综采自移支架控顶效果分析

本文采用三维空间有限元电子计算机模拟计算的研究手段,分析了综采工作面直接顶板破碎的原因。着重研究了综采支架与直接顶板的相互关系,分析了综采支架在“支撑—采煤—降压移架”这一完整的支护循环过程中,直接顶板的应力分布变化及破坏发展过程,指出综采支架卸载范围大、初撑力过高是导致顶板稳定性降低的重要原因。     

基于弹性地基梁理论的端面顶板稳定性分析

端面冒顶一直是影响工作面安全高效开采的一大技术难题。本文采用弹性地基梁理论建立了端面顶板挠度微分方程,并运用PHASE 2D有限元软件建立了端面顶板稳定性数值模型,获得了煤层埋深、支架刚度、煤体刚度等因素对充填开采工作面端面顶板稳定性的影响。研究结果表明：（1）采深越大或液压支架刚度越小,端面顶板下沉越明显;煤层地基系数或顶板弹性模量增大时,端面顶板下沉有所减小,但影响较为有限;从可行性考虑,提高液压支架刚度,可以有效控制工作面顶板变形,降低端面冒顶及煤壁片帮的风险。（2）煤层埋深从200 m增加至250 m、300 m时,工作面前方塑性区宽度及支承压力显著增大,直接顶最大下沉量分别为61 mm、78 mm、96 mm。（3）煤层弹性模量从2 500 MPa增大至3 500 MPa、4 500 MPa时,工作面前方支承压力峰值略微增大,工作面前方煤体塑性区宽度也略微增大;直接顶下沉量略微减小。（4）现场观测表明,充填开采条件下支架阻力较小,工作面区域矿压显现不明显,顶板下沉得到有效控制。     

顶板事故的力学机理

本文以煤矿生产实践中发生的顶板事故为依据,建立了完整顶板和断裂顶板的力学模型,从理论上说明了支架与顶板之间的力学关系,分析了几种顶板事故产生的力学原因。     

回采工作面支架与顶板的动态相互作用

缓倾斜煤层长壁工作面支架与直接顶以及一层或几层老顶岩层能够构成统一力学体系发生相互作用。沿工作面倾向以支架为弹性基础的直接顶岩梁.伴随顺序移架和割煤工艺的进行.在基础梁上逐渐累加了直接顶的自重荷载,造成了支架阻力和顶板下沉随时间增加而逐渐增大的规律性过程。在平时影响支架阻力和顶板下沉的基本因素是直接顶厚度和支架——顶底板系统刚度.沿工作面推进方向破断的老顶岩块能够发生成拱作用形成平拱。伴随工作面推进平拱跨度增大,平拱可能发生滑动失稳或压碎失稳而造成周期来压.直接顶厚度、采高和老顶强度及厚度是影响周期来压显现的主要因素.     

基于覆岩破断特征的极薄煤层工作面支架工作阻力确定

延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值模拟、理论分析等研究了极薄煤层综采工作面顶板覆岩结构破断特征及其演化过程,建立了采场顶板岩梁断裂前后力学解析模型,获得了极薄煤层综采工作面直接顶周期破断距,确定了合理支架工作阻力。结果表明：极薄煤层工作面开采初期顶板垮落后会较快的对上覆岩层形成支撑,至顶板极限跨距后,直接顶与基本顶周期破断,且基本顶破断位置位于直接顶破断线前方,两者间存在离层空间,共同回转下沉;工作面液压支架主要受直接顶回转载荷作用,其作用载荷为3 980.89 kN,确定支架选型为ZZ4000/6.5/13D四柱支撑掩护式液压支架;现场应用后,可以有效发挥支架支护性能,满足采场围岩控制要求。研究成果为国内极薄煤层开采工作面支架选型提供了一定的参考。     

