深部倾斜煤层沿空掘巷上覆结构稳定与控制研究

采用理论分析方法,建立了深部倾斜煤层沿空掘巷上覆结构力学模型,分析了回采期间上覆关键块体稳定性与煤层埋深、倾角间的关系,发现沿空掘巷回采期间关键块体主要以发生转动失稳为主,控制关键块体转动失稳是维护巷道整体稳定的前提条件;并通过巷内支护阻力对关键块体转动失稳系数作用规律分析,得知关键块体转动失稳系数对窄煤柱与顶板承载能力的敏感性远大于实煤体帮,提高二者承载能力可有效抑制关键块体转动下沉。基于高强锚杆支护体系,提出以顶板高阻让压支护和倾斜穿层锚索加固窄煤柱为核心的深部倾斜煤层沿空掘巷非对称耦合控制技术,采用系统信息设计方法确定了试验巷道锚杆支护参数,成功地应用于工程实践。     

采场老顶断裂岩块失稳类型判断曲线讨论

根椐推导出的老顶断裂岩块回转挤压接触面尺寸的计算方法 ,分别按照滑落失稳和回转失稳计算出了类型判断曲线 ,论证了这两种曲线误差产生的根源。给出了正确的老顶断裂岩块失稳类型判断曲线 ,从而纠正了已往文献中的差错     

采场老顶断裂岩块失稳类型判断曲线讨论

根据推导出的老顶断裂岩块回转挤压接触面尺寸的计算方法，分别按照滑落失稳和回转失稳计算出了类型判断曲线，论证了这两种曲线误差产生的根源。给出了正确的老顶断裂岩块失稳类型判断曲线，从而纠正了已往文献中的差错。     

论支架支撑力的控顶作用

采场支架对顶板的支撑作用，包括３个方面：对直接顶在控顶区范围内予以全面支撑，尤其对支架至煤壁间最大端面控顶范围内的无支护顶板应以有效地支撑，防止端面顶板产生冒落拱，这时支架的初撑力起很大作用；通过直接顶对已断裂成块的老顶砌体梁中关键块的前端给以支撑，协助下位砌体梁自身平衡，防止关键块前端失稳时发生过多的台阶下沉；对下位较坚硬的岩层提供支撑，以减少悬顶面积，增加切顶高度、减少悬顶垮落造成的冲击威胁。据此，可分别按碎裂松散介质、块体、弹性基础悬梁来建立相应的力学模型进行计算分析。     

采场“砌体梁”结构的关键块分析

在“砌体梁”全结构力学分析基础上,将影响采场工作面安全生产的“砌体梁”关键块体部分简化为三铰拱式结构。此结构的基本失稳形式有两种,即滑落（Ｓ）失稳和回转（Ｒ）变形失稳。块体的回转角、长高比、岩性及负载岩层的高度是影响结构稳定的主要因素。在详细分析这些影响关键块体结构稳定性因素及范围基础上,初步建立起了采场围岩结构的Ｓ－Ｒ稳定理论。用此理论可就开采时上覆岩层对工作面的影响、压力变化及需控岩层范围等问     

综放沿空煤巷破坏机理及不对称支护控制

通过理论分析、现场实测和数值模拟相结合的方法分析了某矿窄煤柱护巷覆岩破断和运移规律,得知基本顶断裂位置在煤柱内6.5 m处,且基本顶中关键块B的回转下沉运动是巷道呈现顶板不对称变形和水平剪切错动及煤柱失稳破坏的根本原因。现场实施非对称"多锚索-槽钢-钢筋组合圈梁"关键支护系统后,回风平巷在605综放工作面采动作用影响下基本无离层现象,巷道维护状态比较稳定。     

