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。     

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，基本项（老顶）和直接项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，这为现场实施充填阻防止基本项失稳的动力作用，提供了理论依据。     

综放开采顶煤与覆岩力链结构及演化光弹试验研究

综放开采过程中顶煤和覆岩由连续向非连续和散体介质状态转变,描述矿压在断裂覆岩和碎裂顶煤中的形成、传递方式和作用机理是综放开采矿压理论研究的难点.基于光弹试验原理,借助散体介质双轴加载双向流动光弹试验装置,对综放开采过程中散体顶煤与非连续覆岩关键层中力链网络结构及演化特征进行研究.研究发现:地层载荷在煤岩体中构成了错综复杂的弱-强力链网络.综放开采打破了初始力链网络结构的平衡,顶煤与覆岩中形成梁-拱复合力链拱结构,覆岩荷载以强力链形式传递到工作面前方煤体.随着工作面推进和顶煤放出,覆岩梁-拱力链网络不断扩展和演化,形成更大规模的力链拱结构.关键层弯曲、断裂和失稳运动,使工作面前方的强力链拱脚出现回缩现象,力链分布密度和强度增加,导致工作面来压现象.地层内水平力作用使顶煤与覆岩内的梁-拱力链结构效应较更加明显,整体拱结构形态愈加完整,强力链网络结构更加紧致,关键层断裂失稳时力链拱对工作面煤层的作用力更加显著.     

亚急斜煤层采空场覆岩变形破坏数值与相似模拟

依据煤层倾角及开采后顶板破坏特征及其影响不同,将倾角在45～60°的煤层称为亚急斜煤层,其开采过程中顶板影响相对显著。文中针对乌鲁木齐矿区,通过相似材料与数值模拟试验,对亚急斜水平分段放顶煤开采过程中采空场覆岩变形破坏特征进行了试验研究。研究结果表明:亚急斜煤层开采过程中采空场覆岩变形破坏主要沿煤层法向方向发展;基本顶(老顶)岩层破坏后并没有直接垮落,而是有可能形成一定的结构体——铰接岩块结构;关键层位结构体的回转失稳是造成大范围覆岩剧烈活动的根本原因;岩层结构的存在,特别是关键层位结构体的存在,使得覆岩大范围垮落对工作面的影响程度大大降低了,支架可以保持良好的运转,有助于工作面的安全高效生产。     

浅埋煤层综采工作面矿压显现规律数值研究

为了更好的研究各因素对30108工作面矿压规律的影响程度,在矿压现场观测工作的基础上,文中采用3DEC模拟软件对杨伙盘煤矿30108综采工作面开采过程中顶板破坏情况进行分析,并用FLAC3D软件进一步对矿压显现规律进行模拟研究,结果表明3-1煤层的冒放性比较好,基本顶来压明显,上覆岩层中形成的压力拱结构可以减缓地表松散层与基岩层的同步下沉运动对工作面回采空间的影响。     

采场上覆岩层结构理论及其新进展

回顾了采场上覆岩层结构理论的发展过程，介绍了平面结构模型各个发展阶段的主要学术观点及其新进展，重点阐述了采场上覆岩层结构的稳定性及综放采场顶板结构理论的研究现状，提出了大范围顶板控制问题如采动覆岩空间结构与应力场的动态关系、顶板的异常压力控制等问题，这些问题是今后采场矿压研究的重点，并介绍了这些方面的最新研究成果。     

木城涧矿底煤复采平面模拟试验研究

通过对北京矿务局木城涧矿十槽煤不具备常规复采条件底煤复采的相似材料模拟试验研究，证明了回采上分层时顶板冒落情况和矿压显现规律，初步探明了留与不留煤皮假顶情况下，回采下分层时顶板岩层二次失稳情况和矿压显现规律，为类似条件底煤复采制定合理的复采方案、安全技术措施等提供重要的依据和指导作用。     

浅埋深短长壁工作面矿压显现特征

掌握浅埋深短长壁工作面矿压显现特征,采用现场观测和数值模拟方法对荣达煤矿试采工作面进行矿压显现特征研究,分析了浅埋深短长壁工作面矿压显现规律及覆岩结构特征.研究结果表明:由于采高及工作面长度等开采参数较小,短长壁工作面开采后对顶板岩层的破坏程度有限,基岩层并未全部断裂至地表,上覆岩层中仍然可以形成稳定的承载结构.     

