巷道顶板围岩离层机理及失稳预警技术研究

基于前人研究成果,通过对顶板离层形成机理和力学机理进行分析,结合顶板稳定性安全潜力评价法、顶板离层临界值评价法、离层速度比率评价法,提出了一种巷道顶板失稳综合预警体系。通过采取得当措施来控制顶板,有效降低巷道顶板事故发生的风险系数,为巷道顶板管理提供科学依据,同时也为工作面安全生产提供一些参考。     

大断面泥质巷道顶板离层突变垮冒演化相似模拟实验研究

针对大断面泥质软弱夹层巷道掘进顶板离层失稳垮冒控制难题和现有离层相似模拟实验装置存在的不足,根据精密位移传感原理自主研制了巷道顶板离层模拟实验监测装置,并对该监测装置进行可靠性综合测试。结果表明:位移传感器监测形变量与相似模拟巷道开挖离层量呈良好线性关系,测量误差控制在±2%。通过平朔矿区大断面泥质巷道掘进顶板离层相似模拟实验,研究了顶板离层渐进发育至突变致灾演化全过程并提出离层安全临界值节点判据,研究表明:1)离层划分为渐变趋稳型离层和突变致灾型离层2类;2)离层渐进发育至突变致灾演化全过程可划分为裂隙发育离层孕育、离层急剧扩展、离层渐进趋稳和离层突变垮冒4个阶段;3)离层值达到渐变趋稳临界值之前,即刻进行合理补强支护能维持巷道围岩稳定,若仅依靠现有支护方式,当离层值达到突变致灾临界值后,巷道将发生失稳垮冒事故。巷道顶板离层模拟实验监测装置及实验结果为潜在失稳巷道离层突变失稳判据及合理补强支护时机的确定提供了实验条件和决策参考。     

巷道顶板离层失稳机理及预警防治技术

为预防巷道顶板事故的发生,结合顶板稳定性安全潜力评价法对失稳机理进行研究,着重研究巷帮塑性区范围与顶板离层失稳的相关关系,提出了一种巷道顶板失稳综合预警体系。以31305工作面辅运顺槽为例,通过分析得出顶板存在失稳风险,及时采取补打帮锚索+顶锚索+W钢带的补强支护措施来控制围岩深度变形。从现场监测结果可知,控制围岩变形效果较好,有效降低巷道顶板事故发生的风险系数。     

顶板离层自动监测报警装置在深部巷道的应用

顶板离层监测是监控锚杆支护巷道失稳,防止冒顶事故发生的主要方法.巷道顶板离层自动监测报警装置适用于徐州矿区巷道掘进和回采期间的顶板管理.通过井下安装、试验,初步确定了顶板离层预警值,全过程实时监控,保障了安全生产.     

巷道顶板离层预警值确定的研究

锚杆、锚索支护在我国煤矿得到了广泛应用,为了监测支护质量和顶板岩层松动离层情况,煤矿锚网索支护的巷道普遍使用了离层仪,对顶板离层进行监测,对预测预报顶板事故起到了一定的积极作用。但顶板离层值达到多少是预报的临界值,一直是困扰现场的一个难题,到现在也没有得到很好的解决。文章根据锚杆、锚索的延伸率对顶板离层预警值进行了探讨,提出了确定顶板离层预警值的一些简单办法。     

基于网络的煤矿巷道顶板离层计算秒监测预报系统研究

开发了基于工业以太网的顶板离层计算机监测系统,用于煤矿回采或掘进巷道顶板离层的在线监测。通过位移传感器监测顶板离层的位置、离层速度变化,能动态地掌握顶板运动过程,对可能发生的顶板事故提前预警。实践证明,该监测系统的各项指标达到了设计要求,其成功应用促进了煤矿的安全、高效生产,取得了明显的经济效益和社会效益。     

基于网络的煤矿巷道顶板离层计算机监测预报系统研究

开发了基于工业以太网的顶板离层计算机监测系统,用于煤矿回采或掘进巷道顶板离层的在线监测。通过位移传感器监测顶板离层的位置、离层速度变化,能动态地掌握顶板运动过程,对可能发生的顶板事故提前预警。实践证明,该监测系统的各项指标达到了设计要求,其成功应用促进了煤矿的安全、高效生产,取得了明显的经济效益和社会效益。     

