，及其对直接顶内破碎带形成所起的作用，同时初步探讨了支架结构的改变对防止端面顶板冒落所起的作用。     

兖矿开展破碎顶板下支架选型对设备影响研究

兖州矿业 (集团 )公司兴隆庄煤矿通过对四采区下部 3个综放工作面支架选型及实际应用进行综合分析 ,基本摸清了破碎顶板条件下综放支架选型对综放设备效能的影响 ,为综放工作面进行合理的支架选型提供了科学依据。此项研究总结了破碎顶板综放支架合理选型原则 :①支架支护强度应与围岩矿压特点相适应 ,将控顶区顶底板移近量控制在最小限度 ;对端面顶板的控顶力要大 ,最大程度保持端面顶板完整。②支架可靠性与煤层赋存条件相适应。其结构形式和支护特性要适应顶板特点 ;底座要适应底板比压 ,防止支架钻底 ;根据采放比确定合理支撑高度 ,防止…     

液压支架与围岩耦合关系及应用

基于“砌体梁”理论力学模型,对支架所受顶板岩层载荷进行分类,采用理论分析方法对支架与围岩耦合作用关系进行研究,提出支架与围岩之间存在刚度耦合、强度耦合、稳定性耦合关系,并分析了酸刺沟煤矿大采高综放液压支架失稳破坏原因。认为顶板动载荷主要受破断基本顶岩块与随动岩层自身质量、回转空间共同影响,直接顶（含顶煤）-支架-底板的整体刚度可以影响基本顶的断裂位置,从而降低基本顶来压对支架的作用力与作用时间;合理的支架支护强度可以降低顶板下沉量与下沉速度,减轻顶板动载冲击对支架的影响,支架支护强度还对底板及煤壁片帮冒顶产生影响;支架自身稳定性及对围岩失稳的适应性是支架-围岩系统稳定性耦合的关键。     

基于UDEC下端面煤岩体稳定性及其合理支护参数数值模拟研究

大倾角松软煤层综放面实现高产高效的关键之一是端面顶煤稳定性控制。借助数值模拟软件UDEC,模拟了在端面距、支架工作阻力、支架前柱走向倾角、老顶周期来压以及直接顶厚度等影响因素下端面岩体的稳定性。其结果表明,随着端面距的增大,端面顶板冒落高度和煤壁偏帮深度都随之增大;控制顶板冒落高度、支架工作阻力和支架前柱走向倾角都有合适的临界参数;老顶是否周期来压和直接顶厚度对端面围岩顶板的破坏深度有直接影响,继而对这些影响因素进行了量化分析,提出了围岩稳定合理控制参数,减少了采煤工作面冒顶事故和煤炭资源的损失,并对同一条件下的综放开采具有重要的指导意义。     

西川煤矿厚煤层综放开采顶板破断特征及支护阻力确定

以西川煤矿1109综放工作面生产技术条件为工程背景,采用数值模拟、理论分析与现场实测相结合,研究了综放开采顶板破断特征及其影响因素以及工作面支护阻力的确定。研究表明,1109综放工作面上位直接顶的周期性破断导致工作面来压,影响其周期性破断的主要因素为上位直接顶岩层厚度以及覆岩压力;工作面支护阻力主要由上位直接顶周期垮落步距、支架控顶距、附加力作用位置以及下位直接顶对上位直接顶作用力距煤壁距离确定,并计算得出了1109工作面合理的支护阻力。现场实测表明:ZF6400/17/32型液压支架工作阻力满足顶板支护要求,能够有效支撑顶板,保证工作面安全生产。     

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。     

综放顺槽采空区悬顶分析及控制技术

为了解决综放工作面顺槽采空区大范围悬顶问题,采用理论分析和现场实测的方法,对其中的机理进行研究,并通过退锚技术实现了悬顶及时垮落。理论研究发现综放工作面回采后顶板成"O-X"型破断特征,其中关键块参数影响顺槽顶板垮落位置,通过现场实测确定了关键块参数,同时采用退锚技术使顺槽顶板紧跟工作面顶板垮落,现场实测发现顶板垮落步距减小,支架的工作阻力减少,来压次数增多,表明对悬顶控制较好,从而提高了综放工作面的安全性。     

