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。     

采场支架与老顶总体运动间的力学关系

本文在模拟研究与实践的基础上提出了老顶多岩梁组成时的结构力学模型,深入研究了支架与老顶总体间的相互作用关系,建立起在对老顶上位岩梁采取“给定变形”方案时、反映支架与老顶总体间力学关系的方程式,揭示了进行采场支护设计的基本原则。     

采场围岩特性的反分析研究

本文详细论述了采场围岩特性反分析的方法、数学模型、优化方法、约束条件等等.依据以上理论与龙凤矿的实测位移,采用有限单元与带约束条件的Nelder—Mead优化方法,得出了—635水平采场岩体与岩块杨氏模量之比为0.52,以及采动引起的工作面前方煤体特性的变化规律.     

综放采场围岩复合结构力学模型及其控制研究

根据综放采场顶煤冒放形式和顶板移动结构,提出5种煤岩复合结构,研究了其形成条件,并建立了相应的力学模型:拱—拱组合模型、拱—砌体梁组合模型、拱—传递岩梁组合模型、台阶悬臂—砌体梁组合力学模型、台阶悬臂—悬臂梁组合力学模型,并由此推导其控制方程,计算支架载荷;针对不同顶板、煤层条件,运用相应力学模型分析支架—围岩关系,计算综放工作面支架载荷,确定综放采场支架合理工作阻力,从而有效控制综放采场围岩;通过对10个不同条件综放工作面支架载荷的计算与实测比较,计算值的安全系数为1.06,表明根据综放采场围岩组合结构力学模型计算支架载荷比简化的岩重计算更为合理,从而为综放采场围岩控制提供了理论基础。通过一个工程实例详细阐述了根据综放采场煤岩结构为学模型计算支架载荷的方法。图5,表2,参10。     

采场围岩复合拱力学结构探讨

本文通过光弹性模型实验等研究方法,分析研究了开采影响下大范围内采场围岩的力学作用过程和采场矿山压力显现发生差异性的根本原因。     

不同地貌对采场围岩稳定性影响

为了研究不同地貌条件对采场围岩的影响之间的差异,对两种不同类型的地貌进行模型简化,采用ANSYS软件进行数值模拟,把不同地貌影响下采场围岩的应力以及应变分布状况进行比较,分析后得到这两种地貌条件下应力、应变的差别,以及在开挖过程中对采场围岩稳定性的影响。结果表明:随着开挖的进行,在复杂的地貌条件下的采区应力应变的增加越来越快。该结果对今后在复杂地貌条件下矿的开发初期合理规划设计,选择安全合理的支护方案以及改善采场围岩应力分布状态,具有一定的指导意义。     

坚硬顶板大采高采场支架阻力的确定

陕西彬长公司大佛寺煤矿40104工作面是大佛寺煤矿布置的第1个大采高综采工作面。为了确定工作面支架合理的工作阻力,采用物理相似模拟实验的方法,对该工作面的支架阻力与支承压力分布进行了分析研究。通过实验分析,确定了坚硬顶板条件下采高3.8 m时综采支架的合理工作阻力为6 000 kN左右。将实验结果与理论计算的结果进行对比,两者具有较好的一致性,同时实验还得出了工作面支承压力的峰值、峰值压力位置与影响范围。     

张集矿不同采高和倾角的采场围岩应力研究

张集矿九层煤厚度与倾角变化大，为能用单体柱一次采出３．２ｍ厚的煤层，确保采面、顺槽及底板巷迟支护的完好，作者运用非线性有限元方法研究了不同采高及倾角条件下的采场围岩应力的分布特征，从而提出了相应的控制策略，并得到了成功应用。     

采场围岩应力分布的三维相似模拟研究

本文采用三维相似材料模拟实验方法,研完了长壁回采工作面周围煤体上和矸石上的支承压力分布规律,包括超前支承压力沿工作面长度方向的分布,侧向支承压力随工作面推进的发展过程,支承压力叠加规律,采空区压力分布及其与顶板运动的关系。还对支承压力在底板中的传播、煤层顶板应力分布状况作了初步研究。三维相似模型的应用,比较全面地揭示了采场围岩的矿山压力分布,为煤矿巷道布置与维护、冲击地压的预测与防治及开采程序设计等重大技术问题提供了基础。     

急倾斜煤层采场围岩力学结构的探讨

根据急倾斜煤层赋存及开采特点,探讨了采场围岩的不同的力学结构形式、应力分布及变形破坏过程。     

固结顶板采场围岩应力应变的有限元分析

本文用平面有限元法计算分析了固结顶板工作面在不同弹模、不同控顶距时围岩应力应变规律。研究表明,胶结层弹模改变对顶板下沉及其破坏方式产生影响,但不一定能改善围岩的应力状态。随控顶距的不同,采场围岩变形、应力相应发生变化。因此,开采期应及时护顶、缩小控顶距,合理确定工作面支护密度及支柱的工作阻力。     

基于支架-围岩力学场的综放面支架变形研究

针对极软厚煤层综放工作面支架-围岩相互作用关系,通过数值模拟计算,研究了基于支架-围岩力学场的支架受力和变形特征.通过对顶梁受力、位移等力学现象的动态分析,可以看出围岩对支架的作用是一个渐变的过程.研究得出极软厚煤层综放开采不同支架参数对支架变形的影响,提出了轻放支架架型设计的基本原则.图8,参10.     

