固体密实充填采煤覆岩移动弹性地基薄板模型

固体充填采煤覆岩移动规律与传统垮落法开采相比发生了本质的变化,为准确地计算固体充填入采空区后上覆岩层的移动规律,在分析固体密实充填采煤覆岩移动特征的基础上,采用弹性地基薄板理论,建立了固体密实充填采煤充填体-基本顶力学模型,推导出了采场基本顶挠度、应力方程以及基本顶发生破断的临界条件,分析得出弹性地基系数是影响顶板移动变形的关键因素,并结合相关参数给出了基本顶最大下沉量和最大应力值随弹性地基系数的变化规律。平煤十二矿己15-13080充填采煤工作面工程实践结果表明:实测基本顶最大下沉值为347 mm,与理论计算结果相符。     

不同采空区处理方式上覆岩层活动规律研究

运用弹性薄板理论及能量法原则,建立了全部垮落法和全部充填开采顶板断裂前的位移方程。同时,根据相似原理,分别对上述两种方法处理采空区的工作面上覆岩层移动及破坏规律进行模拟研究。结果表明：充填开采与垮落法开采顶板未断裂之前其位移理论模型与试验结果吻合较好,能反映顶板断裂前的移动规律;垮落法开采地面下沉与关键层移动在下沉量及下沉时间上具有同步性;垮落法导致高层位覆岩产生不均匀的水平位移,易产生挤压或拉裂变形,对覆岩整体结构稳定性影响大;充填开采高层位覆岩未产生不均匀的水平位移,同时,充填开采能使覆岩中较低层位的亚关键层转化成主关键层,减小了覆岩应力重分布的范围,能有效地控制地面下沉。     

膏体充填开采覆岩稳定性研究与实践

为了研究充填开采顶板岩层的移动规律及影响因素,在综合分析岩层移动变形基本特征和充填体的受力特征的基础上,应用弹性地基梁理论,建立充填开采顶板岩梁力学模型及其微分方程,分析了充填开采顶板岩层移动变形的主要影响因素.结果表明,充填开采顶板岩层移动影响因素的主次关系依次为充填前顶底板移近量、充填欠接顶量、充填体压缩率和顶板岩...     

大采高工作面顺槽位置模拟研究

大采高综采工作面生产中将面对应力水平高和应力集中程度高的问题。根据大采高面的力学环境建立了窄煤柱的弹塑性力学模型,运用求解非线性大变形问题有限差分法(FLAC2D4.0)程序,初步得到了煤柱内的塑性场、位移场和应力场分布规律。大采高窄煤柱内塑性区呈上大下小状,范围达4~6m。     

金属矿山岩层移动角选取的BP神经网络模型 及工程应用

研究岩层移动与沉陷最重要的角值参数是移动角,正确确定岩层移动角与移动范围对于矿山工程布置具有非常重要的意义。本文在分析国内外大量金属矿山崩落法与充填法开采岩层移动研究成果的基础上,采用改进的BP神经网络算法建立了金属矿山岩层移动角选取的模型,并对模型的预测精度进行了验证。结果表明,所选取的各因素之间与岩层的移动之间存在着较强的非线性规律,实际输出与期望输出基本吻合。将所建立的网络模型应用于狮子山铜矿地下开采岩层移动角的预测,取得了较好的效果。     

地面钻井变形破坏的相似模拟试验研究

采场上覆岩层的移动与变形是造成地面瓦斯抽采钻井变形破坏的根本原因。为了获得地面钻井变形破坏的直观规律,本文通过构建相似模拟平面模型,对采场覆岩移动进行了相似模拟,并通过设置竖向位移监测线模拟钻井的变形规律,通过应力-应变传感器监测覆岩层应力分布情况,从而获得了地面钻井层间滑移变形和层内挤压变形的直观规律,为地面钻井变形破坏机理的研究和防护措施的制定奠定了基础。     

