上位直接顶“散体拱”结构的形成及失稳演化

通过相似模拟实验和理论分析,研究了综放条件下上位直接顶“散体拱”结构的形成机理和移动演化过程.认为在综放条件下,以散体状态出现的直接顶岩块在渐进流动过程中的某一时刻,由流动孔口周边作用的垂直剪切力与上方垮落岩体重力之间形成的应力平衡是上位直接顶“散体拱”结构形成的力学条件;工作面的不断推进及“散体拱”结构的不对称性而导致的承载能力不均,造成后拱脚和前拱脚先后失稳是“散体拱”结构不断失稳、重组和前移的原因.     

红山煤矿急倾斜煤层巷道稳定性控制技术研究

为研究红山煤矿急倾斜煤层的巷道破坏机理及其围岩稳定性控制,本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,针对急倾斜煤层水平分段放顶煤开采过程中顶板产生的跨层拱现象,揭示了位于前拱脚的巷道因受到不均衡的支承压力,巷道围岩的变形和破坏会表现出明显的非对称性特征,并提出针对性的支护方案,确保了巷道的变形量满足生产要求。     

急斜大段高放顶煤矿压显现及囤岩控制特点

增大放高是急倾斜放顶煤发展趋向．六道湾矿综采放顶煤开采中一次采放煤高度大于30m，回收率70％以上．上位顶煤及覆盖层的成拱机制及失稳运动是造成放顶煤面矿压显现和影响顶煤放出的基本因素。实测表明，上位顶煤可形成拱壳结构，     

特厚煤层综放开采顶煤成拱机理及除拱对策

通过现场实测对同煤集团塔山煤矿特厚煤层综放开采中放煤过程进行了分析,揭示了顶煤在放出过程中易形成阻塞放煤的成拱现象,研究了顶煤成拱机理,提出了"面接触块体拱"模型,得到了拱的轴线形式为抛物线,给出了影响放煤效率的高跨比参数,并对高跨比参数中的角度和摩擦因数影响进行了分析,明确了煤岩压缩强度与煤块尺寸之间的关系。在此基础上,提出并实施了顶煤注水软化,开发新型放煤支架及强扰动装置,优化放煤工艺等开采措施,顶煤采出率提高了6.92%。     

综放开采顶煤体离层与破坏规律研究

本文分析了节理裂隙对综放开采顶煤破坏破碎的影响 ,通过现场观测 ,研究了综放工作面支架上方顶煤体的离层及破坏情况 ,得到综放开采顶煤体在离煤壁不同的距离、不同高度上离层及破坏分布规律     

急斜煤层大段高开采三角煤可控性研究

通过相似模拟试验,对大段高开采条件下顶煤体靠底板侧煤体弱化程度不同情况下的工作面采出率进行了模拟研究。研究表明:顶煤以拱的形式破坏,其破坏过程是旧的拱式平衡体系不断被新的拱式平衡体系取代,并不断向上位顶煤上移的过程;加强对底板侧煤体的弱化处理,使顶煤冒落拱形态由全拱形向半拱形扩展,将有助于减少底板侧三角煤损失。     

放顶煤采场老顶运动失稳规律研究

本文以缓斜特厚煤层为研究对象,用相似模拟实验和数值模拟两种方法对放顶煤采场老顶运动失稳做了综合研究,首次提出了放顶煤采场上覆岩层的大结构形式为“搭桥结构”,并对该结构的初次失稳、周期失稳及由此施加于放煤支架上的载荷进行了较为详细的研究。这对放顶煤开采实践理论研究具有一定的指导意义。     

综放开采顶煤体离层与破坏规律研究

本文分析了节理裂隙对综放开采顶煤破坏破碎的影响，通过现场观测，研究了综放工作面支架上方顶煤体的离层及破坏情况，得到综放开采顶煤体在离煤壁不同的距离、不同高度上离层及破坏分布规律。     

架间定向水力压裂提高含夹矸巨厚煤层冒放性研究

为改善含厚硬夹矸难冒顶煤的冒放性,以芦子沟煤矿合层开采的巨厚煤层作为工程研究背景,基于弹性力学理论研究硬厚夹矸层的力学结构,得出了厚硬夹矸层"短悬臂梁"结构发生拉断失稳和剪切破断失稳条件下的判据公式,作为确定架间定向水力压裂致裂夹矸层分段切槽的依据。同时结合KZ54型开槽钻钻头特征,将夹矸层分段致裂长度定为0.8 m。研究结果表明:水力压裂水压曲线波动变化不大,表明裂缝持续向前扩展;致裂后煤矸块度减小,顶煤体顺利放出;3107工作面上端头顶煤致裂后支架工作阻力增加;架间定向水力压裂技术有利于改善顶煤冒放性。     