浅埋煤层长壁开采顶板岩层的不稳定性态

针对浅埋煤层顶板关键层破断后的不平衡特性和运动特征,应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了顶板结构的不稳定性态,给出了关键层破断后顶板结构回转失稳的必要充分条件,建立了铰接体系在回转状态下的稳定性准则,确定了有无支护时顶板岩层稳定状态下的开采高度.研究发现,顶板破断后岩块的台阶下沉与回转失稳必居其一;回转失稳由两岩块相向旋转形成;岩块在铰接处出现塑性铰只是顶板结构回转失稳的必要条件,顶板结构呈瞬变体系才是体系失稳的充分条件.结果表明,根据浅埋煤层长壁工作面顶板结构的结构特征、岩体材料和上覆厚松散沙层等赋存状况,可进一步确定顶板破断后岩块的运动状态和结构呈瞬变体系时的几何特征;采高是人为控制顶板结构稳定的要素之一,单纯降低采高并不一定安全,控制最大回转角才能保证老顶破断后岩块的稳定性.     

分层开采中分层煤柱巷道失稳机理与控制技术研究

针对分层开采中分层煤柱巷道大变形与控制难题，以老公营子煤矿I05〖DK〗(8〖DK〗)2轨道平巷为工程背景，分析巷道围岩大变形破坏特征及失稳机理。研究表明，中分层回采后采空区空间增大，上覆岩层关键块体再次回转下沉是造成煤柱巷道大变形的主要原因|分层开采中区段煤柱受多次采动影响，煤柱整体已发生塑性破坏，其稳定性和承载能力不断降低，无法为锚固体提供稳定的锚固基础是造成巷道大变形的内在因素。基于巷道失稳机理，提出“强化煤柱、增强锚固”的控制思路，具体控制机制为表面喷浆固结破碎煤体提高巷帮完整性，煤柱内部注浆填充粘结裂隙为锚固体提供稳定的锚固点，煤柱帮增加锚杆支护提高浅部围岩整体性，增大锚索预紧力提高煤柱的自承能力。现场实践表明，巷道围岩变形量满足安全生产要求，联合支护方案能够有效的控制巷道围岩大变形。     

浅埋煤层上行开采可行性相似模拟实验研究

采用相似材料模拟实验方法,对陕北东峁煤矿浅埋煤层上行开采的可行性进行了研究.研究表明:该矿浅埋煤层下部煤层开采后,覆岩破坏呈现“两带”特征,产生多条贯穿上部煤层的穿层裂隙,上部煤层沉降后保持连续,未出现台阶下沉;上部煤层开采时顶板岩层主要表现为已断裂岩块或新断裂岩块的回转失稳,工作面通过穿层裂隙处未出现滑落失稳与台阶下沉现象,且顶板矿压显现不明显,证明上行开采可行.     

回采工作面过旧空区支架-围岩关系研究

以回采工作面过旧空区为背景,采用理论分析方法,建立了支架失稳时工作阻力计算模型,对基本顶岩层破断特征及过旧空区时支架工作阻力进行研究。研究表明:回采工作面向旧空区推进时易在旧空区上方基本顶岩层处发生超前断裂,形成巨大块体B;岩块B既有滑落失稳又有回转变形失稳。因此,在计算支架工作阻力时必须考虑两种失稳对支架的载荷,得到支架工作阻力计算公式。     

下向进路侧帮可动块体的稳定性力学分析

为了研究下向进路侧帮矿体在上覆充填体作用下的变形特征,在综合分析侧帮矿体与充填体交接处可动块体形成条件的基础上,应用弹性理论分析了充填体对进路侧帮可动块体的力学效应。结果表明,充填体对侧帮可动块体的稳定性影响与进路高宽比、侧帮矿体的力学性质及可动块体的滑移面倾角有关,阐明了充填体作用下下向进路侧帮可动块体的变形破坏机理,推导了可动块体顶面受充填体作用力大小的计算方法,以及可动块体在充填体作用下的稳定性系数计算方法。武山铜矿开采的工程实例应用证明了该方法的应用效果。     

