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。     

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。     

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。     

高位硬厚岩层采动覆岩结构演化特征及致灾规律

针对工作面赋存高位硬厚岩层的地层条件,采用相似材料模拟试验方法,制作了工作面上覆单层和两层高位硬厚岩浆岩的相似模型,研究了开采过程中的覆岩结构及其演化特征;通过力学理论分析,揭示了上覆岩层的破断规律及覆岩结构的形成机制;分析了典型采动覆岩结构的致灾规律,并采用工程实例进行验证。研究结果表明:单层硬厚岩层初次破断前、周期破断阶段分别形成"梯"型、"Γ"型覆岩结构;两层硬厚岩层条件下,下位硬厚岩层破断前形成"梯"型覆岩结构,上位硬厚岩层破断前后分别形成"梯-Γ"型复合覆岩结构、"F"型覆岩结构;工作面上覆岩层破断角α在(45°,90°)区间内,破断迹线总是与岩层层面成一定夹角。高位硬厚岩层条件下集中应力高、积聚能量大,易诱发静载型动力灾害;"梯"型覆岩结构失稳易诱发动力灾害及离层水(气)突涌现象;"Γ"型覆岩结构失稳易诱发动力灾害,但不易发生离层水或瓦斯突涌。     

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。     

大采高工作面复合关键层破断模式与矿压显现机理研究

针对大采高工作面矿压控制难题,利用相似模拟方法对覆岩破断特征与矿压显现机理进行研究,分析了覆岩运移特征与声发射监测信息,提出异步及同步断裂关键层破断模式,建立了相应的上覆岩层复合关键层结构模型和覆岩破断的力学条件,总结上覆岩层移动变形和破断随时间和空间的变化规律,得出关键层同步断裂是造成大采高工作面开采矿压显现强的根本原因。     

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。     

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。     

高位硬厚岩层破断规律力学分析与数值模拟研究

以杨柳矿10416工作面为工程背景,通过理论分析,建立硬厚岩层梁式破断力学结构模型,分析了工作面在推采过程中,硬厚岩层破断的力学机理,并利用UDEC建立二维离散元模型,研究硬厚岩层破断规律。研究结果表明:硬厚岩层初次破断步距与其最大拉应力、硬厚岩层厚度、煤层与硬厚岩层之间的岩层厚度正相关,与其上覆载荷、岩层移动角负相关。     

多关键层结构下不同采厚覆岩移动及围岩响应特征

针对多关键层结构下煤厚复杂工作面覆岩移动及围岩应力问题,采用RFPA-Strata数值模拟方法研究了多关键层结构下不同采厚关键层破断特征及不同关键层破断前后支承应力响应特征。结果表明：(1)采高小于2.5 m时仅低位关键层破断且能够形成稳定的砌体梁结构,此时低位关键层能够承载自身及其上方至中位关键层下方岩层重量,煤体仅需承载低位关键层下方软岩重量及附加载荷,煤岩体承载力较好,超前支承应力峰值随采高增加逐渐增大。(2)采高大于3 m时中位、低位关键层均发生破断,中位关键层破断后形成砌体梁结构,此时中位关键层能够承载自身及其上方至高位关键层下方软岩重量;低位关键层破断后其断裂的岩块未能与前方未完全破断的岩层铰接,低位关键层为悬臂梁结构,此时煤体需承载煤层上方至中位关键层下方岩层重量及附加载荷,超前段煤岩体发生大量剪切破坏导致煤岩体承载力降低,超前支承应力峰值随采高增加逐渐减小。(3)关键层运动影响支承应力分布特征,关键层完全破断后低位关键层下沉位移量减小,超前支承应力峰值大小及其距煤壁的距离随关键层破断均减小。(4)采高大于3 m时,低位关键层破断后主要影响超前支承应力峰值点距煤壁距离,峰...