长壁矸石充填开采上覆岩层移动特征模拟实验

长壁矸石充填工作面采空区由于被充填材料占据,上覆岩层移动特征将不同于垮落法管理顶板,采用相似模拟和数值计算模拟工作面回采和矸石充填过程。通过改变支架初撑力和工作阻力、充填材料的夯实力,模拟不同充填率情况下上覆岩层应力变化和岩层移动特征,结合现场实测结果认识长壁矸石充填开采上覆岩层移动规律。研究发现：支架工作阻力对充填效果影响显著,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证足够的时间使更多的充填材料充进采空区,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。采空区内充填材料限制直接顶的变形、下沉以及冒落,直接顶以断裂和冒落为主,冒落后整齐地排列在采空区矸石上。基本顶以弯曲下沉形式随直接顶移动,上覆岩层冒落高度显著降低。     

综放工作面顶板缓慢活动支架增阻预测模型

检修和停产期间综放工作面顶板缓慢活动易引发压架灾害,预测检修和停产期间覆岩活动和支架工作阻力演化是相应压架灾害防治的关键。将综放工作面支架上方顶煤、直接顶和基本顶视作整体宏观顶板,引入广义开尔文模型模拟综放工作面宏观顶板的缓慢活动及其对支架工作阻力演化的影响,建立了综放工作面宏观顶板缓慢活动增阻预测模型。利用该模型预测了陕西宝鸡崔木煤矿303综放工作面液压支架工作阻力演化,分析了初撑力和宏观顶板性质对顶板缓慢活动和支架工作阻力演化的影响,结果表明:(1)宏观顶板缓慢活动增阻预测模型能较好地预测工作面检修和停产期间支架增阻。(2)模型中参数E₂描述了宏观顶板的软硬。E₂越大,宏观顶板越坚硬,初撑后宏观顶板下沉量小,支架增阻力也小。(3)初撑力增加,宏观顶板的E₂值近似线性增加,支架增阻力近似线性减小。增大初撑力,能够提高宏观顶板的完整性,降低宏观顶板缓慢活动引起的增阻力。(4)宏观顶板黏滞系数η主要影响支架工作阻力随时间演化曲线的形态。η越大,支架阻力演化曲线收敛越慢。(5)将多个支架(或循环)的计算参数均值与本文宏观顶板...     

残煤复采工作面支架初撑力与工作阻力确定

对于旧采采用"挖顶弃底"方式所残留的复采工作面,由于其顶板为采空区-煤柱不规则交错状态,工作面支架初撑力与工作阻力的传统确定方法不能适用。考虑到顶板上方为完全采空状态的复采工作面初撑力过高易顶破顶煤以及顶板上方的残留煤柱,存在集中应力与工作面老顶垮落等影响因素,运用相应的力学模型分析其支架-围岩关系,计算采空区与煤柱2种不同状态顶板下方复采工作面支架初撑力与工作阻力,给出的计算公式在现场工程实践中得到验证。     

综采工作面支架与围岩双周期动态作用机理研究

为揭示液压支架与围岩的动态作用机理,将工作面开采过程分为若干个顶板活动周期,将每一个顶板活动周期分为若干个采煤循环周期,在研究支架载荷变化特征的基础上,综合"砌体梁"理论、弹性基础梁理论以及牛顿第二定律,提出了支架与围岩在双周期内的动态作用模型。在顶板活动周期内,研究认为"砌体梁"结构中的关键块A触矸是判断循环末阻力变化趋势的关键节点,关键块A触矸前循环末阻力逐渐增加,触矸后逐渐减小。在采煤循环周期内,研究认为"砌体梁"结构主要由煤壁、液压支架和采空区矸石组成的不同弹性模量支撑体共同承担,根据增阻特征的不同,将采煤循环内支架与围岩的作用过程分为给定变形和给定载荷两个阶段研究,提出了液压支架动态增阻函数,认为在给定变形阶段液压支架时间序列曲线符合对数函数,在给定载荷阶段符合指数函数。通过寺河矿及新元矿综采工作面实测数据分析,认为现场实测与理论分析结果一致。以上研究成果可为顶板灾害预测预报及顶板岩层控制实践提供参考。     