急倾斜特厚煤层水平分段综放开采冲击矿压机理

我国急倾斜特厚煤层开采冲击矿压越发凸显,且灾害显现特殊。为了揭示急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击矿压机理,建立覆岩力学模型,分析了覆岩运动、能量释放、煤层应力分布等规律;采用工作面液压支架工作阻力监测数据,分析了工作面支架工作阻力与动载系数分布规律;利用微震监测得到的矿震空间分布,分析了岩层运动和能量释放规律。研究结果表明:急倾斜特厚煤层水平分段开采,顶板倾向破断步距与煤层倾角呈非线性正相关关系,当煤层倾角大于60°时,破断步距出现陡增;覆岩下位坚硬岩层破断后在倾向上可暂时形成平衡结构,随着下位分段开采和放煤,平衡结构可发生破断旋转、断块跌落、结构挤压俯冲等3种类型的失稳冲击过程,对工作面形成动态冲击;在顶底板夹持作用下,工作面煤体靠近顶底板侧将形成非对称倾向支承压力分布,靠近顶板侧为封闭夹持状态,应力集中程度高,靠近底板侧为开放夹持状态,煤体易破坏卸压而处于塑性状态,在非对称支承压力作用下,工作面中部至顶板侧底煤受强烈剪切应力作用,且处于底板弹塑性交界区,易于失稳冲击;急倾斜特厚煤层水平分段综放开采,覆岩破断步距大,顶板破断和失稳冲击的瞬间释放能量强,扰动底煤高应力区诱发冲击矿压显现,...     

大倾角煤层长壁开采覆岩空间活动规律研究

针对大倾角煤层长壁开采覆岩变形、破坏和运移规律复杂,对工作面安全开采影响大等问题,采用现场实测、数值模拟和相似材料模拟,研究总结了大倾角煤层长壁开采直接顶、基本顶和高位岩层空间的变形、破坏和运移规律。结果表明:大倾角煤层走向长壁机械化开采过程中,沿倾斜方向采场顶板低位岩层与高位岩层均呈现出非对称力学特征,且破坏运移呈现出时序性和不均衡性。沿工作面倾斜方向中、上部区域内"三带"特征明显,且层位较高,而下部则顶板岩层没有明显的"三带"特征或"三带"形成的层位较低且不完整;多区段、多煤层开采时,上覆岩层影响程度远大于单一煤层,且具有一定冲击性。     

综放采场直接顶垮落成拱机理相似模拟研究

在综放条件下由于上覆岩层直接顶岩性的不同,在直接顶的垮落过程中可能会形成不同的顶板结构。结合某一矿井的地质条件,对直接顶垮落形成散体拱结构的现象进行了物理相似模拟研究,研究认为直接顶垮落流动的过程中,在某一瞬间产生了散体拱结构形成的合适的力学平衡条件,从而在上位直接顶形成了散体拱结构。     

千米深井大倾角特厚煤层综放开采技术实践

为实现千米深井大倾角特厚煤层综合机械化放顶煤开采,应用相似材料模拟、数值模拟和现场试验等手段,研究了影响千米深井大倾角特厚煤层综合机械化放顶煤开采的工艺参数、顶板顶煤运移规律、矿山压力规律.通过试验得出二采一放、多轮间隔、由下而上的最佳放煤方式,同时掌握了大倾角特厚煤层放顶煤开采的工艺参数和矿压显现规律,实现了安全开采.     

特厚煤层分层综放开采覆岩破坏规律数值模拟

 以华亭陈家沟煤矿综放采场实测导水裂隙带发育高度成果数据为基础,应用FLAC3D反演计算模拟分层综放开采引起的煤层覆岩破坏规律,并与实测数据进行了对比分析得出：分层综放开采后覆岩移动破坏形成“拱”式承载结构,拱脚压应力高度集中;导水裂隙带发育形态也近似为“拱形”,与实际探测高度拟合度较好;分析了开采过程中覆岩的位移场、应力场和塑性破坏区分布规律。研究结果可为深入研究分层综放开采覆岩破坏规律提供借鉴。     

薄基岩综放采场直接顶结构力学模型分析

为深入研究薄基岩综放采场矿压显现规律,以山西潞安矿业集团司马煤矿薄基岩区厚煤层开采为研究背景,采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法对薄基岩综放采场直接顶结构特征进行了研究,建立了薄基岩综放采场直接顶结构力学模型,分析了直接顶“半拱”式平衡结构的形成机理和破断规律。结果表明：根据司马矿薄基岩区直接顶厚度和岩层性质不同,将直接顶划分为Ⅰ型和Ⅱ型两种类型;采高6.5 m,直接顶厚度大于15 m时,容易形成“半拱”式平衡结构,采场矿压呈现出来压步距短、静压大、动压小、动载系数小等特征,“半拱”结构有规律的破断失稳是薄基岩综放工作面矿压显现的根源,该结论解释了司马煤矿薄基岩综放采场的矿压显现规律。     

错层位工作面上覆岩层的结构分析

应用理论分析、数值模拟等方法,对错层位工作面与传统放顶煤工作面上覆岩层的结构进行分析,得出错层位巷道布置下工作面新的上覆岩层的结构,即L形垮落方式和基本顶呈悬壁梁状的破断传递;得出错层位工作面上覆岩层易垮落,较传统放顶煤工作面上方易垮落区域面积要大,而且高度约有100 m;由于接续工作面的连续推进,使得接续工作面上覆岩层的垮落与首采工作面垮落的岩层连与一个更大的梯形区域,而且梯形区域的高度有120 m左右.     

