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。     

大倾角煤层俯斜开采顶板破坏机理研究

以葛亭煤矿2317工作面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顶板运动规律、采场覆岩离层的产生、直接顶破坏规律以及基本顶结构动态演化规律。结果表明:大倾角俯斜开采基本顶初次来压步距约50m,周期来压步距约25m,比同等条件下工作面沿倾向布置时的来压步距较长;采场离层带呈"锐角三角形状",离层由下位岩层开始产生,形成组合结构向上有规律地运动;直接顶不规则冒落的岩石滑向工作面,对工作面不利,同时使原来是基本顶的岩层在工作面推进到一定距离后变成了直接顶,使直接顶位置上移,基本顶结构发生明显运动的区域主要处于倾斜中上部,其在垂直岩层层面内顶板的破断和运动是稳态的,并沿倾向向上位岩层发展呈"阶梯状"。     

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。     

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.     

大倾角煤层开采覆岩空间倾斜砌体结构

以大倾角煤层走向长壁采场为研究对象,采用相似材料模拟实验、数值模拟和理论分析综合方法,分析了采场顶板应力分布特征和变形破坏规律,认为大倾角煤层采场顶板破断后形成了倾斜砌体结构,该砌体结构以倾向堆砌和反倾向堆砌两种形式存在,且沿工作面走向和倾向均具有不同的分布特征,该结构的非均衡运动是导致"R-S-F"("顶板-支架-底板")系统失稳的主导影响因素,同时,该结构的运动形式亦受到上覆未垮岩层的变形破坏影响。倾斜砌体结构不仅是支护结构的施载体,也是"似壳结构"断裂失稳对工作面支护系统作用的传力媒介,对倾斜砌体结构的深入研究是探讨大倾角煤层采场"主承载结构"失稳致灾的关键。     

大倾角煤层开采围岩空间非对称结构特征分析

基于目前大倾角煤层开采研究成果和工程实践,结合理论分析、相似材料模拟实验、多元数值仿真技术结果,建立了大倾角煤层采场力学模型。分析认为,采场围岩具有非对称应力特征,岩层破坏易形成倾向堆砌和反倾向堆砌结构,且岩层沿倾向不同区域存在不同的破坏结构形式;同时,大倾角煤层采场存在三维“似壳”力学结构,其倾向和走向剖面包络形状可以用包含煤层倾角、开采高度、工作面倾斜长度、顶板岩性等参数非线性二次函数来表示。     

大倾角煤层长壁伪俯斜采场围岩应力演化及顶板破断特征

以绿水洞煤矿3132俯伪斜工作面为工程背景,研究了大倾角伪俯斜采场围岩应力演化、顶板破断及采场空间尺度特征。结果表明,大倾角伪俯斜采场围岩存在应力拱特性,沿走向呈对称性应力拱,沿倾斜方向呈非对称性应力拱;在工作面推进过程中,基本顶应力演化形态依次为楔形→倒立桃形→倒立梯形等主要形态;基本顶岩层在中上部区域呈拉、压破坏,在下部区域呈压破坏;伪俯斜采场支承应力峰值较真倾斜采场支承应力峰值略大,随开挖次数的增加支承应力峰值逐渐叠加产生累积效应;伪俯斜采场受顶板断裂、垮落"时序性"以及矸石充填"负约束效应"的影响,易形成空间尺度上大、下小的非对称性采场空间。     

大倾角大采高采场覆岩应力路径时空效应

为揭示大倾角大采高采场覆岩变形破坏的时空演化特征及应力路径效应,以2130煤矿25221工作面为研究背景,采用3DEC数值模拟方法,在对覆岩变形破坏时空演化特征的综合厘定与分析的基础上,提出了大倾角采场上覆岩层在采动应力作用下的扰动分区,量化了采场沿工作面走向、倾向及不同层位覆岩采动应力路径的空间演化规律,揭示了采场空间不同区域覆岩采动应力与断裂失稳过程中的对应关系。研究结果表明：在大倾角大采高开采中,重力-倾角效应作用下矸石呈现非均匀充填特征,导致覆岩垮落形态及顶板承载拱在采场空间均呈现出典型的跨层迁移转化特性,包络面内中上部区域“倒三角临空面+倾斜砌体结构+高位梯阶岩层”形成空洞现象,“高位梯阶岩层”失稳易诱发“倾斜砌体结构”同时断裂,对支架形成较大的冲击动载荷。工作面煤层开采导致采场上覆岩层的三向采动应力大小、方向均发生了显著变化。沿工作面走向,覆岩最大主应力演化先增大再减小,最小主应力则先减小再反向增大,最大和最小主应力沿推进方向的垂直平面内向采空区旋转,上覆岩层的极限平衡状态界面沿工作面倾斜方向呈非对称展布。沿工作面倾向,煤柱侧上方岩层产生应力集中,工作面上方岩层卸荷,覆岩层...     

