急倾斜煤层机械化开采合理支护强度的研究

根据太平煤矿11#煤层的地质条件,为保证液压支架能够满足工作面的支护要求,分别采用估算法、倍数岩重法和统计类比法计算急倾斜煤层液压支架的支护强度（分别为288,152,318 kPa）。应用数值模拟软件对太平煤矿11#煤层急倾斜综采工作面支架支护合理强度进行模拟分析,给出了工作面顶板初次来压期间顶板下沉量与时间关系曲线及顶板下沉量与支护强度关系曲线,得出工作面支架的合理支护强度为0.4 MPa。根据3种计算方法,并对照数值模拟结果选取最大值,将急倾斜煤层走向长壁液压支架的支护强度定为400 kPa。     

基于顶板结构模型的液压支架支护强度计算

工作面顶板结构模型是回采工作面上覆岩层运动规律的直观量化表现,根据工作面顶板结构模型,可以对液压支架的支护强度进行计算,从而确定液压支架的工作阻力。该文根据某矿工作面地质条件,在确定该工作面顶板结构模型的基础上计算了液压支架的支护强度为P'T=1.62~1.69MPa。     

河畔煤矿工作面矿压规律与巷道稳定性研究

针对河畔煤矿2001工作面高瓦斯突出,以2001回采巷道作为研究对象,建立FLAC3D围岩移动—变形数值模型,通过模拟回采面上覆岩层移动—变形过程,阐述回采工作面围岩随采动影响下的变形、移动、破坏特征。模型数值计算研究分析得出,控制回采工作面煤壁和上覆岩层的移动—变形的有效措施是提高工作面被动支护支架的刚度与强度,合理减小煤壁及覆岩自身承压应力,数值分析确定工作面被动支护强度1.2 MPa为最佳支护强度参数。     

浅埋超大采高工作面覆岩“切落体”结构模型及应用

针对浅埋煤层矿压显现强烈,易于发生切顶压架事故的问题,以神东矿区浅埋煤层为例,统计分析了7个矿、30余个综采工作面矿压数据,结果认为,与普通埋深及深部煤层相比,浅埋煤层工作面液压支架载荷大、周期来压步距短、动载系数大。采用钻孔位移计实测分析了上湾矿8.8 m超大采高工作面覆岩破断及地表岩移特征,破断位置位于工作面后上方,各层位测点呈整体同时破断,破断范围快速波及地表,当工作面推进11 m后,距顶板26 m处测点最大下沉量227 mm,当工作面推进296 m后,地表最大下沉量5.89 m。对比分析覆岩破断与液压支架工作阻力的对应关系,认为覆岩破断后没有直接与采空区矸石接触,而是形成某种结构并产生缓慢下沉现象。采用相似模拟方法分析了上湾矿8.8 m超大采高工作面覆岩破断及运动规律,认为正常情况下,呈整体同时破断的块体能够相互铰接并形成结构,当支护质量不足或者遇到地质异常区时,结构易发生整体滑落失稳,导致工作面压架事故。基于以上认识,提出了浅埋超大采高工作面覆岩"切落体"结构模型,分析了切落体结构的稳定条件及失稳类型,认为浅埋煤层覆岩呈整体切落式破断,形成以滑落失稳为主的铰接结构。研究得到了液压支架合理工作阻力计算公式,并以上湾8.8 m工作面为例进行了验算,结果表明,基于"切落体"结构计算的支架工作阻力能够满足工作面顶板支护要求。"切落体"结构为浅埋煤层液压支架合理工作阻力确定提供了理论依据,丰富了浅埋煤层开采岩层控制理论。     

曲堤煤矿下分层工作面顺槽布置及支护参数研究

结合曲堤煤矿实际,研究了上分层开采后下分层工作面顶板的应力状态变化情况。在理论分析和计算的基础上,确定了下分层工作面顺槽与上分层工作面顺槽的内错距离为5 m。上分层工作面回采后改变了下层煤开采时的覆岩破断和移动特征,上覆岩层已遭受了大范围的破断和运动,整体性和稳定性发生了变化,下层煤开采时,覆岩将没有周期来压或者周期来压不明显、工作面超前支承压力较小、应力集中程度降低、支承压力分布平缓、工作面顶板压力不大。根据矿压理论,计算的工作面支架承受的最大压力为2 904 k N,小于曲堤煤矿选择的液压支架额定工作阻力3 200 k N,可满足回采工作面顶板支护要求。     

