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1.  对“基于薄板理论的采场覆岩关键层的判别方法”的商榷  
   秦伟  许家林《煤炭学报》,2010年第35卷第2期
   就工作面宽度与关键层位置判别的关系以及基于薄板模型的关键层判别方法存在的局限性进行了研究。结果表明:一般情况下,各硬岩层的破断顺序是由各硬岩层步距准数所决定的,与工作面宽度无关,因此无论是采用梁模型还是薄板模型对关键层位置的判别结果没有影响;上覆硬岩层几何尺寸并不一定能符合薄板的定义,而且基于薄板模型的关键层判别方法需要工作面宽度才能进行计算,如果工作面宽度小于上覆硬岩层的步距准数,硬岩层将稳定不破断,就无法得到硬岩层的破断距,也就无法通过比较硬岩层破断顺序来确定关键层位置。    

2.  岩层移动离层演化规律及其应用研究  被引次数:19
   许家林  钱鸣高  金宏伟《岩土工程学报》,2004年第26卷第5期
    通过试验与理论分析 ,对岩层移动过程中的离层位置与离层量、离层动态发育特征及其影响因素进行了深入研究。结果表明 :覆岩离层主要出现在各关键层下 ,覆岩离层最大发育高度止于覆岩主关键层。当相邻两关键层复合破断时 ,尽管上部关键层的厚度与硬度比下部关键层大 ,其下部也不会出现离层。关键层初次破断后的离层区长度和最大离层量仅为关键层初次破断前的2 5 %~ 3 3 %。因此 ,离层区充填应在关键层初次破断前进行 ,并保持关键层不破断。针对目前覆岩离层区充填工艺不能阻止覆岩关键层初次破断的问题 ,提出了离层区充填与留设煤柱相结合的“覆岩离层分区隔离充填减沉法” ,发展了覆岩离层充填减沉技术    

3.  岩层移动与控制的关键层理论及其应用  
   许家林《岩石力学与工程学报》,2000年第19卷第1期
   采用模型实验、数值模拟、 现场试验和计算机图像分析等方法,对关键层判别方法以及关键层运动对采场矿压显现、覆岩移动与地表沉陷及裂隙场分布的影响规律等问题进行了深入的研究。从两层坚硬岩层破断顺序的研究入手,揭示了关键层上载荷分布规律及其对关键层破断顺序的影响,并由此建立了判别覆岩中关键层位置的方法。研究了关键层破断块度对“砌体梁”结构下沉曲线形态的影响,并提出了“砌体梁”结构下沉曲线的拟合方程。确定了关键层对采场矿压显现产生影响的判别条件与影响规律,揭示了关键层破断前后煤柱支承压力分布规律。揭示了表土层与关键层间耦合关系的一些基本规律及其对改进地表下沉预计方法的指导意义。揭示了覆岩移动过程中离层与“导水、导气”裂隙两阶段发育规律与“O”形圈分布特征。编制了采动裂隙量化分析的图像处理软件FIMAGE。将关键层理论应用于我国卸压瓦斯抽放实践,建立了卸压瓦斯抽放的“O”形圈理论, 并在淮北、阳泉矿区卸压瓦斯抽放中得到应用。将关键层理论应用于地表沉陷控制实践,建立了覆岩离层注浆钻孔布置的原则, 指导城下条带开采试验,取得了显著的经验效益。    

4.  采场覆岩复合关键层的判别条件  
   孙振武  缪协兴  茅献彪《采矿与安全工程学报》,2005年第22卷第4期
   当采场覆岩中存在两层邻近坚硬岩层时,在一定条件下会形成复合岩层,整体变形破坏,其强度和刚度将大大加强,将对整个采动覆岩变形、破断、移动全过程产生影响。利用现代力学原理,推导出了两层硬岩中间有一层软弱夹层时,能形成复合岩层的条件是软弱夹层与硬岩接触面上的剪应力不超过接触面上的抗剪强度,据此建立了能形成复合岩层的判别公式,将复合岩层用一等效单一岩层代替,即可用单一关键层的判别方法判别复合关键层。    

5.  采场覆岩复合关键层的判别条件  
   孙振武 缪协兴 茅献彪《矿山压力与顶板管理》,2005年第22卷第4期
   当采场覆岩中存在两层邻近坚硬岩层时,在一定条件下会形成复合岩层,整体变形破坏,其强度和刚度将大大加强,将对整个采动覆岩变形、破断、移动全过程产生影响。利用现代力学原理,推导出了两层硬岩中间有一层软弱夹层时,能形成复合岩层的条件是软弱夹层与硬岩接触面上的剪应力不超过接触面上的抗剪强度,据此建立了能形成复合岩层的判别公式,将复合岩层用一等效单一岩层代替,即可用单一关键层的判别方法判别复合关键层。    

