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.     

综采采场顶板结构模型及“支架-围岩”关系研究

以综采采场上覆岩层运动规律为核心,运用"传递岩梁"理论对采场顶板运动参数进行预计算,建立了采场顶板结构模型,详细分析了支架在"给定变形"和"限定变形"两种工作状态下支护强度和活柱缩量的计算确定方法。研究结果表明:直接顶由多分层组成时,具有不同运动组合特性的各分层垮落步距不同。将对采场矿压显现有明显影响的基本顶岩梁分为"单一岩梁"和"双岩梁"结构。采场顶板控制设计中对直接顶采用"给定载荷"的工作方式,根据不同的控顶要求对基本顶采用"给定变形"或"限定变形"的工作方式。在基本顶"双岩梁"结构下,既要防止下位岩梁运动时的切顶、活柱缩量超限等威胁,又要防止上位岩梁来压时对采场的动压冲击。     

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。     

深孔预裂对初采面老顶极限跨距的影响研究

初采工作面老顶大多强度高、厚度大、完整性好,回采期间易造成悬顶距离较大,给安全生产带来隐患.为防治初采面老顶大面积悬顶产生的一系列问题,初采前在切眼处布置预裂炮孔,利用深孔预裂的方法破坏老顶的完整性,达到减小老顶来压强度和极限跨距的目的.本研究依据老顶岩梁的力学模型特点,从理论上比较深孔预裂前后老顶步距变化情况,发现采用深孔预裂后老顶极限跨距是未处理老顶极限跨距的0.82倍,经与潞安集团常村矿应用现场实测数据对照,具有较好的一致性.从理论和实测数据可知,深孔预裂能减小老顶极限跨距.     

弹性连杆机构的主动控制研究

运用KED分析方法对带有智能材料的弹性连杆机构的特性进行分析；利用优化算法求取主动控制弹性构件变形的控制电压规律。通过理论分析和数值计算，显示了对智能材料直接施加控制电压，从而控制弹性构件变形的可行性。     

浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析

利用RFPA岩石破断过程分析系统软件，对神府东胜矿区活鸡兔煤矿厚松散层浅埋煤层首采工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态数值模拟。并根据模拟结果，分析了随着工作面采动和推进，上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。模拟结果表明，卸荷变形是引起浅埋煤层直接顶初始离层的主要因素之一，浅埋煤层老顶岩层破坏的主要顺序仍为“离层－断裂－垮落”，厚松散层浅埋煤层开采时，当关键承载层完全垮落后，覆岩会发生直达地表的整体切落现象。     

大倾角坚硬顶板厚煤层矿压规律数值计算

为了研究大倾角坚硬顶板厚煤层矿压显现规律,应用RFPA数值计算软件对大倾角坚硬顶板厚煤层顶煤的运动规律、顶底板的跨落规律及变形位移情况进行了模拟.得到主要结论为:大倾角煤层沿倾斜方向采场上覆岩层的移动和变形破坏特征是不对称的;上覆岩层在法向载荷的作用下普遍产生挠曲变形,变形规律为采场中上部下沉量较大,采场下侧下沉量较小;直接顶初次跨落步距约30 m;老顶初次来压步距约60 m,周期来压步距18～22m.     

灌注桩单桩沉降计算的改进算法

根据灌注桩的受力特性及变形规律,建立了桩端土层较软和桩底沉渣较厚条件下的桩端荷载沉降数学模型.基于假设的桩侧土荷载传递函数,对灌注桩沉降过程中桩侧土体的变形规律进行了研究,建立了桩侧土荷载传递线性软化模型条件下桩端土硬化非线性模型的荷载沉降关系;依据桩侧土体完全弹性、弹性+软化、弹性+软化+残余、残余+软化、完全软化状态下的桩端土非线性模型的荷载传递关系,导出了单桩荷载传递公式,得到了桩侧土体多种状态下的桩顶荷载沉降规律,并通过算例验证了该公式的合理性.     

地铁车站基坑围护结构内力与变形规律分析

给出了森公地铁车站深基坑围护和变形监测方案,对基坑变形规律进行了现场监测研究,重点对基坑围护桩的水平位移和钢支撑的轴力变化进行了现场监测。结果表明:桩顶水平位移反映围护结构的顶部变形情况,能直接反映围护结构的变形特性,是评价围护结构安全状况的重要指标;在有钢支撑作用的情况下,围护桩变形最大的部位位于距桩顶2/3基坑开挖深度处;钢支撑轴力随开挖深度增加而增加,其大小变化与开挖方式、开挖速度以及天气等因素有关。     

大倾角厚煤层综放开采顶煤移动规律与破坏机理的离散元分析

应用UDEC2D计算程序,对某煤矿大倾角厚煤层综采放顶煤的空间效应及其放煤机理进行了数值模拟,揭示了在综放开采过程中采场覆岩与项煤的移动规律及相应的应力场、破坏场的变化特征,并对控顶区顶煤的变形破坏特征及直接顶的离层跨落步距进行了分析.     

