综采工作面回采过程中顶板破坏演化规律数值分析

在研究分析团柏煤矿地质条件的基础上,根据岩层的结构和顺序建立模型,应用F-RFPA~(20)数值模拟软件模拟11-101综采工作面回采过程中顶板破坏演化规律。根据数值计算结果,随着11-101工作面回采,顶板覆岩结构破断呈"压力拱"结构,直接顶初次垮落步距约为12m,垮落高度为2m;基本顶初次来压步距约为36m;基本顶周期来压步距约为18~24m。     

22116综采工作面基本顶来压步距规律

以山西潞安集团潞宁煤业22116综采工作面为研究背景,采用理论分析、现场实测、数值模拟等方法对工作面来压步距规律进行研究.现场实测数据显示,周期来压步距范围为18～24 m;数值计算显示,工作面顶板初次来压步距范围为40～50 m,周期来压步距范围为20～30 m;理论计算显示,初次破断距为47 m,周期破断距为23 m.实测数据及模拟研究与理论计算结果较吻合,可以为工作面来压预报提供依据.     

工作面坚硬顶板破断特征与覆岩运移规律

针对坚硬顶板综放工作面顶板破断特征与覆岩运移规律不清,在实际生产中严重影响工作面安全生产这一问题;以某矿8201工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟以及现场实测的方法对坚硬顶板综放工作面的顶板破断特征以及覆岩运移规律进行研究分析。研究结果表明:对顶板煌斑岩进行岩石力学实验得知煌斑岩在节理面单轴抗压强度为45 MPa左右,无节理为90.99MPa、单轴抗拉强度7.3～9.4 MPa;通过建立深梁结构破断过程中顶板受力模型,得到基本顶初次来压步距为47.57 m;数值模拟得到8201基本顶的初次来压步距约为45 m,周期来压的距离为20 m左右。在现场实测中基本顶初次来压平均46 m,周期来压步距为18.7～20.8 m,来压影响范围1.7～5.6 m。现场实测与理论分析所得结果和数值模拟所得结果相差不大。     

浅埋薄基岩综采面覆岩移动规律物理模拟研究

为了研究浅埋薄基岩煤层工作面在采动影响下覆岩的垮落过程和移动规律,利用相似模拟试验和理论分析,对某矿42112工作面回采过程中的顶板垮落情况和来压规律等进行了分析.根据相似模拟试验得到的结果,该工作面直接顶初次垮落步距27.5 m,基本顶初次来压步距35 m,初次破断时出现了非对称三角拱,来压迅猛,矿压显现剧烈,此后工...     

薄煤层短壁综采工作面石灰岩顶板破断特征及矿压显现规律

为揭示薄煤层短壁综采工作面石灰岩老顶破断规律,实现顶板管理安全经济,运用理论计算、数值模拟及现场观测等分析了顶板初次破断步距特征及矿压显现规律。研究表明老顶初次、周期来压步距分别为40.7 m及15.5 m,动载系数在1.25左右,石灰岩老顶随工作面推进呈现典型的"O-X"型破断及"见方垮落"特征,采用大功率综采设备推进速度快,来压影响时间、范围明显减小,呈现整体来压特征。     

薄煤层短壁综采工作面石灰岩顶板破断特征及矿压显现规律

为揭示薄煤层短壁综采工作面石灰岩老顶破断规律,实现顶板管理安全经济,运用理论计算、数值模拟及现场观测等分析了顶板初次破断步距特征及矿压显现规律。研究表明老顶初次、周期来压步距分别为40.7 m及15.5 m,动载系数在1.25左右,石灰岩老顶随工作面推进呈现典型的"O-X"型破断及"见方垮落"特征,采用大功率综采设备推进速度快,来压影响时间、范围明显减小,呈现整体来压特征。     

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．     

大采高综采面覆岩运动及矿压显现规律研究

为了研究补连塔煤矿12511综采工作面上覆岩层运动及矿压显现规律,使用相似材料模拟实验对12511综采面进行模拟,通过覆岩垮落特征,获得了覆岩垮落规律。通过工业试验、理论计算验证其合理性。研究表明：通过理论计算周期来压步距为11.6 m,此结果与实际观测的周期来压步距相一致。通过相似材料模拟实验发现综采面推进至60 m时发生初次垮落,推进至90 m时离层长度达到最大60 m,随着综采面推进离层长度逐渐减小;综采面推进到210 m时离层闭合不再发育。通过现场观测得出综采面超前支承力影响范围约25 m,超前支承压力对顶板影响距离约为22.55 m。     