6.  双层厚硬火成岩破断的力学分析  
   白向东《现代矿业》,2015年第1期
   针对某矿上覆双层厚硬火成岩,采用关键层理论分析确定了主、亚关键层的位置及破断顺序,并运用薄板理论和纳维叶解法对火成岩的破断位置进行了分析计算,得出以下结论:下位火成岩为主关键层,上位火成岩的破断随下位火成岩破断而破断,火成岩破断时的跨距为246 m,对应10416工作面推进长度为326~372 m。并在工作面支架工作阻力监测得到了验证,为类似条件矿井生产提供了指导。    

7.  覆岩结构对冲击矿压的影响及其微震监测  被引次数:1
   徐学锋  窦林名  曹安业  江衡  张明伟  陆振裕《采矿与安全工程学报》,2011年第28卷第1期
   为了研究覆岩结构对冲击矿压的影响,以关键层理论为基础对某煤矿上覆岩层结构进行了划分,并利用微震监测技术对巨厚上覆岩层破断规律进行了分析.研究结果认为对上覆岩层可根据岩性、厚度不同划分成不同级别的关键层结构,这些结构初次破断形成的"O-X"型破断结构有主亚之分.大尺度的覆岩结构在破断过程中释放巨大能量形成矿震,是冲击矿压的重要诱发因素.该煤矿微震监测数据很好地解释了亚关键层的初次破断及200 m厚细粉砂岩主关键层的破断发展过程.研究成果为大尺度覆岩结构影响下的冲击矿压的预测预报提供了新的研究思路.    

8.  浅埋煤层覆岩关键层结构分类  被引次数:16
   许家林  朱卫兵  王晓振  伊茂森《煤炭学报》,2009年第34卷第7期
   以神东矿区浅埋煤层开采为工程背景,对浅埋煤层覆岩关键层结构的类型及其破断失稳特征进行了研究.结果表明,浅埋煤层覆岩关键层结构类型可分为单一关键层和多层关键层结构;单一关键层结构又分为厚硬单一关键层结构、复合单一关键层结构、上煤层已采单一关键层结构3种类型.单一关键层结构是导致浅埋煤层特殊采动损害现象的地质根源,浅埋煤层单一关键层结构采动破断运动不仅对工作面矿压产生影响,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉陷.关键层破断块体结构承担的载荷层厚度大而不能满足砌体梁结构不发生滑落失稳的条件,从而导致关键层破断块体滑落失稳,这是导致神东矿区浅埋煤层单一关键层结构工作面易出现台阶下沉和压架出水等采动损害问题的力学机理.确定了神东矿区浅埋煤层覆岩关键层结构类型的判别方法.    

9.  基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法  被引次数:7
   许家林  朱卫兵  王晓振《煤炭学报》,2012年第37卷第5期
   在深入研究覆岩关键层对导水裂隙发育高度影响规律的基础上,提出了通过覆岩关键层位置来预计导水裂隙带高度的新方法.工程实测和理论研究结果表明:覆岩关键层位置会影响导水裂隙发育高度,只有当关键层位置距开采煤层小于某一临界高度时,该关键层破断裂缝才会贯通成为导水裂隙,且受该关键层控制而同步破断的上覆岩层破断裂缝也会贯通成为导水裂隙.关键层破断裂缝贯通的临界高度可以粗略按(7~10)M(M为煤层采厚)估算.当覆岩主关键层位于临界高度(7~10)M以内时,导水裂隙将发育至基岩顶部,导水裂隙带高度等于或大于基岩厚度;当覆岩主关键层位于临界高度(7~10)M以外时,导水裂隙将发育至临界高度(7~10)M上方最近的关键层底部,导水裂隙带高度等于该关键层距开采煤层的高度.上述基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法能适应不同采厚条件下的导水裂隙带高度预计,同时可以对由于覆岩关键层结构变化引起的导水裂隙带高度异常发育情况作出判别,其可靠性得到了工程实测结果的验证。    

