大倾角煤层俯斜开采覆岩运动规律相似模拟

以大倾角煤层俯采采场为研究对象,采用相似材料模拟和理论分析的方法研究了采场覆岩垮落规律以及空间结构动态演化规律,以此为基础建立了覆岩空间结构力学模型。结果表明:俯斜开采顶板来压步距较长,基本顶初次来压步距约50 m,周期来压步距约25 m;采场覆岩空间结构是不断演化的,最终将形成多个不同层位的基本顶岩梁结构和1个横贯整个采场的"非对称裂隙拱结构",采场中上部原下位基本顶岩梁会转化为冒落带,基本顶岩梁呈"阶梯状"沿倾向向上位岩层发展。采场下部区域,拱脚支承位置低,约束程度强,但容易产生煤壁片帮和架前冒顶,需加强"支架-围岩"系统的稳定性控制。     

神达栖凤煤业综放面顶板运动特征与采场矿压规律分析

综放面顶板运动与采场矿压显现规律相对复杂。文章以神达栖凤煤业51408工作面为工程背景,理论计算了工作面直接顶和基本顶初次来压、周期来压步距及所需的支架强度,现场矿压实测发现,煤层倾角导致工作面下部矿压显现相对严重,其初次和周期来压强度最大,动载系数最大,而工作面跨度较大导致工作面中部顶板岩层提前破断,周期来压步距较小。     

采场上覆岩层垮落步距计算方法

影响采场的运动岩层由直接顶和基本顶组成。已知工作面直接顶、基本顶厚度及岩性的条件下,在工作面回采前,运用"板"和"梁"2种力学模型对直接顶初次垮落步距、基本顶初次来压步距和基本顶周期来压步距进行推算,为工作面顶板控制提供技术支持,确保采煤工作面安全生产。     

榆树田煤矿首采工作面来压规律理论分析

为保证榆树田煤矿首采面安全、高效生产,根据相关地质资料并结合理论分析对首采上覆岩层运动规律进行研究,研究表明:采空区内基本顶岩梁间是分层垮落,基本顶第一岩梁随直接顶的跨落而跨落,工作面顶板初次来压步距约为69.3m,周期来压步距约为35m。     

大倾角伪俯斜采场顶板运移规律实验研究

为研究大倾角伪俯斜采场顶板垮落运移及其与支架相互作用关系。采用大比例三维物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究手段,深入分析了伪俯斜采场初采阶段和正常回采阶段顶板应力演化与变形破坏规律,垮落顶板充填特征以及"支架-顶板"相互作用规律。结果表明,大倾角伪俯斜采场顶板应力分布与位移具有非对称性,顶板具有非对称"O-X"破断特征,且具有明显的时序特征,其中"O"破断顺序为:采空区侧边界—采煤工作面侧边界—上部边界—下部边界;"X"破断顺序为:工作面倾斜上方基本顶先发生破坏,随后基本顶沿顺时针方向依次破断。顶板周期性来压与垮落均具有分区特性与时序性,沿走向工作面各个区域顶板的垮落位置与支架相对位置不同,其中,工作面倾斜中部支架直接受到垮落顶板的作用,具体为"砸—压—推",而倾斜上部与下部垮落顶板仅在下滑过程中对支架产生倾向向下的推力,未出现明显的砸、压现象,上部作用最弱,破断顶板使支架发生不同程度的"倒"、"扭"现象;垮落顶板对采空区的充填可分为4个阶段,各个阶段交替转化的过程对工作面中、下部支架的稳定性产生了影响,矸石堆积区最终沿走向形成充填稳定区域与动态运移区域。为大倾角煤层伪俯斜采场岩层控制提供科学依据,也丰富了大倾角煤层采场岩层控制理论。     

大倾角煤层俯采工作面矿压显现规律

为了分析大倾角煤层俯采工作面矿压显现规律，以辛置煤矿10 428C工作面为例，在工作面辅运顺槽内布置多个矿压监测断面，收集并分析矿压监测数据。结果表明，随着大倾角煤层俯采工作面推进，顶底板变形量大于两帮移近量，巷道直接顶与基本顶的离层较大；来压期间工作面支架阻力平均值为3 300 kN，平均最大工作阻力为3 800 kN，周期来压步距为34~40 m；工作面支架阻力满足需求。     

特厚煤层综放开采覆岩结构及矿压显现特征分析

为确定特厚煤层综放开采顶板的结构特征与矿压显现特征,以大同煤矿集团增子坊煤矿5300综放工作面为基础,对采场顶板的结构与矿压显现规律进行了研究。结果表明,采场基本顶粗砂岩岩层为顶板的关键岩层,对顶板的运动起主导性作用,通过对工作面回采200 m内支架工作阻力的监测得出,工作面的初次来压步距约为31. 6 m,周期来压步距平均约为25. 4 m,来压动载系数平均为1. 39,矿压显现强度较大,但来压时的载荷未超过液压支架的最大工作阻力,因此可确保工作面的正常回采。     