ZZ3600/14/28型支撑掩护式液压支架的研制

为研制出满足各种工作条件的液压支架,简述了对坚硬顶板、中等稳定顶板、稳定顶板、破碎顶板等较为适用的支撑掩护式液压支架及在设计中突出的技术特征、技术内容及适用条件,实践证明,新型液压支架完善了综采设备系列,促进了资源的合理利用。     

改善支撑式液压支架控制破碎顶板的途径

本文根据有关工作面矿压研究成果,建立了采场支护系统的顶板结构摸型。通过力学计算及分析,得出了支架总工作阻力作用点移向工作面煤壁可以改善支架对破碎顶板的控制。提出了一些改善支撑式液压支架控制破碎顶板的具体途径,通过分析得出了合理的支护参数。     

悬移支架普采工作面矿压实测分析

对悬移支架普采工作面进行了观测,实测了支架活柱下缩量、工作面顶板移近量、顶板的来压强度以及巷道变形破坏参数,总结了该矿悬移支架普采工作面的矿压显现规律。观测表明该工作面老顶来压强度不高,所选悬移支架能平衡顶板压力,满足工作面正常开采时对支护阻力的要求。针对目前顶板的支护状况和顶板灾变危险,提出了提高支架初撑力等改善措施,研究成果对指导该矿区中小型矿井普采工作面具有重要意义。     

顶板结构模型法计算确定综采面支架合理支护强度

乌兰木伦煤矿31405综采工作面回采过程中,片帮、冒顶严重,经常出现支架台阶下沉甚至压死,支架工作阻力不足,顶板控制效果不佳。针对这些问题,采用理论推导的方法对新开31406综采工作面顶板运动参数进行计算,确定了31406综采工作面顶板结构模型,利用顶板结构模型法计算31406综采工作面顶板压力和支架支护强度。研究结果表明:31406综采工作面顶板压力为1.23 MPa,支架合理支护强度为1.29 MPa。实际回采结果表明:工作面矿压显现正常,实现了安全高效回采。     

倾斜薄煤层开采工作面覆岩活动的规律

为解决倾斜薄煤层顶板控制技术难题,以东风煤矿倾斜薄煤层开采为背景,运用RFPA2D软件,建立数值模型,分析不同倾角下薄煤层工作面覆岩活动规律及顶板失稳特征。结果表明:倾斜薄煤层开采后,直接顶从采空区中部偏上向采空区弯曲,最后发生断裂破坏形成冒落带,顶板冒落沿层面向下滑动,冒落呈不对称形状;倾斜薄煤层工作面煤体上段顶板压力最大,下段次之,中段最小;随着煤层倾角的增大,顶板沿煤层倾斜方向的分力增大,垂直作用在支架上的分力减小,导致工作面推进方向的工作面矿压显现逐渐变缓,顶板下沉量也将变小。该研究为类似地质条件的倾斜薄煤层工作面顶板控制提供了理论依据。     

“三软煤层”支承压力下沿空掘巷锚网支护技术

根据三软煤层围岩力学性质,研究了直接顶与老顶的构成和直接顶、老顶初次来压与周期来压步距以及顶板压力的变化规律,提出了加大初撑力及时护顶等控制顶板运动显现的措施以及防止煤壁片帮和支架插底的技术措施并付之实践,取得了三软煤层大采高控制围岩的预期效果。     

大采高综采工作面矿压观测及其显现规律研究

介绍了大采高综采工作面的矿压观测方法,通过现场矿压观测成果,对大采高综采工作面矿压显现特征及其规律进行了详细分析,建立了大采高综采工作面力学模型,并对工作面顶板分类和支架选型的合理性作了初步研究。结果表明:大采高综采工作面采场来压动载系数小,无冲击载荷;直接顶来压明显但不强烈;支架控制岩层层位高;采场支架以静载为主,静载计算力学模型可以满足顶板控制要求。     

