巨厚砾岩层下采场支承压力分布的理论及试验研究

巨厚砾岩层下的采场围岩极易形成应力集中而引发巷道失稳,其倾向支承压力分布规律是该问题的核心。文中通过建立采场倾向支承压力理论模型,对巨厚砾岩层下采场倾向支承压力进行了理论计算。随后搭建了巨厚砾岩层下采场三维物理相似模型,将分布式光纤技术用于模型试验采场支承压力测试,并对比研究了模型开挖过程中支承压力与光纤测试Brillouin频移之间的关系。结果表明,巨厚砾岩下倾向采动支承压力分布具有峰值大和影响范围大的特点,理论计算支承压力峰值为35 MPa,影响范围约200 m;模型试验光纤测试曲线表明支承压力分布规律为从不变→增大→峰值→减小→不变的变化趋势,光纤测试结果与理论计算一致,通过光纤频移变化可以反映倾向支承压力的变化规律,为采场倾向支承压力监测提供了新的研究手段。     

基于光纤Bragg光栅的采动支承压力分布试验研究

为了研究采动支承压力的分布情况,采用光纤Bragg光栅(FBG)传感器对长壁采场模型试验进行了测试,在模型中埋设了9支FBG应变传感器,对比分析工作面推进时底板支承压力与上位FBG的测试结果。试验揭示了FBG测试结果与支承压力变化呈现镜面反射,在超前支承压力影响范围内支承压力与波长漂移呈线性关系。研究提出了支承压力FBG测试灵敏度参数,其表征了FBG传感器每变化1 pm时的支承压力变化;定量分析了围岩采动支承压力分布规律,得出了测线2三支FBG所在层位的支承压力大小与影响范围(K,L1,L2),同时建立了基于FBG的围岩采动支承压力的分布模型,用于描述采动围岩体中支承压力在不同层位和距离工作面不同距离时的分布规律。     

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。     

采场支承压力分布规律研究

煤层采出后,会出现煤层压缩破坏、相邻不为顶板相对移动及综采支架受力变形支承压力显现情况。正确的分析支承压力的分布和变化规律有利于在实际生产中有针对性的采取支护措施,为煤矿生产安全提供理论帮助。本文在现场观测的基础上对采场支承压力的分布规律进行了研究。     

采场周围支承压力分布规律的探讨

本文综合现场实测、实验室研究及有限元计算结果,揭示了采场支承压力分布规律,分析了影响支承压力分布的主要因素,给出了利用已知参数确定支承压力高峰区的估算公式,从而为确定合理区段煤柱尺寸提供了依据。     

工作面支承压力分布的研究

为了研究采场支承压力,运用FLAC3D软件建立工作面开采数值模拟模型,研究了工作面前支承压力分布形态及应力峰值的位置,通过与理论计算、现场实测的结果相比较,得出数值模拟、理论分析、现场实测的结果是基本一致的,提出了采场前支承压力的计算方法,对井下工作面超前支护距离设计具有借鉴意义.     

浅埋大采高工作面超前支承压力峰值演化规律

采场支承压力分布规律与峰值位置,对采场巷道超前支护和来压监测预报等都具有重要价值。以张家峁煤矿浅埋薄基岩大采高22201工作面为背景,基于现场实测,采用UDEC数值计算、物理相似模拟、理论分析相结合的方法,对浅埋大采高工作面超前支承压力峰值演化规律进行了研究。结果表明:在埋深95 m,采高3～7 m条件下,工作面超前支承压力峰值随采高的增大而减小,峰值位置向煤壁深处转移。初采阶段,随着采高增大支承压力峰值下降了5%,峰值距煤壁距离增大了92%,但与采高之比下降18%。充分采动后,随采高增大支承压力峰值下降了14%,峰值位置距煤壁距离上升14%,支承压力峰值和峰值距煤壁距离都大于初采阶段。通过工作面煤岩体极限平衡理论分析,给出了支承压力峰值位置计算公式,超前支承压力峰值位置与采高呈近似线性关系,理论计算与实验和实测吻合。     

