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。     

采场老顶岩梁的超前破断与矿山压力

基于损伤力学的思想,建立了损伤基础梁的力学模型,并用该模型的结论分析了老顶岩梁超前破断对支承压力及其运动状状的影响。分析认为：损伤基础梁模型较弹性基础梁模型能够更真实地反映支承系统与老顶岩梁的相互作用关系,对提高顶板来压预测预报的准确性具有重要意义;老顶岩梁的超前破断与回转运动是“两个应力区”形成的必要条件。内应力区支承体损伤的充分发展是内应力区收缩和外应力区扩展的主要原因。     

采动覆岩全场变形演化过程分布式光纤监测研究

以龙王沟煤矿61601综放工作面为背景,采用分布式光纤传感技术,研究了覆岩变形分布式光纤监测方法,分析了光纤应变曲线变化与采场覆岩变形、破坏、移动过程的对应关系,探讨了采场覆岩导水裂隙带高度和岩层破断角动态发育过程及机理.研究结果表明:光纤应变曲线的变化揭示了各回采阶段上覆岩层的变形过程,曲线的形态主要与光纤和工作面的...     

浅埋煤层群重复采动覆岩运移及裂隙演化规律研究北大核心

为了准确掌握单一煤层和煤层群开采覆岩裂隙演化规律及分布形态特征,通过物理相似模拟实验、现场钻孔勘探、理论计算等方法分析煤层开采过程中覆岩运移破断特征及采动裂隙的分布形态。结果表明:在重复采动条件下,覆岩出现离层裂隙和纵向裂隙并伴随超前裂隙的产生,形成“采空区-工作面”和“采空区-采空区-工作面”结构时,覆岩裂隙经历产生、扩张、闭合、再产生、贯通、再闭合等6个动态循环变化阶段;煤层群在一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次及多次采动下,覆岩受上覆载荷作用,裂隙区向工作面两侧煤柱扩展,上煤层受本煤层边界煤柱和下煤层开采形成的“悬臂岩梁”支撑影响,使工作面两侧裂隙明显高于工作面中部,覆岩形成“M”形裂隙分布形态;覆岩受采动影响产生周期性破断,以单岩层或多岩层同时产生变形、运移、破断垮落,由此可见,覆岩中存在控制上部岩层的硬岩层和其控制岩层以组合梁的形式同步运移、破断。根据覆岩破断特征建立了基于Winkler弹性地基煤层群重复采动覆岩破断特征的组合岩梁力学模型,由模型计算得到覆岩裂隙演化高度和相似模拟实验及现场所测高度相近,由此表明,该模型可作为浅埋煤层群重复采动覆岩裂隙演化高度计算的依据。     

采动影响下覆岩破坏动态发展过程的数值模拟

利用岩层破裂过程分析（RFPA2D）系统,模拟了采动影响下覆岩破坏的动态发展过程,从几何、岩性、变形、破断机理及支撑特征等多方面较真实地模拟开采过程中上覆岩层变形、离层、断裂规律。模拟结果表明,开挖卸荷作用对老顶的直接影响比较小,老顶的破坏主要受随分步开挖而增大的拉应力及其损伤的积累作用,老顶初次破断机理是拉破坏失稳。老顶岩梁中段下部的拉应力损伤积累峰值位置滞后于岩梁最大拉应力区,这是造成老顶非对称破断的根本原因。     

高位巨厚覆岩运移规律及矿震触发机制研究

矿震是由矿山开采引起的非天然地震活动，鄂尔多斯矿区侏罗纪煤层上方常见白垩系巨厚层状砂岩组，巨厚砂岩组破断、滑移容易诱发巨厚覆岩型矿震，研究揭示高位巨厚覆岩的内部活动演化规律与动力响应特征是巨厚覆岩型矿震灾害防控的基础。笔者基于符拉索夫厚板理论，结合地面探测孔、地表沉降以及微震监测技术，研究了鄂尔多斯某矿综放开采巨厚覆岩结构演化规律及覆岩内部活动特征，揭示了高位覆岩运动诱发矿震机制。结果表明，综放实体煤回采阶段，采空区面积较小，低位顶板垮落较为迅速，顶板破断角64°～72°，高位巨厚覆岩结构无明显裂隙产生，地表下沉量较小；邻空回采阶段，顶板破断高度向巨厚覆岩层扩展，巨厚覆岩层产生裂隙，巨厚覆岩下顶板破裂角有所增加，并且地表沉降量快速增加呈台阶式下沉。白垩系巨厚砂岩层厚较大、强度较高，推导得出邻空回采阶段工作面推进约324.3 m时，巨厚覆岩结构具备发生初次破断的条件，开始出现强矿震事件；并且其周期破断步距为83.7 m。巨厚覆岩结构破断触发矿震机制为：随采空区面积增加，顶板破裂高度逐渐扩展至高位巨厚砂岩层，该巨厚砂岩层发生竖“O-X”型初次破断、滑移以及周期性破断易诱发强矿震事件。研究结...     

