放顶煤采场顶板运动规律

本文利用有限元和离散元数值模拟及力学解析计算，研究了放顶煤采场中上覆岩层运动规律，提出了采场上覆岩层结构为拱－梁结构及影响放支架载荷的顶板岩层范围，并分析了影响顶板运动的主要因素。     

放顶煤采场顶板运动规律

本文利用有限元和离散元数值模拟及力学解析计算，研究了放顶煤采场中上覆岩层运动规律，提出了采场上覆岩层运动结构为拱──梁结构及影响综放支架载荷的顶板岩层范围，并分析了影响顶板运动的主要因素。     

综放工作面顶煤冒放性分析及开采工艺研究

根据唐山矿业分公司多年来综采放顶煤开采的实际情况，对9煤层的冒放性进行分析，研究9煤层在放顶煤开采过程中顶煤、顶板的运移规律，对综放工作面放煤方式的确定、放煤步距的选择及开采工艺提出了见解。     

弱粘结厚煤层综放开采及矿压显现特征研究

针对淮矿西部公司唐家会煤矿6#煤的F61103工作面工程地质及技术条件,对弱粘结复合顶板巨厚煤层综放面合理的放煤工艺和放煤步距、放顶煤开采工艺参数、弱粘结复合顶板矿压宏观显现特征及矿压控制技术措施等开展研究。分析了采放比、放煤步距、放煤方式、顶板岩性对控制顶煤损失的影响,得出了工作面在初采初放期间初次来压步距及周期来压步距,得到并分析了工作面液压支架受力分布图,直观地说明了支架受力与工作面顶板来压之间的相互关系。提出了提高支架初撑力、调整放煤工序、加强矿压监测、均衡放煤部位等矿压控制技术措施,为类似条件煤层安全开采提供借鉴。     

提高东峰矿井放顶煤回采率的技术研究

放顶煤工作面回采率较低一直是放顶煤开采技术的难题,本文以东峰煤矿一采区3105放顶煤工作面为工程背景,针对该矿回采工作面回采率低、原煤含矸量较大的问题,结合实际,分析了影响工作面放顶煤回采率和煤质的主要因素。提出了加长工作面长度,减少初采和末采的放煤距离,同时采用3种放煤步距对3105工作面进行试验,分析了不同放煤步距下的工作面回采率和含矸量,得出最佳的放煤步距。采用几种方法相结合的技术措施,工作面回采率可提高至85.7%,可为该矿以及周边矿井实际生产提供参考。     

急倾斜特厚煤层水平分段综放开采冲击矿压机理

我国急倾斜特厚煤层开采冲击矿压越发凸显,且灾害显现特殊。为了揭示急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击矿压机理,建立覆岩力学模型,分析了覆岩运动、能量释放、煤层应力分布等规律;采用工作面液压支架工作阻力监测数据,分析了工作面支架工作阻力与动载系数分布规律;利用微震监测得到的矿震空间分布,分析了岩层运动和能量释放规律。研究结果表明:急倾斜特厚煤层水平分段开采,顶板倾向破断步距与煤层倾角呈非线性正相关关系,当煤层倾角大于60°时,破断步距出现陡增;覆岩下位坚硬岩层破断后在倾向上可暂时形成平衡结构,随着下位分段开采和放煤,平衡结构可发生破断旋转、断块跌落、结构挤压俯冲等3种类型的失稳冲击过程,对工作面形成动态冲击;在顶底板夹持作用下,工作面煤体靠近顶底板侧将形成非对称倾向支承压力分布,靠近顶板侧为封闭夹持状态,应力集中程度高,靠近底板侧为开放夹持状态,煤体易破坏卸压而处于塑性状态,在非对称支承压力作用下,工作面中部至顶板侧底煤受强烈剪切应力作用,且处于底板弹塑性交界区,易于失稳冲击;急倾斜特厚煤层水平分段综放开采,覆岩破断步距大,顶板破断和失稳冲击的瞬间释放能量强,扰动底煤高应力区诱发冲击矿压显现,揭示了急倾斜特厚煤层水平分段综放开采夹持冲击型冲击矿压机理。工作面液压支架工作阻力监测表明工作面中部至顶板侧动载系数最大达到3.25,表明覆岩形成了悬空式结构失稳;矿震监测结果表明工作面中部至靠近顶板侧底煤容易积聚弹性变形能,底板侧容易释放能量,顶板活动易形成动载扰动。研究结果得到了监测验证。     

综放开采超前平巷中奇异矿压显现规律

针对兴隆庄煤矿一采区1303综放工作面超前平巷发生奇异压力的现象，采用关键层理论对在采动过程中的上覆岩层运动规律进行了详细的力学分析，研究了它们的运动特征、破断步距、断裂位置、断裂方式以及对工作面及其超前平巷的来压规律，对比分析了该工作面矿压实测数据与理论研究成果.结果表明，1#顶板岩层对工作面及超前平巷压力影响都很小，2#顶板岩层主要影响工作面矿压显现，而对超前平巷影响较小，3#顶板岩层对工作面压力影响较小而对超前平巷的矿压显现有较大的影响.放顶煤开采增大了3#顶板的运动空间，超前平巷的矿压显现具有周期性.1303综放工作面超前平巷发生的奇异压力现象是3#顶板和2#顶板岩层共同来压作用的结果.     

