基于薄板理论的首采工作面基本顶来压步距研究

基本顶破断对工作面来压具有重要影响。为了研究首采工作面的基本顶破断机理,根据顶板发生初次破断和周期性破断时的边界条件,分别建立了四边固支、三边固支一边简支的顶板薄板力学模型。利用伽辽金法对薄板模型进行力学计算,对工作面顶板破断时基本顶岩层的应力分布特征与破断机理进行了分析。通过极限破断准则得出顶板破断位置与来压步距。结果表明:工作面基本顶破断与上覆岩层载荷、工作面长度、推进距离、岩层厚度、泊松比等因素有关,与板的弹性模量无关。现场观测顶板来压步距与理论计算结果较吻合,可为首采工作面来压预报提供依据。     

综采面回采速度对基本顶初次断裂失稳的影响规律

工作面推进速度会影响顶板岩层的应力分布状态与断裂结构,进而影响顶板系统的稳定以及工作面矿压。首先,采用理论分析和现场实测的方法,分别建立了顶板力学模型和采场支架力学模型;其次,分析了推进速度对基本顶初次断裂极限跨距、三铰拱结构中临界滑落失稳系数和临界回转失稳系数的影响,揭示了推进速度对工作面支架阻力的影响规律;最后,结合神东矿区部分综采工作面来压步距和支架工作阻力,验证本模型的可靠性。研究结果表明：在仅考虑厚跨比影响下,当厚跨比为0.67时,固支梁最大位移的位置由两端顶部向中部底端转变;当厚跨比由0.67减少至0.50时,固支梁最大位移由2.04 mm迅速增加至3.29 mm,基本顶易发生断裂失稳;随着推进速度增加,临界滑落失稳系数呈对数降低,而基本顶初次断裂极限跨距和临界回转失稳系数均呈对数增加;滑落失稳对支架产生的附加静载随推进速度增加而减小,表明增加推进速度可有效减少滑落失稳对支架产生的附加静载,从而减少工作面初次来压时压架事故的发生概率。     

基于RFPA~(2D)的煤层顶板覆岩采动破坏数值模拟

本文在分析工作面揭露的开采地质条件和岩石力学性能等参数的基础上,运用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D)模拟分析了工作面煤层顶板覆岩层采动破坏特征。结果表明采动引起工作面顶板覆岩离层面和纵向破断面的张开和闭合是一个动态演化过程。区域内直接顶初始垮落步距约10m,基本顶的初次来压步距为60～65m,采动冒裂高度为57m。模拟结果为工作面顶板管理及上隅角瓦斯抽采提供了科学依据。     

厚土层覆盖浅埋煤层支架适应性分析

分析了陕西榆树湾煤矿浅埋煤层开采支架的适应性,揭示了厚土层覆盖浅埋煤层开采条件下覆岩层的破坏规律;模型实验表明工作面初次来压步距为70～75 m,工作面初次来压步距相对较大;组合关键层的破断形成大周期来压现象,支架动载系数平均为1.21,支架阻力能平衡顶板压力,满足工作面正常开采时对支护阻力的要求.研究成果对指导工作面采前准备工作具有重要意义.     

急斜长壁采场顶板破断和岩块运动规律

本文根据急斜走向长壁工作面周期性矿压显现和沿倾斜不同地段显现的特征,采用倾斜薄板探索了顶板的变形破断规律,建立了破断老顶岩块的力学模型。分析了不同充填条件下岩块运动与平衡规律,阐明了急斜煤层矿压显现的机理和岩层控制的特点。     

炮采放顶煤工作面矿压观测与研究

对长沟煤矿工作面进行了实际矿压观测，包括顶煤初次垮落步距、直接顶岩层初次垮落步距、基本顶初次来压步距及其来压强度、基本顶周期来压步距及其来压强度，分析研究了采场矿压规律。     

特大采高工作面矿压显现规律

为掌握特大采高工作面矿压显现规律,突破采高极限,采用理论分析、相似材料模拟和数值模拟等多种手段,对上湾煤矿特大采高(8.8 m)工作面进行研究.研究结果表明:工作面基本顶初次来压步距为54 m,周期来压步距为12.8~30 m,平均周期来压步距为22 m;主关键层初次破断距为69~79 m,周期破断距为42~48 m,平均周期破断距为45 m;工作面超前支承压力为11.10~12.98 MPa,应力峰值点到煤壁距离为9~13.2 m,影响范围为74~96 m,应力集中系数为2.10~2.40.     

采场顶板破断模型及垮落规律分析

煤炭开采引起了上覆岩层空间结构的变化和顶板的变形破断,而采场顶板的断裂形态与采场压力密切相关,同时也对地表沉降产生较大影响。基于弹性力学薄板模型,采用位移变分法分析了顶板断裂的形成机制,根据薄板弹性理论,采用位移变分法建立了煤层顶板的力学模型,分析顶板断裂形态的形成机制,通过顶板的拉应力分布和弯矩分布得到了顶板的破坏规律。计算结果表明:顶板在初次破坏时,在顶板表面沿四周边缘出现O型破坏,继而在顶板中心处出现X型破坏,随着破坏的发展贯通,形成典型的O-X型破断。顶板在周期破坏时,随着工作的推进和角部效应的影响,形成半X型破断。     

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。     

工作面顶板岩石移动与破断规律研究

以某矿西1采区首采工作面为研究对象,对该工作面顶板岩梁的直接顶的初次跨落步距、老顶初次来压步距及岩梁的周期来压步距进行了计算研究,又通过对工作面支架的工作阻力实测,验证了理论计算的上述各值,从而为该工作面顶板管理提供了理论依据。     

