大倾角走向长壁开采"R-S-F"动态稳定性实验

通过平面应力走向、倾斜和三维可加载块体模型等手段,较系统地研究了大倾角煤层走向长壁工作面(倾斜布置)开采过程中矿山压力显现规律、围岩变形、破坏与移动特征和工作面支架与设备的下滑机理;分析探讨了顶板破断岩块运动、底板破坏滑移以及主要回采工序对支架或支护系统工作阻力和"R-S-F"(顶板-支架-底板)系统动态稳定性的影响;提出了现场工业性试验时需要注意和重点解决的关键技术问题。     

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.     

急斜长壁开采顶板破断运动及危险性

急倾斜煤层由于开采边界不规则，及其它地质和技术因素，顶板破断具有明显的随机性。在相互挤压的破断板块系统中，２～３个关键板块对工作面矿压显现有决定影响。在“回转下沉反转上升”运动中，上升区如处于控顶区上方，使支架卸载造成顶板灾害。对关键板块运动的监测反馈，是进行有效岩层控制的重要环节。较软弱底板的破坏滑移，是造成顶板随机运动复杂化的又一原因。     

大倾角软煤综放工作面“顶煤-支架”关系区化特征

大倾角软煤长壁综放工作面顶煤破碎程度高、端面漏冒频发,顶煤与支架的约束关系复杂且沿倾斜方向具有明显的区化特性,支架稳定性控制难度大。基于理论分析与物理相似材料模拟实验方法,确定了"顶煤—支架"系统失稳临界条件,揭示了顶煤区化破坏机理。结果表明:松软顶煤的漏冒是支架失稳的主要影响因素,顶煤的碎裂程度与支架稳定性呈负相关关系,受岩体结构变异作用顶煤受到的顶板载荷具有显著的非对称性,沿倾斜方向顶煤碎裂程度呈现出"中上部上部中部下部"的区域性差异,工作面支架稳定性将产生与之相一致的区化特征。并通过现场实践,验证了支架稳定性区化特征,提出了相应的支架稳定性控制措施。     

急倾斜煤层走向综采覆岩破坏特性研究

为研究急倾斜煤层走向综采覆岩变形及破坏规律,采用力学分析、相似模拟实验及数值模拟分析,得到工作面覆岩破坏特性及岩层移动规律.研究表明:(1)急倾斜煤层综采面推进后,顶板位于工作面中部偏上覆岩处的岩层出现了挠度最大值,导致顶板断裂呈现由工作面顶板岩层的"中上部-上部-中下部-下部"的垮落顺序.(2)工作面上部覆岩以产生拉伸破坏为主,中、下部覆岩以剪切破坏为主;直接顶冒落的矸石充填下部近1/3的采空区域,且上部出现垮落区域比下部范围明显更大.(3)工作面下部应力集中系数比上部大1.2倍左右,工作面的下部端头支护处在极不均匀的高应力集中区,工作面端头及超前支护相当困难.     

谢桥煤矿1242(1)首采工作面矿压显现规律研究

以谢桥煤矿1242(1)首采工作面为例,分析了综采工作面矿山压力显现特征、顶板活动规律、液压支架的性能和对该煤层顶底板的适应性及控制效果、工作面顺槽超前支承压力分布,对初次来压期间和周期来压期间支架载荷特征进行了较为系统的分析,为后期开采11-2煤层积累了经验.     

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。     

基于断裂力学倾斜煤层底板采动破坏深度研究

为掌握倾斜煤层开采后采空区底板破坏情况,基于断裂力学理论,构建倾斜煤层采后空间底板应力求解力学模型,结合应力场与双剪强度理论,推导底板采动破坏深度求解公式,并应用实例进行验证.依据求解公式分析了底板破坏形态及影响因素,结果表明：倾斜煤层底板采动破坏区域分布具有非对称性特征;破坏范围及深度主要受工作面赋存状态和底板岩性影响,其中破坏深度与工作面斜长、采深和底板内摩擦角正相关,与底板黏聚力呈反比;随着倾角的增大破坏深度呈现先升后降趋势,而随着测压系数的增大破坏深度呈现先降后升趋势.该文研究成果可为倾斜煤层承压水防治、邻近煤层开采提供一定的理论指导.     

大倾角近距离煤层开采覆岩运移及顶板破坏特征

大倾角近距离煤层采场的矿压显现规律较大倾角单一煤层长壁采场更为复杂,需进行深入的研究。以2130煤矿4#煤和5#煤近距离大倾角煤层开采为背景,采用物理相似材料模拟实验、数值计算、理论分析和现场试验相结合的研究方法,系统研究了大倾角近距离煤层采场的覆岩运移及顶板破坏特征。结果表明,大倾角近距离煤层的连续开采,影响采场的覆岩垮落规律、围岩应力分布、顶底板变形破坏特征;近距离煤层两工作面不同的位置关系导致下煤层工作面顶板形成不同的力学结构、发生不同的变形破坏及位移,影响下层煤开采的矿压显现; 25221工作面的基本顶岩梁首先于上端处发生破断,并在之后的运移中于中部再次发生破断,影响了工作面支架载荷与稳定性,使工作面支架呈现出倾斜中部受载较大、下部次之、上部最小和中下部支架受载稳定、中上部受载多变的非对称特征。研究结果可为大倾角近距离煤层开采提供理论依据,并为2130煤矿的后续开采提供参考。     