大倾角煤层大采高工作面顶板垮落规律研究

为了深入研究大倾角厚煤层大采高工作面顶板垮落特征,理论计算了25213大倾角大采高工作面顶板各岩层载荷,并采用理论分析、相似材料模拟实验和FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了25213工作面顶板垮落规律,初步确定了25213工作面直接顶初次垮落步距24m左右,基本顶初次垮落步距57m左右,基本顶周期垮落步距24m左右,对工作面后期的安全回采和矿压控制具有重要的借鉴意义。     

坚硬直接顶综采工作面矿压显现规律研究

本文以四台矿81204坚硬顶板综采工作面为背景,通过理论分析和现场实测的方法,计算了坚硬顶板综采工作面的初次来压与周期来压步距,监测得到了坚硬顶板综采工作面支架工作阻力变化及来压步距特征,揭示了坚硬顶板综采工作面的矿压显现规律,主要得到如下结论：1）理论计算得到坚硬顶板综采工作面的初次来压与周期来压步距分别为43.7m和17.8m,明显大于非坚硬顶板综采工作面的初次来压与周期来压步距,且实测来压步距与理论计算的来压步距偏差不大;2）工作面中部的初次来压步距明显大于工作面两端。坚硬顶板初次来压期间,坚硬顶板在最大弯矩的作用下率先在两端发生破断;3）工作面中部的周期来压步距明显大于工作面两端。坚硬顶板周期来压期间,坚硬顶板会发生顶板的“O-X”型破断;4）坚硬顶板综采工作面来压期间,支架工作阻力均未超过35.2 MPa,81204坚硬顶板综采工作面顶板控制效果良好。     

基于厚板理论的顶板破断规律研究

基于Ressine厚板理论,对余吾煤矿某工作面的层状顶板开展了力学特性研究,分析得到工作面基本顶初次破断时的挠度分布状态;同时利用3DEC数值模拟软件,对该工作面回采过程的覆岩变形和破断过程等特征进行系统性分析研究,归纳总结了余吾煤矿某工作面顶板岩层破断规律。分析现场实测的液压支架阻力数据表明,工作面初次来压步距为42 m左右,周期来压步距为15 m左右。顶板破断及来压规律与理论分析、数值模拟结果基本吻合。     

混合综采工作面覆岩运移规律及空间结构特征分析

基于平煤十二矿深部开采面临的排矸量大、辅助运输困难、矿区环境污染以及常规充填面产能不足工程背景,创新了矸石充填与垮落法混合综采技术并阐述了其技术内涵。采用理论分析、物理相似模拟和现场实测方法系统地研究了混合综采工作面覆岩运移规律和空间结构特征。通过理论分析得到了不同充实率状态下混合综采工作面覆岩空间结构特征;物理相似模拟结果表明,混合综采工作面充填段基本顶仅发生弯曲下沉,而垮落段直接顶垮落、基本顶断裂,垮落段基本顶平均下沉量是充填段的4.2倍,覆岩空间结构表现出明显的非对称特征。矿压实测数据显示,充填段采场无明显的来压现象,垮落段来压现象显著,初次来压步距约30 m,周期来压步距约22 m,动载系数达1.7左右;岩层钻孔窥视结果观察到充填段顶板完整,覆岩空间结构呈现“两带”发育特征;垮落段覆岩结构呈“三带”发育特征,混合综采工作面覆岩非对称性空间结构特征显著。     

大采高工作面顶板破断特征和来压规律研究

以斜沟煤矿18114工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法,研究大采高工作面回采过程中不稳定层间距顶板的破裂断开以及来压规律。在回采大采高工作面过程中顶板的破断满足散体破坏结构,覆岩块段会形成散体失稳滑落现象。模拟结果证明,当顶板结构强度较低时,就会失去支撑作用,伴随工作面的回采,顶板不断垮落,发生微弱矿压显现。利用现场实测的数据研究分析矿压显现规律,得到工作面周期来压步距是22 m,首次来压步距是26 m,矿压显现规律基本与模拟结果吻合。     