采准巷道支护与地应力场的关系

地下工程围岩与支护的破坏问题,归根到底是一个结构失稳与破坏的力学问题。所以,岩体的不同介质属性及结构特征有不同的失稳破坏规律。因此,原地应力或采场压力作用下围岩与支护的破坏形态,必然与所处力场特征有相应的关系。但目前在采准巷道支护问题究研中,偏重于采动压力作用下的支护研究,对未受采动压力影响时的支护问题没有预以应有的重视,也没有进一步研究两者之间的关系。这对加速采准巷道支护改革及系列化问题的研究是不利的。本文想就后者作一粗浅的探讨。     

复杂应力扰动下围岩稳定性评价与采场参数优化

夏甸金矿采矿活动已经进入深部,临近崩落法与充填法影响区域的采场受到多重扰动应力的影响,该区域围岩稳定性与采场尺寸的合理选取对矿山安全生产至关重要.采用先进的数字摄影测量技术,获取试验采场周围岩体结构面参数;并从多角度对采场围岩稳定性进行评价;在此基础上,运用Mathews图表法与跨度经验公式对试验采场的参数进行优化;最后,通过数值模拟,对得到的试验采场参数合理性进行分析与验证.图表法优化的采场尺寸在矿山开采的成功应用,验证了图表法在复杂应力下采场尺寸设计的可行性.     

破碎围岩条件下采场留存矿柱稳定性分析

采用岩体分级方法(RMR法)、Q系统和地质强度(GSI)指标对矿岩进行了工程地质评价,并通过扩展后的Hoek--Brown节理强度准则进行岩体力学参数确定.根据白羊矿段矿柱布置形式,推导出矿柱荷载公式,并确定了矿柱强度计算参数.针对井下矿柱主要破坏形式分别进行失稳机理分析.将正交设计法引入采场结构参数优化分析中,对各开采方案进行了三维数值模拟.运用正交极差分析法对矿柱稳定性影响因素敏感度进行评价.实践结果表明:采场高度控制在3.5～4.5 m,矿房宽度取值不大于5 m,矿柱直径不小于3.5 m留存矿柱稳定性基本能得到保障.     

陷落柱影响采场围岩破坏的数值模拟分析

针对岱庄煤矿4325工作面在掘进过程中揭露一岩溶陷落柱的情况,结合以往研究成果和工作面实际情况,利用FLAC3D数值模拟软件建立三维模型,对工作面距岩溶陷落柱不同距离的垂直应力和水平应力进行模拟,分析得到：该工作面垂直应力、水平应力均小于地应力的正常值;由于岩溶陷落柱的存在,使应力应变分布极不均匀,陷落柱附近顸板应力在垂直方向的作用范围在40～50m．远离陷落柱其影响逐渐减小,但对底板岩层的最大破坏深度为25m。     

论采场冒顶事故的研究

论文指出对采场冒顶事故的研究是矿山压力及其控制的重要组成部分,回顾了我国对顶板灾害研究的发展,重点分析了我国对“老顶来压预测预报”、“局部冒顶防治”和“采场顶板动态与支护质量监测”的研究,进一步论述了发展顶板灾害研究的方向。     

油页岩采场围岩垂直应力时空演化规律试验研究

为研究油页岩采场围岩垂直应力的时空演化规律,以龙口某矿油页岩开采为原型,铺设了相似材料模拟试验模型,对油页岩采面回采过程中及开采后采场围岩中的垂直应力进行了连续监测,通过对垂直应力数据进行整理和分析,得到了采场围岩支承压力的峰值、影响范围及垂直应力的时空分布变化特征。结果表明,采空区冒落矸石可充分参与承载覆岩压力,并减小支承压力影响范围及压力峰值;开采过程中支承压力影响范围及峰值均先增大,随后减小,再增大;油页岩上层采后随时间推移,采空区底板的垂直应力不断升高,但采空区边界处底板的垂直应力增加不明显;两侧边界岩柱上的垂直应力在采后10 d内增幅较大,之后的30 d内增幅减小,采场围岩垂直应力在不同空间位置随时间的变化反映了采空区不同的压实程度。     

采场围岩移动规律的激光全息云纹干涉实验方法

本文首次成功地将高精度的光测力学位移测试技术应用到模拟地层的新型变弹模的相似模型上，并测定了上下岩层的移动角及上下岩层的位移分布情况。这测试技术是激光技术和现代化学粘结剂的成就结合－贴片云纹干涉法。它与实测相比，结果是令人满意的。     

油页岩采场围岩垂直应力时空演化规律的试验研究

为研究油页岩采场围岩垂直应力的时空演化规律,以龙口某矿油页岩开采为原型,铺设了相似材料模拟试验模型,对油页岩采面回采过程中及开采后采场围岩中的垂直应力进行了连续监测,通过对垂直应力数据进行整理和分析,得到了采场围岩支承压力的峰值、影响范围及垂直应力的时空分布变化特征。结果表明,采空区冒落矸石可充分参与承载覆岩压力,并减小支承压力影响范围及压力峰值;开采过程中支承压力影响范围及峰值均先增大,随后减小,再增大;油页岩上层采后随时间推移,采空区底板的垂直应力不断升高,但采空区边界处底板的垂直应力增加不明显;两侧边界岩柱上的垂直应力在采后10 d内增幅较大,之后的30 d内增幅减小,采场围岩垂直应力在不同空间位置随时间的变化反映了采空区不同的压实程度。