较薄厚煤层综放开采顶煤岩运移破坏特征研究

采用FLAC3D数值模拟对较薄厚煤层综放开采顶煤岩力学特征进行了系统分析,得出了顶煤岩运移、破坏及应力分布规律.研究结果表明,综放面上部顶煤位移量明显大于工作面中下部,顶煤的"始动点"在工作面煤壁前方,工作面上位顶煤岩的始动位置超前于下位,垂直位移量随着与工作面距离的减小而逐步增加;在综放面前方,顶煤和上覆岩层在垂直方向始终处于压缩状态.而在工作面上方,顶煤开始出现离层现象;工作面支架所受载主要是顶煤和基本顶变形运动产生的变形压力,沿用中厚煤层综采工作面支架设计已不适用综放面.     

露天边帮煤井工长壁综放开采工作面顶板压力计算

受露天矿剥离和内排回填的影响,采用井工长壁采煤法回采露天矿边帮煤的采煤工作面的顶板结构、覆岩活动规律、矿山压力显现规律与常规井工矿井地层条件下的工作面相比存在显著差别,因此,顶板压力计算方法也需要根据露天矿边帮煤特殊的顶板覆岩结构特点和应力场环境进行理论和实验研究。以黑岱沟露天矿一采区西帮和南帮煤为研究对象,分析其边帮煤层顶板覆岩结构特点。对于经过内排回填,且剥离较多的低台阶处煤层仅保留较薄且强度较低的基岩顶板,其上覆盖厚层的松散排土。这种软弱薄基岩厚松散覆盖层的顶板本质上不存在关键层,露天矿台阶下保留的软弱薄基岩仅仅作为井工长壁工作面的直接顶提供有限的保护作用。由于厚层的松散排土载荷作用,软弱薄基岩的破碎也较为严重。按照传统的矿山压力理论,这种不存在关键层的软弱薄基岩厚覆盖层的顶板压力应当按照支架上方全部岩层重量进行计算。然而,根据相似材料实验结果显示,支架实际受压比其上方岩层重量小得多。实验证明在没有关键层的顶板岩层中仍然存在某种保护结构。根据实验观察和矿山压力理论分析,结合放矿理论,提出了软弱薄基岩厚覆盖层的椭球拱结构和直接顶自承能力相结合混合力学模型。在露天矿边帮下煤层还存在另一种未进行内排回填的薄基岩无覆盖层的顶板覆岩类型。对于这种顶板覆岩类型,提出了薄基岩无覆盖层的台阶式悬臂梁结构和直接顶自承能力的混合力学模型。本文总结了露天矿边帮煤层3种顶板覆岩类型,推导建立了露天边帮煤井工长壁开采工作面3种顶板结构条件下的顶板压力计算解析公式。按照软弱薄基岩厚覆盖层的椭球拱结构和直接顶自承能力相结合混合力学模型计算的顶板压力与相似材料实验结果相吻合。考虑了直接顶自承能力计算的顶板压力比传统不考虑直接顶自承能力的顶板压力小约14%。采用实验和理论分析方法,对露天边帮煤井工长壁工作面开采过程顶板垮落、覆岩活动,顶板压力计算等矿山压力问题进行了系统研究。     

近距离采空区下大采高综采面矿压演化规律研究

 为了研究近距离煤层上覆煤层已采对下覆煤层开采时支承压力的影响,基于潘二煤矿18516工作面矿压实测结果,运用FLAC3D大型非线性三维数值模拟软件,从围岩应力场分布角度对上覆已采煤层对18516工作面作用机理进行了分析。结果表明,煤柱下支架来压时最大循环末阻力大于采空区下支架载荷。煤柱下部周期来压时最大循环末阻力小于初次来压时的载荷;采空区下,周期来压时最大循环末阻力略小于初次来压时的载荷,相差不大。采空区影响区域,6煤采空区上方应力呈“鞍”形等值线分布,煤柱影响区域,6煤采空区上方应力呈“拱”形等值线分布。煤柱下的支承压力应力集中系数达到4.6～4.67,是采空区下方应力集中系数的3.5倍,受煤柱高支承压力的影响,工作面开采此位置时的危险程度较高,更易产生片帮、漏顶现象。