厚冲积层下带沟状煤体顶板控制分析与实践

文章应用"铰接体"的理论分析了"带沟状煤体"顶板的运动规律,认识到使用部分充填法管理顶板,可确保工作面直接顶板内的"铰接体"平衡结构的尽快形成,有利于厚冲击层注浆形成隔离层,提高了开采上限。     

放顶煤工作面顶板岩层结构及顶板来压计算

基于“弹性板与铰接板结构”力学模型，把中厚煤层开采中采场矿压计算的分析方法推广到放顶煤工作面顶板来压计算中；针对顶板岩层的结构特征和开采技术条件，提出了完全承载层，过渡层和非承载层的基本判据，通过对典型实例的解算证实，“弹性板与铰接板结构”力学模型在放顶煤工作面顶板来计算中有然是一咱实用的计算方法。     

唐庄煤矿复合型顶板控制及支护选择

分析了唐庄煤矿屯头系Ⅶ层煤顶板岩性组成，在一定条件下可形成复合型顶板。用单体液压支柱铰接顶梁支护工作面，有效地控制了复合型顶板，杜绝了冒顶事故。     

煤巷层状顶板锚杆组合铰接拱支护机理数值模拟研究

离散元模拟表明锚杆支护回采巷道层状结构顶板形成组合铰接拱结构，锚杆支护机理相应称为组合铰接拱作用。竖直方向地应力使顶板岩层形成铰接拱结构，水平地应力是拱铰压碎的主要力源。分析了侧压力系数、锚杆长度、岩层厚度等因素对顶板稳定性的影响规律，表明当最大水平地应力可造成顶板破坏而最小水平地应力不能造成顶板破坏时，调整巷道走向与最大主应力平行有利于顶板稳定；锚杆长度为巷道跨度的1／2是合适的。     

坚硬顶板切顶沿空留巷顶板运移规律及切缝参数分析

为了合理确定切顶留巷切缝参数，以唐山沟煤矿坚硬顶板条件下切顶沿空留巷为工程背景，运用理论分析并结合现场实测结果，得到了切顶沿空留巷覆岩运移规律和顶板断裂结构特征，发现岩体间水平推力和剪切面摩擦力是阻碍顶板被顺利“切落”因素，通过分析岩梁力学结构和几何关系，得到了留巷顶板合理切缝参数，并进行了井下验证。研究结果表明：坚硬顶板条件下，切顶留巷顶板垮落后，将相互铰接约束，形成砌体梁平衡结构|切顶留巷顶板在被“切落”时，将由于岩体相互铰接导致的水平推力，存在一个阻碍顶板被切断的摩擦阻力|根据对切顶留巷顶板受力及几何关系分析，得到了合理顶板切缝角度与其他参数关系式，切缝角度与顶板岩层重度、采高正相关，与岩体抗拉强度、岩石碎胀系数成负相关。井下试验表明，采用推导计算式所得切顶参数可以使留巷采空区侧顶板较好被“切落”，留巷顶板压力及顶板移近量均在可控范围内，满足安全生产需要。     

长壁工作面坚硬岩层顶板结构及采场支架载荷计算方法

确定顶板岩层作用于回采工作面支架上的载荷是矿压理论研究的核心。作者于1983年提出了回采工作面顶板岩层断裂后的“铰接板结构”力学模型。这种力学模型为定量确定回采工作面顶板来压步距、来压强度以及支架载荷等提供了重要的研究途径。通过对一些典型的工程实例进行验算，     

基于顶板结构断裂特征的煤矿结构充填关键位置确定方法

充填开采是控制岩层移动并降低地表沉降与环境损害的重要途径,而充填材料来源不足和充填成本高昂现成为制约井工煤矿充填开采推广应用的主要瓶颈。探寻重点区域的低充填率靶向充填新方法与配套技术是充填开采的研究热点之一。为解决上述问题,结合煤矿井下结构充填的学术思想,深入研究了顶板岩层断裂特征,明确了顶板岩层破断块体尺寸及铰接形态,识别了破断铰接块体主沉降区域,判定出结构充填的关键位置。结合关键位置确定方法,提出重点控制基本顶最大挠度位置,即板结构潜在张拉断裂位置(塑性铰发育位置)的“工字型”结构充填新方法。结合新阳矿岩层地质参数,借助FLAC3D数值模拟软件,深入分析了工作面采宽和推进方向上顶板岩层内应力、竖直沉降、塑性区分布规律,揭示了不同方案下充填体稳定性演变特征。结果表明：“工字型”充填在节省充填用量的基础上,较垮落式开采减少初采期直接顶沉降量33.47%,与全部充填仅相差2.3%。同时,关键位置充填体能有效应对顶板回转下沉引起的应力集中,保持自身稳定性,实现对顶板的长效支撑。综合分析得到了新阳矿首采工作面初采期“工字型”结构充填最佳充填方案为中部条带长度72 m,宽度7 m,两侧条带长度...     