10.  高位硬厚关键层下开采弹性能分布研究  
   武泉林  方秋《煤矿安全》,2018年第3期
   高位硬厚关键层下开采弹性能异常集中,采用数值模拟的方法研究了上覆硬厚关键层条件下弹性能分布特征,并分析了硬厚岩层不同厚度下弹性能分布特征。研究表明:受硬厚岩层的影响,工作面在开采过程中,煤壁前方以及煤壁前方硬厚岩层底部煤岩体处于高能量状态,易发生高能量微震事件;硬厚岩层破断过程中,释放大量的能量,造成煤岩体积聚的能量突然增大;在动力扰动作用下,造成煤岩体强烈震动,容易诱发矿震、冲击地压、压架、煤与瓦斯突出、离层水等重大动力灾害。随着硬厚岩层厚度的增加,破断前后煤壁前方的能量集中程度逐渐减小,硬厚岩层底部煤岩体能量集中范围增加。    

11.  软岩岩层厚度、刚度和水平应力对关键层应力的影响  
   王平  朱永建  余伟健《矿业工程研究》,2012年第27卷第2期
   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.    

12.  覆岩导水裂隙发育的影响因素分析  
   何建东  孙瑞  曾文《河北工程大学学报(自然科学版)》,2015年第32卷第1期
   为了揭示覆岩导水裂隙发育规律,在分析导水裂隙影响因素的基础上,利用正交试验确定各因素变化组合,用UDEC软件进行数值模拟试验,分析各因素变化下导水裂隙的发育情况。试验结果表明,关键层距承压含水层距离和关键层位置这两种因素最能影响导水裂隙的发育。各因素对裂隙发育影响重要性:关键层距四含距离>关键层位置>关键层破断步距>关键层间距。    

13.  煤矿覆岩空间结构演化与诱冲机制研究  
   贺虎《煤炭学报》,2012年第37卷第7期
   煤层开采后,上覆岩层发生破断运动,对巷道和回采工作面施加静载荷和动载荷,诱发煤层顶板和冲击矿压灾害。而上覆岩层的运动不仅是单个工作面回采的结果,也可能是多个工作面回采共同作用的结果。微震监测表明,对于采用小煤柱护巷,尤其是覆岩中存在厚层坚硬关键层的矿井,冲击矿压震源往往集中在相邻采空区中的厚硬岩层中,说明煤矿覆岩在空间上存在着结构,并且采空范围(边界条件)不同,覆岩的空间结构是动态演化的。空间结构演化与失稳过程中造成的冲击矿压动力灾害称为覆岩空间结构失稳型冲击矿压。为了揭示此类冲击矿压的机理,提出煤矿覆岩空间结构演化与诱冲机制,并采用实验室物理模拟试验、FLAC3D数值模拟试验、理论分析和工程实践4种方法进行研究。煤矿覆岩破断后的形态是空间结构,空间结构的形成与失稳是动态演化的。煤矿覆岩在层面方向上各关键层破断成"O-X"形态,不同层位的"OX"结构形态空间上形成柱台体,与之相邻的边界覆岩在竖向剖面上形成"F"型结构。覆岩层面方向破坏的"OX"结构向上发展,剖面方向上的"F"结构也会发生破断失稳。因此,"OX"与"F"结构及其相互转化构成了煤矿覆岩的整体空间结构形态,"OX"与"F"结构的形成与失稳不断进行,称为煤矿覆岩空间结构的动态演化循环。考虑顶板断裂线、煤柱稳定性与动态破坏3个因素,给出覆岩空间结构动态演化的条件判据,根据工作面受"OX"与"F"的影响程度不同,将工作面分为"OX","F"及"T"型空间结构工作面,并根据关键层的破断特征进行详细分类。通过实验室相似材料试验,模拟多工作面连续回采时"OX","F","T"型工作面的空间结构的形成与演化规律。FLAC3D模拟表明覆岩性质不变的情况下,采空区范围不同,煤层应力集中程度的规律为:短臂对称"T">非对称"T">短臂"F">长臂对称"T">长臂"F">"OX",而关键层的来压次数则是长臂结构>短臂结构。"OX"工作面应力集中随工作面宽度线性增大;短臂"F"工作面,长度增加有利于整个工作面范围内支承压力的降低;长臂"F"工作面,工作面加大,端头支承压力将降低,中部支承压力将升高;孤岛"T"工作面加大工作面宽度对工作面端头与中部的应力降低均有作用。基于弹性板与关键层理论,分析了"OX"结构破断与形成过程,给出了基于纳维解法的应力精确解,提出了"F"结构存在主动与被动两种失稳模式,被动失稳能导致下位结构呈整体滑落失稳,失稳速度快,厚度大,冲击力强,危险程度高于主动失稳过程。覆岩空间结构失稳型冲击矿压的本质为动静组合加载的复合型冲击。从应力、能量与震动效应构建了表示冲击发生的判据。动静组合加载的模拟表明,在动静载之和相等的情况下,高静载+低动载的组合方式冲击危险性高于低静载+高动载的组合。针对覆岩空间结构失稳型冲击矿压的特点,建立了以动静载应力场监测为基础,以空下巷道布置、定向高压水力致裂为关键技术的预防体系,通过济三煤矿"F"工作面63下05与"T"工作面163下02C的防冲实践验证了论文提出的覆岩空间演化诱冲机制能够有效地指导现场防冲工作。    