浅埋煤层工作面弱胶结顶板破断结构模型研究

通过对鄂尔多斯盆地矿井2-2煤层综采工作面支架循环末阻力增长规律分析,建立浅埋煤层工作面弱胶结顶板破断结构模型,推导了工作面顶板不同运动阶段综采支架支护强度计算公式,并与现场观测结果进行对比。研究发现浅埋煤层弱胶结顶板中存在着由若干小断块岩块挤压构成的"岩块挤压岩梁",这部分岩层可称为"类基本顶",其不仅能够传递水平力,而且可起到减缓上覆岩层对支架的冲击作用;在浅埋煤层工作面开采期间,弱胶结顶板破断运动过程可分为3个阶段:阶段I,直接顶垮落,上方砂质泥岩断裂、挤压、离层;阶段II,类基本顶"岩块挤压岩梁"结构形成阶段;阶段III,基本顶冲击沉降阶段;随着工作面推进,液压支架循环末阻力增长过程也呈现工作阻力初次升高段、缓慢升高段和显著升高段3个阶段。研究可为鄂尔多斯盆地浅埋煤层工作面顶板控制设计、支架选型等提供借鉴和参考。     

液压支架阻力与开采高度关系的数值模拟研究

基于连续离散元理论方法对长壁开采工作面进行数学模型建立,通过数值模拟得出支护阻力和覆岩移动的动态耦合关系。以寸草塔煤矿工作面为工程研究案例,根据实际地质条件和运行特征通过CDEM数值模拟软件建立了二维数学模型,研究得出了煤矿开采过程中不同开采高度对顶板垮塌过程,覆岩运移规律特征,覆岩平衡稳定状态以及支护阻力和围岩耦合关系的影响。通过分析数值模拟结果,可以得出不同开采高度后的支架阻力变化的内部影响因素,并且从模拟结果还可以得出不同开采高度和支护阻力的定量关系。     

大倾角厚煤层放顶煤开采覆岩活动特征

为了分析13102工作面放顶煤开采后的覆岩活动特征,本文采用UDEC数值模拟的方法对仰斜开采放顶煤开采后的覆岩活动特征进行研究。模拟结果显示,随综放工作面的不断向前推进,工作面直接顶随采随冒,基本顶也将不断的破断和垮落,但基本顶回转量较大,破断顶板相互间未能铰接形成"砌体梁"结构,致使综放工作面矿压显现较为剧烈,从而导致综放工作面液压支架的工作阻力呈现较大值,尤其是液压支架的尾部受到顶板压力较大。     

基于铁木辛柯梁理论的端面冒顶机理及相似模拟试验研究

为研究端面冒顶机理及支架与围岩相互作用关系,采用铁木辛柯梁理论建立了工作面直接顶稳定性力学模型,并开发了新型分布式顶梁荷载监测系统和数字图像覆岩位移监测系统,开展了端面冒顶及覆岩切落大比例相似模拟试验,获得了不同因素影响下的工作面顶板变形变化规律,以及端面顶板冒落全过程、覆岩位移场演化规律和液压支架工作阻力曲线。研究结果表明：提高支架刚度或当直接顶弹性模量较大时,工作面顶板挠度和转角显著降低;随着煤层埋深的增大,工作面顶板挠度和转角变形参量也逐渐增大。直接顶岩层泊松比与直接顶的变形成正比,但对工作面顶板稳定性影响较为有限。根据模型试验中端面顶板(煤)的稳定性将相似模拟工作面的推进过程划分为端面稳定阶段、端面冒顶阶段和覆岩垮落阶段。在端面稳定阶段,顶板逐渐破碎且切顶线前移至支架上方,造成支架低头和接顶不实,支架最大工作阻力由2.5 kN逐渐降低至1.7 kN;在端面冒顶阶段,端面冒顶向上延展并发生3次冒落,冒落形态由“扁梯形”演化为“三角形”,工作阻力进一步降低为1.3 kN;在覆岩垮落阶段,支架上方岩层沿煤壁发生整体切落并向采空区倾倒垮落,模型支架模拟出现场完整的增阻过程,工作阻力增加...     