大倾角煤层长壁开采覆岩走向受载与破坏特征

对围岩的有效控制是大倾角煤层长壁工作面安全高效开采的关键,以2130煤矿25221大倾角综采工作面为研究背景,采用"理论分析+模拟实验+现场监测"相结合的研究方法,在对工作面矿压显现规律及其成因综合厘定与分析的基础上,通过构建采空区矸石充填模型和顶板走向力学模型,系统研究了采空区矸石的非均匀充填特征及其非均衡约束下工作面倾向不同区域顶板沿走向岩体结构的受载与失稳特征。结果显示,采空区矸石充填特征在工作面走向和倾向均呈现出非均匀性,在工作面倾向中上部区域支架后方采空区底板上易形成倒三角自由面,且其非均匀性随着煤层倾角、采高和工作面长度的增大而增大。在垮落矸石非均衡约束效应影响下,顶板的受载与变形破坏特征不仅在工作面倾向具有明显的非对称特性,倾向不同区域顶板沿走向的受载与变形破坏特征及其所形成围岩结构的基本形态之间亦存在显著差异。沿工作面倾向自下而上,受采空区矸石充填量与密实程度逐渐减小、矸石与支架间距离逐渐增大的影响,采空区充填矸石对工作面围岩稳定的贡献度逐渐减弱,围岩的运移空间、频次和幅度等逐渐增大,围岩结构的稳定性逐渐减弱,支架的受载量及其变化幅度逐渐增大,"支架-围岩"系统的稳定性...     

基于薄板理论的急倾斜工作面顶板初次变形破断特征研究

根据急倾斜煤层工作面顶底板地质赋存条件以及冒落矸石对工作面中下部采空区的充填特征,利用弹性薄板小挠度理论,建立了急倾斜工作面顶板的受力力学模型,研究了顶板在上覆岩层和下方充填矸石作用下顶板挠曲变形特征,得到急倾斜工作面下部采空区充填带宽度的理论计算公式和顶板变形挠度方程,结合龙煤集团七台河新铁煤矿工作面实际开采参数,分析出急倾斜工作面中上部顶板受力变形较大,下部顶板变形较小,最大挠度点距工作面上端头24 m处,最大变形量为320 mm,工作面中上部前方煤壁和后方煤壁处、上部顶板和中下部冒落矸石接触处将首先出现拉伸或剪切破坏,最后将形成"U"字型破断。研究结果与实际顶板受力变形相符。     

8.8 m超大采高工作面支架与围岩相互作用关系

8.8 m超大采高综采工作面一次开采高度及开采强度大,采场围岩控制困难。采用立柱压力传感器、位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测,对工作面矿压显现规律、支架工作阻力循环曲线、顶板下沉量及割煤循环内下沉曲线进行了分析,对支架工作阻力、初撑力、支架刚度与顶板下沉关系进行了研究。研究结果表明：超大采高工作面开采具有来压区域性明显、来压急增阻、非来压恒阻、大小周期来压的宏观特征;工作面顶板下沉具有明显的时空差异性,空间上呈现工作面“两端小-中部大”的特征,时间上呈现来压期间大、非来压期间小的特点;工作面支架ΔF-T和顶板下沉ΔS-T均化循环曲线具有高度的一致性,来压期间2者均呈对数-大斜率线性复合增长,非来压期间呈现近常数或小斜率线性增长;顶板下沉与支架工作阻力呈线性对应关系,随支架工作阻力的增加而增大,安全阀开启后,顶板下沉速度明显增大,最大下沉速度为安全阀开启前的4.3倍,安全阀长时开启时顶板下沉速度由急增逐渐过渡至缓增状态,ZY26000/40/88液压支架在来压期间一定时间内可以将顶板下沉控制在一定的范围内,但并不能阻止其继续下沉;初撑力及支架刚度大小对...     

