关于采场巷道矿压控制设计问题

本文根据三维相似材料模拟实验、有限元电算模拟和现场实测研究结果,阐述了采场周围煤体上和矸石上压力分布随上复岩层运动发展而变化的规律,特别是低应力区形成的时间和稳定的条件,在此基础上分析了不同开掘位置和时间下顺槽的维护状况,提出了预计其围岩变形量的方法.文章认为,没有巷旁充填维护的留巷及在内应力场中开掘的巷道,其支护阻力都应按对老顶采取"给定变形"工作方案设计,文章着重指出,不同条件下采场的支承压力分布(包括压力高峰位置和内应力场范围大小等)及其显现是不同的,利用井下动态观测研究方法,实测确定老顶岩梁的裂断线位置和显著运动完成的时间,从而确定低应力区的范围和稳定的时间,是决定顺槽开掘的合理位置和时间的关键、文章最后分析了跨大巷回采和跨上山回采时工作面的合理布置方案.文章以现场巷道矿压控制实例或实测巷道矿压显现证实了上述巷道矿压控制设计的原理和方法.     

关于采场支承压力的显现规律及其应用

本文在矿压理论研究和生产实践的基础上,阐述采场支承压力的发展过程及其分布规律。着重论述支承压力中对采场有明显影响的那一部分。支承压力是与上复岩层运动密切相关的,其分布和显现是不断变化的,它的规律是由上复岩层运动发展的规律所决定的。文章从岩层运动入手研究采场支承压力的发展变化规律,探索矿压理论研究的新途径,并介绍将这一矿压理论的研究应用于生产实践,在解决采场来压及顶板情况予测等重大问题中所取得的成果。采场周围岩体中的支承压力,是上复岩层重力作用的结果,其大小与开采深度及采动后暴露的岩层面积成比例。采场支承压力的显现则只有当压力超过支承体的强度后,才会明显的表现出来。也就是说,支承压力的显现不完全取决于压力的大小,而是与支承体的承载能力紧密相连的。随采场推进,支承压力硬其显现,在不断的变化之中。这个变化是有规律的,其规律是由上复岩层运动发展的规律所决定的。通过支承压力显现规律推断上复岩层运动,解决采场来压及顶底板情况予测问题;以及在掌握岩层运动发展规律的基础上予测支承压力的发展,为解决巷道布置和维护问题服务。这就是我们研究的目的。由于决定支承压力大小的外载条件十分复杂,而且随开采时间,空间的发展在不断的变化之中。因此必须从运动和发展的角度研究支承压力。研究的重点不在于某一时刻压力值大小,而在于压力发展变化的规律及其与上复各岩层运动发展间的关系。     

长壁工作面顶板受力、运动及破坏规律的研究

本文以现场实际条件为基础进行了相似模拟实验,根据薄板理论建立了采场覆岩层间应力分析公式。证明了采场覆岩以坚硬的厚岩层为底层分组一致下沉,岩层组间出现离层和应力消失;以老顶为主体的裂隙带最下一岩层组的断裂长度决定采场的来压步距(可用新的理论公式来预计);前支承压力的形成与覆岩运动有密切关系且具有一定极限。     

老顶周期断裂及顶板来压预报

本文建立了老顶周期断裂前后的弹性基础梁模型,分析了老顶断裂位置及其在采场前方的矿压显现。研究表明,老顶通常在煤壁前方断裂,断裂时煤体上出现“压缩—反弹—压缩”三个区域,利用相应的显现可成功预报顶板来压。文中讨论了有关因素对断裂位置及显现的影响。     

老顶初次断裂过程及其矿山压力显现

为研究老顶初次来压的形成与预报机理,本文建立了适于长壁采场中部范围的老顶初次断裂前后的弹性基础梁模型,并求得其解。计算结果指出老顶初次断裂发展过程有三个类型,分析了断裂前后的矿压显现,揭示了利用采场前方矿压显现的突变预报顶板来压的机理。     

水采矿压控制机理的有限元研究

本文利用有限元计算机模拟研究了水采采场周围的应力分布规律,着重探讨了顶板在煤体上方断裂前后的支承压力分布和不同的枪眼位置时的支承压力分布规律。研究结果表明,在塑性区掘进回采巷道引起的应力转移比在高应力的弹性区掘进回采巷道引起的应力转移要小得多,减轻水采矿压显现的关键是在低应力区掘进回采巷道和实行区段间交替回采。     

大采高综采工作面支承压力分布模拟研究

针对大采高回采工作面矿压显现严重的问题,利用现场数值模拟手段,分析研究大采高工作面支承压力分布的特点.结果表明,工作面支承压力影响范围随采高加大而增加,支承压力峰值随着采高的加大逐渐向工作面前方移动,超过峰值点后都呈单调下降趋势.工作面推进速度与工作面支承压力的显现规律呈相反关系,即推进速度快,矿压显现不明显,推进速度慢,矿压显现相对明显.采高加大,垮落带范围增大,断裂带的高度升高.     