复合关键层综放开采瓦斯运移与抽采耦合规律研究

针对复合关键层工作面开采后覆岩裂隙演化及瓦斯运移涌出耦合规律,以王家岭煤矿12313综放工作面为工程背景,通过研究工作面推进后覆岩活动、裂隙演化情况,得到工作面覆岩裂隙分布特征,建立数值模型,分析卸压瓦斯运移规律。最终将研究结果应用于12313综放工作面现场瓦斯治理及效果检验。结果表明：12313综放工作面复合关键层初次破断步距为49.84m,走向模型的垮落带和裂隙带组成的“两带”高度为121.1m,切眼侧和工作面一侧的裂隙区宽度分别为45.6m和44.6m,切眼和工作面的垮落角分别为62°和60°,倾向模型的垮落带和裂隙带组成的“两带”高度为115m,运输巷一侧和回风巷一侧的裂隙区宽度分别为37m和40m,运输巷和回风巷的垮落角分别为62°和63°;12313综放工作面施加“高位定向钻孔+回风巷埋管”抽采措施后,回采过程中上隅角最大瓦斯浓度能够保持在安全范围内,当埋管口深度为17.3m时,上隅角瓦斯浓度达到0.478%,有效解决了上隅角瓦斯超限及积聚问题,可为类似条件下采煤工作面瓦斯治理提供参考。     

通钢板石沟铁矿上青矿区地压与岩移问题的对策

根据地质调查和地表岩移测试资料分析了通钢板石沟铁矿上青矿区岩移规律,得出了矿体上盘围岩淅进崩落和位移过程受断层控制的结论。虽然受岩移的影响目前的陷落角小于设计的陷落角;但由于断层出露位置已较准确控制。所以西风井的稳定状态不会受到影响。根据井下收敛观测和地压调查的结果,提出了减小地压活动的对策。     

矿岩散体的非均匀度与放出安息角关系的研究

在矿山生产中，无法直接测出矿岩散体的放出安息角。因此，最好是利用容易测量的参数来求出其放出安息角。而散体的放出安息角可用散体的平均粒径和非均匀度来表示。文章阐述了不同粒级散体的平均粒径和散体非均匀度的计算方法，并建立了矿岩散体放出安息角与非均匀度之间的关系方程。     

西石门铁矿北区斜井保安矿柱圈定优化

西石门铁矿北区进入二期开采后,原提升斜井仅作为一条进风井,允许发生较大变形,但不允许塌断。由此降低了保护级别,缩小了保护范围,并且确定保护范围的依据由原来的移动角改为陷落角。同时,在采空区冒透地表后,采取及时向地表塌陷坑内充填废石散体的技术措施,将矿岩陷落角提高至75°以上。在此基础上,由原来的用60°移动角改用75°陷落角重新圈定斜井保安矿柱,从而释放了大量矿柱矿量。这些被释放的矿柱矿量,应用自落顶、设置回收进路的无底柱分段崩落法和平底堑沟底部结构诱导冒落法得以安全回采,取得了良好的技术经济效果。     

矿岩松散体安息角对矿岩界限划分的影响研究[1]

为分析自然安息角对露天矿采出矿石品位的影响,本文采用EDEM仿真模拟和无人机测绘及Surpac软件辅助分析两种方法对纳米比亚湖山露天铀矿台阶爆破后自然安息角进行了测定和对比分析,并基于自然安息角构建了铲装矿岩界线的数学模型。结果表明：自然安息角仿真模拟值与无人机测绘及Surpac软件辅助分析实测值平均偏差0.775°,最大偏差率为3.8%,两种方法均可精确地测定矿岩松散体自然安息角。以纳米比亚湖山露天铀矿为算例,采用铲装矿岩界线的数学模型测算自然安息角对矿岩界限影响,经测算,全寿期满足水冶条件的矿石量增加0.65 Mt,可多回收金属铀超过190 t。