近距采空区下回采巷道非对称变形机理及控制对策

针对山西某矿4~#煤回采巷道掘进后出现的非对称变形严重、支护困难等问题,基于巷道围岩的自稳隐形拱理论,综合工程地质分析、理论力学解析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对非对称变形机理和控制对策进行了研究.结果表明：1)上覆采空区和遗留煤柱下方支承应力改变了巷道围岩最大主应力的大小和方向,支承压力的差异性是造成巷道发生非对称变形的主要因素;2)回采巷道的片帮使自稳隐形拱的最大高度由1.74 m增加为2.68 m,最大高度的位置向遗留煤柱侧偏移了0.2 m,巷道两帮非对称变形加剧了巷道整体变形的非对称变化趋势;3)采空区和遗留煤柱下方底板的非均匀应力造成回采巷道围压比增加数倍,回采巷道塑性区呈现非对称蝶形破坏;4)建立了近距采空区下回采巷道自稳隐形拱支护模型,利用预应力锚杆提供主动压应力使回采巷道两帮改变为类刚性结构,并通过锚杆对巷道围岩关键区进行补强,通过自稳隐形拱理论定量化的设计锚杆索合理支护参数,非对称变形问题得到良好控制.     

特厚煤层综放工作面煤-架受力演化特征及其承载机理

为了研究特厚煤层综放工作面煤-架结构及其承载机理,以塔山矿8216工作面为背景,根据煤体与支架的位置关系将其分为架前顶煤、架上顶煤和承载煤体,采用FLAC^3D数值模拟软件分析了煤-架结构应力演化特征及煤体失稳破坏规律。结果表明：工作面超前支承压力峰值位于煤壁斜上方的架前顶煤中,顶煤破坏深度与超前支承压力峰值的超前距离基本相当,向控顶区侧呈“弧形”破坏形态。确定了煤-架结构对顶板来压承载能力的排序依次为架前顶煤>承载煤体>液压支架>架上顶煤。承载煤体在围岩应力拱和顶煤的保护下破坏深度始终保持在近煤壁侧3 m内,已破坏煤体应力基本不受推进距离与支架工作阻力变化的影响。架上顶煤在顶煤冒放前后承载特性不同,进而引起整个煤-架结构承载特性的改变。放煤前后煤壁破坏深度分别为3 m和2 m,顶煤破坏深度分别为7 m和12 m。架前顶煤的失稳是发生端面冒顶的主要原因,煤壁侧承载煤体的破坏是煤壁片帮的直接原因。在围岩应力拱的作用下,顶板以架前顶煤为轴做回转运动并伴随着顶板、支架及超前煤体应力的动态变化,但煤-架结构的承载特性不会改变。研究结果可为特厚煤层综放工作面...     

采空区边缘下方回撤通道护巷煤柱合理宽度研究

为了研究浅埋近距离煤层中下煤层回撤通道护巷煤柱合理留设宽度,采用理论分析、相似模拟和数值模拟的研究方法,研究了下煤层回撤通道护巷煤柱覆岩结构特征,确定了采空区边缘下方回撤通道护巷煤柱合理留设宽度。研究表明:在上煤层开采完毕后,由于上煤层停采线煤柱的原因,下煤层回撤通道因布置位置不同将造成护巷煤柱的覆岩结构存在较大差异,从而导致煤柱所承载的荷载出现不同;在煤柱宽度留设时,从采空区压实区到卸压区应逐渐减小,从卸压区到上煤层实体煤下应逐渐增大,采空区压实区煤柱宽度应小于实体煤区。通过建立工况条件下采空区边缘下方回撤通道数值模拟模型,确定了护巷煤柱合理留设宽度为18 m。     

中低应变率扰动荷载作用下砂岩动态拉伸力学响应特征研究

中低应变率扰动荷载诱发的张拉破坏失稳是引起深部煤炭资源和遗留煤炭资源开采动力灾害事故发生的主要原因之一,分析动力扰动作用下煤岩的拉伸力学响应特征对灾害的预测与防治具有重要意义。对此,开展中低应变率扰动荷载作用下的砂岩巴西劈裂试验,分析不同预静载水平和扰动荷载幅值对砂岩动态拉伸力学响应特征的影响。结果表明：扰动荷载导致的损伤程度与预静载水平正相关,预静载由7 kN增大为20 kN,AE能量水平增大约11倍,宏观上表现为抗拉强度的降低,预静载为11和16 kN的扰动损伤砂岩的抗拉强度分别为12.4和11.5MPa,分别降低5.6%和12.7%;验证扰动荷载应力门槛值的存在,高应力状态砂岩在小幅动力扰动荷载作用过程中并不会发生破坏,拉应变呈对数型缓增;高应力状态砂岩在越过应力门槛值的扰动荷载作用过程中发生破坏,破坏前扰动荷载作用周期数随着扰动荷载幅值增加指数型递减;预静载和动载幅值的增加均促进岩样中心主张拉裂纹附近次级张拉裂纹扩展。岩样动态拉伸破坏前的应变突增前兆可以为动力灾害预警提供参考。     

不同材料组合及配比下类岩石试件单轴压缩损伤破坏过程分析

井下大尺寸真实岩芯难以获取且数量有限，通常采用类比法在室内制作类岩石材料试件模拟实际煤岩，以此开展水压致裂试验。为精确研究类岩石材料试件的力学特性，以水泥、石英砂、石膏和煤粉为原材料浇筑不同组合及配比的类岩石材料试件，通过单轴压缩试验，探究水膏比、砂胶比以及煤粉对试件力学特性及破坏形态的影响。结果表明：水泥–石英砂–石膏试件的抗压强度随水膏比的增加而增大，随砂胶比的增加而减小；砂胶比对试件抗压强度的影响更为显著，砂胶比与水膏比分别为0.33,0.75,1和0.5,1,2时，试件抗压强度由23.19 MPa降至19.14MPa；同种类岩石材料试件随水膏比增加峰值破坏时间提前，试件内部损伤程度加剧，水膏比由0.5增大至2，声发射累计振铃计数增大约5.1倍，宏观上表现为裂缝增多；相对石英砂、石膏而言，煤粉会加剧试件裂隙发育程度进而弱化其力学性质，保证配比不变，用煤粉分别代替水泥–石英砂–石膏试件中的石英砂、石膏，试件在峰值破坏时的最大声发射振铃计数分别为替换前的1.5和2倍，表面由较规整的裂缝变为更加发育贯通的裂缝；试件破坏后裂缝在其表面两侧呈反拱形分布，为X状共轭斜面剪切破坏，最大主应变较...