大倾角仰(俯)采采场顶板破断的薄板模型分析

为了研究大倾角仰采、俯采采场顶板破断机理,建立了大倾角仰、俯采顶板薄板力学模型,利用薄板理论并结合力学分析、数值计算对大倾角俯采及仰采工作面破断时的基本顶岩层应力分布特征与破断机理进行了分析计算,得出了薄板极限破断准则和破断步距理论计算式.结果表明:大倾角仰(俯)采采场顶板破断形式不同于近水平煤层顶板的"O-X"型破断;倾角影响并决定着采场顶板倾向方向的破断特征;走向仰(俯)角对顶板岩层初次破断特征和周期破断特征呈现出不同的影响.     

大倾角煤层大采高工作面顶板垮落规律研究

为了深入研究大倾角厚煤层大采高工作面顶板垮落特征,理论计算了25213大倾角大采高工作面顶板各岩层载荷,并采用理论分析、相似材料模拟实验和FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了25213工作面顶板垮落规律,初步确定了25213工作面直接顶初次垮落步距24m左右,基本顶初次垮落步距57m左右,基本顶周期垮落步距24m左右,对工作面后期的安全回采和矿压控制具有重要的借鉴意义。     

下保护层开采上覆煤层顶板破断规律研究

为研究下保护层开采上覆煤层顶板破断规律,以贵州某矿为工程背景,建立基本顶破断不同时期力学分析模型,推导破断临界条件及破断步距,构建物理相似模型反演顶板破断下沉历程,现场监测工作面顶板来压破断步距。研究表明：下保护层开采时上覆煤层直接顶随采碎冒,基本顶初次来压破断步距为20m、周期来压破断步距10m,破断角55°～65°;采空区上覆岩层塑性破坏区呈“梯形”结构,基本顶在空间上依次经历“离层-破断-垮落”有规律交替运动;顶板下沉时依次经历“稳定-加剧-饱和”3个阶段,最大下沉量21 mm,同一水平位置顶板下沉时呈“边坡”状分布;现场监测结果与理论分析、相似模拟结果基本吻合,工作面来压时需适当加快工作面推进速度以避免发生压架事故。     

夏店煤矿综采工作面矿压显现规律模拟

以夏店煤矿3111综采工作面为研究背景,采用数值模拟手段对工作面矿压规律进行了研究,得出坚硬顶板条件下采场上覆岩层的运动规律、采场矿压的基本参数等;当工作面未切眼放顶推进到50 m时,岩层整体破坏范围很小,顶板不会整体垮落;当工作面切眼放顶,工作面推进到30 m时,细砂岩岩层与工作面相交处的区域破坏基本上贯穿了整个细砂岩层,工作面初次来压步距约30 m左右。为工作面回采加强顶板管理提供了依据。     

采动影响下黄河北煤田顶板破断过程研究

为分析采动影响下黄河北煤田顶板破断过程,利用离散元数值模拟软件UDEC模拟黄河北煤田薄煤层采场顶板破断过程,得到薄煤层采场上覆岩层运动规律参数,即直接顶、基本顶初次来压步距和周期来压步距,结合相关理论进行对比分析,丰富和完善薄煤层采场上覆岩层运动规律,为采场顶板的控制设计提供依据。     

基于弹性基础梁模型的来压步距确定

在分析采场基本顶上覆岩层破断运移规律的基础上,建立了基于弹性基础梁的顶板受力模型,得到了工作面初次来压步距和周期来压步距的计算公式。结果表明:当基本顶以上岩层的极限跨距小于基本顶的极限跨距时,工作面初次来压步距等于顶板初次跨落步距,周期来压步距与上位岩层密度、厚度和抗拉强度等参数有关;当基本顶上一层顶板的极限跨距大于基本顶的极限跨距时,工作面的初次来压步距将是基本顶前2次垮落步距之和,周期来压步距的确定还与支架工作阻力有关。     

煤矸互层顶板大倾角大采高工作面覆岩活动规律相似模拟研究

为了弄清煤矸互层顶板大倾角大采高工作面覆岩活动规律,以新疆焦煤集团25213工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验方法研究了煤矸互层顶板大倾角大采高工作面覆岩活动规律。研究结果表明:25213工作面来压步距的变化范围为8~17m。与同倾角条件下的坚硬顶板大倾角大采高工作面相比,工作面来压步距较大,覆岩垮落形成冲击载荷的量级较大,工作面支承压力分布平稳且较大,上、下端煤柱支承压力峰值均较小。沿煤层高度方向,该工作面下位岩层运移量大于上位岩层;沿煤层倾向,该工作面中上部区域覆岩运移量大于下部区域。     

