Calculation and analysis of stress in strata under gob pillars

Aiming at the difficulty in stress analysis for strata under pillars with actual bearing conditions, an approach was proposed to apply multi-sectional linear approximation to the characteristic curves of pillar loads, and stress of strata was calculated under pillars with linear load by calculation method for uniform load. This approach leads to a rapid analyzing method for strata stress under pillars with any form of loads. Through theoretical analysis, strata stress expressions for pillars under linear bearing conditions are obtained. In addition, two concepts, stress increase factor and stress factor, are proposed for the approximate analysis of strata stress by uniform load approximation method. It is also found that the stress increase factor of strata is related to the strata stress factor and the ratio of the minimum load on the pillar’ two ends to the maximum one; and the distribution features of stress factors and the sizes of their influencing areas in strata influenced by overlying pillars are obtained. Combining with the gob pillar conditions of Jurassic coal seam in Tongxin Coal Mine, it is demonstrated that the results obtained by stress distribution analysis of the strata stress in non-influencing areas of pillars with linear bearing through uniform load approximation are in basic accordance with the results obtained for pillars under linear bearing condition. Therefore, it is feasible and accurate to calculate stress in non-influencing area in strata under pillars with linear bearing condition by uniform load calculation method.     

坚硬厚层顶板的破断失稳及其控制研究

以晋华宫煤矿坚硬厚层顶板条件为工程背景,通过理论分析与现场实测相结合,研究了厚层坚硬顶板的临界失稳条件、失稳方式、影响失稳的因素以及失稳的机理,提出了厚层坚硬顶板失稳控制的方法.研究表明,岩层自身属性及赋存特点对坚硬厚层顶板破断后的承载具有重要影响;坚硬厚层顶板断裂失稳的发展受顶板断裂长度的影响显著,而提高支架支护强度对顶板断裂失稳的控制作用是有限的;提出对厚层顶板实施爆破预裂减小顶板断裂长度和合理支架选型提高支架支护强度相结合的顶板控制方法.通过在晋华宫煤矿8210工作面的应用实施,工作面支架末阻力与时间加权阻力分别占额定工作阻力的85.3%与83.7%,工作面顶板随采随垮,煤壁片帮深度控制在0.2～0.3m范围.     

工作面端头三角区沿空巷道强矿压显现与应力转移分析

大同矿区同忻煤矿8105工作面5105沿空巷超前支护段矿压显现明显,来压强度大,巷道变形与单体支柱折损严重,严重影响了回采巷道的正常使用。在分析工作面沿空巷强矿压显现特征的基础上,得到了巷道强矿压主要影响因素,提出对工作面顶板进行双向应力转移以降低端头三角区集中应力的方法。研究表明:工作面端头双向支承压力将形成端部三角区高应力集中,对工作面沿空巷超前支护段的强矿压显现具有重要影响;采用改变形式的三参数威布尔函数对双向支承压力进行理论分析,得到了工作面端头三角区高应力大小及区域分布特征;提出了双向应力转移的方法,降低了沿空巷超前支护段围岩应力。现场实践中,通过对工作面5105沿空巷及顶回风巷顶板采取水压致裂技术后,工作面5105巷超前支护段强矿压显现得到明显改善,巷道变形量明显降低,保证了工作面的正常生产。     

浅埋近距离煤层房柱采空区下顶板承载及房柱尺寸

采用理论分析及现场实测相结合的研究方法,对房柱采空区下近距离两煤层顶板砌体结构进行系统分析,提出了非连续均载作用下的砌体结构承载运动特征普适模型、房柱采空区下两煤层"老顶-多煤柱-直接顶-支架"组合结构系统受力运动特征典型模型、近距离煤层房柱采空区下房柱安全、合理尺寸留设条件.结果表明:通过合理修整或留设房柱尺寸可以有效改善顶板运动承载及破断特征,促进工作面顶板的稳定.以某煤矿生产实际为背景,对上煤层房柱尺寸修整前后,下煤层顶板矿压规律进行实测分析对比,最终确定合理煤房尺寸为6.0m、煤柱尺寸为2.5m.在此条件下,下煤层工作面顶板来压特征得到明显改善,工作面安全、高效生产得到保证.     

坚硬厚顶板条件下岩层破断及工作面矿压显现特征分析

以石屹台煤矿生产实际为背景,采用理论分析与现场实测相结合的研究方法,对不同支撑边界条件下坚硬厚顸板破断及来压特征进行了分析.研究得到顶板破断位置及尺寸的确定方法及步骤:1)根据顶板不同支撑边界求得岩层应力分量表达式;2)根据深梁、长梁结构应力分布特点,结合长梁易破断位置应力,给出顶板危险垮断尺寸;3)修正顶板危险垮断尺寸得到坚硬厚顶板岩层内最大主应力及剪应力分布;4)选定最大拉应力或剪应力值接近岩石抗拉或抗剪强度时的垮断尺寸作为顶板极限安全跨距.结果表明:石屹台煤矿坚硬厚顶板以剪断特征为主,顶板初次垮断及周期来压步距分别在35.0 m与9.8 m左右.     