浅埋薄基岩大采高工作面顶板破断特征和来压规律

为了揭示浅埋薄基岩大采高工作面顶板破断运动结构特征,在张家峁煤矿22201工作面辅运顺槽内施工3组钻孔,现场观测不同层位的顶板位移量,钻孔窥视顶板破断位置,实测统计对应的工作面支架工作阻力和超前支架工作阻力。结果表明:工作面上方顶板分层垮落,具有显著的时间和空间效应;顶板破断超前于工作面来压,超前破断距离约15～20 m;顶板冒落带高度15～18 m,平均顶板破断角65°;初次来压形成非对称三铰拱结构,周期来压形成台阶岩梁结构;端头区域内倾向不同层位的顶板呈弧形拱状冒落。工作面初次来压步距为32 m,来压时支架的平均工作阻力11 448 kN/架,周期来压步距为10～15.8 m,平均13 m,来压时支架的平均工作阻力10 343 kN/架,支架选型合理且利用率高;回风顺槽侧超前支承压力显现较明显,超前支承压力峰值位于工作面前方5 m内,显著影响范围约为10 m,一般影响区为15 m.     

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。     

三交河煤矿512大采高工作面矿山压力显现规律及特征

本文针对汾河焦煤公司三交河煤矿512大采高工作面生产地质条件,通过现场实测和数值计算方法,深入分析了矿山压力显现规律及特征,结果表明,工作面基本顶初次来压步距34～38m,工作面顶板初次来压时动载系数1.4～1.8,平均1.7;工作面中部支架工作阻力大于两端支架工作阻力,不小于10000kN。研究结果对相同条件下煤层开采采场来压步距预测及支架选型具有重大的实践意义。     

晋城15号煤层坚硬顶板条件下工作面合理长度的确定

利用两种极限边界条件下悬板力学模型得出的坚硬项板下初次来压步距与合理工作面长度的关系，计算出了沁水豹凹沟煤矿等四个矿15号煤层的合理工作面长度，并运用坚硬岩层的破断规律进行了综合分析，提出了其工作面长度的合理选择，并最终确定了晋城矿区15号煤层坚硬顶板条件下合理工作面长度。工作面合理长度在80～115m之间，用此数据指导晋城矿区15号煤层的开采施工。     

袁店二矿首采工作面顶板运动规律研究

通过对淮北矿业集团袁店二井煤矿首采工作面的矿压观测,分析首采工作面的顶板运动规律,得到老顶周期来压时间和周期来压步距,然后根据来压步距对直接顶和老顶进行分级,为指导采煤工作面顶板管理提供帮助,也为该矿后续工作面的顶板维护提供了一定的借鉴意义。     

综放工作面顶板运动及矿压显现规律研究

某矿10-702综放工作面矿压显现特征较为特殊,借助对工作面支架工作阻力及采高变化的现场监测,研究工作面顶板破断及宏观矿压显现特征。结果显示:工作面初次来压步距是33.6⁴0.2m,第一次周期来压步距平均为11m;工作面中部的支架受来压的影响较上、下部显著;来压期间,支架的采高受影响较为明显。     

基本顶破断失稳在急斜煤层放顶煤开采中的作用

为研究急斜煤层水平分段放顶煤开采过程中基本顶破坏活动对工作面的影响，根据急斜煤层基本顶具有倾斜狭长板的特点，运用弹性薄板理论对基本顶岩层进行了拉应力分析，得出了顶板破断的判别准则，建立了基本顶初次破断后形成的“铰接结构”的力学模型。通过分析结构滑落失稳和回转失稳的力学条件，指出危险点是上铰接点。研究表明急斜放顶煤开采围岩结构虽然与缓斜煤层长壁放顶煤不同，基本顶（老顶）和直接顶只是在工作面的一侧，但仍然不能忽视它对工作面矿山压力显现的影响。铰接结构的上铰接点是岩层控制的关键点，这为现场实施充填以防止基本顶失稳的动力作用，提供了理论依据。     

孤岛煤柱膏体充填开采覆岩运动规律研究

为研究孤岛煤柱膏体充填开采覆岩运动规律,对岱庄煤矿2351膏体充填工作面支架压力进行了实际观测和分析。由于周围工作面回采结束时间较长,采空区内覆岩跨落后已经基本稳定。该工作面充填开采顶板初次来压步距为33.6 m,监测到的前4次周期来压步距分别为18.3、8.8、13.79、m。膏体充填条带煤柱开采采场与覆岩结构的特殊性决定了第一个周期来压步距相对较大。由于三面采空,虽然采用膏体充填采空区支撑上覆岩层,工作面顶板及其上覆岩层的断裂和下沉仍然十分显著。充填膏体的支撑作用使采场宏观矿压显现不明显,但三面的采空导致支架上的工作阻力较大,在推采停顿时间较长时矿压显现尤为明显。     

工作面来压步距对上山煤柱尺寸的影响分析

上山附近终采线上方老顶岩层的住态影响着煤柱支承压力的大小和上山维护的难易程度。因此。工作面终采线的位置，应尽可能确定在老顶岩层周期来压完成之后。在采区范围内首采工作面的长度控制着老项的初次来压步距和周期来压步距。由于首采工作面老项断裂对相邻工作面老项岩层的损伤，使得相邻工作面老顶来压步距受到初采工作面老顶来压的控制。当采区走向长度确定之后，可以通过改变首采工作面的长度来控制工作面终采线的位置。实现采区上山煤柱尺寸最小化。     

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.