急斜煤层初次破断后基本顶稳定性分析

针对急斜煤层水平分段综放开采的特点,将沿倾向初次破断后的基本顶视为三边固支一边自由,受纵横载荷共同作用的斜置矩形板力学模型.应用Kirchhoff薄板理论,考虑中面内力对弯曲的影响,运用能量法得到了顶板挠度的解析表达式.探讨了基本顶的挠曲变形特征,分析了煤层倾角、水平分段高度和基本顶厚度对挠曲变形的影响.研究发现：在急斜煤层岩层控制中,煤层倾角存在介于55~65°之间的临界区域,据此可推断在上覆岩层中是否存在“上三带”（危险性离层带）;通过选取合理的水平分段高度,尽可能满足生产的需求,又可有效地控制顶板的变形;顶板厚度大于4 m可作为急斜煤层关键层的几何特征.结合新疆六道湾煤矿的具体开采情况,验证了模型和结论的合理性.     

俯伪斜采煤法基本顶破断的力学分析

为弄清俯伪斜采煤法基本顶破断的具体情况,以某俯伪斜采煤法的悬露基本顶为研究对象,应用弹性薄板理论,建立了俯伪斜基本顶的力学模型,分析并得到了充填体对基本顶的支撑载荷函数,运用李滋法和挠度的叠加原理,推导出基于采空区充填的俯伪斜基本顶挠曲函数,并对基本顶的破断过程进行了分析。研究结果表明：由于冒落矸石在采空区的不完全充填,导致俯伪斜基本顶的挠度沿倾向不对称,最大挠度为60.9 cm,位于倾斜中上部;基本顶沿倾斜方向由上向下分段破断,并且形成相对稳定的铰接结构,分段岩块沿走向破断距也有差别,倾斜中上部破断距小于下部。理论计算分析的结果与现场的矿压监测情况基本一致。     

一侧采空(煤柱)弹性基础边界基本顶薄板初次破断

建立长壁工作面,一侧采空(煤柱)、三边弹性基础边界基本顶薄板结构力学模型,运用有限差分法计算并研究了基本顶主弯矩分布特征及破断规律。得到:基本顶的起始破断位置为长边偏煤柱侧深入煤壁上表面(基本顶的弹性模量E、厚度h较小,弹性基础系数k较大时)或中部偏煤柱侧下表面(E,h较大,k较小时);煤柱的宽度Lm及支撑系数k_m变化时基本顶长边区,实体煤侧短边区以及中部区的主弯矩极值几乎不改变,但是煤柱区基本顶主弯矩极值变化显著、即显著影响煤柱侧基本顶的破断形式及基本顶整体的破断形态;由于考虑煤柱支撑的作用,当h,E较小,L_m,k_m较大时,基本顶深入煤柱区的上表面会发生破断,此种条件下基本顶的破断顺序为:长边深入煤壁上表面→中部下表面或实体煤侧短边深入煤壁上表面→煤柱区上表面,最终破断形态为非对称"O-X"型;h,E较大,L_m,k_m较小时煤柱区基本顶的上表面不破断,此种条件下基本顶的破断顺序为:中部下表面→长边深入煤壁上表面→实体煤侧短边深入煤壁上表面,最终破断形态为"U-X"型。     

基于薄板理论的孤岛工作面基本顶变形规律及破断距研究

为研究三面环空孤岛工作面基本顶的变形及破断规律,以河南某煤矿MZ201工作面为研究背景,通过弹性薄板小挠度弯曲理论,构建了基本顶破断力学模型,分析了工作面基本顶的破断力学特征,得到了基本顶初次来压和周期来压步距。研究结果表明:初次来压时,基本顶岩层变形较小,顶板下沉量最大点位于采空区中后部,变形量为360 mm;周期来压时基本顶岩层变形较大,顶板下沉量最大点位于基本顶中心,变形量为807 mm;初次破断时,岩层最先从两长边中部发生拉伸破坏;周期破断时,基本顶从下表面中心位置开始破断,后沿倾向方向不断发展,在短边近端处分叉,形成“X”型破断;基于拉应力破断准则计算得到基本顶初次破断距和周期破断距分别为49.3 m和27.9 m。     