焦家寨煤矿2号煤综采中位放顶煤工作面矿压研究及应用

通过对焦家寨煤矿2号煤层22105综采中位放顶煤工作面的矿压观测和研究分析,明确了工作面上覆岩层的运动变化规律、变化参数以及矿压显现程度对工作面生产的影响,可为今后工作面两巷超前支护及采煤设备、支架选型提供重要的决策依据。     

厚煤层放顶煤长壁工作面矿压研究

本文在分别采用长顶梁及短顶梁两种掩护支架的两个工作面开采试验的基础上对厚约6m的长壁放顶煤回采时上覆岩层及顶煤活动规律,支架受载及合理架型作出分析,认为放顶煤工作面支架截荷并不高于类似条件下小采高的分层工作面。长顶梁支架适用于顶煤较硬的条件,若采用超前工作面平行煤壁深孔注水可降低煤体强度,增加顶煤放出率。试验中观测到上覆竖硬岩层超前工作面断裂迫使顶煤于工作面前8m处就开始产生斜向断裂裂缝,并逐渐扩展,加密而降低其刚度。因此,放顶煤工作面支架实际处于工作面前方煤体及后方岩石支承的上覆台阶错动的平衡岩石块梁结构的掩护下,其截荷主要为顶煤及下覆破碎直接顶的重量。图7,表5,参3.     

工作面推进过程中上覆岩层冒落的数值模拟

为了研究在工作面推进过程中上覆岩层冒落情况，基于“支架梁”模型理论、连续介质力学和损伤介质力学原理，采用RFPA^2D分析系统，模拟了岩石从裂纹萌生、扩展直至断裂的全过程，再现了煤层采动中其上覆岩层来压及工作面推进过程中剪应力、岩层下沉的变化规律。结果表明：厚顶对上覆岩层的运动起控制作用，它是该岩层系统中的关键层，另外，随着工作面向前推进，在工作面前方煤壁形成支承压应力升高区，上覆各岩层的下沉量不断增加。     

不同基础上板结构老顶的断裂摸式及其对采面来压的影响

本文以现场观测及岩样试验为基础，将长壁工作面老顶视为弹性薄板，将支撑老顶的直接顶与煤层（基础）分别视为弹性，弹塑性，粘弹性及粘塑性基础，亦即，将老顶及其基础（直接顶与煤层）分别视为四种统一的空间结构模型，并通过薄板弯曲边界元法分别与弹性，弹塑性，粘弹性及粘塑性边界元法耦合，对上述空间结构进行求解，得出了如下结论：１、在通常的长里工作面条件（ｂ／ａ＞１）下，除了断裂位置及来压显现不同外，在弹性，弹塑性，粘弹性及粘塑性基础上的老顶矩形板的初次断裂模式均为横Ｘ型，周期断裂模式均为横半Ｘ型，亦即，不论基础类型如何，老顶的初次断裂模式均为横Ｘ型，周期断裂模式均为横半Ｘ型。２、当板式老顶断裂后，其断口参差不齐，且基本垂直于老顶悬板的主张应力迹线。在老顶运动与转过程中，各断裂岩板之间仍处于联锁咬合状态，由于咬合面上强大的剪切力的作用，在咬合面附近形成了类似于刚——塑性的准塑性区。因此，我们认为，板式老顶断裂后，形成了咬合板结构。当ｂ／ａ＞１时，初次断裂的老顶将形成三咬板或正三咬板结构，这一结构的失稳便引起工作面初次来压，周期断裂的老顶亦将形成三咬板或料三咬板结构，这一结构的失稳便引起采面周期来压。３、随着基础（直接顶与煤     

