顶板岩梁的断口方程及应用

本文用梁的转角方程对矿压界公认的岩梁破断条件及过程进行分析、试导出了岩梁的断口轨道曲线解析式，解决了包括岩层的破断角及破碎煤岩块自溜角的认识与定义等问题。     

沟壑地貌对上覆岩层破断角的影响研究

基于沟壑地貌对采场矿压显现有较大影响的工程实际,以王家岭煤矿12309工作面为研究对象,采用理论计算与相似材料模拟的方法,针对沟壑地表对岩层破断角的影响规律进行了研究。结合弹性力学及岩石力学理论,建立了岩梁破断角力学模型,推导出了包含岩梁破断角α与岩梁承载载荷q、岩梁抗拉强度R_T及岩层内摩擦角φ的岩梁破断角的理论公式。岩层破断角α随抗拉强度R_T的增加而呈对数函数形式增加。岩层破断角α随岩层载荷q的增加呈现二次函数形式减小,且岩层破断角α范围在60°～70°之间。相似材料试验表明:谷底处应力大于坡顶,上坡开采阶段裂隙更为发育,且关键层下沉量较大,谷底处有应力集中现象,同时通过相似模拟试验验证了破断角计算公式的合理性。     

复合顶板大采高采场覆岩破断角实测及其演化规律研究

基于申南凹煤矿的实际工程背景,对复合顶板大采高条件下覆岩破断角的发育情况展开深入研究。通过对高位钻孔抽采数据的长期观测,对采场侧的覆岩破断角进行了计算|利用双塞压水实验研究了采空区回风巷侧覆岩破断角|最后利用UDEC模拟分析了采空区覆岩破断角的演化过程。研究结果表明：工作面推进速度3.6m/d时,采场侧的覆岩破断角为59°,工作面后方100～110m处回风巷侧覆岩破断角为58°|破断角处于一种动态变化过程,随时间的增长可由锐角向钝角转变,最大可达109°。所得研究成果可为裂隙带瓦斯抽采钻孔布置及采空区卸压瓦斯运移规律的研究提供理论基础。     

采场上覆关键层破断角的力学推导和实验模拟

为研究采场上覆关键层破断角,基于弹性力学和岩体力学,建立采场上覆关键层破断的梁力学模型,推导得出关键层破断角的计算公式,并通过物理模拟实验进行公式合理性和可靠性的验证。结果表明:(1)理论计算关键层破断角的变化范围为57.5°~71.0°,实验模拟破断角为50°~70°,理论计算结果与实验模拟结果吻合较好,说明理论推导关键层破断角的计算公式具有较高合理性和可靠性;(2)关键层破断角公式说明,关键层破断角与关键层的内摩擦角、抗拉强度、容重、弹性模量、关键层厚度和上覆载荷层的弹性模量、容重和厚度有关。对某一采场覆岩,关键层破断角的变化主要受关键层自身厚度和载荷层厚度的影响;(3)关键层厚度与载荷层厚度比值h/h'1.5时,关键层破断角随h/h'的增大而减小,载荷层厚度变化对破断角的影响程度大于岩层厚度变化的影响;(4)当h/h'1.5时,载荷层厚度增大引起关键层破断角减小,关键层厚度增大引起关键层破断角减小,两者对关键层破断角的影响作用相同,关键层厚度变化对关键层破断角的影响程度大于载荷层厚度变化的影响;(5)当h/h'=4时,关键层厚度变化与载荷层厚度变化对破断角的影响程度相同。     