14.  基于岩层移动的"煤与煤层气共采"技术研究  被引次数:32
   许家林  钱鸣高  金宏伟《煤炭学报》,2004年第29卷第2期
   研究了岩层移动对煤层气卸压运移的影响,结果证明,覆岩关键层的破断运动对邻近层煤层气涌出的动态过程起控制作用;覆岩主关键层位置将决定下保护层可能的最大卸压高度。    

15.  大采高综采采场顶板结构特征与支架合理承载  
   王继林  袁永  屠世浩  李波《采矿与安全工程学报》,2014年第4期
   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。    

16.  覆岩主关键层对地表下沉动态的影响研究  被引次数:20
   许家林  钱鸣高  朱卫兵《岩石力学与工程学报》,2005年第24卷第5期
   在对岩体内部移动与地表沉陷实测资料进行对比分析的基础上,采用物理和数值模拟方法,就覆岩主关键层对地表下沉动态过程的影响进行了研究。研究结果证明,覆岩主关键层对地表移动的动态过程起控制作用,覆岩主关键层的破断将引起地表下沉速度和地表下沉影响边界的明显增大和周期性变化。在此基础上,提出将控制覆岩主关键层不破断失稳作为建筑物下采煤设计原则的观点。    

17.  浅埋近水平煤层采场覆岩压力拱结构特性及演化机制分析  
   杨达明  郭文兵  于秋鸽  谭毅  邓伟男《采矿与安全工程学报》,2019年第2期
   通过分析浅埋近水平煤层开采覆岩结构及破坏的特点,在压力拱和关键层理论的基础上建立了浅埋近水平煤层采场覆岩压力拱结构模型;认为该压力拱结构在工作面长度和推进方向上具有左右对称特征,压力拱发育至关键层后若关键层破断则基于破断位置重新起拱,若不破断则拱顶位于关键层附近,该压力拱结构模型能较好描述浅埋近水平煤层开采覆岩破坏形态。基于上述模型,分析了压力拱结构层和覆岩破坏区演化的突发性和阶段性特点,推导出了结构层压力拱轴线方程和覆岩破坏范围计算判据,分析了压力拱的极限变形量,给出关键层破断对压力拱发育影响的分析计算方法;通过对大柳塔矿52505工作面采场覆岩数值及理论分析,关键层破断后没有形成完整压力拱结构,导致地表出现塌陷。    

18.  复合关键层影响下浅埋特厚煤层综放面矿压显现规律模拟分析  
   张祚竟  张柏《采矿技术》,2019年第3期
   采用UDEC离散元方法分析了浅埋特厚工作面在开挖掘进过程中覆岩移动和覆岩内垂直应力随复合关键层破断的分布变化规律,结果表明:金地煤矿1313工作面覆岩关键层破断次序总体呈现"两亚一主"交替破断,关键层复合效应使得工作面来压强度出现"两小一大"特征的周期性变化。研究结论为相似工况下的支护和掘进参数的设计提供了参考依据。    

19.  采场上覆关键层破断角的力学推导和实验模拟  
   许斌  蒋金泉  代进  郑朋强《煤炭学报》,2018年第43卷第3期
   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。    

20.  关键层对煤层群开采瓦斯卸压运移“三带” 范围的影响  
   吴仁伦《煤炭学报》,2013年第38卷第6期
   采用相似模拟、数值模拟和理论分析的方法,就覆岩关键层对煤层群开采瓦斯卸压运移“三带”范围的影响进行深入研究。研究结果表明:覆岩导气裂隙带内是否存在关键层将对覆岩瓦斯卸压抽采范围起到十分明显的影响作用。在相同开采条件下,覆岩裂隙带内存在关键层时,该关键层的破断将引起导气裂隙带高度突增,其高度明显高于经验公式计算高度并止于该关键层上方另一层关键层之下;卸压解吸带高度止于覆岩中尚未发生破断且下方存在离层空间的关键层之下,其最大高度止于主关键层之下。    

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