利用板模型和梁模型计算首采工作面来压步距

济宁二号煤矿153上01工作面为十五采区首采工作面,工作面回采中直接顶垮落步距,老顶初次来压步距无同采区参照,在掌握工作面直接顶、老顶厚度及岩性的条件下,本文主要阐述工作面回采前,利用板模型和梁模型对直接顶垮落步距、老顶初次来压步距进行计算,推算出直接顶、老顶初次步距,有利于在工作面直接顶垮落及老顶初次来压前做好预测预报工作,确保来压期间的安全。     

综采工作面顶板厚度确定及支护强度的选择

以单侯矿6103N综采工作面为实例,利用平时实测数据及冒高公式、充满采空区所需直接顶垮落厚度公式等来确定直接顶、老顶的厚度,从而利用工作面直接顶初次垮落期间、老顶初次来压期间所需的支护强度及经验公式来判断所选支架是否满足矿压要求。     

水平工作面老顶初次来压步距计算及瓦斯抽放巷道位置确定

 以黄沙矿2上煤层为工程背景，采用结构力学中的力法对试验工作面的老顶初次垮落进行了力学分析。通过建立老顶-工作面基本力学模型，分析老顶首次破断时的极限弯矩，得出老顶初次垮落步距l的求解方程，计算出老顶初次垮落步距为22.4m，并利用采动裂隙椭抛带理论为瓦斯抽放巷道位置的选择提供预测和理论支持。     

较坚硬火成岩老顶损伤垮落步距的计算预测

结合淮北矿务局杨庄煤矿Ⅲ532综采工作面坚硬难放火成岩顶板特征,分析计算了不同荷载下损伤前后老顶初次垮落步距值,得出工作面强放失败的原因,损伤后计算值与现场测试结果较为一致,为后续工作面放顶工作开展提供了重要的技术支撑,该方法对于类似条件下的老顶垮落研究具有理论和工程指导意义.     

定向水力压裂技术在7806切眼的应用

中厚煤层多采用综采放顶煤开采方式。在初采过程中,随着回采工作面的不断推进,老空区的悬顶面积不断增大,初次来压前,容易出现压架现象。潞安五阳煤矿7806工作面老顶为细粒石英砂岩,难以冒落,采用定向水力压裂技术应用在该工作面。实施压裂后工作面推进大约9 m时,观测到直接顶开始垮落;推进12 m时,部分老顶垮落;推进16 m时,老顶全部垮落。通过定向水力压裂顶板预裂试验,缩小了顶板初次垮落步距,有效防止了大面积顶板垮落带来的隐患,实现了工作面初采期间安全、高效生产。     

路天煤矿1604综放工作面的相似材料模拟

根据相似理论及1604工作面的地质条件,建立300m超长工作面的相似模型,在模型上开挖巷道,观察其直接顶垮落规律,老顶、直接顶初次来压,周期来压步距。并在实验的基础上探讨了放顶高度,以提高回采率。     

路天煤矿1604综放工作面的相似材料模拟

根据相似理论及1604工作面的地质条件,建立300m超长工作面的相似模型,在模型上开挖巷道,观察其直接顶垮落规律,老顶、直接顶初次来压,周期来压步距。并在实验的基础上探讨了放顶高度,以提高回采率。     

3109综采面覆岩垮落、裂隙带模拟与结果分析

工作面开挖后,上覆岩层将发生破断及垮落.为获得3109综采工作面覆岩垮落、裂隙带高度,本文采用相似模拟方法试验了工作面开采过程中覆岩破断演化过程.结果表明:直接顶的初次破断是垮落带发育的主要原因,而老顶的第一次周期来压则造成垮落带再次发育,裂隙带高度在老顶初次破断前发育较为缓慢,而在老顶发生破断后快速增加,并最终逐渐趋于稳定,3109工作面垮落带发育高度约12.2 m,裂隙带高度约33.0 m.     

首采工作面坚硬顶板预裂技术研究与实践

玉溪煤矿1301首采工作面老顶为一层坚硬厚实的中粒砂岩,在工作面切眼内实施工作面回采前深孔预裂爆破,通过对顶板预裂前后老顶断裂极限跨距的理论分析、回采初期顶板垮落情况、工作面综采支架工作阻力等的综合分析,发现顶板爆破有效缩短了初次来压步距,减小了悬顶面积,防止了大面积垮落时工作面瓦斯超限,减弱初次来压对支架的冲击破坏性。     

再生顶板下综放面矿压显坝特征

分析了网下放顶煤的顶煤初次垮落、支架初撑力、工作阻力、巷道顶底板及两帮移近量等,提出了顶煤初次垮落步距、直接顶及老顶活动规律、巷道受压变化规律等科学结论,为网下放顶煤工作面的设计和生产总结出了一套较为完善可靠的科学依据。     

坚硬顶板断裂及能量转化分析

为了揭示坚硬砾岩顶板断裂的应力演化及能量转化规律,根据2334综采工作面工程条件,运用离散元程序UDEC对不同厚度条件下的坚硬顶板开采活动进行模拟。结果表明,随着基本顶厚度的增加,工作面初次来压步距、周期来压步距均随之增加;通过增加基本顶断裂运动过程的能量消耗、降低外部载荷对基本顶的能量输入效率、降低自身的重力势能等措施可以降低基本顶断裂时能量的释放。     