双煤柱工作面开采覆岩运动及地表沉降规律研究

针对葫芦素煤矿回采期间因缩面而产生的双煤柱结构问题,以葫芦素煤矿21102和21201工作面为工程背景,对双煤柱工作面煤层开采覆岩运动及地表沉降规律进行研究.结果表明:2-1煤层上覆第2岩层为主关键层并形成砌体梁结构,对采场矿压显现及覆岩运动起到最主要的控制作用;地表监测数据表明21102工作面已完全进入开采沉陷稳定期,回采21201工作面时,地表下沉速度及时、稳定,覆岩随采随动,危险性较小.相似模拟试验结果表明,随着模型开挖,横向裂隙逐渐向上覆岩层扩展,离层间距亦逐步扩大,并产生失稳垮落,21102工作面左侧方覆岩破断角为58°,右侧方覆岩破断角为62°,21201工作面左侧方覆岩破断角为56°,右侧方覆岩破断角为59°.工作面开挖后,覆岩依次垮落或下沉移动,与地表监测结果基本一致.研究成果可为深埋双煤柱工作面的安全回采提供借鉴.     

韩家湾煤矿浅埋近距离煤层群覆岩破坏规律研究

为研究浅埋深、近距离煤层群条件下的覆岩破坏规律,以韩家湾煤矿214201工作面为背景,开展了覆岩地面钻孔、漏失量观测法实测、相似材料模拟研究工作。经对实测数据整理,分析了该地质采矿条件下的覆岩破坏特征,覆岩“两带”发育高度、岩层破断角等。实测得到仅采3-1煤非充分采动的垮采比为6.5、仅采4-2煤垮采比为7.3|相似材料模拟顺序开采2-2煤垮采比为6.0,3-1煤垮采比为6.8,4-2煤垮采比为5.8;2-2煤岩层破断角为59.5°～69°,3-1煤岩层破断角为66°～71°,4-2煤岩层破断角为57°～68°;2-2煤初次来压步距45m,周期来压步距为11～17m;4-2煤初次来压步距为63m,周期来压步距为13～21m。研究表明：韩家湾煤矿浅埋深、近距离煤层群开采条件下,上覆岩层只发育有“两带”,下部煤层垮采比降低、上煤层垮采比升高,下部岩层破断角降低、周期来压步距增大的特征。     

浅埋煤层大采高工作面顶板破断角实测研究

基于弹性力学和岩石力学,给出了浅埋煤层顶板破断角的理论计算公式,并在张家峁煤矿22201工作面辅助运输平巷施工9个钻孔,采用钻孔窥视确定了顶板的破断位置,得出了大采高工作面的顶板破断角,结合物理模拟实验对结果进行了验证。研究表明:理论分析得出浅埋煤层采场顶板破断角范围为56.2°～69.3°;现场实测得出22201大采高工作面顶板10～30 m层位的顶板平均破断角约为68.3°,根据物理模拟实验得出的大采高工作面顶板10～30m层位的顶板平均破断角约为66°,理论计算和现场实测、物理模拟实验结果吻合。此外,对浅埋大采高工作面周期性破断角的物理模拟实验统计分析,当采高M≥6m时,顶板破断角在64°～68°,与理论计算偏差在6%之内,表明理论计算公式具有较高的可靠性和适用性。     

综放支架掩护梁角度对顶煤回收率的影响

分析了掩护梁角度对顶煤破断角及放煤口上方各种拱形结构平衡特征的影响，得出了综放支架掩护梁角度是顶煤回收率的重要影响因素的结论。     

厚冲积层条件下地表移动参数的选取

岱庄煤矿井田范围内冲积层相对较厚,基岩相对较薄,开采后影响地表的范围及地表危险移动边界不确定。本文通过对4个岩移观测站的数据进行了整理和分析,确定了厚冲积层条件下岩移观测的边界角和移动角,使得今后预计的采动影响范围更加精确,为以后工作面布置提供了可靠的依据,更好的指导了生产。     

关键层理论在采场底板突水危险性评价中的应用

基于岩层控制中的关键层理论,采用砌体梁理论对底板关键层破断块体的稳定性进行了分析,从而对采场底板突水危险性做出评价。结果表明,底板关键层破断岩块的高长比越小,其形成的砌体梁结构抗滑落失稳的能力越大;关键层破断后互相咬合中间上浮量达△时,就形成了岩块结构的变形失稳。所以根据底板关键层破断岩块的高长比及岩块间咬合中间上浮量,可以判断采场底板突水的危险性。