顶煤冒落影响因素的分析

放顶煤开采是我国应用非常广泛的开采方法。分别从地质赋存,即开采深度、煤层强度、顶煤裂隙发育、夹石层以及顶板岩层5个部分;开采技术,即采放比、放煤步距、放煤口的位置和大小以及机采高度4个部分,对影响放顶煤回收效果进行了分析。     

塔山特厚复杂煤层综放开采矿压显现规律研究

通过理论分析及现场实测,研究塔山8102综放工作面矿压显现规律。结果表明:初采阶段垮落顶煤可以充满采空区;正常放煤阶段,顶板不会形成悬顶结构,高位岩层可以形成一种类似铰接梁的平衡结构,但对支架危害不大;顶煤、直接顶与老顶的初次垮落步距分别为12 m、35 m和50m。     

急倾斜厚煤层综放开采覆岩运动及安全开采模式研究

 摘 要：采场上覆岩层的变形、破断和离层等矿压显现是制约工作面高效安全开采的关键,针对默勒二矿主采煤层厚、倾角大等复杂条件,通过现场观测、相似材料模拟试验和数值模拟方法研究了放顶煤开采时工作面的矿压显现及上覆岩层运移规律。物理模拟直观地反映了工作面开采中煤层顶板的运移特点与支撑压力分布,数值模拟反映了巷道及采场周围的塑性范围和应力分布。理论及模拟结果表明：工作面开采中有明显的初次来压和周期来压,支架沿走向易向煤壁失稳,沿倾向易向工作面下方失稳。工作面压力集中体现在下顺槽与工作面相接及附近区域。试验工作面合理参数为：放煤步距0.8 m（两采一放）,采放比1:2左右,工作面采煤机割煤高度2.3 m。     

综放工作面围岩动态及液压支架载荷力学模型

在研究综放开采地承压力分布特征和上覆围岩及基本顶的运动性态的基础上，分析了直接顶弱化程度（剪切裂隙等穿透度）和顶煤完全破坏区宽度对工作面矿压显现特征的决定性影响，在此基础上建立了综放工作面液压支架载荷计算的力学模型，给出了直接顶不同弱化类型，基本顶长岩梁型和窄岩梁半拱换稳条件下支架载荷和顶煤完全塑型区的计算公式和实例，指出，估计直接顶裂隙度和顶煤破坏区宽度是综放工作面控制及优化设计的主要依据。     

Similar material simulation research on movement law of roof over-lying strata in stope of fully mechanized caving face with large mining height

Similar material simulation test was carried out in a geological model of W_9–15101 fully mechanized caving face with large mining height in the Liuhuanggou Colliery, in Xinjiang Uigur Autonomous Region. The roof overlying strata movement law in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height was studied and show that the roof overlying strata in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height can be formed into a stable arch structure; the fracture rock beam is formed resembling a “bond beam”, but it has essentially the structure of “multi-span beams” under the big structure of the stable arch. The roof overlying strata movement law in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height is similar to that of the common, fully mechanized caving stope, which is determined by the deformation and instability of the structure of “multi-span beams”. But because of the differences between the mining heights, the peak pressure in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height is smaller while the affected area of abutment pressure is wider in the front of the working face; this is the obvious difference in abutment pressure between the stope of a fully mechanized caving face with large mining height and that of the common.     

大倾角煤层变角度综放工作面开采覆岩运移规律

大倾角煤层变角度综放工作面受倾角变化的影响,覆岩运移、矿压显现规律更为复杂。针对枣泉煤矿大倾角煤层120210变角度工作面综放开采条件,采用物理相似模拟实验和现场监测方法,对比研究了大倾角煤层变角度工作面和单一角度工作面综放开采覆岩运移规律。研究表明:120210工作面受不同倾角的影响,覆岩运移规律较单一角度工作面差异大,上部区域倾角26°,覆岩运移特征表现出倾斜煤层开采的特征,基本顶以"悬臂梁"结构形式发生破断运动,顶板平均压力23.7 MPa,分布均匀;下部区域倾角44°,覆岩运移特征表现为大倾角煤层开采特征,顶板垮落的矸石沿倾斜滑移充填采空区,顶板平均压力29.5 MPa,分布不均、变化范围大;中部区域过渡段覆岩运移既有倾斜煤层又有大倾角煤层开采特征,顶板平均压力27.15 MPa,分布较均匀,是两者转换的关键区域。根据工作面不同倾角区域覆岩运移、矿压显现特征提出大倾角煤层变角度综放工作面开采围岩控制原则,并依据此原则提出工作面分区域顶煤放出量控制方法。     