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。     

破碎顶板条件下普采工作面控顶距的设计

控顶距设计合理与否,是顶板维护状况好坏的核心问题,直接影响到工作面的安全和生产能力的发挥。本文根据破碎顶板与支架相互作用的原理,分析了控顶距对采场矿压显现及端面局部冒顶的影响。提出控顶距的设计既要有利于生产又要保障安全的设计思想,在破碎顶板下应尽量减少控顶距,并从技术上提出了减少控顶距的有效措施。     

浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采强来压原理分析

针对浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采期容易出现大面积悬顶、基本顶初次来压时矿压显现异常剧烈问题,以神府矿区石窑店煤矿为工程背景,采用岩石力学实验、钻孔窥视对顶板岩层结构进行分析,在此基础上应用数值模拟和理论分析对该类顶板初采期的致灾机理进行研究。结果表明:直接顶整体性强、强度大,其初次垮落歩距大且呈大面积垮落特征,这是初采期间容易出现飓风灾害的原因;由于上位基本顶承担大部分上覆岩层载荷,其破断距只承担自身载荷的下位基本顶破断距,导致砂岩基本顶同时破断,破断后形成的厚岩块三铰拱结构稳定性差,当工作面回采到岩梁前端断裂线位置时即发生滑落失稳,给工作面支架带来巨大冲击,这是导致浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采期容易产生灾害的原因。     

大采高顶板控制模型及支架合理承载研究

运用"传递岩梁"理论建立了大采高采场结构力学模型,探讨了大采高采场的覆岩结构及运动规律,修正了大采高下直接顶及基本顶概念,确立了支架载荷的计算方法.研究表明:"给定变形"状态,支架缩量应大于顶板下沉量;"限定变形"状态,支架阻抗力与岩梁位态有关.采高增大,直接顶厚度可能大幅度增加,直接顶中出现大跨度悬顶坚硬岩层的几率增大.影响采场矿压显现的"传递岩梁(基本顶)"范围相对减少,相关"岩梁"距采场的高度增大.准确地确定悬顶位置、厚度及可能的最大悬跨度是大采高采场顶板控制设计及支架选型计算的关键.     

大采高长悬顶综放工作面压架机制及防治技术

针对酸刺沟煤矿6上105-2工作面的压架事故,采用理论分析和现场实测的方法对大采高长悬顶综放工作面顶板运移破断特征进行分析,结果表明直接顶悬顶弯曲沉降导致的顶煤超前支架切顶线压碎垮落,致使顶板对支架的合力作用位置前移以及工作面上方至少存在6层硬岩同时破断产生的冲击是压架发生的根本原因。最后提出了防止压架事故的"采空区留条形间隔煤垛"技术。     

综采面端面直接顶稳定性的影响因素研究

为了研究综采面直接顶稳定性影响因素的影响程度,本文运用Fl AC~(3D)数值模拟软件建立了综采面稳定性模型,通过控制变量法得出端面直接顶板在不同液压支架支护阻力,不同端面距以及不同直接顶厚度条件下的顶板下沉量曲线,得出液压支架支护阻力、端面距和直接顶的厚度3个因素与端面直接顶稳定性的关系,为煤矿工作面安全生产提供理论依据。     

综采工作面端面直接顶板受力状况的分析研究

综采工作面端面Ｉ类直接顶板受力情况的分析，是以实验室模型试验和现场观测的方法进行的，这个分别为顶板厚度方向的剪应力和走向方向的拉应力相互作用，其峰值位于支架顶梁或前探梁附近的下位岩层内，若岩层应力极限小于其峰值，直接顶岩层就有可能在无支护的情况下断裂冒落。要选择合适的架型和移渠方式，避免支架翻转，使回来工作能顺利推进。     