综放工作面顶板来压规律及其控制

为保证工作面来压期间的安全回采,根据实测常村煤矿3205综放试验工作面支架初撑力、循环末阻力、时间加权平均工作阻力及其分布频率等情况,得出工作面平均周期来压步距15 m,采用深孔爆破技术对来压期间的工作面顶板进行放顶,爆破放顶后,来压期间采空区顶板全部跨落,采空区充填严实。     

多采空区下坚硬厚层破断顶板群结构的失稳规律

为弄清多采空区下坚硬顶板群结构的破断失稳对工作面矿压的影响,根据大同矿区多采空区坚硬厚层破断顶板群的赋存条件,采用理论分析、相似模拟实验和现场实测分析相结合的研究方法,对多采空区破断顶板群结构的失稳规律及其对工作面来压的影响进行了研究探讨。研究表明,多采空区下坚硬厚层破断顶板群结构的失稳具有一定的概率特征;采用威布尔多参数分布函数对破断顶板群结构的失稳形式具有很好的描述,并建立了近距离煤层群多采空区顶板群结构的失稳模型,确定了大同矿区坚硬顶板群结构的失稳参数,得到了侏罗系煤层群顶板结构的失稳率;通过对大同矿区永定庄煤矿15号煤层端头及中部位置矿压和支架阻力的实测分析表明,工作面上方破断顶板群结构的失稳率与工作面支架阻力大小具有相关性,验证了工作面坚硬厚层破断顶板的失稳规律。     

邻空厚煤层高强度开采工作面煤壁失稳机理

针对西部矿区高产高效厚煤层工作面邻空开采时煤壁大面积失稳的问题,在现场调研的基础上,通过工作面液压支架工作阻力分析、顶板悬顶钻孔探测相结合的方法,研究了邻空高强度开采工作面煤壁失稳机理。结果表明：(1)工作面推进到相邻采空区附近,采空区侧煤层顶板失去支撑是引起煤壁失稳的主要原因;(2)工作面邻空开采时,靠近采空区一侧的液压支架工作阻力升高,且工作阻力与煤壁片帮次数呈正相关;(3)工作面邻空开采,采空区侧煤柱上方存在悬顶,煤柱进入塑性阶段失去支承能力使得侧向支承压力峰值移向煤壁,从而引起煤壁失稳。研究成果可为西部矿区邻空开采生产设计、矿压理论研究提供借鉴。     

基于海量矿压监测数据的采场支架与顶板状态智能感知技术

超前感知综采工作面顶板来压并预判冒顶事故、自主评价支护参数的适应性,是提高综采工作面安全高效及智能化水平的基础。围绕综采工作面支架与顶板状态智能感知的核心问题,基于综采工作面电液控制液压支架海量监测数据,开发了综采工作面支架与顶板状态智能感知系统(SSRI);结合大数据挖掘及工作循环分析技术,提出了用于支架压力分析的多因次工作循环特征参数;研究了安全阀开启、割煤及邻架移架、地质等多种因素影响下的单台支架承载特征及支架群组载荷转移分布规律;在深入解读支架阻力及活柱下缩时序曲线所蕴含的支架与围岩相互作用关系的基础上,构建了支架与顶板状态智能感知模型,实现了对顶板来压的预测、冒顶预警、支架适应性及支护质量评价,初步建立了基于海量矿压监测数据的采场支架与顶板状态智能感知技术体系。结果表明:①额定工作阻力不应作为评价支架承载能力的惟一或主要指标,初撑力、额定工作阻力及安全阀开启特性等参数共同决定了支架的承载特性及承载能力;②充分挖掘分析海量矿压监测数据,可以实现采场顶板灾害智能预警、支护质量评价及故障诊断等研究目标;③对海量监测数据的深入分析与利用是实现综采工作面支架围岩耦合自适应控制、支护参数自适应调整等智能化开采目标的前提与基础。     

