浅埋煤层采场老顶周期来压的结构分析

建立了浅埋煤层采场老顶周期来压的“短砌体梁”和“台阶岩梁”结构模型,分析了顶板结构的稳定性,揭示了工作面来压明显和顶板台阶下沉的机理是顶板结构滑落失稳,给出了维持顶板稳定的支护力计算公式,为浅埋煤层顶板控制定量化分析提供了理论基础。     

浅埋煤层长壁开采顶板结构理论与支护阻力确定

本文根据建立的的浅埋煤层初次来压的“非对称三铰拱”和周期来压的“台阶岩梁”结构模型，提出了支架的“给定失稳载荷”工作状态和载荷传递因子，由此确定了合理的支护阻力计算方法，展望了浅埋煤层动态的结构理论。     

浅埋煤层大采高工作面矿压规律及顶板结构研究

基于对榆神府矿区的大量实测分析,得出大采高工作面支架阻力随采高的增大呈现非线性增大,在采高增大到6 m后支架载荷迅速增大。支架动载系数随采高的变化不大,一般为1.4左右。工作面顶板来压步距随采高变化不大,初次来压步距35~70 m,周期来压步距9~20 m。顶板垮落带高度为采高的2~4倍,随采高的增大线性增大。工作面超前支承压力峰值随采高的增大略有降低,峰值位置与煤壁距离约为采高的2倍。根据现场实测和物理模拟分析,大采高工作面顶板形成"厚等效直接顶",使基本顶关键层铰接结构层位上移。根据直接顶充填条件,可分为充分充填型和一般充填型两类。针对常见的一般充填条件,提出了大采高工作面顶板的直接顶"短悬臂梁"结构和基本顶关键层"高位斜台阶岩梁"结构模型,给出了工作面额定支护阻力的计算公式,揭示了大采高工作面来压机理。最后,对理论计算公式进行了实例验证。     

浅埋煤层高产工作面矿压分析

通过现场实例,得出了对浅埋煤层高产高效工作面顶板来压特征和不同推进速度的矿压显现规律。应用浅埋煤层老顶“台阶岩梁”理论定量化分析,揭示了快速推进时周期来压步距增大而压力减缓的机理,计算得出的工作面的合理支护阻力与实际情况相符,指导了支架选型。     

浅埋煤层群裂隙演化规律及组合承载结构载荷研究

浅埋煤层群高强度开采导致承载岩层破断形成组合承载结构,使覆岩裂隙分布形态复杂化,并对地表造成严重损害。为了研究浅埋煤层群开采覆岩裂隙演化规律与承载岩层承载结构关系及承载岩层保持稳定的支架工作阻力,以陕西北部神府矿区韩家湾煤矿2-2和3-1煤开采为研究背景,通过现场观测及相似模拟试验得到煤层群开采裂隙演化规律、承载岩层组合承载结构及两者相互关系,采用理论计算的方法建立了组合承载结构力学模型,研究组合承载岩层保持稳定的支架工作阻力。研究表明,煤层群开采覆岩裂隙演化过程可划分为4个阶段,分别为上煤层开采快速增长阶段、上煤层开采平稳增长阶段、下煤层开采快速增长阶段、下煤层开采稳定增长阶段;不同承载结构导致地表产生不同的裂隙演化形态及沉降特征,“台阶岩梁”结构地表产生台阶下沉,“铰接岩梁”结构地表产生连续下沉;通过地表沉降形式可间接判断上煤层承载岩层破断结构,由层间岩层充填率和采高得到了下煤层承载岩层破断结构,并揭示了浅埋煤层群开采承载岩层破断组合结构分为“台阶-铰接”结构、“铰接-铰接”结构、“铰接-台阶”结构、“台阶-台阶”结构的组合形态。由承载岩层破断组合结构建立了浅埋煤层群开采承载岩层承...     

浅埋煤层末采期间矿压规律及顶板管理技术

对万利一矿42202大采高综采工作面末采期间进行了矿压实测与分析。结果表明:末采期间虽然降低了采高,但由于工作面推进速度较慢,给上覆岩层留下了足够的运动时间,与正常回采期间相比,来压强度和持续距离都增加了。采用强力垛式支架有效维护了回撤通道的顶板,但正帮变形严重。基于末采期间矿压规律制定的顶板管理技术措施对保证工作面安全、快速和高效回撤具有重要意义。     