综采工作面回采过程中顶板破坏演化规律数值分析

在研究分析团柏煤矿地质条件的基础上,根据岩层的结构和顺序建立模型,应用F-RFPA~(20)数值模拟软件模拟11-101综采工作面回采过程中顶板破坏演化规律。根据数值计算结果,随着11-101工作面回采,顶板覆岩结构破断呈"压力拱"结构,直接顶初次垮落步距约为12m,垮落高度为2m;基本顶初次来压步距约为36m;基本顶周期来压步距约为18~24m。     

深井综放开采覆岩微震事件与支承压力关系研究

采用微震监测技术,结合采矿理论,分析了综采采场岩层破裂高度与上覆岩层运动、上覆岩层运动与支承压力、微震事件数量与支承压力之间的关系,并通过有限差分数值模拟进行对比。研究结果表明:工作面周期来压步距为36.3~38.7 m,平均为37.6 m;高位顶板来压步距为50.4~64.8 m,平均为57.6 m;最大的断裂高度为82.5 m,直接顶、基本顶、高位顶板分别为20、30、30 m。     

急倾斜厚煤层综放开采覆岩运动及安全开采模式研究

 摘 要：采场上覆岩层的变形、破断和离层等矿压显现是制约工作面高效安全开采的关键,针对默勒二矿主采煤层厚、倾角大等复杂条件,通过现场观测、相似材料模拟试验和数值模拟方法研究了放顶煤开采时工作面的矿压显现及上覆岩层运移规律。物理模拟直观地反映了工作面开采中煤层顶板的运移特点与支撑压力分布,数值模拟反映了巷道及采场周围的塑性范围和应力分布。理论及模拟结果表明：工作面开采中有明显的初次来压和周期来压,支架沿走向易向煤壁失稳,沿倾向易向工作面下方失稳。工作面压力集中体现在下顺槽与工作面相接及附近区域。试验工作面合理参数为：放煤步距0.8 m（两采一放）,采放比1:2左右,工作面采煤机割煤高度2.3 m。     

大倾角综放工作面矿压显现规律研究

大倾角煤层综放工作面的覆岩破断特征与矿压显现规律受倾角大、“三软”和其它地质条件等的影响,会出现支架钻底、煤壁失稳片帮、架间漏顶冒顶和支架咬架倒架等问题,严重影响工作面的安全正常生产。以汾源煤业大倾角煤层5-101综放工作面为研究对象,采用物理相似模拟实验和现场监测方法,分析大倾角煤层综放工作面覆岩运移破断特征、顶板垮落步距及矿压显现规律。研究表明：大倾角综放工作面受采空区矸石充填程度的差异非均衡性,下端头充填密实,基本顶形成“倾向砌体”铰接结构,上端头基本顶作为规则冒落带随割煤推进发生冒落,呈悬顶状态居多;基本顶向工作面正上方延伸扩展发生离层,中下部的上方区域离层量大于其他区域,顶板破断沿工作面倾斜呈起伏状。大倾角综放工作面顶煤松软,支架后柱空顶显现严重,整体压力偏低,正常推采期间支架长期处于低阻力运行状态。大倾角综放工作面不同区域顶板来压频次和强度差异性较大,两端区域顶板来压频次和强度要低于中部区域,工作面矿压显现呈现明显的“时－空－强”非对称特征。     

大倾角煤层开采围岩的力学行为研究

针对大倾角工作面上覆岩层运动和破坏特征、支承压力分布规律及其对开采的影响,以走向长壁大倾角综采工作面为工程背景,采用现场实测、理论建模及数值模拟等方法,研究了大倾角煤层开采顶板岩层的断裂机制,以及大倾角煤层煤壁前方和采空区倾向的最大应力集中系数、支承压力塑性区范围、顶板的来压步距、顶底板的位移量等特征。在获得大倾角煤层开采矿压特征基础上,提出工作面支架稳定性、设备防滑以及来压期间采场围岩的控制技术。对减少煤矿顶板事故、提高大倾角煤层开采的安全性具有一定的指导意义。     

大倾角煤层开采围岩的力学行为研究

针对大倾角工作面上覆岩层运动和破坏特征、支承压力分布规律及其对开采的影响,以走向长壁大倾角综采工作面为工程背景,采用现场实测、理论建模及数值模拟等方法,研究了大倾角煤层开采顶板岩层的断裂机制,以及大倾角煤层煤壁前方和采空区倾向的最大应力集中系数、支承压力塑性区范围、顶板的来压步距、顶底板的位移量等特征。在获得大倾角煤层开采矿压特征基础上,提出工作面支架稳定性、设备防滑以及来压期间采场围岩的控制技术。对减少煤矿顶板事故、提高大倾角煤层开采的安全性具有一定的指导意义。