大倾角煤层巷道变形破坏机理与支护对策研究

基于大倾角煤层巷道围岩破坏特征现场探测信息,建立了不同岩层倾角下巷道围岩变形破坏的数值计算模型,研究了大倾角煤层巷道围岩非对称变形破坏机制,得出围岩变形破坏的关键部位.在此基础上,提出大倾角煤层巷道围岩关键部位非对称耦合支护对策.结果表明:随着岩层倾角增加,巷道围岩变形破坏表现出明显的非对称性,通过对围岩变形破坏的关键...     

采场直接顶岩体刚度的研究

分析了直接顶岩体的受力特征及约束情况，并结合老顶岩体的给定变形，给出了直接顶岩体所处的力学状态及其判别方法，最后分别给出了直接顶岩体刚度的表达式。     

综放开采端面顶板稳定性的数值模拟研究

由于直接顶（含顶煤）厚度的成倍增加,综放采场顶板下沉量与支架工作阻力并不存在类双曲线关系,因而用顶板最大下沉量判断直接顶稳定性已失去意义,应用ＵＤＥＣ程序分析了工采端面顶板稳定性与支架工作阻力及端面距的关系,得到当端面距在一定范围之内时,端面顶板冒落情况下与支架工作阻力及支护角度这上关,支架工作阻力Ｐ和端面板下沉量△ｌｄ呈类双曲线关系,在此基础上提出支轲工作阻力新的确定方法。     

综放沿空小断面留巷技术研究

随着开采强度的增加，综放工作面的瓦斯超限问题日益突出．以王庄煤矿5201综放面为例，提出采用综放沿空小断面留巷技术，布置J型通风系统，治理综放工作面瓦斯超限．由关键块的分析和数值模拟结果，确定了综放沿空小断面留巷的断面形状，给出了斜梁的合理支护设计．矿压观测结果表明，留巷小断面变形以及留巷煤帮深部位移有较好的收敛性，能够满足工作面抽放瓦斯的需要．     

超长综放工作面开采关键技术

以现场实测资料为基础 ,文章对王庄矿 43 2 6超长综放工作面开采过程中的关键技术进行研究。分析了超长综放工作面合理长度 ,以及工作面开采过程中的矿压显现规律 ,指出上覆关键层的破断对工作面矿压显现有较大的影响 ,工作面长度的加大有利于顶煤的冒落。实测结果还显示 ,工作面局部地段端面顶煤出现漏冒 ,需要采取一定的措施加以预防。研究结果可为今后设计布置和回采类似工作面提供科学依据     

超长综放工作面开采关键技术

以现场实测资料为基础，文章对王庄矿4326超长综放工作面开采过程中的关键技术进行研究。分析了超长综放工作面合理长度，以及工作面开采过程中的矿压显现规律，指出上覆关键层的破断对工作面矿压显现有较大的影响，工作面长度的加大有利于项煤的冒落。实测结果还显示，工作面局部地段端面顶煤出现漏冒，需要采取一定的措施加以预防。研究结果可为今后设计布置和回采类似工作面提供科学依据。     

直接顶岩层力学特性对综放采场煤岩破坏的影响规律

通过相似模拟实验 ,分析研究了综放采场在直接顶岩层相对于顶煤具有不同厚度和强度时 ,直接顶与顶煤的宏观破坏特征、位移特征、相互作用的影响规律 ,以及对支架围岩关系的影响 ,分析了直接顶在相对于顶煤不同赋存条件下的介质属性 ,研究结果对于采场支架与围岩关系的深入研究具有重要意义     

巷道围岩预注浆防突水技术研究

在对焦作矿区和中马村矿井地质资料调查、整理的基础上分析了巷道突水水源及突水原因;根据岩土有效应力原理建立了巷道突水区围岩本构模型,探讨了巷道围岩保持稳定而不发生突水的基本思想是增加围岩有效应力,减小孔隙水压力。在此基础上对浆液的流变性、流动规律及扩散方式进行深入分析研究;针对中马村矿井现场实际条件,对巷道围岩预注浆技术进行了方案设计和注浆参数的确定;通过现场工程实践检验了巷道围岩预注浆设计方案的合理性,取得了良好的堵水效果,满足了矿井安全生产的需要。     