基本顶弹性基础边界薄板模型分析（I）——初次破断

建立基本顶弹性基础边界弹性薄板力学模型,运用偏微分方程有限差分方法,研究了推进步距、弹性基础系数、基本顶厚度与弹性模量对基本顶主弯矩与破断位置的影响,得出：基本顶厚度或弹性模量增大时,中部最大主弯矩Mz增大、长边与短边绝对值最大主弯矩Mc,Md减小;步距增大时,Mz,Mc,Md均增大、Mz增长幅度较小;弹性基础系数增大时,Mz减小、Mc,Md增大;根据主弯矩破断准则得出：推进步距或弹性基础系数小时基本顶中部先破断、反之长边超前煤壁先破断;基本顶厚度或弹性模量小时长边超前煤壁先破断、反之中部先断裂。基本顶厚度或弹性模量越大超前断裂距离越大;弹性基础系数或步距越大超前断裂距离越小。弹性基础边界时,基本顶存在3类破断顺序：① 长边-中部-短边;② 长边-短边-中部;③ 中部-长边-短边。     

采场老顶初次破断机理与破断形态分析

依据典型浅埋煤层工作面的实测和模拟，发现了采场老顶初次破断的非对称现象。运用相似模拟和理论分析相结合的方法，揭示了采场顶板初次破断机理，确定了有关参数。     

考虑煤体弹-塑性变形的基本顶板初次破断结构特征

建立考虑煤体弹-塑性变形的基本顶板结构初次破断力学模型,依据有限差分原理和主弯矩破断准则,系统计算研究了弹-塑性基础边界基本顶板结构初次破断位置、破断顺序以及全区域破断形态特征的影响因素及权重关系,并阐述了该力学模型的工程意义,得到:①基本顶厚度h、弹性模量E较大,而弹性煤体基础系数k_t及悬顶跨度较小时,基本顶的破断位置及顺序为:开采悬顶区中部下表面→深入未塑化的弹性煤体区上表面→短边深入未塑化的弹性煤体区上表面,在弹性煤体区上覆形成"O"型断裂圈;反之,基本顶的破断位置及顺序为:深入塑化煤体区上表面→开采悬顶区中部下表面→短边深入塑化煤体区上表面,在塑化煤体区上覆形成"O"型断裂圈,最终均形成"O-X"型破断形态;②煤体塑化范围b₀及塑化程度增大时,基本顶断裂线深入煤体的距离与基本顶各个区域的主弯矩绝对值均增大,即基本顶悬顶跨度会减小;③b₀及浅部塑化煤体基础系数k₀较大时,基本顶的破断位置及顺序为:开采悬顶区中部下表面→长边深入塑化煤体区上表面→短边深入塑化煤体区上表面,在塑化煤体区上覆形成"O...     

大采高综采采场基本顶周期破断特征研究

为研究支架和采空区垮落矸石对大采高综采采场基本顶周期破断的影响,引入了表征支撑作用的特征量,建立了基本顶顶板岩梁力学模型,分析了基本顶的周期破断特征。研究表明:相同支撑条件下,基本顶周期破断距会随着顶板的厚度增大、抗拉强度增大、荷载量减小而增大;相同开采条件下,基本顶破断距随着支架支护强度和控顶距、垮落矸石支撑力的增大而增大。结合现场实测数据,对基本顶周期破断特征进行了有效验证。     

大采高伪斜综采工作面基本顶初次来压规律研究

以担水沟煤矿4101综采工作面为对象，运用UDEC数值模拟、理论计算和矿压显现现场实测等方法，分析了大采高伪斜开采工作面“支架—围岩”系统稳定性影响因素，研究了4101工作面基本顶初次来压规律。结果表明：大采高伪斜开采4101工作面基本顶初次来压呈现明显的分段来压特征，避免了整个基本顶同时破断来压对工作面的大范围影响，但工作面下端头与小断层区域顶板产生应力集中现象，矿压显现相对强烈，应重点加强顶板的管理与控制。     

深井超长工作面基本顶分区破断模型与支架阻力分布特征

开采深度和工作面长度增加导致采场矿压显现程度和空间分布特征发生改变,增加了该类采场围岩失稳类型的不确定性及控制难度。针对深井超长工作面异常矿压现象发生频率高、预测难度大等问题,采用理论分析、室内实验和实测等方法分析了该类采场基本顶破断类型和支架阻力分布特征。结果表明:开采深度增加提高了岩体中裂隙发育程度,裂隙尺寸服从对数正态分布,裂隙倾角和倾向服从正态分布;基于蒙特-卡罗模拟方法实现深井超长工作面基本顶三维重构,工作面长度增加导致基本顶中部存在裂隙的概率升高,增大了基本顶在工作面中部发生局部破断的可能性;建立深井超长工作面基本顶分区破断力学模型,采用上限定理推导出完整基本顶的整体承载能力以及基本顶中存在1条和2条原生裂隙时的局部承载能力,获得基本顶在裂隙影响区发生局部分区破断和迁移现象的力学判据;基本顶分区破断现象导致破断岩块在空间上呈非均匀分布,表现为工作面中部块度小、两端块度大的特征;分区破断模型预测结果同相似模拟实验结果吻合,解释了深井超长工作面开采实践中发现的顶板压力沿工作面方向的非均匀分布现象。     