神南矿区浅埋煤层群开采顶板结构类型判别

为探索浅埋煤层群开采条件下顶板关键层的结构类型,获得科学有效的浅埋煤层群顶板结构形态的判别方法,以神府煤田所属的神南矿区为研究对象,采用理论分析、物理模拟及现场实测相结合的方法,揭示了顶板结构形成的基本条件,确定了顶板结构的判别方法,给出了浅埋煤层群的科学定义。研究发现,上、下煤层间的间隔岩层关键层随采动的破断是影响煤层群下煤层开采矿压显现的主要因素,不同煤岩组合条件下的间隔岩层关键层的位置及结构形态不同。根据研究区煤岩空间组合关系,通过现场探查和理论分析与计算的方法,对研究区煤层群赋存类型进行了划分。通过引入间采比的概念(G_C),提出了间隔岩层关键层的判别方法,确定了间隔岩层的关键层单一关键层、双关键层和无典型关键层3种基本结构类型,并对研究区浅埋煤层群进行了科学分类,为现场的安全、高效开采奠定了理论基础。     

浅埋煤层工作面合理阻力支架选型相似模拟实验研究

对于不同赋存条件的浅埋煤层,液压支架工作阻力的合理确定是综采面成功的关键。旨在运用相似材料模拟实验,通过对模拟支架工作阻力的统计分析,从而确定合理的支护强度或合理的支架工作阻力。实验表明:额定工作阻力6000kN的支架能够满足南梁煤矿20115工作面顶板来压时的控制要求,而额定工作阻力4800kN的支架在来压时不能有效地控制顶板。为工作面支架的选择提供了依据。     

新景矿浅埋综采工作面顶板来压规律研究

浅埋煤层综采工作面的埋深较浅不利于煤层的开采及围岩的稳定性,为探讨新景矿浅埋综采工作面顶板来压规律,以该矿8118工作面地质和开采条件为背景,通过数值模拟的方法分别对浅埋煤层综采工作面顶板垮落形态、顶板沉降及顶板应力分布进行分析,同时对初次来压和周期来压期间支架工作阻力进行现场监测。研究结果表明：初次来压期间,上下关键层间的岩层产生离层现象,上关键层向下弯曲未断裂;周期来压期间,扰动继续向上传递,上关键层发生大面积的垮塌断裂;周期来压时,支架工作阻力有较大增长,增大约61%。     

浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采强来压原理分析

针对浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采期容易出现大面积悬顶、基本顶初次来压时矿压显现异常剧烈问题,以神府矿区石窑店煤矿为工程背景,采用岩石力学实验、钻孔窥视对顶板岩层结构进行分析,在此基础上应用数值模拟和理论分析对该类顶板初采期的致灾机理进行研究。结果表明:直接顶整体性强、强度大,其初次垮落歩距大且呈大面积垮落特征,这是初采期间容易出现飓风灾害的原因;由于上位基本顶承担大部分上覆岩层载荷,其破断距只承担自身载荷的下位基本顶破断距,导致砂岩基本顶同时破断,破断后形成的厚岩块三铰拱结构稳定性差,当工作面回采到岩梁前端断裂线位置时即发生滑落失稳,给工作面支架带来巨大冲击,这是导致浅埋厚基岩坚硬顶板煤层初采期容易产生灾害的原因。     

浅埋特大采高工作面矿压规律及支护阻力确定

基于大柳塔煤矿52304工作面的矿压实测数据,分析了近浅埋煤层7 m特大采高工作面的矿压显现规律。工作面初次来压步距为73.3 m,周期来压步距平均为16.0 m。周期来压步距呈现"两端大、中间小"的特征,来压持续长度呈现"两端小、中间大"的特征。工作面来压时,中部矿压显现强烈,支架动载系数为1.58,支护阻力高达18 000 k N;而工作面两端支架受力较小,为12 000 k N。非来压时,工作面支架工作阻力一般为12 000 k N,分布较均匀。采用大采高"斜台阶岩梁"结构计算法和实测统计法,计算了合理的支架工作阻力,表明原工作面支架工作阻力偏低。实践表明,采用大采高"斜台阶岩梁"结构计算得出的合理支架工作阻力符合实际,为大采高工作面支架选型提供了依据。     

Roof structure theory and support resistance determination of longwall face in shallow seam

Introduction　　IntheprocessofexploringthegreatshallowcoalfieldinNorthShaanxiProvince ,theintensityroofweight ingbehavior ,suchasbigroofstepsubsidenceatcoalface ,greatdynamicpressure ,etcarerevealed .Inthebe ginningof 90’s ,wehadmadeinitialresearchonthelawoffacesupportpressureandroofmovementoflong wallfaces[1,2 ] .Attheendof 90’s ,themechanismofroofweightingandtheroofstructuretheoryhadbeencarriedout .Finally ,tworoofstructuremechanicalmodelswereadvanced ,oneisthestructuremodelofasym metrya…     