大倾角厚煤层长壁综放开采基本顶破断模式及演化过程(Ⅱ)——周期破断

基于弹性力学理论,建立了大倾角综放工作面推进过程中基本顶由小三角形悬板→大三角形悬板→斜梯形板转化的薄板力学模型,计算出3种形状基本顶的上、下板面的应力分布,揭示了断裂线发育轨迹与破坏区演化过程,阐明了大倾角煤层基本顶周期破断的"四边形"型断裂模式。研究表明,大倾角煤层基本顶周期断裂的空间顺序为"中下部→中上部→上部→下部"。结合数值模拟、现场监测等手段,验证了基本顶周期断裂过程中采场围岩应力场分布及矿压显现具有时序性和非对称特征。     

浅埋深长壁工作面覆岩破断特征相似模拟

利用相似模拟实验方法,研究了浅埋深长壁工作面覆岩破断特征,掌握了浅埋煤层长壁开采覆岩破断过程中的关键特征点。并结合现场矿压实测,掌握了工作面来压与上覆岩层裂隙发展之间的规律。研究分析表明：浅埋深长壁工作面覆岩破断的关键特征点分别是直接顶破断、基本顶初次破断、基本顶周期性破断、裂隙带初次导通地表、裂隙带周期性导通地表。裂隙带导通地表（即基岩层周期性全部破断）与基本顶破断的周期性发生是浅埋深长壁开采条件下工作面顶板来压存在大小周期的主要原因。浅埋深长壁工作面开采过程中,基本顶的断裂极易引发裂隙带导通地表。因此,在工作面来压期间,要适当加快工作面推进速度,避免发生压架事故。     

沙土质型冲沟发育区浅埋煤层长壁开采支护阻力的确定

基于沙土质型冲沟坡体下浅埋煤层长壁开采顶板结构承受非均匀载荷的基本特征,采用理论分析与现场实测的方法,以工作面背沟推进为主要方式,将冲沟坡体及其形态纳入顶板结构控制当中,结合冲沟坡体下开采基本顶初次破断与周期破断时的顶板结构力学模型,按给定失稳载荷状态,分析了工作面来压期间的“支架－围岩”作用关系模型,得到了控制顶板结构滑落失稳的支护阻力。结合具体工作面地质条件,分析了支架工作阻力随工作面推进的变化特征,给出了支架支护阻力算例,针对该工作面支架支护阻力进行的现场实测结果验证了该方法的可靠性。     

复采工作面过空巷顶板稳定性

针对复采工作面过平行空巷支架支护阻力计算的问题,通过现场调研和理论分析,建立了过空巷采场基本顶破断的力学模型,提出了影响复采采场基本顶超前断裂的3个因素：复采工作面与空巷间煤柱宽度、复采工作面与周期断裂线距离、空巷宽度。通过对影响因素的力学分析,得到了基本顶超前断裂的力学作用机理：复采工作面与空巷间煤柱随回采失稳,导致顶板失去煤柱支撑,基本顶梁结构的悬臂长度增加,当悬臂长度达到周期来压步距时,悬臂梁在固支端断裂。基于Bieniawski公式,推导得到了复采工作面与空巷间煤柱失稳的临界宽度W*和复采工作面基本顶必然产生超前断裂空巷临界宽度A0。根据过空巷采场基本顶破断力学模型对基本顶来压力学模型中断裂岩块尺寸进行了针对性调整,运用调整断裂岩块尺寸后的基本顶来压力学模型计算得到了适用于复采工作面的过空巷期间支架最小支护强度为10 910.77 kN/架。圣华煤业复采工作面过空巷期间的矿压观测结果表明：工作面过空巷期间,最大工作阻力为9 656 kN/架,支架支护强度计算合理。     

厚层复合石灰岩顶板垮落特性试验研究

研究针对晋城矿区特殊的工作面顶板特性，通过岩石力学性质试验获得相应的力学参数，应用数值模拟和相似材料模型试验，对晋城矿区卧庄煤矿150煤厚层复合石灰岩顶板在开采过程中的垮落特性进行了综合研究，得到工作面厚层复合石灰岩顶板的初次来压步距和周期来压步距以及垮落规律．结果表明，两种不同试验模拟手段得到了相近的结果，初次来压步距20m左右，周期来压步距在10～15m之间，并且与实际工作面顶板的垮落形态相吻合．这一研究成果为解决晋城矿区厚层复合石灰岩顶板不易破断，支架承受较大压力等问题提供了理论基础．     

近浅埋煤层开采顶板垮落步距分析

以榆阳煤矿2302工作面的开采实践为工程背景,利用"板"和"梁"两种力学模型对近浅埋煤层开采基本顶初次来压步距进行了分析和计算,结合基本顶实际垮落步距确定出适合近浅埋地质条件下的力学模型,并计算了"板"力学模型在不同边界条件下初次来压步距。为了解决基本顶初次来压步距过大的问题,根据采场处于不同边界条件下初次来压步距的特点,提出了采用深孔预裂爆破和区段煤柱宽度缩小的方法,使采场处于"两边固支两边简支"的受力状态,以减小初次来压步距,保证初采初放期间工作面顶板安全。     

工作面来压与顶板突水的关系研究

以徐庄煤矿7199工作面为例,研究了工作面来压与顶板突水的关系。首先运用理论分析和现场实测的方法,确定7199工作面的初次来压步距为63.5 m,周期来压步距为30.5 m。其次分析了现场涌水量与工作面的来压情况。最后,运用相似模拟技术分析了采煤工作面来压前期、初次来压和周期来压阶段顶板裂隙、离层的发育规律,解释了来压期间顶板突水机理。