采动覆岩活动规律的非连续变形分析动态模拟

在现场观测的基础上,采用非连续变形分析（DDA）,分别对初次来压前和周期来压前采场上覆岩层的变形、结构模式、形态与关键层等进行动态模拟。结果表明：DDA模拟显示了随着工作面的推进,上覆岩层变形、破裂、结构、运动的动态过程,模拟是可行的;初次来压前,上覆岩梁移动间步协调一致,且布置在梁中部咬合处下方的监测点1和2的垂直位移几乎相等,说明断裂岩梁在此处互相联锁咬合而取得平衡,从而形成了具有3个咬合点的“三咬拱”结构;周期来压前,各监测点垂直方向的位移、速度、加速度特性曲线形状极为相似,表明断裂岩梁在移动下沉过程中,同步协调一致,仍然处于联锁咬俣状态,且随着岩梁的下沉运动,位移与速度有趋于定值的趋势,说明岩梁形成了咬合岩梁结构;采场上覆岩层中的关键层在上履岩层活动的一某一阶段起主要承载作用。     

长壁胶结充填覆岩移动变化规律初探

针对长壁工作面胶结充填开采后覆岩移动及矿压显现规律的理论研究亟待提高的现状,首先在实验室内对胶结充填体的力学性能进行了测试,测定了本次实验中充填体弹性地基系数的取值范围为0.015~0.167 GN/m³;在综合分析岩层移动变形和充填体受力特征的基础上,应用弹性地基梁理论,建立了充填开采顶板岩梁移动变形的数学力学模型,求得了该模型的解析解;并通过数值求解的方法,详细分析了充填区覆岩移动变形的各影响因素和充填区支承压力分布变化规律。结果表明：在长壁胶结充填采矿中,应根据不同的采矿地质条件,制备具有一定强度和刚度的胶结充填体;合理的充填体地基系数对于覆岩下沉及其变形的控制起了决定性作用;该研究可对长壁胶结充填实践的工程应用提供理论指导。     

中兴矿近距离煤层上覆岩层移动规律研究

应用新型多点位移计,以中兴矿3211工作面为现场,监测了近距离煤层顶板近20m范围内覆岩移动规律.通过现场监测获得了大量覆岩移动数据和同孔不同深度覆岩相对沉降变化量,以及同一深度不同孔岩层的相对沉降量.通过对监测数据的分析,得到了中兴矿周期性跨落步距.综合运用组合岩梁理论和关键层理论等对顶板岩层"三带"进行了划分,获得中兴矿的跨落高度大约为采高的2-4倍,这为中兴矿近距离条件下巷道布置及支护技术提供了依据.     

近浅埋厚煤层综放开采覆岩运移规律相似模拟研究

为了研究我国西部某矿区2-2煤层近浅埋厚煤层综放开采时覆岩运移规律,以某综放工作面为实际工程背景,根据相似理论,运用相似材料模拟实验,从不同角度对工作面开采后覆岩运移规律进行了分析。通过研究,得出了近浅埋煤层开采时基本顶的初次垮落及周期垮落步距、覆岩垮落形态、覆岩垮落"三带"特征和岩层位移特征,为具有相同地质条件煤层的安全开采提供依据,同时对其他具有相似地质条件煤层开采覆岩运移规律研究提供参考。     

固体充填开采顶板多跨超静定结构分析与充填支架 控制作用研究

为解决不同地质与开采条件下充填支架的关键参数确定问题,以充填开采条件下岩层移动的实际变形形态为基础,将基本顶作为研究对象,建立了基于多跨超静定结构的“顶板-支架-充填体”相互作用力学模型,煤壁和充填体为主要承载体,充填支架对顶板起限定变形作用,据此建立了连续顶板的力学平衡方程和变形协调方程,在充填支架支撑载荷未知的情况下进行问题的求解,将充填体分布弹性地基支承离散为若干跨等效弹性支承,取单跨隔离体进行分析,建立截面切口形变分量方程,进而推导得出跨间截面切口形变分量的矩阵表达式,得到的n+2个变形协调方程与3个平衡方程构成n+5个求解方程,对应n+5个未知约束,所求问题全部得解;为了更真实地反映顶板载荷的分布,更合理地分析顶板、支架和充填体的相互作用关系,尝试将力学模型与数值模型相结合,改变以往力学模型中将顶板载荷作为均布载荷的简化分析方法,建立与力学模型中充填支架作用和充填体参数一致的数值模型,将数值计算得出的覆岩应力曲线作为顶板载荷q(x),代入“顶板-支架-充填体”相互作用力学模型,由此解出模型中所有支座的反力、梁体内力、梁端弯矩等未知量,从而得出顶板载荷、支架和充填体支撑作用力的相互作用关系,通过具体算例分析了不同充填体弹性地基系数和不同顶板限定变形量条件下双顶梁结构充填支架前顶梁和后顶梁支护强度的变化规律,为充填支架关键参数的确定提供有效依据。     