基于黏结颗粒模型的特厚坚硬煤层综放开采数值模拟研究

基于榆神矿区特厚坚硬煤层超大采高综放开采技术条件,针对散体颗粒模型在埋深较浅的坚硬煤层综放开采模拟中顶煤冒放情况与实际不相符的问题,对比黏结颗粒模型与无黏结散体颗粒模型力学性质,讨论两种模型适用条件,得出黏结颗粒模型更适合坚硬煤层综放开采模拟。阐述了黏结颗粒模型的建模和模拟过程:岩层内部采用平行黏结颗粒模型以模拟层内整体块体力学特性,层间采用光滑节理模型以模拟结构面力学性质;通过Fish语言和伺服控制原理实现液压支架初撑阶段、增阻阶段和恒阻阶段不同工况的模拟;根据支架顶梁位态采用逆向运动学方法更新支架整体位姿;通过Fish语言实现尾梁的不同幅度摆动。数值模拟结果表明:覆岩可形成下位基本顶不稳定砌体梁结构和上位基本顶稳定砌体梁结构,顶板来压步距介于10~20 m;顶煤破碎度和冒放性具有双周期性(走向周期与周期来压步距一致,表现为来压期间顶煤破碎较充分、冒放性好,优于非来压期间;垂向周期与顶煤层位相关,表现为下位顶煤破碎充分、冒放性好,优于上位顶煤);工作面煤壁整体稳定性较好,来压期间会出现煤壁破坏现象;液压支架总体处于较高的工作阻力状态;不同块度的顶煤冒放过程中可能形成小块度瞬时动态松散拱结构、中等块度不稳定拱结构和大块度稳定拱结构,尾梁成拱可采用“小拱小摆、大拱大摆”对策高效破拱,掩护梁成拱则需移架才可破拱。超大采高综放开采实践表明数值模拟结果与现场情况一致,黏结颗粒模型能较好地模拟埋深较浅的坚硬煤层综放开采顶煤冒放特征和矿压显现规律。本研究可为坚硬煤层顶煤冒放性和顶板覆岩结构数值模拟研究提供力学模型选择依据,为模拟过程实现方法提供借鉴。     

上位直接顶“散体拱”结构的形成及失稳演化

通过相似模拟实验和理论分析,研究了综放条件下上位直接顶“散体拱”结构的形成机理和移动演化过程.认为在综放条件下,以散体状态出现的直接顶岩块在渐进流动过程中的某一时刻,由流动孔口周边作用的垂直剪切力与上方垮落岩体重力之间形成的应力平衡是上位直接顶“散体拱”结构形成的力学条件;工作面的不断推进及“散体拱”结构的不对称性而导致的承载能力不均,造成后拱脚和前拱脚先后失稳是“散体拱”结构不断失稳、重组和前移的原因.     

薄基岩综放采场直接顶结构力学模型分析

为深入研究薄基岩综放采场矿压显现规律,以山西潞安矿业集团司马煤矿薄基岩区厚煤层开采为研究背景,采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法对薄基岩综放采场直接顶结构特征进行了研究,建立了薄基岩综放采场直接顶结构力学模型,分析了直接顶“半拱”式平衡结构的形成机理和破断规律。结果表明：根据司马矿薄基岩区直接顶厚度和岩层性质不同,将直接顶划分为Ⅰ型和Ⅱ型两种类型;采高6.5 m,直接顶厚度大于15 m时,容易形成“半拱”式平衡结构,采场矿压呈现出来压步距短、静压大、动压小、动载系数小等特征,“半拱”结构有规律的破断失稳是薄基岩综放工作面矿压显现的根源,该结论解释了司马煤矿薄基岩综放采场的矿压显现规律。     

综放采场直接顶垮落成拱机理相似模拟研究

在综放条件下由于上覆岩层直接顶岩性的不同,在直接顶的垮落过程中可能会形成不同的顶板结构。结合某一矿井的地质条件,对直接顶垮落形成散体拱结构的现象进行了物理相似模拟研究,研究认为直接顶垮落流动的过程中,在某一瞬间产生了散体拱结构形成的合适的力学平衡条件,从而在上位直接顶形成了散体拱结构。     

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。     

寺河矿采场覆岩结构及运动规律数值模拟研究

应用"关键层"理论与离散元数值模拟相结合,研究寺河矿大采高综采采场覆岩结构及运动规律,结果表明,顶板离层量的增加、顶板断裂线的前移是大采高工作面覆岩运动的两个特征.     

急斜煤层Z型通风留巷水平分层放顶煤采煤方法上覆岩层的运动规律的研究

急倾斜煤层Z型通风留巷水平分层放顶煤采煤方法是针对厚度为5~8 m急倾斜煤层新的有效开采方法。然而对该方法的上覆岩层规律研究还相对欠缺。该文章通过理论分析和RFPA2D数值模拟分析,得出该方法在开采过程中倾斜方向上覆岩层上部运动比较剧烈、范围比下部大且易形成铰接结构,进而可借助水平分层综放工作面合力在分层顶煤剖面处投影为一点没有产生下滑的力对顶板岩层移动规律进行分析,为工作面的支架选型和支护理论提供依据,并对该方法的完善和推广奠定坚实基础。