岩梁裂断前后的支承压力显现及其应用的探讨

本文在理论研究和现场应用的基础上,总结了老顶岩梁运动与支承压力分布及其显现间关系的研究成果。文章阐述了采场推进过程中支承压力发展的过程及其显现的规律性,指出作为“载荷”和“传递介质”双重作用的老顶岩梁,其运动状态的改变和发展将引起“两方面作用”的主导地位的相互转化,导致采场支承压力分布和显现的有规律的变化。文章着重指出,当岩梁在端部断裂时刻,支承压力分布发生突变,以断裂线为界形成由已断裂岩梁自重所决定的“内应力场”及由上覆岩层整体重量所决定的“外应力场”,随工作面的推进,两个应力场中的压力和显现的高峰分别向相反的方向转移。当岩梁运动完成(触矸)后,内应力场形成稳定的低应力区。作者还给出了在内应力场中表达显现的支承压力和支架上作用力的力学表达式。文章最后介绍了支承压力分布理论在采场矿压控制中的应用,其中包括预测采场来压的时间和强度,确定巷道开掘的位置和时间,估算巷道变形量及支护阻力等。     

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。     

高精度微震定位采场支承压力分布特征

为定量分析煤矿采场支承压力分布特征,采用微地震监测技术对采场支承压力进行了研究。提出了一种能够显著提高震源定位精度的速度模型反演方法,构建了求解分层速度模型的目标函数。在陕西省境内某矿布置井地联合微震监测系统,并采用标定炮的方式验证了水平分层速度模型井地联合监测方案的定位精度明显高于近水平单一速度模型监测方案。采用水平分层速度模型对监测区域内微震事件进行高精度定位,并结合矿山压力理论,对采场支承压力分布规律与微震事件频次、能量之间的特征进行了研究。结果表明:正常回采过程中受采动影响的超前支承压力范围是工作面前方0～90 m,工作面前方40～70 m范围内为高应力集中区,上、下顺槽的侧向支承压力影响范围分别为0～70 m和0～80 m;研究结果为微地震监测技术在矿山工程领域的应用提供了一定的参考依据。     

缓倾斜煤层群上行开采的研究

本文在相似材料模拟实验,有限元计算和生产实践基础上,研究了缓倾斜煤层群上行开采岩层运动发展规律和支承压力分布规律,通过分析和比较得出:上行开采的岩层运动特征和支承压力分布特征对采场围岩的平衡和稳定、顶板管理和控制、巷道布置和维护、支架——围岩关系、工作面和巷道保护都极为有利;是一种既安全又经济的开采方法。     

小煤柱护巷机理及相关巷道支护方式探讨

从悬伸岩层对煤体上覆岩层作用的角度,分析了支承压力分布规律的形成和小煤柱护巷的理论依据,并对小煤柱护巷条件下急倾斜与倾斜煤层中巷道的支护方式进行了一定程度的探讨。     

采煤工作面冲击危险性数值模拟分析

工作面支承压力分布对于煤岩体中应力集中和弹性变形能储存起着重要作用,因而会对冲击地压的发生产生重要影响。本文通过数值模拟揭示采煤工作面在不同推进距离、不同煤体硬度和厚度条件下支承压力的变化规律,进而对工作面冲击危险性进行预测。研究表明,随着推进距离的增大、煤体硬度的增大及厚度的减小,煤岩体中的应力集中都将增大,从而增加工作面的冲击危险性。     

Analysis on distribution law of the abutment pressure of the integrated coal beside the road in packing for gob side entry retaining in fully mechanized caving face

The three-dimensional damage constitutive relationship of coal is established and distribution law of the abutment pressure of the integrated coal beside the road-in packing for gob-side entry retaining in fully-mechanized caving face under the effect of given deformation of the main roof is analyzed by the damage mechanics theory. And the relationship between distribution of the abutment pressure and thickness of coal seam is explored. The presented result is of great theoretical significance and practical value to the study on stability control of the surrounding rock of road-in packing for gob-side entry retaining in fully-mechanized caving face.     