确定支架合理支护强度的数值模拟方法

以支架和围岩的相互作用关系为理论依据,利用FLAC3D数值模拟软件对液压支架合理支护强度的确定方法进行了研究,提出了两种方法来确定液压支架的支护强度,一种是以工作面控顶区岩(煤)体的下沉量来判断支架的合理支护强度,另一种是以顶板(煤)对支架的直接作用力来判断合理的支护强度,并结合现场应用实例说明了两种方法的合理性.     

充填体协同支架控顶效应研究

固体充填开采中充实率是控制岩层移动的关键,充填工作面中煤壁、液压支架与充填体形成体系协同承载上方载荷、控制顶板变形,该体系中支架的合理工作阻力与充实率密不可分。基于充实率与岩层破断关系,建立了煤壁-支架-充填体耦合控顶力学模型,给出了高、低充实率(kg=4.16×108,kg=2.15×107 N/m3)下支架立柱的合理工作阻力公式,分析高、低充实率下顶板的变形和受力特征受上覆岩层载荷、煤壁地基系数与支架工作阻力的影响规律,研究结果表明:由于不同充实率导致工作面覆岩破断结构形态不同,充填支架工作阻力与充实率并非为线性正相关;相比煤壁地基系数、支架工作阻力,采空区上方载荷对顶板变形、弯矩分布影响较为显著。     

厚煤层综放开采矿压显现规律及支架选型优化

针对厚煤层综放开采矿压规律研究不足带来的支架选型不合理、煤壁片帮、端面冒顶等问题,以某矿1109综放面为研究对象,分析该矿综放开采覆岩位移和应力分布规律,进行液压支架选型及参数确定,采用现场实测对支架适应性分析。研究表明:随工作面推进,顶板下部岩层发生拉破坏,顶板破坏高度不断增大,冒落带高度为28.1m～33.2m;在工作面前方煤壁为应力增高区,出现应力峰值,达到18MPa;综合分析,确定采用ZF6400/17/32型液压支架支护顶板,全部垮落法管理顶板,支架间距为1.5m。现场试验结果表明:该支架工作阻力较好地满足工作面支护强度要求,具有良好适应性。     

大倾角大采高综采面覆岩移动特征及顶板稳定性控制

为控制大倾角大采高综采工作面顶板稳定性,通过数值模拟、理论分析、工程实践等研究方法,研究大倾角大采高综采工作面覆岩移动特征及矿压显现规律,分析大倾角大采高综采工作面支架与覆岩移动关系,进而找出改善顶板稳定性控制的合理方法。在此基础上,针对某矿3上509工作面的具体条件,就控制顶板稳定性,提出对液压支架的要求,而且采取了变换移架方式、超前移架、在支架底座增设底调和调架千斤顶以及在顶梁与顶板之间增设金属网等控制顶板稳定性的具体措施。对同类开采条件下的矿井有较好的指导借鉴意义。     

固体充填采煤矿压显现规律及机理分析

针对五沟煤矿邻近工作面垮落法和固体充填法2种不同采场顶板管理方式采煤,基于现场矿压显现实测结果,对比研究了同一地质条件下2种采煤方式工作面矿压显现规律。结果表明:1013垮落法开采工作面初次来压步距28 m,支架支护强度0.6 MPa,支架安全阀开启率为5%~9%,采场应力集中系数为3.76,采场覆岩"三带"特征变化,覆岩裂隙发育高度45 m;而CT101充填工作面,初次来压步距58 m,支架支护强度0.5 MPa,支架安全阀不开启,采场覆岩"两带"变化,覆岩裂隙发育高度10 m左右。在分析两者矿压显现特征的基础上,通过力学分析及数值模拟方法,对不同充实率下采场矿压显现特征、机理进行了研究,对现场实测结果进行了验证。     