43307工作面过42煤残余煤柱矿压显现规律数值模拟研究

通过对榆家梁煤矿43307工作面矿压显现的分析,建立工作面回采计算模型,利用数值模拟方法研究工作面推进与工作面压力分布情况,并给出矿压显现的几何量值,为工作面安全生产和巷道合理支护提供科学的理论指导。同时,通过多种矿压观测手段分析了工作面开采过程中的采场来压规律及过应力集中煤柱的矿压规律,对该矿区其他相同条件工作面及类似条件下回采采场围岩控制具有工程决策意义。     

沿空留巷围岩结构灾变系统及控制力学模型研究

运用实用矿山压力控制理论建立了沿空留巷开采灾害系统模型,提出了无煤柱沿空留巷大、小结构理论,修正了内应力场范围计算方法,建立了给定变形、限定变形2种留巷结构力学模型.研究表明:沿空留巷巷道围岩大结构是指应力拱内岩梁,小结构是指巷旁充填体、顶煤、煤帮、直接顶、底板等锚固结构,二者力源来源于应力拱内岩层,其中巷旁充填体力源为裂断拱内裂断岩梁,煤帮力源来源于应力拱内岩梁作用;内应力场范围是传统范围求解的1.4倍;沿空留巷限定变形状态承载体承担起大结构内覆岩运动产生的作用载荷,对巷道进行支承保护作用;给定变形状态承载体(护巷煤柱或充填体)不承担大结构内覆岩运动产生的作用载荷,仅承担支承范围内直接顶载荷,并对巷道进行密封保护、隔绝采空区作用.     

大起伏山地浅埋煤层矿压现场试验研究

为探索研究大起伏山地浅埋煤层采场矿压显现,以西南山地某矿9100工作面为典型试验采场,采用理论分析、现场实测对大起伏山地赋存下的采场矿压显现特征、支架载荷分布、巷道围岩变形、超前支承压力分布进行了探索研究。研究结果表明:1采场两端来压瞬间完成,周期来压明显,初次来压突然且来压猛烈。过冲沟发育区时周期来压步距小且来压频繁,冲沟发育区过后表现为较长时空间隔的来压。2支架初撑力利用率小,来压期间支架过载率高,容易出现支架压死或压弯现象。3支承压力分布呈"下降—稳定—上升"发展趋势,超前支承压力峰值影响范围为工作面前方15 m,峰值过后超前影响范围为工作面前方30~50 m。研究成果可为类似条件下的采场提供理论借鉴,对山地顶板岩层控制探索具有现实意义。     

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。     

老顶岩层板结构断裂规律

将老顶岩层视为板结构,应用板的屈服线分析法研究各种开采边界条件下老顶岩层的周期性断裂规律及断裂型式的变化,建立两侧断裂跨度与来压步距的关系,按平面问题研究采场矿压的条件和范围以及板结构对沿空留巷的影响。研究表明,用屈服线分析法研究“岩板”的破坏是有效的。     

基于数值模拟的综放工作面覆岩活动规律分析

为研究昌恒煤矿9101综放工作面覆岩活动规律,首先运用数值模拟方法分析了基本顶初次来压及周期来压期间岩移特征,结果显示该工作面直接顶垮落前形成桥式半拱结构及基本顶断裂时形成砌体梁结构,并且分析了采场超前支承压力分布规律。另外计算了初次来压前后直接顶与基本顶的厚度,并对基本顶来压期间结构特征简要分析,据此计算出放顶煤支架合理的支护强度。     

“实用矿山压力控制理论”的内涵及发展综述

一直以来,矿山灾害严重威胁着中国煤矿的安全高效开采。矿山压力与岩层控制是防治煤矿重大灾害的关键,被国内外学者重点关注。20世纪80年代,紧密联系煤矿现场生产一线,宋振骐研究团队创建了"实用矿山压力控制理论",亦称"传递岩梁理论"。传递岩梁理论是中国最著名的岩层控制理论之一,对指导煤矿安全生产起到重要作用。论文阐述了传递岩梁理论的主要研究成果:严格定义了矿山压力与矿山压力显现的概念,并揭示矿山压力与矿山压力显现的关系。理论分析了矿山压力的来源、支承压力分布特征及采场结构力学模型的组成及发展规律等重要问题。指出影响矿压显现的岩层范围是有限的、可知的、可控的。上述研究成果为把传统矿山压力理论研究推进到针对具体煤层条件科学定量的发展阶段奠定了基础。     