极软厚煤层综采面超前支撑压力的分布规律

针对极软厚煤层围岩控制问题,以河南神火集团梁北矿11151工作面煤层赋存条件为依据.采用Flac 5.0数值计算软件模拟分析了煤层采高和煤体强度对工作面超前支撑压力和围岩变形的影响规律,现场实测了梁北矿11151极软厚煤层大采高工作面超前支撑压力的分布规律,实测与数值计算结果相吻合.研究表明:在极软厚煤层大采高开采条件下,工作面围岩变形严重,煤壁破裂区和塑性区显著增大,影响范围和应力值增大,在工作面安全生产过程中应加强对煤壁片帮的控制,加大工作面超前支护范围.     

朝阳煤矿矿压观测与分析

为掌握朝阳煤矿II-31煤层在煤层开采过程中工作面上覆岩层运动规律,回采空间围岩与支架相互作用关系,采动引起的支承压力分布。对在既定条件下使用支架的架型、参数、特性和支护效果提出评定性意见。采用现场实测法对朝阳煤矿II-31工作面进行了矿压观测,掌握了该煤层在工作面开采过程中的顶板初次来压和周期来压步距、工作面支架支护强度、围岩破坏活动过程中煤壁中应力变化大小和应力影响范围。为现场管理提供完善、准确的资料,以直接指导生产实践解决工程问题。     

台头煤矿工作面矿压观测与分析

为掌握台头煤矿1#煤层在开采过程中工作面上覆岩层运动规律,回采空间围岩与支架相互作用关系,采动引起的支承压力分布规律.对在既定条件下使用的支架架型、参数、特性和支护效果提出评定意见.采用现场实测法对台头煤矿11102工作面进行了矿压观测,掌握了该煤层在工作面开采过程中的顶板初次来压和周期来压步距、工作面支架支护强度、围...     

FLAC在放顶煤开采顶煤变形与移动特征研究中的应用

采用数值模拟的方法,着重研究了顶煤的变形特征、顶煤变形与支承压力和支架工作阻力的关系;分析了采高和支架对顶煤应力和位移分布的影响,为顶煤破碎机理的分析和顶煤移动和运动规律的研究提供了依据。结果表明,支承压力有一形成过程,它对顶煤及夹矸的移动、破碎有着十分重要的影响;支架仅对下位2～3m的顶煤有影响;夹矸层的厚度及物理力学性质对顶煤的应力分布和移动有重要影响;采高的变化对顶煤的应力分布基本无影响,但会引起中下位顶煤水平位移和垂直位移的增加,对上位顶煤影响不明显。图5,表1,参8。     

大倾角厚煤层软弱围岩煤柱支承压力监测分析

大倾角软弱围岩环境下,工作面巷道扰动区内煤柱应力变化及分布特征复杂.开采扰动、煤厚及倾角因素的影响易造成区域内巷道围岩局部附加变形失稳和支护失效,而理论推导和定量验证得到的护巷煤柱参数往往与实际差别较大.基于现场地质力学调查,借助钻孔应力探测仪对工作面主运巷下帮护巷煤柱纵向和倾向移动支承压力显现特征进行了监测分析.得出纵向和倾向移动支承压力峰值位置和分布范围,并根据弹塑性极限平衡理论对峰值位置进行了计算和对比分析,为改善巷道维护状态和提高煤炭资源采出率及类似条件下的厚煤层开采提供有益借鉴.     

钻孔煤粉量变化规律在区段煤柱合理参数确定中的应用

通过对钻孔煤粉量变化规律与支承压力分布关系的研究，论证了可以利用钻孔煤粉量变化来推测支承压力分布规律。实测得到了平煤集团十三矿大倾角综放工作面区段煤柱侧向支承压力分布规律，为合理区段煤柱留设尺寸确定提供了基础依据。