软岩层厚度对关键层土载荷与支承压力的影响

本文简单介绍了岩层控制中关键层理论的基本概念，并运用有限元法详细分析了软岩层厚度对关键层上部的载荷及下部的支承压力分布规律的影响。研究结果表明：关键层上的载荷与支承压力分布一样，都受软岩层厚度变化的影响，一般不可视为均布状态。     

软岩层厚度对关键层上载荷与支承压力的影响

本文简单介绍了岩层控制中关键层理论的基本概念，并运用有限元法详细分析了软岩层厚度对关键层上部的载荷及下部的支承压力分布规律的影响．研究结果表明：关键层上的载荷与支承压力分布一样，都受软岩层厚度变化的影响，一般不可视为均布状态。     

神东矿区大采高综采工作面关键层运移规律研究

大采高和特大采高综采工作面由于其特殊性,顶板结构运动形式与中等采高工作面相比存在较大不同。大采高综采工作面受采动影响后,通过对其上覆岩层关键层的运移规律进行研究得出:对于大采高或者特大采高情况下,覆岩关键层通常会以"悬臂梁"结构破断的形式存在,有时也会形成稳定的铰接结构,而上位关键层则一般可形成"砌体梁"结构;当上部关键层发生破断时,其下部关键层也将受到上部关键层破断的影响,工作面压力显现情况和周期来压步距不直接受上部关键层的破断影响而是由下部关键层是否发生破断而决定。     

采场上覆关键层破断角的力学推导和实验模拟

为研究采场上覆关键层破断角,基于弹性力学和岩体力学,建立采场上覆关键层破断的梁力学模型,推导得出关键层破断角的计算公式,并通过物理模拟实验进行公式合理性和可靠性的验证。结果表明:(1)理论计算关键层破断角的变化范围为57.5°~71.0°,实验模拟破断角为50°~70°,理论计算结果与实验模拟结果吻合较好,说明理论推导关键层破断角的计算公式具有较高合理性和可靠性;(2)关键层破断角公式说明,关键层破断角与关键层的内摩擦角、抗拉强度、容重、弹性模量、关键层厚度和上覆载荷层的弹性模量、容重和厚度有关。对某一采场覆岩,关键层破断角的变化主要受关键层自身厚度和载荷层厚度的影响;(3)关键层厚度与载荷层厚度比值h/h'1.5时,关键层破断角随h/h'的增大而减小,载荷层厚度变化对破断角的影响程度大于岩层厚度变化的影响;(4)当h/h'1.5时,载荷层厚度增大引起关键层破断角减小,关键层厚度增大引起关键层破断角减小,两者对关键层破断角的影响作用相同,关键层厚度变化对关键层破断角的影响程度大于载荷层厚度变化的影响;(5)当h/h'=4时,关键层厚度变化与载荷层厚度变化对破断角的影响程度相同。     

薄基岩浅埋煤层工作面顶板来压过程研究

薄基岩浅埋深工作面初次来压经历基岩层下部分层垮落、关键层及其上部岩层破坏垮落、松散载荷层滞后垮落等3个阶段。关键层悬臂梁破断垮落成承压砌块,其垮落及沿架后切落,形成工作面周期来压。松散载荷层垮落时重力功作用于基岩层及顶板,形成短暂剧烈的动载现象。     

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。     

软岩岩层厚度、刚度和水平应力对关键层应力的影响

为了进一步研究采场上覆岩层的移动规律,对影响关键层上载荷分布的因素进行分析.采用FLAC如软件模拟了不同的软岩岩层厚度、刚度和水平应力对关键层上载荷峰值的影响.通过模拟,发现关键层上覆软岩岩层的厚度、层刚度和水平应力对关键层的载荷峰值都有影响,且不同的水平应力在关键层破断前后会产生不同的影响.在初次来压前,水平应力加速了采空区的上方关键层的破断,但延缓了煤壁前方关键层的破断.初次来压后对关键层的破断影响很小.通过此次研究可以对关键层的破断以及采场的周期来压进行预测,对于采场覆岩的控制具有一定的指导意义.     

采动覆岩载荷的动态传递过程研究

利用FLAC数值模拟软件建立矿区具体工作面开采模型,模拟研究了随着煤层的开采关键层上覆岩层载荷的动态传递过程,提出了次关键层对关键层所受载荷及破断起控制作用,并给出应用组合载荷的计算方法来计算或预测随着工作面的开挖关键层所受载荷的大小及其动态变化过程的方法。     

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。     

基于薄板理论的采场覆岩关键层的判别方法

通过弹性薄板理论，推导出关键层在破断前的载荷及其变形协调条件；应用结构塑性极限分析方法，得到了关键层在破断瞬时的载荷并建立了强度条件.所建立的关键层变形协调及强度判别条件，不仅与煤岩层的密度、厚度和弹性模量有关，而且与工作面宽度、岩层的断裂角和泊松比有关.最后用阳泉某矿的相似模拟实验证明,应用本文建立的判别条件比用传统方法所得到的关键层位置及垮距与实际情况更为吻合.     

