急斜煤层放顶煤开采中基本顶的溃屈破断分析

针对急斜煤层水平分段放顶煤开采过程中基本顶破坏活动对工作面的影响,应用板裂介质力学计算模型,进一步研究结构分叉后平衡路径的演化途径;应用后屈曲能量准则建立平衡稳定模态幅值方程和溃屈极限长度方程。研究表明:分叉点附近的邻域与煤层赋存条件、岩体材料及结构几何特征有关;基本顶从初始屈曲到后屈曲的变形过程中,只有当正则因子改变正负号时,系统才会从一个状态跳到另一个状态,基本顶岩体结构的后屈曲是一个由分叉点后屈曲性态到极值点后屈曲性态的耦合过程;而由倾角确定的剖分因子始终控制着系统状态变量与载荷的对应关系,影响基本顶的稳定性。     

急斜煤层综放开采中基本顶的稳定性

针对受纵横荷栽共同作用的斜置矩形板力学模型,充分考虑中面内力对弯曲的影响,确定了相应的荷栽势能,运用能量法得到顶板挠度和应力的解析表达式;根据急斜煤层水平分段综放开采的岩层结构形态,应用解析式分析了苇湖梁煤矿顶板挠曲变形规律及其随影响因素的演化途径,给出了水平分段综放开采的关键技术参数,从岩层控制学的角度提出相应的工程技术措施.研究表明:板的挠曲变形及应力与板体材料、结构几何特征及倾角有关,并呈现明显的非线性特征;苇湖梁煤矿急斜煤层综放开采水平分段高度的合理取值范围应在20～30m之间,现场应用取其下限20m是安全适宜的;顶板岩层运移最剧烈的区域在采空区沿走向的中部,应采用上部塌陷区充填的方法减小顶板悬露长度,减缓上覆岩层的运动,进而控制地表沉陷,保护自然生态平衡.     

围岩-支护体耦合作用机理及其 最优化设计方案

基于巷道开挖面的空间效应,根据弹塑性理论建立巷道围岩-支护体耦合作用模型,研究支护位置和支护体厚度与巷道位移、支护反力和围岩塑性区半径之间的关系;并在此基础上,根据最优化方法建立巷道耦合支护最优化模型,研究原岩应力、巷道断面以及支护体力学性质等因素对巷道支护方案的影响.结果显示,随着支护体厚度的减小及支护体离开挖面距离的增大,巷道位移和巷道围岩塑性区半径逐渐增大,而支护反力逐渐减小;在支护体受力处于临界状态的情况下,支护体厚度随着原岩应力的增大、巷道断面的增大以及支护体离开挖面距离的减小而增大.     

浅部煤层壁式煤柱支撑法开采大面积垮落机理

中国西部有一批获得正常经营权的小矿井。他们在采用长壁煤柱支撑法进行开采时,常发生大面积顶板垮落事故。文中结合陕北郭家湾煤矿的实例进行数值分析,研究顶板大面积垮落的机理,认为一定极限条件下在顶板作用下的支撑煤柱群产生大变形,引起顶板变形破坏并形成"六面体"。在"六面体"重压下煤柱群整体塌落,造成大面积顶板垮落。区分隔离煤柱和区内煤柱,选择合理开采参数,是防止灾变的关键。     

浅部煤层壁式煤柱支撑法开采大面积垮落机理

中国西部有一批获得正常经营权的小矿井。他们在采用长壁煤柱支撑法进行开采时，常发生大面积顶板垮落事故。文中结合陕北郭家湾煤矿的实例进行数值分析，研究顶板大面积垮落的机理，认为一定极限条件下在顶板作用下的支撑煤柱群产生大变形，引起顶板变形破坏并形成“六面体”。在“六面体”重压下煤柱群整体塌落，造成大面积顶板垮落。区分隔离煤柱和区内煤柱，选择合理开采参数，是防止灾变的关键。     

亚急斜煤层采空场覆岩变形破坏数值与相似模拟

依据煤层倾角及开采后顶板破坏特征及其影响不同,将倾角在45～60°的煤层称为亚急斜煤层,其开采过程中顶板影响相对显著。文中针对乌鲁木齐矿区,通过相似材料与数值模拟试验,对亚急斜水平分段放顶煤开采过程中采空场覆岩变形破坏特征进行了试验研究。研究结果表明:亚急斜煤层开采过程中采空场覆岩变形破坏主要沿煤层法向方向发展;基本顶(老顶)岩层破坏后并没有直接垮落,而是有可能形成一定的结构体——铰接岩块结构;关键层位结构体的回转失稳是造成大范围覆岩剧烈活动的根本原因;岩层结构的存在,特别是关键层位结构体的存在,使得覆岩大范围垮落对工作面的影响程度大大降低了,支架可以保持良好的运转,有助于工作面的安全高效生产。     

CT尺度下冻融岩石细观损伤特性分析

为研究冻融环境下岩石细观损伤演化规律,以红砂岩为研究对象,首先进行冻融循环试验,再对经历0次,5次,10次,20次和40次冻融循环的试样进行CT扫描.采用K均值聚类算法实现了扫描图像的二维孔隙识别;通过三维重构再现了红砂岩的冻融破坏模式,确定了试样的有效承载区,在细观层面实现了对岩石冻融损伤的定量分析.结果表明:通过K均值聚类算法确定阈值,可以有效实现CT图像的二值化;三维重构后的模型可以再现红砂岩试样在冻融过程中的损伤模式以及内部孔隙的发育特征;随冻融循环次数的增加,基于有效承载区定义的损伤变量逐渐增大,并与孔隙的发育趋势一致,能有效地反映冻融循环作用下岩石的损伤演化规律,为冻融岩石细观损伤研究提供了一种切实可行的方法.     

纵横荷载共同作用下斜置矩形板的解析解

针对3边固支1边自由,受纵横荷载共同作用的斜置矩形板力学模型,充分考虑中面内力对弯曲的影响,确定了相应的荷载势能,将弹性力学边值问题转化为能量原理的形式,得到板的挠度、应力和内力的解析表达式;应用解析式研究了薄板挠曲变形和内力变化规律.研究表明:板的挠曲变形及内力与荷载、板体材料、结构几何特征及倾角有关,并呈现明显的非线性特征.     

急斜煤层群轻型支架放顶煤开采工艺研究

论述了鸟鲁木齐碱沟煤矿在10m以下的较薄厚煤层试验水平分段轻型支架放顶煤工艺，以及取得的效果。分析了矿山压力观测的成果，介绍了应用相似材料模拟和三维数值分析研究围岩破坏运动。     

软土地基路基不均匀沉降引起路面结构附加应力

以解析解表达式为基础详细分析了不同沉降量和路面结构参数对路面结构附加应力的影响。沥青面层的厚度增大 ,面层底面的附加压应力近线性减小 ,而基层底面和底基层底面附加拉应力却近线性增大 ;随着基层厚度和底基层厚度的增加 ,路面各结构层附加应力都呈线性增大。沥青面层模量和底基层模量对面层底面的附加应力影响明显 ,而基层模量影响不太明显 ;基层底面及底基层底面附加拉应力随着各层模量的增加呈线性增大 ,沥青面层模量及底基层模量对层间剪应力影响尤其明显。