部分充填采煤法工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律研究

为了研究部分充填开采下工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律,本文以新桥矿为工程背景,拟通过PHASE 2D有限元软件建立相应的数值模型,研究了支承压力分布规律、工作面前方煤体塑性区发展规律、工作面顶板下沉量和覆岩移动规律.研究结果表明:工作面前方支承压力先增大再减小,最后趋于稳定,应力集中系数峰值为1.8;工作面前方燥壁破坏范围随工作面推进逐渐增大,并最终稳定在2m;工作面燥体前方直接顶的下沉量较小,而工作面煤壁后方直接顶的下沉量较大,直接顶下沉量最大为22 mm左右;覆岩垂直位移随工作面推进距离增大而增大,最大垂直位移为66mm左右.     

固体充填采煤沿空留巷顶板下沉影响因素研究

为研究不同因素对固体充填采煤沿空留巷顶板下沉的影响,分析了固体充填采煤沿空留巷的覆岩移动特征,基于Winkler地基假设,建立沿空留巷顶板力学模型。以济三煤矿63下04(南)-2运矸巷为工程背景,分析探讨巷道宽度、巷旁支护阻力、巷旁支护体宽度、采空区充实率与巷道上覆顶板下沉的关系,结果表明:顶板下沉量随巷道宽度的增加而增加、随巷旁支护阻力增加而减小、随巷旁支护体宽度增加而降低、随充实率的增加而降低。现场实践中,巷道宽度4.2m,巷旁支护体宽度4.5m,采用锚带网联合支护对巷道进行加固,采用垒砌矸石墙加混合充填体的综合支护方式进行沿空留巷的巷旁支护,实测得工作面后方留巷巷道两帮最大移近量230mm,顶板最大下沉量300mm。     

ZYB4400型液压支架在近距离薄煤层工作面适应性分析

分析了煤峪口矿14号层408盘区近距离薄煤层工作面顶板及上覆11号、12号合并层采空区冒落情况分析,计算了408区采用ZYB4400/8.5/18液压支架载荷及支护强度,实测了支架载荷及支护强度,分析验证了ZYB4400/8.5/18液压支架在14号层408盘区近距离薄煤层工作面采场的支撑能力.     

充填采煤液压支架工作阻力设计方法研究

本文分析了现有固体充填液压支架的结构及控顶特征,阐述了顶板条件、支架结构、充填密实程度和支架工作状态等关键影响因素对工作阻力的影响机制,建立了顶板-充填液压支架-充填体协同控顶力学模型,提出支架工作阻力的设计流程和方法:通过建立覆岩整体运动模型并结合临界充实率判断覆岩破断状态得到工作面顶板平均载荷大小,通过构建充填支架顶梁受力模型并求解立柱载荷比确定支架顶梁载荷形式,最后求解支架力学平衡方程得到充填液压支架的工作阻力。采用本方法设计了新巨龙煤矿1303N-1#充填工作面充填支架工作阻力。研究可为充填液压支架的选型设计提供理论支撑。     

大倾角松软煤层综放开采矿压显现规律研究

为了探讨大倾角松软煤层综放开采顶板活动规律,运用物理相似模拟试验与现场实测相结合的方法,研究了覆岩运移特征、顶板垮落步距及矿压显现规律。结果表明:覆岩下沉曲线呈非对称性,最大下沉量随高度增加而减小;工作面上段矿压显现强于中段,下段最弱,且两端头来压时间滞后于中部来压;工作面巷道支承压力最大值位于超前工作面17~25 m,超前工作面约40 m范围内应重点加强支护。试验结果与现场观测基本相符,为工作面支架选型提供了依据。     

充填率对覆岩沉降及工作面超前支承应力影响研究

采用FLAC~(3D)数值软件建立了充填开采的数值模型,研究了不同充填率下覆岩沉降、顶板支承应力峰值和工作面超前支承应力的变化关系。研究表明,充填体有效降低了顶板的垮落高度,对围岩起到较好的支承作用,减小了覆岩沉降和矿压显现程度,且充填率越大,覆岩最大下沉量、基本顶最大支承应力及超前支承应力越小,但当充填率超过80%时,减小的幅度明显降低,各变化曲线趋于平缓。