坝基玄武岩柱状节理松弛弱化对白鹤滩拱坝的影响分析

白鹤滩水电站坝址区玄武岩柱状节理较为发育,建基面开挖会引起其发生松弛及模量弱化,进而对坝体的位移、应力状态产生影响。采用三维非线性有限元数值方法,通过玄武岩柱状节理不同松弛厚度与变形模量变化组合多方案计算分析,分析了柱状节理松弛层玄武岩性态变化对坝体位移应力的影响特征。结果表明,柱状节理卸荷松弛将引起坝体顺河向位移极值增大、指向右岸横河向位移极值增大、指向左岸横河向位移极值减小;坝体最大主拉应力及最大主压应力均增大,坝体最大梁向拉、压应力均增大,坝体最大拱向拉应力增大,坝体最大拱向压应力减小;随柱状节理松弛层变形模量的劣化,拱端横河向位移增加,拱端上游顺河向位移增加,拱端下游顺河向位移减小,拱端主拉应力增加、主压应力减小。随柱状节理松弛层厚度的增加,坝体位移、应力的变化很小,为不敏感因素。     

固体充填开采顶板多跨超静定结构分析与充填支架 控制作用研究

为解决不同地质与开采条件下充填支架的关键参数确定问题,以充填开采条件下岩层移动的实际变形形态为基础,将基本顶作为研究对象,建立了基于多跨超静定结构的“顶板-支架-充填体”相互作用力学模型,煤壁和充填体为主要承载体,充填支架对顶板起限定变形作用,据此建立了连续顶板的力学平衡方程和变形协调方程,在充填支架支撑载荷未知的情况下进行问题的求解,将充填体分布弹性地基支承离散为若干跨等效弹性支承,取单跨隔离体进行分析,建立截面切口形变分量方程,进而推导得出跨间截面切口形变分量的矩阵表达式,得到的n+2个变形协调方程与3个平衡方程构成n+5个求解方程,对应n+5个未知约束,所求问题全部得解;为了更真实地反映顶板载荷的分布,更合理地分析顶板、支架和充填体的相互作用关系,尝试将力学模型与数值模型相结合,改变以往力学模型中将顶板载荷作为均布载荷的简化分析方法,建立与力学模型中充填支架作用和充填体参数一致的数值模型,将数值计算得出的覆岩应力曲线作为顶板载荷q(x),代入“顶板-支架-充填体”相互作用力学模型,由此解出模型中所有支座的反力、梁体内力、梁端弯矩等未知量,从而得出顶板载荷、支架和充填体支撑作用力的相互作用关系,通过具体算例分析了不同充填体弹性地基系数和不同顶板限定变形量条件下双顶梁结构充填支架前顶梁和后顶梁支护强度的变化规律,为充填支架关键参数的确定提供有效依据。     

喷丸加工的工艺特性及参数控制研究

提出了喷丸加工新算法,该算法是模拟喷丸过程中零件表面层的塑性变化,从而控制能量参数。在喷丸加工时,表面层塑性变形积聚了大量压缩能量,通过进行能量参数优化,得到零件的最大疲劳强度并绘出曲率参数曲线。     

磷块岩在动静加载作用下的破坏特性研究

在磷矿掘进开挖过程中,磷块岩在深部围岩开挖的扰动下,处于动静结合的应力状态,呈现不同程度的 开采破坏现象。 通过在室内展开不同预静载作用下的动静组合三轴试验,分析磷块岩在不同加载环境下的应力—应 变曲线与破坏模式,研究磷块岩在不同动静加载作用下的破坏特性。 结果表明:①动力扰动后的,磷块岩三轴抗压强 度比其在常规三轴静荷载试验下测得的强度低;②磷块岩所受围压相同时,随着其所受预静载水平的提高,磷块岩受 动载扰动程度逐渐降低,且变形破坏程度更明显;③磷块岩所受轴向预静载力相同时,随着其所受的围压越大,磷块 岩在动静组合下的抗压强度越大。     