顶板结构稳定性与顶煤放出率关系探讨

综放采场顶煤放出率控制着采空区的充填状况，从而影响着大厚度坚硬顶板的稳定性。本文建立了周期来压阶段综放采场顶板结构整体变形失稳和局部铰接失稳的力学模型；根据结构稳定理论和强度理论，得到了保持顶板结构整体变形稳定和岩块局部铰接稳定的力学和几何条件，从而建立与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断准则；结合具体采场实例，给出了与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断曲线和方法，为现场针对不同顶板设计合理的顶煤放出率，从而实现顶板的安全控制提供理论依据。     

缓倾斜厚煤层绿色开采的探索

介绍了煤矿缓倾斜厚煤层带式回采膏体充填技术。这种回采技术是针对“三下”和埋藏比较浅的煤层，回采率可达95％以上，顶板得到了有效的控制，是一种值得推广的煤矿绿色开采模式。     

厚煤层高强度综放开采覆岩结构及矿压显现特征研究

为掌握厚煤层高强度综放开采覆岩结构及矿压显现特征,以长平矿2308工作面为工程背景,运用理论分析、数值模拟、现场监测等方法对其覆岩结构和矿压显现特征进行研究。结果表明,2308工作面的矿压显现规律主要由主关键层和亚关键层共同控制,分别在顶板下位形成短组合悬臂梁结构,上位形成铰接岩梁结构;下位短组合悬臂梁+上位铰接岩梁结构是造成工作面存在大小周期来压的直接原因。     

长壁工作面坚硬岩层顶板结构及采场支架载荷计算方法

以“铰接板结构”为力学模型,建立了回采工作面顶板来压步距,来压强度及支架载荷的计算公式。并用工程实例进行了验算,证明理论计算与工程实测结果基本吻合。     

煤巷复合层顶板“季节效应”及其控制

本文基于近几年来铁法矿区煤巷锚杆支护实践，针对煤巷复合顶板变形破坏的“季节效应”问题，进行了矿物结构学、物理学和化学分析，确定了复合层顶板变形力学机制类型，提出了强化非主应力面抗剪强度、控制“季节效应”的复合技术，阐述了其技术原理。在大兴矿Ｎ２－４０２上下顺槽工程进行支护试验研究，有效地控制了复合层顶板“季节效应”中的大变形，展示了广阔应用推广前景。     

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...     

井上下煤层顶板区域压裂防治冲击地压系统及应用

针对冲击地压局部卸压范围小，连续性低，作业风险高等问题，开展煤层厚硬顶板井上下千米顺层钻孔区域压裂防冲系统与工程应用研究。结果表明，从加载条件来分，顶板主导型冲击地压可分为动静载荷叠加型、高静载荷加载型、高静载荷卸荷型3种类型；厚硬顶板是采掘围岩冲击地压启动区域性静载荷、动载荷供给主体，以提供冲击启动动静载荷源的厚硬顶板为靶点，提出建立煤层顶板地面、井下千米水平孔分段致裂卸压系统，开展顶板千米顺层钻孔区域压裂。通过井上下提前破坏冲击危险区域上覆顶板的完整性，使得载荷向更完整顶板区域迁移，从而为井下掘进、回采提供低应力作业大环境，也使得冲击地压丧失启动的重要载荷条件。分别进行了工作面开采前地面水平井顶板区域压裂防冲技术试验，工作面开采过程中井下巷道水平孔顶板区域压裂防冲技术试验，实践效果显著，形成了冲击地压建设矿井“先压后建”，生产矿井“先压后掘、先压后采”新的灾害防治模式。     

综采工作面矿压显现与支护质量监控

介绍了综采工作面顶板状态与支护质量监控系统的原理，以及分析各种影响因素及其权重、根据所要求的顶板状态确定各人为因素的监控指标的方法。事实证明：由于综采工作面监控的实施促使顶板状态在一定程度上得到了改善，解决了“顶板状态与支护质量”两不清问题，形成了一套完整的顶板与支护质量的“诊断”与“防治”技术。     

“刚性”梁理论在煤巷锚杆支护中的应用

“刚性”梁锚杆支护技术的应用是根据“刚性”梁理论，按照“刚性”梁理论中高强度、高预拉力、大排间距的原则，将煤层顶板加固成“刚性”顶板，形成顶板压力自撑结构。     

沿底板留煤柱开采的顶板支护

蒲白矿务局朱家河煤矿在5^-2煤层“三软”区域用绞接顶梁替代π型钢长梁护顶以改善顶板支护，为成功进行“三软”煤层复合顶板支护提供了实例。     

π型顶梁在单一层炮采工作面的应用

在自然顶板或单一层金属网下分层炮采工作面 ,采用π型顶梁与单体柱结合作为基本支护 ,替代铰接顶梁与单体柱配套支护方式 ,降低了工人的劳动强度 ,提高了劳动生产率 ,使支护材料数量大大减少 ,降低了管理难度     

采场矿压计算分析方法

在１９８４年坚硬顶板分析的基础上＾［１］，根据工作面顶板岩层断裂前后的力学特征，建立了“弹性板与铰接板结构“力学模型。由该力学模型导出了回采工作面板来压步距、来压强度和支架载荷计算的解析表达式，并对一些典型工程实例进行了验算，理论计算与现场实测结果基本吻合。这一研究成果为回采工作面支护方案设计、顶板来压步距和来压强度计算预测以及支架工作阻力确定等方面提供了一种新方法。     

浅埋煤层长壁开采顶板岩层的不稳定性态

针对浅埋煤层顶板关键层破断后的不平衡特性和运动特征,应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了顶板结构的不稳定性态,给出了关键层破断后顶板结构回转失稳的必要充分条件,建立了铰接体系在回转状态下的稳定性准则,确定了有无支护时顶板岩层稳定状态下的开采高度.研究发现,顶板破断后岩块的台阶下沉与回转失稳必居其一;回转失稳由两岩块相向旋转形成;岩块在铰接处出现塑性铰只是顶板结构回转失稳的必要条件,顶板结构呈瞬变体系才是体系失稳的充分条件.结果表明,根据浅埋煤层长壁工作面顶板结构的结构特征、岩体材料和上覆厚松散沙层等赋存状况,可进一步确定顶板破断后岩块的运动状态和结构呈瞬变体系时的几何特征;采高是人为控制顶板结构稳定的要素之一,单纯降低采高并不一定安全,控制最大回转角才能保证老顶破断后岩块的稳定性.