大倾角煤层长壁开采顶板应力传递路径倾角效应

大倾角煤层安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而发现并揭示围岩采动应力的时空演化特征及其倾角效应是围岩稳定性控制的基础。以新疆某矿25221工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析与数值计算相结合的研究方法,在综合厘定与分析工作面矿压显现一般规律及其成因的基础上,研究顶板采动应力传递路径的时空演化特征及其倾角效应。结果显示：在大倾角煤层开采中,顶板采动应力随工作面推进的动态演化过程先后经历了增长期和稳定期,其对应支承压力峰值的演化呈现为先增大后趋于稳定的特征。受煤层倾角影响,顶板采动应力的三维传递演化沿走向对称、沿倾向非对称。在倾向剖面内,顶板应力的传递路径呈非对称拱形形态,且沿顶板自上而下,应力偏转位置由工作面倾向中轴线左侧逐渐向其右侧迁移,上覆岩层载荷以应力偏转界线为界,分别向倾向上、下侧煤体传递,造成倾向上侧支承压力集中系数大于下侧。在工作面走向剖面内,围岩应力的传递路径呈扁平拱形态,扁平拱两侧半拱形区域上覆岩层载荷除了向工作面走向两侧煤体传递外,亦向工作面倾向上、下侧煤体传递,而扁平拱中间直线段区域上覆岩层载荷主要向倾向上、下侧煤体传递。随着煤层倾角的增大,围岩应力传递演化的...     

Three-dimensional strata movement around coal face of steeply dipping seam group

Steeply dipping seam group, which has complex occurrence conditions, belongs to the steeply dipping seam. The research on the strata movement around the coal face not only improves safe production technology in practice, but also develops the mining theory. By using physical simulation experiments, numerical simulation and site test, the deformation, failure and movement of surrounding rock in longwall working face were analyzed. According to the analysis, characteristics of the seam group were formed which is different from the single seam. Asymmetry mechanics, sequential changes and imbalance of strata movement along the tendency working face were summarized. Furthermore, the features of upper and lower seams were different. The mining of the lower seam induced more complex strata movement along the strike. Multi-section mining disturbed surrounding rocks in larger areas than the single section mining did, which had an impact on and dynamic loading function to the support when mining the lower seam, and produced a great influence on the stability of support-rock system. Supported by the New Century Excellent Talents in University of China (NCET-04-972)     

大倾角大采高综采面倾向长度尺度效应分析

以大倾角大采高综采为背景,通过理论分析、相似模拟和现场实测,对大倾角大采高综采基于工作面倾向长度尺寸效应导致的围岩灾变机理进行了分析,研究认为大倾角煤层直接顶和基本顶运动的不协调性使得控顶难度加大,工作面直接顶沿倾向可分为充填稳定段、易溃屈段和滑移段结构,相应矿压显现特征则呈现典型的“弱-强-弱”分布,即溃屈段为矿压显现最强烈区域,也是影响矿压显现的主控因素,对于特定赋存条件大倾角煤层,其工作面长度存在“临界尺寸”,工作面支护强度的确定除满足直接顶岩层岩法向方向的自重和部分基本顶载荷外,还需满足上部直接顶滑移产生的附加载荷,其中阻止溃屈段顶板的离层是支护强度确定的主要依据。     

大倾角煤层变角度综放工作面开采覆岩运移规律

大倾角煤层变角度综放工作面受倾角变化的影响,覆岩运移、矿压显现规律更为复杂。针对枣泉煤矿大倾角煤层120210变角度工作面综放开采条件,采用物理相似模拟实验和现场监测方法,对比研究了大倾角煤层变角度工作面和单一角度工作面综放开采覆岩运移规律。研究表明:120210工作面受不同倾角的影响,覆岩运移规律较单一角度工作面差异大,上部区域倾角26°,覆岩运移特征表现出倾斜煤层开采的特征,基本顶以"悬臂梁"结构形式发生破断运动,顶板平均压力23.7 MPa,分布均匀;下部区域倾角44°,覆岩运移特征表现为大倾角煤层开采特征,顶板垮落的矸石沿倾斜滑移充填采空区,顶板平均压力29.5 MPa,分布不均、变化范围大;中部区域过渡段覆岩运移既有倾斜煤层又有大倾角煤层开采特征,顶板平均压力27.15 MPa,分布较均匀,是两者转换的关键区域。根据工作面不同倾角区域覆岩运移、矿压显现特征提出大倾角煤层变角度综放工作面开采围岩控制原则,并依据此原则提出工作面分区域顶煤放出量控制方法。     