近浅埋煤层大采高工作面双关键层结构分析

根据实测统计分析,近浅埋煤层大采高工作面支架载荷普遍较大,且随采高增大有增加的趋势,工作面来压存在大小周期,厚度较大的等效直接顶静载是工作面支架的基本载荷。通过物理模拟实验,揭示了大采高工作面直接顶变厚和顶板结构铰接点上移的机理,提出了"等效直接顶"的定义,建立了近浅埋煤层大采高工作面顶板"双关键层"理论。近浅埋煤层大采高工作面顶板主要表现为"双关键层"结构,根据等效直接顶对采空区的充填程度,双关键层顶板结构分为"双砌体梁"和"斜台阶岩梁-砌体梁"两类,常见的是"斜台阶岩梁-砌体梁"双关键层结构。建立了双关键层顶板结构模型,揭示了工作面出现大小周期来压的机理,给出了支架初撑力和工作阻力的计算公式,可为近浅埋煤层大采高工作面顶板控制提供理论依据。     

综放面端头基本顶结构与合理支护参数

端头液压支架支护强度的确定是支架设计与选型的关键,为此,理论分析了端头区覆岩垮落形态、基本顶的结构运动规律及合理支护强度的确定方法.研究表明:端头区基本顶既可为裂隙带岩层,也可为垮落带岩层,裂隙带基本顶弧形三角块的下沉运动与工作面中部砌体梁相同,垮落带基本顶弧形三角块形可为仅受煤壁支撑与覆岩压力的悬臂梁,或同时与前后弧形三角块铰接形成弧形三角块类砌体梁结构;基本顶弧形三角板不同的结构形式,矿压显现不同,砌体梁结构基本顶活动的压力显现明显,动载系数大,而弧形三角块类砌体梁基本顶活动的压力显现不明显,动载系数较小;端头区支架与围岩作用关系中,支架的工作状态有3种类型:给定变形状态、限定变形状态和给定载荷状态,可根据对应的端头区砌体梁模型、悬臂梁模型和弧形三角块类砌体梁模型估算不同条件下端头支架合理的支护强度.     

提高液压支架初撑力的途径

液压支架的初撑力是支架对顶板主动的初始支撑力。它的作用是保证支架的稳定;阻止或限制直接顶的离层和破碎;使支架上下方的垫层如矸石、浮煤等压缩,加强支撑系统刚度;减少顶板早期下沉和循环下沉;提高支架对顶板的实际支撑能力,从而有效地管理顶板。因此,初撑力是液压支架最重要的技术参数之一。     

关于掩护式支架平衡千斤顶推拉力计算方法的探讨

<正> 直接撑顶掩护式支架是目前应用较多的一种架型。在顶梁和掩护梁之间装设有平衡千斤顶,用来保证支架结构的稳定性,以及改善顶梁接顶情况,改变支架对顶板合力作用线的位置以适应顶板切顶线位置的变化。下面介绍平衡千斤顶推、拉力(工作阻力)的计算方法。1 平衡千斤顶最大推力的计算由于掩护式支架适用于直接顶不稳定或中等稳定的煤层,因此要求支架顶梁前端应有较高的支护强度。一般应保证支架工作时顶梁前端对顶板的支撑力不小于98.1～117.7kN。     

特厚煤层大采高综放工作面矿压及顶板破断特征

针对大采高综放工作面覆岩活动空间大、开采扰动强烈的特点,以不连沟煤矿特厚煤层大采高综放开采为背景,采用现场实测和理论分析等方法对大采高综放采场矿压及顶板运移破断特征进行分析,建立了大采高综放采场周期来压岩层破断的力学模型,得出了液压支架工作阻力的计算方法。结果表明:大采高综放工作面来压时安全阀开启频繁、顶板快速下沉,额定工作阻力13 800 kN的液压支架不能满足顶板控制的需要;开采空间的增大、直接顶厚度增大,低位基本顶转化为直接顶成为悬臂结构、高位基本顶形成砌体梁,二者形成"上位砌体梁-下位倒台阶组合悬臂结构";工作面来压强烈、动载明显、持续时间短的矿压现象是由于高位砌体梁结构滑落失稳造成的,据其力学特征确定了液压支架的工作阻力。