泉头煤矿坚硬顶板大采高采场矿压显现规律研究

针对坚硬顶板大采高工作面顶板控制困难的问题,研究了工作面矿压显现规律。通过现场调研、力学分析建立了工作面上方坚硬顶板的"悬臂梁-砌体梁"结构的简化模型。力学分析表明工作面矿压显现主要受悬臂梁的影响,高位砌体梁对回采空间矿压显现影响不大。通过材料力学的计算原理得到晋城泉头煤矿15301工作面初次来压步距为47.76m,周期来压步距为19.43m。通过数值模拟得到工作面初次来压步距约为42.35m,周期来压步距约为17.28m,矿压实测周期来压步距平均16.19m。结果表明:理论计算和数值模拟结果与矿压实测周期来压步距接近,力学模型可以解释该矿顶板破断规律。     

木瓜煤矿中厚煤层采场覆岩破断规律研究

木瓜煤矿10-201工作面主采9号煤层厚度较大,为了解采场覆岩破断规律,借助UDEC数值模拟软件进行研究,结果表明工作面回采20 m时,直接顶岩层全部垮落充填采空区,初次来压步距为35 m,周期来压步距为20 m,裂隙带发育高度为45 m。通过现场监测工作面液压支架工作阻力变化情况及采场“两带”高度观测,得出结论:工作面推进20 m后,直接顶岩层全部垮落充填采空区,初次来压步距为38 m,周期来压步距为20 m,裂隙带发育高度为47 m,与数值模拟结果基本吻合。     

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.     

下保护层开采上覆煤层顶板破断规律研究

为研究下保护层开采上覆煤层顶板破断规律,以贵州某矿为工程背景,建立基本顶破断不同时期力学分析模型,推导破断临界条件及破断步距,构建物理相似模型反演顶板破断下沉历程,现场监测工作面顶板来压破断步距。研究表明：下保护层开采时上覆煤层直接顶随采碎冒,基本顶初次来压破断步距为20m、周期来压破断步距10m,破断角55°～65°;采空区上覆岩层塑性破坏区呈“梯形”结构,基本顶在空间上依次经历“离层-破断-垮落”有规律交替运动;顶板下沉时依次经历“稳定-加剧-饱和”3个阶段,最大下沉量21 mm,同一水平位置顶板下沉时呈“边坡”状分布;现场监测结果与理论分析、相似模拟结果基本吻合,工作面来压时需适当加快工作面推进速度以避免发生压架事故。     

考虑煤岩材料非均匀性的特大采高工作面周期来压分析

考虑煤岩材料的非均匀特性对特大采高工作面矿压显现规律的影响,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法,研究神东矿区某８m 特大采高工作面周期来压规律.提出煤岩微结构密度参数,理论推导工作面非均质顶板周期垮落步距计算公式;建立非均质煤岩体工作面推进数值计算模型,结合现场实测结果验证理论模型和数值计算结果的合理性.结果表明:考虑煤岩材料非均匀特性,周期垮落步距随煤岩微结构密度参数增大呈近似线性减小;周期来压过程,８m 采高工作面垮落步距约为１５m,与现场矿压监测结果较为吻合.研究成果对于掌握神东矿区８m 特大采高综采工作面周期来压规律和保障特大采高综采工作面的 安全开采具有重要参考意义.     

8.5 m大采高工作面矿压显现规律相似模拟研究

为了确定特厚煤层覆岩的矿压规律和支架工作阻力变化,根据煤层所处地质条件,基于相似三定理,在实验室采用平面相似模拟的方法,研究了浅埋特厚煤层大采高综采条件下的工作面上覆岩层破断、来压步距和支架阻力及周期来压规律。结果表明:当正常割煤时,直接顶初次垮落步距为23m,基本顶初次垮落步距为38 m,周期垮落步距为17 m;当工作面矿压显现强烈时,支架最大工作阻力为24 000 kN左右,覆岩垮落会形成宽度12～20 m岩柱;支架最大阻力出现在关键层失稳时,最大来压出现在第4、5次周期来压期间,同时工作面的停滞导致支架阻力明显增加。研究为特厚煤层工作面支护工艺技术水平的提高提供了技术参考。     

深井坚硬灰岩顶板综采工作面初次来压覆岩破断特征研究

针对某大型矿井首采面埋深大、顶板为多层坚硬灰岩的特征,利用扩展有限元法,再现工作面采动时的顶板变形、破断、垮落的动态过程,研究了采场顶板的破断方式和特征。结果表明:顶板初次垮落位于距开切眼约1/4初次来压步距处;顶板破断呈现阶梯型,从下往上向工作面推进方向靠近;该矿条件下工作面初次来压步距和周期来压步距约分别为35m和14 m。