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。     

软弱风化薄基岩赋存特征及其采动覆岩破坏规律

从矿区软弱风化薄基岩的赋存特征、赋存规律及矿区上覆水体类型和水文地质条件入手进行分析,结合相似材料模型模拟试验,获得了研究区薄基岩下开采覆岩破坏的基本规律及“三带”的发育特征.对薄基岩下采煤厚度3 m时的垮落带及导水裂隙带发育高度进行计算,计算结果分别为11.5m和42 m.根据地质采矿条件利用离散元数值模拟对薄基岩开采上覆岩层矿压运动规律进行了研究,结果表明,基岩较薄条件下,老顶来压断裂步距小,工作面前方支承压力分布范围为12 m,支承压力峰值点在工作面前方4～12m内,小于厚基岩工作面,但工作面矿压显现明显;对不同煤层采厚情况下垮落带的高度与导水裂缝带的发育程度进行确定;为煤层安全开采提供定量判据,为防治水工作提出相应的措施.     

采场老顶岩梁破断过程

为研究采场老顶岩梁破断过程,将初始来压前后的采场老顶岩梁简化为固支岩梁与悬臂岩梁.采用花岗岩作为试验材料对采场初始来压和周期来压的老顶岩梁进行了试验模拟,结合自主研发的基于拉张破坏准则的有限元开裂包对岩梁破断进行了数值分析.结果表明:固支岩梁在均布载荷下,破坏过程分为两个阶段:裂纹首先在端部萌生阶段和岩梁中间区域裂纹萌生阶段;固支岩梁端部裂纹的扩展方向与岩梁的高度和长度比值有关,而中部裂纹扩展方向始终垂直于轴线方向;悬臂岩梁的裂纹只产生在端部,裂纹的扩展方向与岩梁的长度和高度的比值有关;随着固支岩梁的裂纹逐渐扩展,岩梁的固支部分减少,不平衡力增加,岩梁的裂纹扩展速度加快.     

普采工作面矿压显现规律的数值模拟研究

为了研究一矿首采工作面的矿压显现规律,本文利用离散元数值模拟软件UDEC分别对老顶来压时顶板活动规律和不同时期采场支承压力的分布规律进行了研究。在此基础上,分析了不同支护参数对工作面支护质量的影响,确定了工作面初次来压步距为35~37m、周期来压步距为14~18m、单体支柱的最低工作阻力为200kN、最低初撑力80kN,工作面的极限端面距为1.2m,为该矿首采工作面安全高效生产及后续开采提供了科学的理论指导。     

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。     

柴里煤矿309孤岛(煤柱)工作面采场矿压显现特点及予测予报效果

孤岛(煤柱)工作面的开采(回收)是煤矿生产中难以避免的问题。综观国内外孤岛(煤柱)工作面的开采情况,虽然有大量安全开采的实例。但此类工作面的回采,出现顶板事故的概率却是很高的。至今,对此类工作面开采全过程的观测资料极少。所以既难以总结成功的经验,也难找出发生顶板事故的教训。本文介绍了枣庄矿务局柴里煤矿309面开采全过程的矿压实测资料,以供参考。本文的要点是: 1、柴里“309”工作面是一个由“跳采”采序所形成的四面采空的孤岛煤柱,共压煤四十万吨。本文介绍了实测到的矿压显现情况,可以使我们从实际资料中,增进对孤岛工作面开采特点的了介。 2、实测证明,采场顶板来压予测予报是予防及对付孤岛煤柱顶板可能“突然”来压的有效手段。本文所举实例,说明了这种事故的威胁性以及防治它的过程。 3、孤岛煤柱工作面不同方向支承压力的迭加,是孤岛面开采中的一个重要特点。其迭加区的范围与孤岛面的采空侧数目及位置紧密相关。文中图5、6介绍了309工作面支承压力迭加的具体情况。图中的数量增长关系。有助于增进我们对此现象的理介与认识。 4、309面支承压力的分布特点,及其内外应力场的分布位置严格受308、3010、303等已采空面内老塘冒落情况及老顶悬露面积大小的控制。309面上曾出现的两次较大的动压冲击,就是308、3010面采空区顶板冒落影响到309面的结果。 5、从309面的实践看,在四面采空的条件下,从巷道维护的角度出发无煤柱护巷是有利的,而且,沿空送巷是经济可靠的。柴里煤矿309孤岛工作面的矿压观测。