岩层移动模拟研究中加载问题的探讨

基于岩层控制关键层理论,通过相似材料模拟实验及UDEC与FLAC数值模拟计算,对岩层移动模拟研究中将部分岩层省略,而代之以均布载荷作用在模型上部边界的作法所存在的问题及应遵循的原则进行了研究。结果表明,当简化为均布载荷的岩层中包含关键层时,将引起岩层载荷分布特征的改变,从而导致岩层破断距模拟结果的失真;只有主关键层上部的岩层可以简化为均布载荷,包含关键层时不能简化为均布载荷,其等值载荷与被省略岩体中关键层的位置及其破断特征有关。     

关键层判别方法的计算机实现

采用Delphi4.0编制了判别覆岩关键层位置的计算机软件KSPB,介绍了软件的结构及使用方法.通过关键层实例判别,证明KSPB软件是有效而便捷的关键层判别工具.     

关键层运动对覆岩及地表移动影响的研究

采用实验、０实测及数值模拟方法,研究了关键层对覆岩及地表移动的控制作用和关键层破断块度对其位移曲线形态的影响,提出了“砌体梁”结构位移曲线的拟合方程;对关键层与表土层间耦合关系进行了研究,提示了关键层与表土层间合关系的一些基本规律,对改进地表下沉预计方法具有指导意义。     

基于新型加减速曲线和实时控制方案的步进电机运行平稳性及噪声研究

基于步进电机的加减速曲线和控制方案两方面对步进电机的运行平稳性及噪声进行了分析和研究。首先通过角加速度和角速度的关系式(a-ω方程)构造出不产生柔性冲击的S型、e/e型及Cos型步进电机加减速曲线;其次优化步进电机控制方案,包括改善步进电机速度过渡的平滑性,运用迭代算法简化计算以提高控制器的运算速度,采用实时计算的方式节省存储资源。噪声实验结果表明,与传统的驱动方案相比,采用Cos型加减速曲线和实时控制方案的步进电机系统运行平稳,启动过程噪声明显减小。     

浅埋近距离煤层出煤柱开采压架防治对策

针对浅埋近距离煤层工作面在推出上覆遗留煤柱过程中普遍出现的压架灾害,采用理论分析和模拟实验,结合压架发生的机理,提出了相应的防治对策。结果表明：出煤柱开采时,煤柱上方2关键块体形成的三铰式结构是不稳定的,该结构的相对回转运动会造成煤层间关键层断裂结构的载荷过大而失稳,最终引起工作面的压架。因此,控制关键块体的回转运动是防治压架的关键。据此提出了以促使关键块体提前回转、阻止和破坏其回转3个方面为思路的压架灾害防治措施,各措施的防治效果得到了相似材料模拟实验的验证,现场应用效果显著。     

沟深对浅埋煤层工作面矿压的影响规律研究

针对神东矿区活鸡兔井在沟谷地形下工作面动载矿压灾害问题,通过理论分析和模拟实验,就沟谷沟深对工作面动载矿压的影响规律进行了研究。结果表明：当工作面推进到沟谷地形时,沟深越深,覆岩主关键层(PKS)被侵蚀的可能性越大,由于沟谷上坡段被侵蚀的 PKS 块体不能够形成稳定的砌体梁结构产生失稳,从而使亚关键层(SKS)结构块体承受的载荷迅速增大,导致工作面发生发生动载矿压灾害事故;反之,若沟深较小,PKS 块体未被侵蚀,则一般不会发生矿压事故。理论分析和模拟结果与现场实测吻合良好。     

条带开采留设煤柱置换开采方法的数值模拟研究

如何在不影响地表建筑物的前提下,对条带开采留设煤柱进行再次开采,提高煤炭资源的采出率是煤矿开采面临的技术难题。本文利用UDEC数值模拟软件,对采用在条带开采留设煤柱内开挖充填置换巷道的开采方法进行了数值模拟,研究得出:在回采率为40%的条带开采基础上,置换开采可将回采率提高10%,且没有破坏煤柱和上覆岩层的稳定性;充填巷的条数要控制在两条以内并且要集中布置在留设煤柱中央;对于多个留设煤柱应采用顺序开采等结论。     

基于正交异性板模型的煤矿地下水库人工坝体结构优化

大柳塔煤矿地下水库人工坝体一般由挡水坝墙和一个与其平面垂直的支撑墙组成,坝体结构稳定可靠但强度富余系数过大,因而存在可优化的空间。挡水坝墙承载性能主要与其骨架结构和厚度有关,由于其骨架结构的等效配筋率已接近规范要求的最小值,因此可通过改变其厚度来进行坝体结构优化。利用正交异性板模型对坝墙在水压与上覆垂直载荷共同作用下的极限承载性能进行了分析,结果表明:随着上覆垂直载荷的不断增大,坝墙极限水头值会不断减小,坝墙稳定性会由外表面强度控制逐渐转变为由内表面强度控制,且该变化的转折点出现的时间受坝墙厚度影响,坝墙厚度越小,转折点出现的时间越早;若在水库服务期间,水库储水水位一直保持不变且上覆垂直载荷不断增大,则坝墙内外表面会先后发生破坏,且其破坏的先后次序会受水库储水水位的影响,当水库储水水位高于转折点对应的极限水头值时,则坝墙内表面先发生破坏,外表面后发生破坏,反之则坝墙内表面先发生破坏,外表面后发生破坏;储水水位越低,坝墙表面发生破坏所需的时间越长,坝墙的长期稳定性越好;根据大柳塔煤矿地下水库日常储水高度及坝墙上覆垂直载荷的变化范围,得出现有人工坝体结构中的支撑墙可去除,且其中的坝墙厚度可减小至0.6～0.7 m范围内,从而节省材料,提高坝体建设经济性。     

松散承压含水层的载荷传递作用对关键层复合破断的影响

采用专门设计的物理模拟试验装置及数值模拟试验方法,就松散承压含水层的载荷传递机制及对覆岩关键层复合破断的影响进行深入研究。研究结果表明：松散承压含水层条件下,由于承压水的流动性和补给作用,上覆表土层的载荷通过松散承压含水层均匀地作用于下部基岩上,开挖过程中基岩顶界面上的载荷基本保持恒定,松散承压含水层起到均匀传递载荷的作用;无松散承压含水层时,作用在基岩顶界面上的表土层载荷随煤层开挖而显著降低。在松散承压含水层的载荷传递作用下,作用在基岩顶界面的载荷较大,当基岩厚度较薄时,采场覆岩关键层易产生复合破断。基于松散承压含水层对薄基岩采场关键层复合破断影响机制,很好地解释华东矿区部分矿井在松散承压含水层与薄基岩的特殊条件下采场发生压架事故的原因。