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。     

综放工作面仰采过逆断层技术浅析

断层尤其是落差较大的断层,严重影响采煤工作面的安全生产和经济效益。华亭煤业集团在21514综放工作面回采过程中,沿走向有201m范围仰采过逆断层开采,工作面局部(沿倾向约30m范围)受断层带影响,顶板稳定性差,煤壁破碎,底板松软。详细分析了断层带附近区域煤岩的破坏状况,提出了综采工作面仰采过逆断层时带来的技术难题。     

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。     

急倾斜煤层分段开采下部煤岩体应力及位移演化规律

为了掌握急倾斜特厚煤层分段开采时工作面下部煤岩体应力及位移演化规律,采用数值模拟方法研究了工作面下部煤岩体和工作面底板的应力及位移分布,并分析了分段高度和开采深度对下部煤岩体应力及位移的影响。研究表明：上分段开采后,下部不同深度煤岩体卸压范围均呈长轴沿煤层走向的椭圆状,但卸压范围并不对称,底板侧和顶板侧的煤岩体卸压程度不同,靠近底板侧卸压程度更大。下部煤体卸压深度大小为底板侧>工作面中部>顶板侧。煤层底板不同深度出现不对称卸压区,靠近回采分段上端部的煤层底板处垂直应力明显集中。急倾斜煤层分段开采,段高对下部煤体的卸压深度范围影响较小。开采深度不同时,随着埋深增加,工作面下部煤岩体应力集中区域增大,下部同一深度煤体的垂直应力、垂直位移均出现明显增加,开采深度对工作面下部煤岩体的卸压范围影响明显,埋深越大卸压范围也越大。     

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。     

大倾角伪俯斜工作面下端头支护阻力研究

大倾角走向长壁伪俯斜工作面顶板破断具有不同于真倾斜工作面的时序性和分区性,其顶板垮落充填特征极大影响了下端头支护安全性,需要针对下端头进行支护优化。采用数值计算、物理相似模拟实验、理论分析等综合方法,结合多个大倾角伪俯斜工作面实验与现场经验,分析了大倾角伪俯斜工作面顶板垮落充填规律和下端头顶板结构形成特征,建立了下端头三角板力学模型,提出了端头支架支护阻力计算公式。结果表明：大倾角伪俯斜工作面顶板垮落、滑移、充填交错发生,对采空区下部充填具有不均匀性,基本顶破断呈“U-X-O”动态演化过程,工作面下端头形成梯阶弧形三角板结构,弧形三角板传递至端头支架的载荷呈二次函数曲线分布,得到了下端头无充填时端头支架所需工作阻力计算公式。通过枣泉煤矿大倾角综放开采工程应用,确定了端头支架最小工作阻力为8 091.866 kN,选取ZTHJ11400/15.5/25型横式端头支架,保证了端头顶板结构的动态稳定,减少了端头漏冒事故,取得了良好支护效果。     

残采区综采放顶煤仰斜开采工作面顶板管理探讨

为了最大限度的回收煤炭资源,应用综采放顶煤倾斜工作面顶板及煤帮管理技术,解决在倾斜工作面开采过程中支架倾斜、冒顶、煤壁片帮等技术难题     

大倾角煤层长壁开采顶板结构时空演化特征

为了明确大倾角煤层走向长壁开采顶板结构时空演化规律,采用物理相似模拟、数值模拟、现场实测综合互馈的研究手段,对采空区矸石的非均匀充填特征、顶板结构空间展布形态、围岩主应力大小渐变与方向偏转的演化过程和支架工作阻力的区域性特征进行研究。结果表明：随着推进距离的不断增大,底板上矸石堆积范围增大,在支架后方采空区开始往复出现倒三角的临空面;在深部采空区,矸石堆砌与水平面之间夹角沿倾向下部至上部不断减小;顶板位移呈现出“增大-稳定”的演化趋势,峰值位置由工作面倾向中上部区域向倾向中部迁移;顶板应力传递拱壳呈典型的非对称分布特征,拱壳内部岩体受力状态由双向受压转为单、双向受拉,主应力方向由x轴正向转为负向;顶板变形破坏的非对称性使得工作面支架工作阻力呈现倾向中上部较大、离散程度高,倾向中下部较小、离散程度低的区域特征。研究结果可为大倾角煤层长壁采场顶板稳定性控制提供一定的参考与指导意义。     

张家茆14202综采工作面矿压规律分析

对张家茆矿14202综采工作面进行了观测,观测了综采支架活柱下缩量、顶底板移近量、顶板来压强度等参数.观测研究表明老顶来压强度不高,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.总结了浅埋煤层多煤层开采综采工作面的矿压显现规律.针对其顶板的支护状况及灾变危险,提出了改善支护的措施,为实现综采工作面安全开采提供了依据.     

陷落柱对W矿3#煤层底板破坏和隔水性能的影响

为了评估陷落柱对煤层底板的危害,运用数值模拟对所选取的W矿3#煤层进行了分析。根据柱状图,建立了一种计算模型,采用RFPA2D模拟了采场推进时煤层底板的破坏情况,估算了底板破坏深度。结果表明：随着回采工作面的推进,矿压和水压造成的顶板的破坏高度逐渐增加;工作面推进到150 m前,覆岩破坏没有发展到关键层1;随着回采工作面的推进,矿压和水压造成的底板的破坏深度也逐渐增大,工作面推进到135 m时,底板的破坏深度不再发生明显的变化,此时底板破坏深度大约16 m。工作面推进到150 m时,泥岩层尚未贯穿,成为隔水关键层,底板不受含水层的影响。另外,研究表明：贯穿煤层和达到煤层的陷落柱对底板破坏的影响比未达到煤层的陷落柱对底板破坏的影响大。     

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。