倾斜煤层单体支柱工作面顶板事故的预防方法

该文通过对倾斜煤层工作面矿山压力特征及冒顶事故类型、原因的分析 ,总结了导致顶板事故的规律及预防措施     

大倾角煤层中"π放"工作面的伪斜开采实践

介绍了开滦林南仓矿业分公司通过优化设计，在大倾角煤层中利用伪斜开采技术实现高产高效的经验。     

工作面顶板含水层特征探测与分析

在分析了5301工作面邻近工作面涌水情况及工作面主要含水层、隔水层的基础上,采用理论分析、物探及现场钻探手段对工作面上方覆岩主要含水层情况进行详细的探查与分析。掌握了工作面主要富水区域;工作面开采主要受顶板砂岩水威胁。在开采前需要对砂岩水进行疏放,保障工作面安全开采。     

小纪汗煤矿工作面顶板破断结构对巷道矿压影响规律研究

针对我国西部矿区脆性煤体上覆厚层基本顶条件下二次采动时巷道围岩整体变形大与支护结构失效的工程难题,运用理论分析和现场实测的研究方法,对巷道上方基本顶破断结构及由此带来的巷道变形规律进行了研究。以工作面基本顶侧向破断的关键块为研究对象,详细分析了巷道上方基本顶结构由一次采动时的固支悬臂梁结构转变为二次采动时的双拱结构而带来的煤柱中的应力演化规律,给出了基本顶侧向破断长度与煤层厚度、基本顶力学特性、上覆载荷和区段煤柱参数的量化关系式,得出了不同破断结构下煤柱载荷的表达式。结果表明：工作面超前段基本顶侧向断裂形成的“双拱”铰接结构是造成该类巷道矿压显现剧烈的主要控制原因,不合理的区段煤柱宽度会诱发叠加应力作用,导致巷道整体变形与支护结构失效。研究结果可为相似工程条件下巷道围岩控制和合理区段煤柱的留设提供借鉴。     

工作面顶板控制技术研究

根据 1 0 1 7工作面的生产技术条件 ,结合矿压实测 ,对工作面支柱的实际支撑能力进行了分析和计算 ,得出了合理的工作面支护密度。     

大倾角复合顶板工作面推垮型冒顶机理分析

对大倾角分层开采工作面复合顶板推垮型冒顶机理进行分析 ,提出防范措施     

采煤工作面顶板淋水的防治

1概况 田庄煤矿16上煤为主采煤层,厚1.10～1.50m,采用走向长壁后退式高档炮采.煤层直接顶板为厚6m左右的灰岩,底板为粘土岩和泥岩,综合柱状图如图1.     

缓斜工作面推垮型冒顶的机理分析

本文通过具体的事例 ,分析了缓倾斜工作面沿工作面长度方向发生推棚的力学原理及其地质原因 ,指出了“一定的倾度”及“顶板离层”是发生这类事故的两个必要条件 ,并在此基础上提出了预防的一般方法及措施。     

综采工作面顶板围岩应力特征相似模拟研究

为揭示采动影响下上覆岩层变化规律,以淮南矿业集团谢桥矿1232(1)综采工作面地质条件为工程背景,采用相似材料模拟实验和理论分析的方法,对综采工作面顶板围岩应力特征进行研究。相似模拟研究结果表明：随着采煤工作面的不断推进,工作面前方煤体内应力与超前支承压力峰值不断增大,当工作面由30 m推进至150 m,工作面顶板围岩各监测点处超前支承压力达到峰值时的最大应变量由14增大到292;工作面前方煤岩体经历了由原岩应力到应力升高再到应力降低的过程,其中80 m范围之外为原岩应力区,10~80 m为应力增高区,10 m范围内为应力降低区;随回采推进,各区逐渐向内部转移,对于地质变化不大的煤岩体而言,“三区”会逐渐扩大前移,但整体变化范围不大。研究结果可为中厚煤层的实际开采提供一定的理论指导。     

采煤工作面调斜方法研究

在采煤生产中,时常需进行采煤工作面调斜。本文重点研究了工作面实中心调斜技术与虚中心调斜技术,总结了调斜开采应注意的事项,有助于不规则工作面的调斜开采,延长工作面服务时间。