采场围岩整体力学模型及应用研究

 博士学位论文摘要　运用实验相似材料模拟、数值分析、理论分析等方法, 对采场支架2围岩关系中的老顶砌体梁结构的“S2R ”稳定条件, 直接顶岩层的破断角, 直接顶变形破坏特征, 直接顶内的应力场、位移场分布特征, 采场支架工作阻力2围岩下沉量关系等进行了细致深入的研究, 在此基础上建立了采场围岩整体力学模型, 给出支架临界工作阻力的确定方法。论文视直接顶为可变形体, 发现直接顶岩层破断角的大小与直接顶的强度及高度有关, 软弱直接顶的破断角为83°, 要远远大于坚硬直接顶的破断角(49°)。直接顶越坚硬, 破断角越小。随直接顶高度的增加, 坚硬直接顶破断角有一极限值。当直接顶高度为6 倍采高时, 此破断角的极限值为60°。直接顶顶部破断角的极限位置位于支架尾部垂直正上方, 不可能出现在此位置之后。分析了不同直接顶高度时的变形破坏特征, 得到传统的P 2$ l 双曲线关系并不适用于直接顶的高度成倍增加以后的情况。由此提出直接顶“临界高度”的概念, 即将老顶的给定变形压力为零时的直接顶的最小高度定义为直接顶的临界高度, 并将直接顶按临界高度分为三类: 零刚度、似零刚度、中间型刚度。应用弹性力学中能量原理分析了非零刚度直接顶的支架工作阻力与顶板下沉量的关系曲线为严格单调减少并且下凸的曲线, 具有类似于双曲线的变化性质, 即支架工作阻力与支架变形呈严格的非线性反变关系。由于综放开采条件下P 2$ l 双曲线关系不明显, 故应用顶板最大下沉量判别直接顶(含顶煤) 的稳定性已失去意义。论文首次应用离散元方法的最新成果UDEC 程序分析了综放开采端面顶板稳定性和支架工作阻力的关系。结果表明, 当端面距在一定范围之内时, 综放面端面顶板冒落状况与支架工作阻力及支护角度(即水平支护力) 密切相关; 加大支架工作阻力, 可以控制端面顶板的冒落。经计算得到的综放支架工作阻力P 和端面顶板下沉量$ ld 呈类双曲线关系, 完全不同于它的P 2$ l 关系。根据支架围岩的总体规律, 建立了采场直接顶为似刚度、似零刚度和中间型刚度三种条件下采场支架围岩的整体力学模型。在此基础上, 论述了支架合理工作阻力的确定原则。提出利用综放支架工作阻力2端面顶板下沉量曲线确定综放支架临界阻力的方法。对阳泉4 矿的计算结果表明, 当端面距为0. 5 m 时, 计算所得支架临界阻力和实测结果较为接近; 而当端面距为1 m 或1. 5 m 时, 支架临界阻力值却有较大幅度的提高。因此支架载荷为其额定工作阻力的一半时, 此时对端面空顶距的要求较高; 当支架载荷接近其额定工作阻力时, 则可以加大空顶距, 端面也不致于发生冒顶。因此在综放面实测的工作阻力尽管很小, 但从控制端面顶板的角度出发, 在设计综放支架时仍不能降低其工作阻力。     

综放工作面收作眼合理位置确定与稳定性分析

在停采线位置预掘收作眼，可大幅度提高综放工作面搬迁速度。由于受到工作面前方移动支承压力和基本顶周期来压的持续影响，收作眼的维护比一般回采巷道更困难。基于综放末采期间矿压显现和覆岩运动规律，通过相似模拟实验研究覆岩结构失稳对工作面前方巷道变形与破坏的影响，从而得到最佳的收作眼位置：采用岩石破裂过程分析软件RFPA^2D系统，对收作眼围岩稳定性进行了数值计算与分析，并对其支护设计方案进行了优选。研究成果应用于济三煤矿4303综放面，实现了采场与收作眼的安全对接和综放工作面的安全快速收尾，并根据井下实测数据，对收作眼的使用效果及其经济效益进行了评价。