大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理

特厚煤层开采形成的采场空间大,覆岩扰动范围广,采场顶板来压具有明显的大小周期来压及强矿压显现特点。大空间采场覆岩扰动层位多、岩层间作用机制复杂,顶板破断块体间的作用力及方向多变,导致大空间采场覆岩结构理论分析存在较大难度。为从理论上揭示特厚煤层大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理,在实测分析得到大空间采场覆岩结构特征基础上,基于能量变分原理建立了大空间采场覆岩结构力学模型,揭示了大空间采场覆岩结构的矿压作用机制;建立了大空间采场覆岩结构条件下的“煤体-支架”协同承载模型,得到了采场支架围岩的相互作用关系。研究表明,特厚煤层开采形成的大空间采场覆岩具有显著的“低-中-高”层位结构特征,是采场复杂矿压显现的直接诱因,“中-低”位顶板结构失稳形成采场大小周期来压,高位顶板结构的失稳联动是诱发大空间采场强矿压显现的主要因素;覆岩结构的失稳运动还受到采空区矸石支撑、顶板有效位能作用及高位顶板悬长等的制约,是采场来压强弱的重要影响因素;大空间采场条件下“煤体-支架”协同承载,所得理论研究成果与基于实测反演分析得到的支架围岩关系研究结论具有较好的一致性,验证了大空间采场覆岩结构理论的正确性。     

覆岩多层坚硬顶板条件下特厚煤层综放工作面支架阻力确定

为分析覆岩多层薄采空区坚硬顶板条件下特厚煤层工作面的强矿压显现机理,合理确定工作面支架支护阻力,采用理论分析、相似模拟与现场实践相结合的研究方法,对特厚煤层开采条件下的多层顶板破断规律与工作面支架阻力确定问题进行了探讨,得出了工作面支架阻力确定原则与方法。研究表明:多层坚硬顶板的破断形式与破断次序对工作面矿压显现影响较为明显;关键层顶板的单层垮断或多层同步失稳将对应不同的工作面支架阻力;坚硬厚层顶板同步失稳条件下,单纯提高支架阻力将难以满足特厚煤层工作面合理支护要求。以大同矿区某煤矿工作面生产实际为背景,对特厚煤层工作面进行了支架合理选型同时配以坚硬顶板的水压致裂控制技术,取得了良好的顶板控制效果。     

细菌纤维素在模拟体液中的降解研究

研究了不同性质的纤维素酶对细菌纤维素(BC)的降解活性,着重探讨了在纤维素酶作用下,影响BC在模拟人体环境中降解行为的因素。研究表明中性纤维素酶在模拟人体环境的条件下对BC具有较高的降解活性。纤维素酶在模拟体液中的活性会随着时间延长而降低,但并未丧失活性,纤维素酶在模拟人体的环境下依然具有长期降解BC的作用。β-葡糖苷酶对BC的降解有很大的促进作用,当β-葡萄糖苷酶在复合酶中质量分数为60%时,复合酶降解BC膜的速率达到最大。     

拉压模量不同的多层顶板承载与破坏机理分析

为弄清薄及中厚煤层多层坚硬顶板不同结构形式下的运动与承载特征,采用理论与实验分析相结合的方法,对多层顶板不同组合结构时的承载特征进行了一维应力分析.研究表明:多层坚硬顶板运动承载过程中主要呈组合与非组合2种结构形式,且拉压模量不同条件下,顶板分层截面应力的分布通常具有非连续阶跃性特点;得到了多层顶板不同结构形式下的截面应力解算方法,给出分层顶板的破坏机理;揭示了不同顶板结构间的过渡原理,并解释了不同顶板结构下的裂纹扩展规律.以大同矿区生产实际为背景,对某矿煤层不同倾角条件下的组合顶板结构进行了应用分析,给出了分层顶板的截面应力分布特征,阐明了顶板组合结构向非组合结构过渡的原因与裂纹扩展规律,说明了相似模拟实验结果的正确性.     

大同矿区双系煤层开采远近场协同控顶机理与技术

大空间采场顶板结构复杂,采场矿压显现频次高、强度大,影响矿井安全生产.基于大同矿区双系煤层开采条件,在顶板结构分析基础上深化煤柱影响研究,建立多采空区顶板连拱结构模型,揭示大空间采场协同控顶机理.研究表明:矿区特厚煤层开采扰动影响高度在150m左右,形成了具有"低位组合悬梁+中位砌体梁+高位大结构"特征的渐次演化顶板群组结构,且高位顶板失稳联动是采场强矿压发生的主控因素;侏罗系煤柱底板应力集中影响区深度约100m,采空区顶板连拱结构联合煤柱集中传载是诱发采场强矿压的强化条件;改变大空间采场覆岩结构是防治采场强矿压的关键,提出了远近场协同控制理念,实施了硬岩远场地面压裂和煤岩近场井下承压爆破预裂的协同控顶技术,取得了较好控制效果.