大采高采场力学模型及支架工作状态研究

以大采高岩层运动及应力分布规律为核心,运用“传递岩梁”理论对大采高综采工作面上覆岩体破断类型及其平衡结构进行分析,研究建立了大采高采场结构力学模型,探讨了大采高采场的覆岩结构及运动规律,详细分析了“给定变形”、“限定变形”两种力学状态下支架工作荷载即缩量确定方法,修正了大采高下直接顶及基本顶概念,确立了支架载荷的计算方法。研究表明：采高增大,直接顶厚度可能大幅度增加,直接顶中出现大跨度悬顶坚硬岩层的几率增大。影响采场矿压显现的“传递岩梁（基本顶）”范围相对减少,对采场矿压有明显影响的岩梁距采场的高度增大。准确地确定悬顶位置、厚度及可能的最大悬跨度是大采高采场顶板控制设计及支架选型计算的关键。     

厚冲积层急倾斜煤层群开采重复采动下的开采沉陷

针对新集三矿急倾斜煤层开采复杂的采矿地质条件,运用求解非线性大变形问题有限差分法 (FLAC),对不同开采方案所引起的岩体移动和地表沉陷进行了研究;实验表明,煤层区段间正台阶顺序开采较为有利.区段间相互影响小,地表受采动损害小,有利于巷道布置.运用实验室相似模型试验方法对煤层开采引起的岩体移动和地表沉陷的基本规律进行了研究,发现地表处出现了水平移动的“指向异化”;而岩层土与表土层界面处出现了水平移动指向上山方向“指向同化”.综合模型试验和数值模拟的结果,总结出了新集三矿急倾斜煤层开采重复采动所引起的厚冲积层岩体移动基本特征和地表沉陷的相关参数.     

综采工作面上覆岩层运动特征试验研究

采用钻孔深基点现场实测法对综采工作面上覆岩层运动特征进行试验研究,以中岭煤矿综采工作面为例进行数据实测。通过对实测结果进行位移分析和速度分析,得出试验研究矿井综采工作面采动后上覆岩层总体呈阶段性非均匀下沉的运动形式;内部岩层断裂落差不大,地表未出现明显的大落差断裂;上覆岩层的绝对位移量由地表至煤层顶板逐渐增大,地表初始位移产生在工作面前方,内部岩体初始位移出现在工作面后方,并且移动速度呈非均匀的阶段分布特征;上覆岩层在采动后产生了明显永久性离层,离层厚度总量与综采工作面平均采高相比约为采高的0.36倍。     

不等长工作面覆岩活动及回采巷道采动影响变形规律

受断层影响,冀中能源股份有限公司邢东矿2225工作面沿推进方向斜长依次为50 m、80 m和126 m 3段。为研究不等长工作面覆岩活动规律和回采巷道采动影响变形规律,在工作面顶底板、巷道围岩中布置监测仪器,监测工作面生产过程中的顶板岩层位移、底板破坏深度以及巷道围岩表面位移。结果表明：随着工作面的推进,顶底板岩层移动和巷道变形逐渐增大;在工作面距一号测站-32~-42.8 m时测点底板岩层位移斜率达到4 mm/m,底板最大破坏深度超过45 m;当工作面推进至距三号测站40.1 m处时,顶底板相对位移为0.45 m左右,巷道两帮相对位移约0.5 m,位移相对速率达到20 mm/d。随工作面长度增加,工作面前方底板岩层扰动距离和底板岩层变形量明显增加;二号测点工作面长度为126 m,底板前方扰动距离约为40.5 m,该测点底板岩层位移已达300 mm左右;而一号测点工作面长度为50 m,前方扰动距离约为92.8 m,底板岩层位移最终只有90 mm。     