充填体矿柱刚度对采动地压分布影响分析

为研究充填体变形特性对采动压力分布的影响规律,采用弹性地基梁理论和结构力学理论,构建了充填体矿柱采动地压分布力学模型,给出了充填体变形参数影响下的矿柱压力理论解析解,分析了不同刚度比对采动地压分布影响规律,并提出了基于充填体与围岩变形参数匹配的充填体力学设计方法。研究结果表明：充填体与围岩变形参数对充填采场采动压力分布影响显著;岩体与充填体弹模比小于1000时,围岩及充填体采动压力对弹模比的参数敏感度较高;在充填体参数设计时,应将岩体与充填体弹模比控制在1500以内,为类似充填开采矿山的充填体力学设计提供了有益参考。     

倾斜溜井中的矿岩运动特征及其对井壁的损伤与破坏

斜溜井是国内外矿山溜井一种重要的布置方式,在工程应用中溜井的变形破坏问题严重。矿岩散体在溜井内运动过程中与井壁接触并产生力的作用是引起溜井变形破坏的根本原因。倾斜溜井中不同的矿岩 运动特征导致了井壁的变形破坏程度及范围存在较大差异。通过研究斜溜井中矿岩散体的运动特征及其影响因素,分析了斜溜井井壁的变形破坏机理和破坏分区。研究表明：①倾斜溜井中的矿岩散体运动包括下落、 跳动、滚动、滑动4种方式,受溜井倾角、矿岩块形状、粒度及其分布特征、矿岩物理力学性质、溜井井壁平整度和矿岩块进入溜井时的初始运动方向等因素影响,不同的矿岩运动方式对溜井井壁产生的破坏特征也不 相同;②矿岩散体下落或跳动引发的溜井井壁冲击破坏主要发生在分支溜井与主溜井交叉处的矿岩下落方向的溜井底板,滚动或滑动引发的溜井井壁摩擦破坏主要分布在主溜井和分支溜井的底板上;③针对不同的溜 井井壁变形破坏特征,应从优化溜井结构、采取相应的加固措施等角度进行预防。     

块石尾砂胶结充填体割线模量特征分析

为了研究块石尾砂配比对块石尾砂胶结充填体割线模量的影响，制备了不同块石尾砂配比的充填体试件，分析试验中块石尾砂胶结充填体割线模量的特征。结果表明：随着块石尾砂配比的提高，充填体割线模量呈现出先增大后减小的趋势，当块石尾砂配比为7∶3时，块石尾砂胶结充填体的割线模量达到最高。之后，随着块石尾砂配比的继续增加，充填体的割线模量开始减小。当块石尾砂配比小于7∶3时，分析得出割线模量增强因子与块石尾砂配比之间呈现指数型函数的关系。     

山西古交矿区马兰煤矿肥煤注水后煤体吸附膨胀行为

基于不同压力,室温下对山西古交矿区马兰煤矿的煤样进行注水及吸附膨胀实验,分析了煤体吸附膨胀规律和气、水介质对其的控制机理.研究发现：不同含水率的煤样吸附后,煤体的应变参数随着压力的变化均呈现类似于Langumir等温吸附曲线的变化规律,且平行于层理方向的应变大于垂直于层理方向的应变;气、水介质从不同的侧面对煤体的吸附应变特征进行影响,煤样中注入的气量越大,产生的膨胀能越大,变形程度也越大;水分的存在,使得气体吸附量减小,煤体吸附气体后产生的应变减小.     

金属矿山崩落法开采顶板围岩崩落机理与塌陷规律

以湖北程潮铁矿西区开采为工程背景,首先结合2个钻孔实时监测的顶板围岩崩落曲线、矿体赋存条件、地层结构和钻孔岩芯资料,揭示顶板围岩崩落过程的基本特点和机理。其次建立了103个沉降点和55个水平位移点的地表塌陷监测系统,通过对15个月观测资料,特别是对沉降量、沉降速率和水平位移量与时间曲线的关系,以及沉降漏斗发展过程剖面图分析,总结出西区地表变形的量值特征和一般规律。初步揭示了金属矿山无底柱分段崩落法开采过程中,顶板围岩崩落机理和地表沉陷的基本规律。