厚硬顶板采场注水软化的数值模拟

长壁采场上覆岩层中的厚硬岩层(顶板),其冒落会造成剧烈的矿山压力显现,处理不当往往产生灾难性后果。在适宜条件下,用注水软化法对厚硬顶板在其冒落前进行处理,可有效控制采场矿山压力。针对某矿具有厚硬顶板的采场上覆岩层注水软化前后分别建立平面应变力学模型,用RFPA2D软件摸拟了软化前后采场上覆岩层的冒落情况及支撑压力变化。     

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。     

佳峰煤矿坚硬顶板劣化卸压技术研究

佳峰煤矿1111综放工作面基本顶为厚硬石灰岩,岩性坚硬致密,难以随采面推进自然垮落,厚硬灰岩顶板的存在易发生顶板悬露,引起支架工作阻力骤增、煤壁片帮等现象,积聚能量的突然释放易引起动力冲击现象起强矿压显现,威胁工作面生产安全。针对1111工作面上覆厚硬灰岩顶板问题,提出在回采前于开切眼处通过深孔爆破对上覆坚硬顶板进行劣化处理,并针对采面开采条件设计具体施工参数。实践结果表明:通过提前对工作面上方坚硬岩层进行爆破卸压处理,岩体的结构完整性和力学性能被显著劣化,顶板能随采面推进及时垮落,采场矿压显现较为平稳,抑制了压架等现象的发生,保障了采面的生产安全。     

坚硬顶板注水工作面矿压显现特征的有限元计算和模型试验研究

本利用有限元计算和相似材料模型试验的结果，探讨了坚硬难冒落顶板注水前后及不同注水条件下的工作面矿压显现特征，对比分析结果表明，通过向顶板注水，顶板岩体发生塑化，改变了顶板岩层中的应力分布和顶板变形位移特征，顶板岩层中的拉、压力峰值点转移到了采空区上方的悬顶中，从而有利于顶板在采空区上方断裂并分层分次垮落，减小岩层折断时对支架的冲击载荷和传力系数，减小顶板周期来压强度，从理论上进一步说明了向顶板高压注水是控制坚硬难冒顶板的有效技术途径。     

复合顶板大采高采场上覆岩层突变性理论模型研究与实践

新汶矿业集团翟镇煤矿煤4为主采煤层,煤层厚度较大,直接顶为复合顶板,矿压显现十分明显。根据采场上覆岩层的运动特点和基本规律,提出了翟镇煤矿煤4大采高采场上覆岩层突变性理论模型,在此基础上分情况制定了相应的综合控制措施,实现了复合顶板大采高采场上覆岩层的有效控制。     

煤矿开采中厚硬顶板覆岩稳定性机理研究

为了研究覆岩层的厚度和煤矿开采的深度对厚硬顶板覆岩层稳定性的影响,运用理论分析,将厚硬顶板覆岩简化成一个两端固支的关键层,得出关键层的承载能力。通过数值模拟,建立煤矿开采中顶板数值分析模型,对其覆岩稳定性进行研究。     

采场上覆岩层运动范围与顶板事故可视化研究

确保采场上覆岩层稳定是矿井安全生产的关键。只有确定了采场上覆岩层的运动情况才能进行有效的采场支护设计。运用岩石破裂渐进过程分析(RFPA^2D)系统，对某矿采场工作面上覆岩层随工作面推进的运动情况作了数值模拟，从中有效地获取了上覆岩层的运动信息，确定了上覆岩层的运动范围，为有效控制采场顶板事故、合理进行采场支护设计提供了依据。     

无胶结人工顶板条件下顶板控制技术研究

无胶结人工顶板条件下煤层的开采是在特定条件下形成的一种新的采煤方法，是对整个采场上覆岩层运动规律及控制特征的研究，提出了该顶板条件下控制岩层运动的合理途径和方法。     

厚硬砂岩直覆顶板卸压技术研究

直覆厚硬顶板进行预裂切顶成功与否是工作面安全开采的关键，以顾北矿13121上工作面为研究背景，结合理论分析直覆厚硬顶板初次破断及周期破断步距，提出顶板预裂切顶方案，利用FLAC3D软件对厚硬顶板切顶效果进行验证，对比切顶前后厚硬顶板位移规律及工作面超前支承应力的变化特征。结果显示：预裂切顶可以有效改善硬厚顶板直覆工作面工作环境，切顶后，工作面超前支承应力峰值降低28.39%，超前影响范围缩减了37%，顶板垮落压实步距缩短了43.53%，超前支承应力峰值位置向深部转移，预裂切顶对厚硬顶板直覆工作面矿压控制起到了积极作用，对工作面超前支护设计具有借鉴意义。     

放顶煤采场顶板运动规律

本文利用有限元和离散元数值模拟及力学解析计算，研究了放顶煤采场中上覆岩层运动规律，提出了采场上覆岩层结构为拱－梁结构及影响放支架载荷的顶板岩层范围，并分析了影响顶板运动的主要因素。     

综采工作面合理支护强度的计算方法

以大柳塔煤矿新开43101薄煤层工作面的支护强度设计问题为工程背景,先计算出采场上方直接顶和基本顶的运动步距,并依据上覆岩层地质条件参数,构建出新开工作面的顶板结构模型。基于"以岩层运动为中心"的实用矿山压力理论思想,由所构建的顶板结构模型,计算出工作面顶板压力,从而确定工作面支架的合理支护强度。     