刚果(金)某铜钴矿深部复杂矿体采场结构参数研究

为了得到刚果(金)某铜钴矿深部矿体采场最优矿房宽度、地表危险范围与岩层移动角,采用数值模拟软件MIDAS?GTS/NX建立了不同矿房宽度的三维精细化模型,得到了地表位移、矿房应力与塑性区分布,采用数值模拟研究了地表危险范围与岩层移动角.结果表明,依据地表位移、矿房最大主应力、最小主应力和矿房塑性区,判定矿房最优宽度为1...     

岩层控制中的关键层理论研究

首次提出了采场上覆岩层活动中的关键层理论，建立了关键层的判别准则，深入研究了在关键层作用下岩层的变形、离层及断裂规律根据关键层的作用特性，描述了采场上覆岩层活动中的整体结构形态关键层理论的建立为岩层移动和采场矿压研究提供了一种统一思想和方法     

开挖扰动对断层上下盘围岩稳定性的影响研究

为研究采动应力对断层上下盘围岩稳定性的影响,采用相似模拟实验的方法,对开挖扰动作用下断层上下盘的围岩移动和破坏机制展开研究,结果表明：随开采工作的不断进行,断层在采动应力的影响下,位于断层下盘的围岩系统失稳垮落现象明显,基于覆层空间结构思想,对下盘围岩冒落规律展开分析,将断层下盘围岩冒落过程分为裂隙发育、覆层快速失稳、覆层逐渐稳定、覆层突变冒落四个阶段。相对于下盘围岩,上盘围岩位移变化微弱,应力增长显著,引入断层稳定性评估的应力比状态量,应力比计算值均在稳定区间内,上盘围岩系统保持稳定,受开挖扰动影响小。     

采矿过程数值模拟模型左右边界的确定

基于开采沉陷理论,采用UDEC数值模拟计算,对岩层移动模拟研究中如何确定模型左右边界范围进行了研究。研究结果表明,模型的左右边界应取在岩层移动影响角影响范围之外,若主要研究的是巷道的破坏状况,则模型边界可以近一些;若研究的是位移,那么到边界的距离可能需要远一些。若把模型边界取在岩层移动影响范围之内,将引起煤层顶板内应力集中程度偏大、实体煤下沉位移偏大、基本顶内支承压力值偏大且集中程度逐渐增大和模型内岩层位移的失真。     

岩层移动角预测的粗糙集-BP神经网络模型

岩层移动角是金属矿山开采表征地表移动规律的重要参数之一。为克服理论计算法和数值分析法在力学模型匹配、参数选择、边界条件设置等方面存在的问题并改进岩层移动角预测方法,首先在分析BP神经网络、粗糙集基本原理的基础上,将两者进行有机结合,构建了粗糙集-BP神经网络模型,该模型将粗糙集作为前端处理器对具有模糊性、不确定性和不完整性的信息进行预处理,将BP神经网络作为核心建立输入、输出间的映射关系;然后通过对34组实测岩层移动样本数据进行学习训练和测试,构建了包含下盘岩性、上盘岩石普氏系数、矿体倾角、矿体厚度、开采深度、采矿方法等6个因素的粗糙集-BP神经网络岩层移动角预测模型,并对永平铜矿露天转地下开采岩层移动角进行了预测。结果表明:该矿山总体岩层移动角的预测值分别为上盘62°,下盘68°,走向73°,预测结果与工程类比法、数值模拟法等传统方法接近。所提方法由于可科学选择变量、简化网络结构以及具有提高容错抗干扰和分类的能力,相对于传统预测方法而言,具有一定的优势,有助于提高矿山开采岩层移动角的预测精度。