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     

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.     

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。     

澄合矿区中厚煤层综采面矿压显现特征研究

为解决澄合矿区5号煤典型中厚(1.5～3.5 m)煤层综采开采中存在的液压支架选型合理性等问题,文中以澄合矿区具有典型中厚煤层的王村煤矿斜井5216综采工作面地质条件为研究背景,通过现场矿压观测手段分析研究了矿压显现特征。研究结果:得出了澄合矿区典型中厚煤层综采工作面直接顶初次垮落步距、老顶初次来压步距、周期来压步距、来压强度以及来压持续距离等矿压显现特点,从而为澄合矿区中厚煤层综采支架选型合理性、安全可靠性以及相似工作面的高效安全开采提供科学依据。     

高位巨厚岩浆岩断裂失稳机理研究

济宁二号井煤层埋藏较深,煤层上方赋存有巨厚无层理的岩浆岩,其失稳运移对安全生产具有潜在威胁。文章以相似模拟实验为手段研究了深部煤层开采过程中高位赋存的岩浆岩的运移机理,得出岩浆岩初次破断为固支梁的下位拉断非全厚破断,且破断后立即失稳;周期破断为全厚回转拉破断,破断后岩浆岩岩块铰结成"梁",不易失稳。     

采场上覆岩层移动变形值计算

在下部采动煤层的顶板岩层内布置巷道 ,其位置选择与采场上覆岩层移动状况密切相关 .依据煤矿地表移动计算公式和采场上覆岩层活动规律 ,建立采场上覆岩层移动变形概率积分法预计计算模型 .根据最大下沉量、主要影响半径、拐点移动距等移动参数与埋深的关系 ,利用参考坐标系确定采场上覆岩层移动下沉计算公式 .并结合实例进行岩层移动变形预计计算 ,计算结果与实际观测数据十分接近 .图 1,表 1,参 5     

综放工作面基本顶层位与极限跨距确定

为确定中煤平朔集团井工一矿4106综放工作面基本顶层位和极限跨距,考虑基本顶沉降值、采空区残留浮煤厚度、碎胀系数等因素,初步确定了采空区的冒落带理论高度;根据覆岩结构向高位转移后的平衡条件,判断顶板上方13.12 m以远的粗砂岩为基本顶1;根据组合梁等理论公式,计算了该工作面顶煤、直接顶、基本顶的载荷值,确定了顶煤、直接顶、基本顶的初次垮落步距、周期垮落步距,结果与矿压观测结果基本吻合。     

综放工作面直接顶稳定性研究及控制实践

通过大量现场实测与系统的理论分析指出，“砌体梁”与“半拱”式结构相结合共同构成综放采场覆岩结构的基本形式．在此基础上，对上位直接顶中“半拱”结构的３种形式进行了分析，建立了相应的力学模型，对其平衡条件、失稳机理以及与砌体梁结构的相互作用关系进行了分析，从而形成了综放开采直接顶稳定性控制的基本理论和方法．最后介绍了综放开采的矿压控制实践．图４，表２，参４．     

恒底开采矿压显现规律模拟研究

本文在现场实测的基础上,利用相似材料模拟实验方法,对厚煤层恒底开采和下行分层开采的矿压显现规律进行了对比研宄。研究结果表明:恒底开采第一分层时,由于顶煤易在采空区冒落,冒高较大,因此老顶来压时对采场的影响程度明显减小,这对于厚煤层坚硬顶板条件下的安全生产是十分有利的;恒底开采时,顶板裂隙扩展范围较小(裂隙带高度减小),并能减小顶板出现离层的高度,因此,有利于顶板含水层下(或地表水下)安全生产;恒底开采时,除最后一个分层外,各分层工作面的顶板均为煤体,因此可以减少煤炭含矸率,当煤层顶板较破碎时,其效果更明显     

支承压力高峰位置的现场确定方法

研究和确定采场周围支承压力高峰位置,对于确定回采工作面的停采线及区段煤柱的大小起着非常重要的作用。本文以现场实测研究结果为主,结合有限元和相似材料模拟研究结果,对煤体中支承压力高峰位置进行了研究。认为支承压力高峰位置至煤壁的距离主要受开采深度、顶板岩层的容重、煤体的单向抗压强度、煤层的采高、老顶周期来压步距等的影响,并给出了其计算式。现场可以根据地质条件及开采条件事先进行估算。代入计算式即可求出支承压力高峰的位置,计算结果与实际情况吻合较好。