厚松散层承压水下采煤覆岩载荷层结构分析

在分析厚松散层承压水地质资料的基础上,判断承载关键层的位置,建立承载关键层模型。采用数值模拟手段,建立含承压水和不含承压水模型,分析厚松散层承压水对工作面支撑压力的影响,对预防工作面压架事故的发生具有重要的理论意义和实践价值。     

岩层移动模拟研究中模型范围问题探讨

基于岩层控制的关键层理论和开采沉陷理论，采用相似材料模拟试验、FLAC和UDEC数值模拟计算，对岩层移动模拟研究中如何确定模型上边界范围进行了研究。研究结果表明，当模型中存在关键层时，应将模型的上边界取至主关键层以上，否则将导致岩层载荷分布和破断距的严重失真；当模型中不存在关键层时，应将模型上边界取至导水断裂带以上，否则会导致岩层破断距的严重失真和载荷集中程度偏大。     

厚含水冲积层液化的相似材料模拟实验研究

根据相似材料模拟实验结果，综合分析厚含水冲积层条件下采煤地表移动的主要特征，并且利用边界元法进行计算分析，从数学力学角度研究了厚含水冲积层条件下采煤的地层液化问题，解释了冲积层内和砂土层在动载荷下可能出现持续变形的移动机理，得出了一些很有意义的结论。     

关键层初次破断前动态载荷研究

利用FLAC数值模拟软件建立矿区具体工作面的开采模型,模拟研究了随着煤层的开采关键层初次破断前载荷的动态变化过程。根据对关键层载荷起控制作用的岩层的特征,借鉴关键层理论,提出"载荷控制层"概念,给出其定义和判断方法,并借助固支梁力学模型给出了一种计算关键层动态载荷的方法。研究成果揭示了关键层载荷的动态变化原因和上覆岩层载荷的传递机理,进一步发展和完善了关键层理论。     

采动覆岩卸荷膨胀累积效应

地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。     

浅埋近距离采空区下工作面矿压特征与顶板结构分析

以陕蒙神东煤田浅埋近距离煤层群开采为背景,采用实测统计、物理模拟与理论分析相结合的方法,研究了浅埋近距离煤层采空区下开采的矿压特征及影响因素,揭示了不同间隔岩层结构形态及演化条件。研究表明,随着上煤层采高增大,来压期间支架工作阻力及动载系数均呈正相关增长;下煤层采高与间隔岩层厚度之比越大,周期来压步距及支架最大工作阻力越大。层间仅存在单一关键层时,层间关键层周期破断可形成"砌体梁"和"台阶岩梁"两种结构;则当上煤层垮落顶板关键层重新形成"砌体梁"结构时,层间关键层与上煤层垮落顶板关键层可形成"砌体-砌体"和"台阶-砌体"2种组合结构形态。     

THE STUDIES OF THE STRESS WAVE THEORY ON ROCKBURST UNDER HIGH STRATA STRESS

Through the analysis of the occurring and developing process of the rockburst under thehigh strata stress, it points out that the action of stress wave is the key factor to affect therockburst process. The characteristics of stress wave as well as its relation with the strata stressand the mechanism of its causing rockburst are explained. Finally, the preventing measures of therockburst caused by the stress wave are put forward.     

西部鄂尔多斯矿区强矿压显现及顶板运动规律

矿山压力显现研究对于围岩控制与动力灾害防治必不可少。为研究西部鄂尔多斯矿区矿压显现及顶板运动规律，基于红庆梁矿现场调研，分析了强矿压显现演化规律及其原因，建立了“软岩基本顶+砾岩关键层” 的覆岩结构及相应的计算模型。基于采空区矸石压缩变形理论，确定了下部垮落岩体对砾岩层的支承荷载参数并推导了砾岩层破断步距表达式。研究结果表明：受上覆硬厚砾岩层运动影响，300~340 m 推采范围为工作面强矿压显现区域，支架大面积泄液与煤壁大面积片帮为强矿压主要显现形式，最大片帮深度达 1.5 m。采空区垮落岩体对砾岩层有一定的支承作用，影响砾岩层的弯曲下沉及其破断步距，在此条件下的砾岩层运动过程可分为 3 个阶段，分别为未触矸阶段、持续弯曲下沉阶段、砾岩层破断阶段。模型计算的砾岩层破断步距为 306.9 m，现场验证为 320 m。上述研究可为相似地质条件下的超前支护设计和矿压显现控制提供参考。     

7.0m支架综采面矿压显现规律研究

基于神东矿区补连塔煤矿22303工作面矿压实测结果,对世界首个7.0 m支架综采面不同开采阶段的矿压显现规律进行了总结,并结合神东矿区各类大采高综采面的矿压显现,对比分析了不同采高综采面矿压显现规律的差异。结果表明:上覆遗留煤柱区下开采时7.0 m支架工作面矿压显现正常,但在临近推出煤柱区时,工作面内煤壁片帮现象严重,直接导致刮板板输送机被压死。而长壁采空区下开采时,7.0 m支架工作面在煤层间单一关键层结构和2层关键层结构区域呈现出不同的矿压显现。煤层间单一关键层结构区域,关键层距离煤层越近,矿压显现各项参数(除来压步距外)越大;而在煤层间2层关键层结构区域,工作面来压步距及动载系数呈现出大小交替的周期性变化规律,且大来压步距对应小动载系数。通过对比7.0 m支架综采面与神东矿区其它几个大采高综采面的矿压显现规律发现,随着采高的增加,支架支护强度缓慢增加,而动载系数随之减小,且采高越大、亚关键层1距离煤层越近,越易形成亚关键层1的"悬臂梁"结构,从而来压持续长度越长。