上湾矿4台掩护支架在综采工作面回撤中的应用

综采工作面支架回撤是工作面回撤工作的重中之重,为了顺利实现工作面支架回撤的安全、高效,本文介绍了在综采工作面支架回撤过程中,使用4台液压支架维护顶板的支架回撤方法。利用4台掩护支架有效地控制顶板,降低了工人的劳动强度,节省了支护材料的使用,提高了支架回撤速度,保证了综采工作面支架回撤的安全。     

固体充填工作面支架工作特性及顶板控制分析

以唐山矿9煤层充填工作面为工程背景,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,对充填液压支架工作特性及工作面顶板沉降控制效果进行研究。研究结果表明:固体充填工作面矿压显现缓和,充填支架具有动压系数小的显著工作特性;充填支架的高效支撑对抑制顶板弯曲下沉及层间离层发挥了重要作用,实测充填工作面内顶板累计下沉量占开采高度的13%,工作面上方顶板离层现象主要分布在浅部4m范围内;支架支护阻力的提高可有效控制顶板下沉保证足够的充填空间,当支架支护强度由0.4提高到0.6 MPa时,工作面顶板下沉值降低15.6%,当支护强度继续提高时,支架对顶板下沉的控制效果开始减弱。合理的充填支架支护强度可以控制顶板下沉,保证良好的采空区充填效果,进而减小覆岩及地表变形。     

支架架型对综放顶板稳定性的影响

采用理论分析、数值模拟等方法研究了在综放开采中不同顶煤条件下支架架型对端面顶板稳定性的影响。通过分析,为保证端面顶板稳定,支撑式液压支架仅适用于顶煤为硬煤的条件下,掩护式和支撑掩护式支架在三种顶煤条件下均可以适用。研究指出支架前柱初撑力、支架前柱到煤壁距离、掩护梁受载等参数对端面顶板稳定性有重要影响,结论在现场得到了验证。     

长壁工作面顶板周期下沉量的理论分析与实测研究

为了研究长壁工作面顶板周期下沉量对支架支撑高度的影响,本文以某长壁工作面为背景,利用数值模拟和理论分析方法,通过分析长壁工作面上覆岩层运动规律,对浅埋深长壁工作面顶板破坏特征进行研究,并对顶板所成结构形式进行了探讨,分析了顶板周期下沉量对支架支撑高度的影响,最后通过现场实测数据对所得结论进行了验证。研究结果表明,顶板最大周期下沉量对于确定工作面采高及支架最小可缩量具有重要意义。本文的研究结论对浅埋深长壁工作面顶板结构形式也提出了新的探讨。     

坚硬顶板大采高ZZ13000/28/60型液压支架受力分析

ZZ13000/28/60型液压支架应用于同煤集团坚硬顶板条件下,针对支架的受力状况,建立了支架的三维实体模型,分析了在偏载、扭转工况下支架的受力情况。结果表明,ZZ13000/28/60型液压支架适合同煤集团坚硬顶板的要求。     

采场上覆岩层运动及支架的选择

选择采场支架,包括确定架型和工作阻力等参数两个方面。所选支架,应当保证根除重大冒顶事故,最大限度的保持直接顶板完整,材料省、费用低。达此目的关键,在于使所定支架,能够针对需要控制的岩层,在其显著运动前后保持一个能够尽量排除动压冲击和降低     

工作面顶板二次断裂的研究

本文通过对现场工作面来压所进行的预测预报所观测到的工作面顶板二次断裂现象进行分析,建立了工作面项板三次断裂的力学模型,研究表明对于各种不同的顶板三次断裂均有可能发生,它与顶板上覆岩层的变形特性和煤体或直接顶的变形特性有关并且提出通过提高工作面支架阻力是难以控制顶板二次断裂发生的,同时指出对于三次断裂不是控制其位置而在于采取安全措施通过三次断裂区域。图4,袁2,参3。     

薄煤层工作面气垛支架控顶特征

本文介绍分析了气垛支架的技术性能和气垛支架对顶板的控制特点,在底板比压、与围岩接触应力、垂直应力、刚度特性和对顶板作用等方面与单体支柱相比,薄煤层气垛支架具有显著的优点。