回采巷道离层破碎型顶板失稳机理与控制实践

回采巷道离层破碎型顶板因具有层厚小、强度低和节理裂隙发育程度高等特点,在受到外力扰动作用下易出现顶板离层和顶板冒漏。以现场观测和理论分析给出了离层破碎型顶板失稳机理,并将该类巷道冒顶形式划分为脱松型、挤压型和推垮型三种;给出了离层破碎型顶板承载结构,并进行了稳定性力学分析;根据离层破碎型顶板的失稳机理和力学结构分析给出了适应于该类顶板的高预紧力支护方式。以靖丰矿3307工作面回采巷道为研究对象,通过支护方案的确定和实施,有效地控制了该巷道离层破碎型顶板,该研究对于指导离层破碎型顶板控制具有一定的借鉴意义。     

气囊固定式新型顶板离层仪的设计思路

顶板离层是巷道围岩变形和破坏的主要形式之一,当顶板离层超过一定范围,顶板就会处于非稳定状态,极易发生顶板事故.顶板离层仪是有效监测顶板运动的仪器,根据顶板离层的测量原理,结合现场实践经验,创新性地提出了采用气囊固定与微变形软管连接的柔性接触式顶板离层仪的设计理念,为弥补不足和发展离层仪提供了新思路.     

采动巷道复合顶板离层破坏机理与预测方法

复合顶板产生的离层破坏对巷道顶板整体稳定性起着较大的控制作用,针对巷道离层破坏机理不明、难以预测等问题,以赵固一矿复合顶板回采巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场探测和现场工程试验等综合研究方法,揭示巷道复合顶板离层破坏机理,获取不同软弱岩层位置和不同应力环境条件下的顶板离层区分布特征.结果表明:采动巷道塑性区最大深度通常朝向顶板,形成深度较大的塑性破坏影响区,当塑性破坏影响区内含有软弱薄层,顶板深部软弱薄层即出现塑性压剪破坏,工程上表现为顶板离层现象.据此,提出巷道复合顶板离层破坏预测方法并开发配套系统软件,可为巷道复合顶板整体稳定性控制与冒顶预警提供基础依据.     

基于地质预报的煤巷顶板事故防治研究

对煤巷顸板事故原因和机理进行了总结分析,指出现有煤巷掘进支护过程中顸板事故多发的主要原因是迎头地质情况调查不明、地质条件突变时缺少相应的预警机制和合理的应对措施.经过探讨指出利用煤巷超前地质预报技术预防顶板事故是可行的.通过对巨野矿区某矿煤巷多次冒顶事故教训的总结,指出建立合理的冒顶事故预警机制并设计相应支护预案的必要性,在此基础上提出了基于超前地质预报的煤巷顶板事故支护预案防治方法.以“地质先行、物探紧跟、钻探核实、预案配套、监控反馈”为指导方针,注重各预报环节的反复推演与相互修正.利用该方法成功预防了多起冒顶事故的发生,并对其中一起案例进行了深入分析,显示该方法具有较理想的预报效果,以锚索梁为主的支护预案可以有效控制断层区巷道变形,防止冒顶事故发生,并具有很好的经济性指标.     

基于LabVIEW的煤矿巷道顶板监测系统设计

近10年来,国内煤矿发生致人死亡的顶板事故数千起,占煤矿事故总数接近一半。因此,实时监测煤矿巷道顶板离层的位移及压力,判断顶板离层及围岩的稳固性,及时采取有效的防护措施,对预防顶板事故的发生具有重大的现实意义。本研究基于虚拟仪器的煤矿巷道顶板监测系统利用传感器、分布式测量节点和无线网关组成的无线传感器网络与LabVIEW监测程序,实现了巷道顶板的应力与离层位移数据的采集、存储、预警和查询功能,达到了对巷道顶板实时、动态的监测目的,通过对监测数据的分析,能反映出当前顶板离层结构的健康状态,从而对巷道的安全性与稳定性作出正确及时的评价,及早发现可能发生顶板冒落的区域,及时采取相应措施,避免巷道顶板事故的发生,减少财产损失与人员伤亡。     

基于梁模型的采场顶板稳定性分析

针对多层矿开采的特点,将采场顶板岩层假设为简支梁,结合岩梁和材料力学理论、岩石力学知识,推导出顶板最大拉应力与其上方岩层厚度之间的关系式,据此得顶板岩层与其相邻的矿层厚度比对顶板稳定性的影响。此外由采场层状顶板的跨距计算方式,得到其极限跨距并作为判断顶板稳定的依据。     