近距离煤层采空区下工作面覆岩运动及矿压显现规律研究

为了掌握碾沟煤业近距离煤层采空区下2101工作面覆岩运动及矿压显现规律,采用数值模拟和矿压观测的方法对工作面回采过程中覆岩的运动规律和矿压特征进行分析。结果表明:2101工作面回采过程中,来压受到本煤层基本顶的破断结构和上部03号煤层基本顶铰接结构的影响,覆岩无明显的周期来压现象,液压支架能够满足使用要求。     

近距离煤层下层煤首采面矿压显现规律研究

文章以谢桥煤矿近距离煤层下层煤13116首采工作面为例,通过对近距离煤层开采过程中,工作面及上下顺槽的矿压观测,分析了近距离下部煤层的矿压显现特征、顶板运移规律、液压支架的性能和对该煤层顶底板的适应性及控制效果.并利用工作面的现场观测数据,进行数据拟合,对初次来压和周期来压期间支架载荷特征、工作面顺槽超前支承压力分布规律等进行了较为系统的分析,为后期开采上部8#煤层积累了经验.     

保德煤矿81504综放面支架工作阻力适应性分析

以煤层顶底板岩层力学参数为基础结合上覆岩层运移规律,研究工作面直接顶的岩层组成、顶板运动参数,构建合理的顶板结构模型.对顶板结构模型进行力学分析,定量的计算工作面支架的支护强度.已采81305工作面工程实践表明,工作面直接顶由3层岩层构成,直接顶总厚度为17.2 m,工作面老顶以粗粒砂岩为主,厚度6.7 m,工作面直接...     

大同矿区双系煤层开采煤柱影响下的强矿压显现机理

针对大同矿区石炭系煤层8105工作面过上覆侏罗系煤层采空区留设煤柱时的强矿压显现特征,采用理论与现场实测分析相结合的方法,对侏罗系煤层采空区煤柱的应力影响规律与石炭系煤层顶板的垮裂带范围进行了分析,得到了双系煤层开采煤柱影响条件下工作面强矿压显现的“煤柱-覆岩运动”联合作用机理。研究表明：侏罗系煤层采空区留设煤柱的水平与垂直应力较高,达10.5～13.5 MPa,应力集中区深度为40～70 m,剪应力波及范围达180 m;8105工作面顶板的垮裂带高度为150～170 m;工作面过煤柱时的强矿压显现是由采空区煤柱与煤层顶板垮裂运动联合作用的结果。     

一次采全高工作面矿压观测与显现规律

一次采全高的工作面采高增大,顶板活动空间增大、基本顶悬臂梁结构弯距加大,而使工作面上覆岩层冒落高度、裂隙带高度、工作面超前支承压力、侧向支承压力等都发生变化[1][2].以三元王庄煤业3043工作面一次采全高为例,通过钻孔窥视仪及矿压观测仪对其顶板岩性、矿压数据进行认真分析,得出了准确的岩层分布情况、矿压显现规律、回采巷道表面位移规律工作面的建议措施,能为推进煤矿一次采全高综采技术提供依据.     

厚土层浅埋煤层覆岩运动破坏规律研究

通过南梁煤矿首采工作面采前的实验研究和开采时的现场观测,分析了工作面顶板的移动、来压强度以及巷道变形破坏情况,总结了厚黏土覆盖层浅埋煤层单体长壁工作面的矿压显现规律．实验和观测表明,尽管其上覆岩层的力学强度比较小,煤层埋深浅,但工作面初次来压步距大,矿山压力显现剧烈,周期来压台阶下沉量大．在此基础上,提出了加强支护来预防顶板大面积垮落．这为实现厚黏土层覆盖浅埋煤层单体长壁工作面正常开采提供了可靠的理论依据．     

淮南某矿1111首采工作面瓦斯抽放方法的研究

淮南某矿1111煤层是高温、高压、高瓦斯,具有突出危险性的深井煤层。为保证回采过程中的安全,充分利用沿空留巷Y形通风条件,结合顺层钻孔、地面钻孔结合高位钻场顶板走向钻孔、倾向穿层钻孔抽采瓦斯及沿空留巷埋管抽采瓦斯,解决工作面瓦斯超限问题。