综放工作面岩层控制

在大量现场实测、相似模拟、数据模拟及理论分析的基础上,提出了“砌体梁”与“半拱”式结构相结合而构成综放采场覆岩结构的基本形式。考虑到直接顶、顶煤的变形破坏特性以及小结构的影响,建立了综放采场围岩结构模型,可对综放开采的矿山压力现象合理的解释,并为支架的选型设计和矿山压力控制提供了依据。     

大倾角煤层综放开采中上覆岩层的运移特征

根据新疆焦煤集团艾维尔沟矿区25112工作面所采的5#煤层大倾角、硬顶、软底、软煤的实际情况,采用相似材料模拟实验,对综放开采时上覆岩层沿倾斜方向上的运移(破坏)特征进行研究。研究表明,在大倾角煤层综放开采过程中,工作面顶煤或顶板的运移是不对称的,且在破坏方式上也有区别。上覆岩层的运移是一个空间问题,包括了上覆岩层的垂直于岩层的弯曲下沉—破断—回转,还包括沿工作面倾斜方向和垂直于工作面倾斜方向的运移。顶煤和上覆岩层垮落后,会沿工作面倾斜方向向下滚(滑)动,堆积于工作面下部和中部,形成非对称的充填带。所得结果对现场开采具有一定的指导作用。     

东海煤矿深部回采工作面矿压规律

为了得到深部回采工作面的矿压显现规律,采用相似模拟、理论分析、数值模拟与现场观测相结合的方法,对东海煤矿32#煤层左九工作面顶板活动规律,上覆岩层移动、破坏规律以及支承压力的分布规律进行了理论分析与实践研究,得出了该工作面顶板活动的各项参数和上覆岩层移动、破坏的范围以及支承压力的分布变化规律。研究表明,深部开采工作面随着采深增加,支承压力有所增加,支柱载荷也增大,但顶板活动规律、上覆岩层移动规律与浅部开采相比变化不明显。该结论为龙煤集团同类矿井进入深部开采阶段采场围岩控制设计提供了参考依据,对其他同类矿井具有很好的借鉴作用。     

倾斜煤层长壁开采岩层运动特征及顶板控制

采用了现场测试法,用相似材料模拟实验研究了倾斜方向岩层运动与围岩应力分布及用离散元法模拟围岩运动特征等方法,得到了以下结论（1）煤层倾角导致岩层运动与破坏以及围岩应力分布差异很大;（2）采空区充填程度不同,沿工作面倾斜方向,下部充填较密实,而上部则处于空置状态,由于顶板支撑条件不同,从而导致顶板挠曲差异很大,经常出现上部断裂而下部完好的状态;（3）倾斜煤层开采导致的岩层运动比缓倾斜煤层强烈.要求工作面支护既有足够的强度,更要确保其稳定性.图5,参5.     

荣泰煤矿坚硬顶板采场支护控制技术研究

采用理论分析、现场实测、数据分析的方法,研究了荣泰煤矿10104工作面坚硬顶板运动特征及矿压显现规律、采场动压影响下覆岩结构及其围岩运动特征、坚硬顶板支护控制技术措施,为相似条件下的采场围岩控制技术提供了参考。     

覆沙层下大采高工作面覆岩运移规律

大采高开采的方法是提高煤炭资源回收、实现矿井高产高效的重要发展方向,但也造成工作面覆岩破坏严重。为此,文中以宁东煤田赋存的覆沙层下特厚煤层为背景开展大采全高工作面覆岩运移研究,运用相似模拟的方法并综合多种监测仪器从模拟现象、力源两个角度对大采高工作面覆岩运移、下沉乃至垮落的特征进行了全程监测与分析。研究表明:大采高工作面覆岩垮落初次来压步距较大,支架带压移架后极易发生直接顶乃至老顶的突然垮落,工作面来压强烈、伴随有明显的支架动载现象;延伸至地表的裂隙有诱发地表覆沙层弯曲、有溃入工作面的可能;模型开采结束后形成了6条贯穿至地表且与工作面推进方向成60°的垮落裂缝;模型内部各岩层下沉范围随着工作面的推进而不断扩大,呈U字型下沉趋势。