近浅埋煤层开采顶板垮落步距分析

以榆阳煤矿2302工作面的开采实践为工程背景,利用"板"和"梁"两种力学模型对近浅埋煤层开采基本顶初次来压步距进行了分析和计算,结合基本顶实际垮落步距确定出适合近浅埋地质条件下的力学模型,并计算了"板"力学模型在不同边界条件下初次来压步距。为了解决基本顶初次来压步距过大的问题,根据采场处于不同边界条件下初次来压步距的特点,提出了采用深孔预裂爆破和区段煤柱宽度缩小的方法,使采场处于"两边固支两边简支"的受力状态,以减小初次来压步距,保证初采初放期间工作面顶板安全。     

厚层复合顶板大断面沿空煤巷组合支护技术

随着煤矿采深加大与延伸,普通锚网(索)喷支护较难维持厚层复合顶板大断面煤巷围岩稳定性。通过对大量复合顶板事故调查及其产生过程分析,获得了复合顶板事故失稳机制及控制方案,并在许厂煤矿4312皮带顺槽进行了支护技术现场实践,取得了较好的支护效果。研究结果表明:为有效控制复合顶板岩层离层与竖向拉伸裂隙产生,可施加锚索来实现减跨作用,采取高强预应力锚固顶板下位复合岩层来提高岩梁的整体抗弯刚度,以减小顶板岩梁产生的弯曲应力;高强预应力锚杆、锚索、钢带和钢筋梯组成的"四位一体"的组合支护技术可较好地解决厚层复合顶板大断面沿空煤巷围岩稳定难题。     

采场顶板离层水"静水压涌突水"机理及防治

分析了采场顶板离层水涌突水实例,在此基础上分析了离层水形成的基本条件,总结提出了离层水"静水压涌突水"的离层水涌突水类型,探讨了采场顶板离层水"静水压涌突水"的形成机理.采场顶板离层水"静水压涌突水"的主要诱导因素为离层水的静水压力,判别关键是确定采场顶板离层水的静水压力及其可突破的相对隔水层厚度.可通过破坏离层的"封...     

煤矿安全生产顶板事故风险管理体系在中梁山北井的应用

以开展重庆市煤矿事故风险管理工作为目的需求,选取中梁山北矿8大类主要煤矿事故中的顶板事故为分析对象,开展煤矿事故风险评估研究。列出“煤矿顶板事故风险目录”,用“煤矿顶板事故风险采集表”计算了“煤矿顶板事故风险损害后果”和“煤矿顶板事故风险可能性”,绘制“煤矿顶板事故风险矩阵图”,得出了煤矿顶板事故风险等级值;根据煤矿顶板事故风险评估的汇总结果,提出采用综合分析和历史比对方法,形成动态煤矿顶板事故风险动态监测机制,提出风险的管理标准、技术措施、管理措施和应急准备。该研究为重庆市区域内典型顶板事故风险管理提供了一种示范案例。     

车辆荷载作用下岩石地下硐室顶板厚度分析

将车辆荷载简化为移动的简谐作用力,地下硐室顶板简化为单位宽度的简支粱,得到车辆荷载作用下岩石地下硐室顶板的顶板-车辆简谐力模型,分析了模型在无阻尼、阻尼为无穷大、一般阻尼以及车辆固定在模型跨中的动力响应。结果表明：对于匀速移动的车辆简谐荷载情况,仅考虑基本振型当共振发生时,动力放大因子将取决于车辆移动的速度,速度越慢,通过全梁的时间越长,振动反应越大;阻尼无穷大时,发生共振时的最大振幅只有在无阻尼情况下的一半;在一般阻尼情况下,动力放大因子取决于阻尼比的大小;匀速移动简谐力作用下动力响应只有固定于跨中的简谐力作用下的动力响应的一半。针对顶板跨中作用有车辆荷载,车辆简谐力角频率等于06倍基频时做了具体计算,得到了车辆作用下的动挠度、动弯矩、动剪力以及跨中位移与弯矩放大系数以及支座剪力放大系数。以瓮福磷矿穿岩矿段地下硐室顶板为例,分析了地下硐室顶板的稳定性与最小顶板厚度,研究表明：顶板高度为4 m时顶板稳定,顶板的最小安全厚度为353 m。