近浅埋煤层大采高工作面双关键层结构分析

根据实测统计分析,近浅埋煤层大采高工作面支架载荷普遍较大,且随采高增大有增加的趋势,工作面来压存在大小周期,厚度较大的等效直接顶静载是工作面支架的基本载荷。通过物理模拟实验,揭示了大采高工作面直接顶变厚和顶板结构铰接点上移的机理,提出了"等效直接顶"的定义,建立了近浅埋煤层大采高工作面顶板"双关键层"理论。近浅埋煤层大采高工作面顶板主要表现为"双关键层"结构,根据等效直接顶对采空区的充填程度,双关键层顶板结构分为"双砌体梁"和"斜台阶岩梁-砌体梁"两类,常见的是"斜台阶岩梁-砌体梁"双关键层结构。建立了双关键层顶板结构模型,揭示了工作面出现大小周期来压的机理,给出了支架初撑力和工作阻力的计算公式,可为近浅埋煤层大采高工作面顶板控制提供理论依据。     

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。     

近距离煤层群顶板结构及破断模型分析

通过对近距离薄煤层群不同间距下层间顶板破断情况进行分析,根据顶板厚度将近距离煤层群顶板结构分为3类：散体结构顶板、块体结构顶板及板式结构顶板。建立了不同顶板结构下的3DEC数值模拟模型,分析了不同推进距离下顶板位移及应力分布情况。模拟结果表明：散体结构顶板破坏时为散体破坏,不具有承载能力;块体结构顶板破坏时为块体破坏,表现出一定的承载能力,矿压显现不明显;板式结构顶板破坏时为板式破坏,具有较强的承载能力,并具有初次来压及周期来压特点。对官地煤矿3318工作面矿压现场实测,3318工作面直接顶初次破断来压步距约为22.3 m,平均周期来压步距约为19.8 m。实测结果与数值模拟结果相吻合,表明3318工作面顶板为板式结构。     

浅埋近距离煤层出煤柱开采压架防治对策

针对浅埋近距离煤层工作面在推出上覆遗留煤柱过程中普遍出现的压架灾害,采用理论分析和模拟实验,结合压架发生的机理,提出了相应的防治对策。结果表明：出煤柱开采时,煤柱上方2关键块体形成的三铰式结构是不稳定的,该结构的相对回转运动会造成煤层间关键层断裂结构的载荷过大而失稳,最终引起工作面的压架。因此,控制关键块体的回转运动是防治压架的关键。据此提出了以促使关键块体提前回转、阻止和破坏其回转3个方面为思路的压架灾害防治措施,各措施的防治效果得到了相似材料模拟实验的验证,现场应用效果显著。     

浅埋煤层开采顶板切落条件下支架动载效应

针对浅埋煤层开采周期来压过程中顶板沿煤壁切落时对支架造成冲击的现象,根据基本顶回转切落造成直接顶岩体非线性破坏特征,建立了由基本顶-直接顶-支架-采空区矸石组成的力学模型,应用突变理论和岩石动力学方法,推导了直接顶失稳前后基本顶切落荷载作用下的支架压缩量表达式,分析了顶板切落过程中的动载效应,获得了顶板切落条件下支架工作阻力。研究结果表明：基本顶回转切落和直接顶失稳破坏是造成支架冲击的主因,直接顶岩体变形的突变量决定了冲击荷载的大小,系统失稳时的支架荷载除了与基本顶的周期来压步距、上覆岩层荷载、直接顶厚度有关外,还与支架和直接顶岩体的刚度比、直接顶岩体性质等因素相关。     

多煤层上覆破断顶板群结构演化及其对下煤层开采的影响

采用理论分析、数值模拟和现场监测等方法,首先建立多煤层破断顶板群结构演化模型,推演不同煤层开采时破断顶板群发育扩展高度,获得了“遗留煤柱-破断顶板群结构”共同作用下工作面支护强度计算公式;其次通过数值模拟揭示了破断顶板群结构发育扩展规律;最后进行现场监测验证。结果表明：侏罗系煤层群间距较小,间隔岩层极易破断,易与上层煤已垮落和破断的顶板结构连接,形成破断顶板群结构;虽然石炭系与侏罗系煤层间距较大,但侏罗系煤层破断顶板群岩层重量通过遗留煤柱向下传递,并与石炭系煤层破断顶板共同作用于工作面支架上,致使石炭系煤层工作面支架压力显著增大。本研究有效解释了多煤层开采时下煤层发生强矿压的原因,为大同矿区及类似矿井多煤层开采围岩控制提供了依据。