采场厚硬顶板破断失稳与能量聚散演化研究

针对采场厚硬顶板强矿压问题,在采场厚硬顶板采动失稳影响特征分析基础上,运用力学理论构建采场厚硬顶板采动承载力学模型,分析采场厚硬顶板采动承载状态及能量积聚演化发布规律,从能量转化角度分析采场厚硬顶板破断致积聚能量释放与强动压显现关系,推导出工作面液压支架动载响应估算方程,揭示厚硬顶板破断失稳强矿压显现影响特征。研究结果表明,1)厚硬顶板在破断失稳前处于覆岩承载状态和自身弹性势能积聚,在破断瞬间显现略高于重力作用的加速运动失稳,加之悬伸跨度较大,导致厚硬顶板条件工作面动压显现尤为强烈;2)悬伸跨度、上覆岩层荷载是厚硬顶板采动承载和能量聚散演化的关键影响因素,上覆岩层荷载、自身厚度和强度是厚硬顶板极限悬伸跨度的关键影响因素;3)在工作面液压支架动态阻力响应的力源构成中,厚硬顶板破断积聚能量释放所形成的动态阻力占比最高,上覆岩层荷载做功转化所形成的动态阻力占比次之;4)在工作面液压支架动态阻力响应的影响因素中,厚硬顶板的悬伸跨度、上覆岩层荷载起直接加剧影响,岩层厚度增加厚硬顶板极限悬伸跨度,进而间接加剧动态阻力响应,直接顶厚度可对动态阻力响应起缓冲降低作用,支架控顶距的加剧影响程度不明显。     

永新煤矿A503工作面矿压监测结果分析及其控制

为了保证工作面来压期间的安全回采,根据永新煤矿A503工作面支架初撑力、循环末阻力、时间加权平均工作阻力和其分布频率等情况,测出工作面平均周期来压步距为15 m,采用深孔爆破技术对来压期间的工作面顶板进行放顶,当爆破放顶后,来压期间采空区顶板全部跨落,采空区充填严实。     

浅埋煤层长壁开采支架阻力及安全界限

依据浅埋煤层矿压显现特征,给出浅埋煤层长壁开采工作面支架合理工作阻力及安全界限的确定方法。工作面支护强度的提高,相当于增加关键层下方工作面处的变形刚度k值,可使基岩层关键层破断距有所减小,顶板的破断位置偏向采空区,顶板台阶下沉范围和下沉值均减小。     

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。     

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...     

青山矿滑移顶梁液压支架使用效果探讨

1　前言　　控制采场矿压的一个基本手段就是回采工作面支架。回采工作面支架是平衡回采工作面顶板压力的一种构筑物。由于回采工作面支架形成的构筑物必须与开采后形成的上覆岩层大结构相适应。由于支架是处在对上覆岩层形成的支撑体系“煤壁—支架—采空区已冒落矸石”之中 ,煤壁相对来说具有较大的刚性 ,采空区已冒落的矸石则具有较大的可缩性 ,支架处于这两者之间 ,故支架应具备以下两个特性 :一是必须具备一定的可缩性 ;二是必须具有良好的支撑性能 ,即支架支撑力与支架可缩量的关系特征。因此 ,支架的性能将直接影响支架受力的大小。…     

初撑力与顶板管理

煤矿生产最主要的一项内容是顶板管理。回采工作面的支护材料及支护设备的发展经历了木支护、金属摩擦支柱、单体液压支柱和液压支架。木支柱由于损耗量大且不利于回采工艺的机械化，金属摩擦支柱由于操作复杂初撑力低等原因都逐渐淘汰。现在大多数回采工作面使用单体液压支柱和液压支架。l支护材料及设备的初撑力与项报管理的关系初撑力是指当活柱在工作液体作用下升起时对顶板的作用力。一般情况下初撑力高比低要好，初撑力高能使支柱（支架）很快达到工作阻力，减少支柱（支架）由初撑力达到工作阻力的过程中所产生的初始弹性压缩量，缩…     

张集矿1121(1)综采工作面对接后初次放顶矿压观测分析

通过对张集矿1121(1)综采工作面初放和正常开采期间工作面的矿压进行观测,分析工作面的液压支架初撑力和最大工作阻力以及顶板来压等矿压显现规律,为后期工作面的支架选型以及初放期间工作面的安全生产和顶板管理提供科学的参考依据。     

房式采空区下长壁回采顶板垮落特征研究

以鄂尔多斯地区房式采空区下煤层长壁开采为主要研究对象,采用支架工作阻力观测、理论分析了房式采空区下煤层长壁开采围岩应力场的分布和顶板的垮落特征,根据采场支架工作阻力的分布特征,认为房式采空区上部覆岩在一定的采高范围内存在上部大结构,综采工作面顶板及上方煤柱形成小结构,上部覆岩大结构与下部顶板小结构垮落的不同周期性,将会引起工作面周期来压的不等距和来压强度的不等强性。