错层位接续工作面基本顶的断裂垮落及其分类

 采场上覆岩层顶板的划分具有重要的意义。现有的划分方法基于采高、松散系数的判定,并且此类研究在厚煤层一次回采的应用中已证明存在一定的局限性。错层位巷道布置采全厚采煤法与以往的厚煤层整层回采方法在接续工作面存在本质的不同,理论分析及相似模拟实验表明,在该技术的接续工作面上覆岩层随着回采空间的增加,随采随冒的直接顶厚度显著增加,并且达到首采工作面上覆稳定岩层层位时为一个分界点。拟通过理论分析并总结相似模拟试验现象,立足于直接顶和基本顶的定义及特点,以弹性薄板力学及关键层理论作为研究的基础,对错层位巷道布置采全厚采煤法接续工作面顶板进行科学的分类划分,并且结合影响基本顶破断、垮落的所有因素综合分析,从而在工作面长度等因素与基本顶板来压显现中建立一个科学的判定关系,为实际生产提供一定的理论依据。     

采场上覆岩层运动与支架的选择

选择支架,需要搞清影响采场压力大小的上覆岩层范围及该范围内岩层的运动形式和运动的基本参数,摸清在岩层运动发展过程中采场矿压各个部分的发展和转化的规律;研究造成冒顶事故的原因和保持顶板完整的条件。一、采场矿山压力与上覆岩层运动间的关系1.采场矿山压力的两个部分一般来讲运动的上覆岩层,包括已垮落的直接顶及弯曲沉降的由一层或一组岩层所组成的传递     

放顶煤采场顶板运动规律

本文利用有限元和离散元数值模拟及力学解析计算，研究了放顶煤采场中上覆岩层运动规律，提出了采场上覆岩层运动结构为拱──梁结构及影响综放支架载荷的顶板岩层范围，并分析了影响顶板运动的主要因素。     

采动影响下黄河北煤田顶板破断过程研究

为分析采动影响下黄河北煤田顶板破断过程,利用离散元数值模拟软件UDEC模拟黄河北煤田薄煤层采场顶板破断过程,得到薄煤层采场上覆岩层运动规律参数,即直接顶、基本顶初次来压步距和周期来压步距,结合相关理论进行对比分析,丰富和完善薄煤层采场上覆岩层运动规律,为采场顶板的控制设计提供依据。     

采场上覆岩层移动变形值计算

在下部采动煤层的顶板岩层内布置巷道，其位置选择与采场上覆岩层移动状况密切相关。依据煤矿地表移动计算公式和采场上覆岩层活动规律，建立采场上覆岩层移动变形概率积分法预计计算模型。根据最大下沉量、主要影响半径、拐点移动距等移动参数与埋深的关系，利用参数坐标系确定采场上覆岩层移动下沉计算公式。并结合实例进行岩层移动变形预计计算，计算结果与实际观测数据十分接近。     

放顶煤采场顶板运动规律的研究

利用离散元和有限元数值模拟及力学解析计算，分析了放顶煤采场中上覆岩层运动规律；认为采场上覆岩层运动为分层运动，运动结构为拱－梁结构；拱－梁转换的实现，是以拱顶的失稳升高为条件，在分析了影响顶板运动的主要因素（顶板岩层断裂角、放煤步距、顶板岩层块体尺寸、顶煤厚度）的基础上，认为放煤步距过大（≥２ｍ）会降低放煤率，增大老顶垮落的动压冲击程度。放顶煤工作面与非放顶煤工作面的区别是，采空区充填系数小，顶板岩层运动剧烈，走向方向超前支承应力峰值较大。     

红泥坡铜矿采场覆岩变形破坏规律试验研究

为探讨红泥坡铜矿采场上覆岩层变形破坏、岩层冒落演化规律,采用相似模拟试验开展了相关研究。研究结果显示:在空场条件下,当开采至第三分段时,采场直接顶板发生冒落,冒落高度达8～10m,上覆岩层位移0.1～0.3m,若继续开采,采空区冒落高度达29m左右,上覆岩层最大位移达到0.6m;当矿体开采第一分段时,上覆岩层应力状态变化已发展至近地表覆盖层的局部区域,开采第二分段时,地下采动作用对近地表覆盖层应力场的影响范围逐渐增大且覆盖层呈现出不均匀的变形状态,若继续开采,上覆岩层应力场将受到明显影响,研究结果对矿山生产规划及岩层控制具有理论指导意义。     

综采工作面下分层开采覆岩变形特征

为研究综采工作面下分层开采时顶板岩层的破坏规律及工作面覆岩垮落规律,鹿洼煤矿以13下05工作面为原型,对综采工作面下分层开采时煤层顶板的垮落高度、垮落步距及压力分布进行了相似材料模拟。结果表明,在下分层开采过程中,上覆岩层基本上随采随冒,当工作面推进至68m时,上覆岩层已受到上部已采工作面跨落岩层的影响,开挖至90 cm(相当于工作面推进90m),跨落高度已与上部已采工作面岩层贯通。     

砌体梁的“S—R”稳定及其应用

采场上覆岩层能否形成“砌体梁”结构，其核心是“砌体梁”关键块所处的“Ｓ－Ｒ”稳定条件，本文对此进行了详细的分析，并给出了判定依据，由此进一步建立了考虑直接顶力学特性在内的采场较为完整的力学模型，对支架工作状态也作了更为深入的分析，由此能较为全面地解释采场矿山压力现象。