放顶煤开采顶煤与顶板活动规律的研究

本文总结了三个放顶煤工作面顶煤、顶板活动规律的实测资料，认为顶煤、顶板的位移特征都可分为三个阶段，而且顶煤、顶板的分区区域基本接近，这对于研究放顶煤开采顶板活动规律以参考。     

底分层综放开采顶煤运移规律研究

针对杨村煤矿走向长壁底分层放顶煤开采具体地质条件,利用深基观测孔系统地观测了距煤层底板不同高度的煤层,以及顶板垮落岩层的位移与工作面煤壁距离之间的关系,得出了综放面顶煤始动点位置,以及煤壁前后方顶煤运移规律.将顶煤沿工作面推进方向依次划分为原岩应力区、弹性区、塑性区和散体区4个变形分区,实测了得到了各个分区范围,其中在塑性区内顶煤处于顶煤体的应力一应变全程曲线的峰后区,项煤体属于损伤变形体.     

厚煤层综放开采顶煤分区破坏特征研究

顶煤破坏机理是综放开采的一个基本理论问题,研究顶煤渐进破坏过程可为冒放性准确判别奠定基础。为提高顶煤冒放性预测精度,采用理论分析、数值计算和现场实测等手段对山西新柳煤矿顶煤分区破碎特征进行了研究。将液压支架简化为恒刚度弹簧建立顶煤力学模型,借助Ritz法和最小势能原理得到了工作面前方和控顶区上方顶煤位移场和应力场,分析了考虑初始地应力和开挖卸荷效应的采动应力分布特征;定义顶煤破坏危险性系数为应力圆半径同圆心至强度曲线垂直距离之差,实现顶煤破坏危险程度的定量表征;根据破坏面上正应力大小将剪切破坏划分为压剪和拉剪2种形式,推导出2种剪切破坏模式之间的过渡条件;以顶煤破坏危险性系数k=0等值线、水平应力σh=σts等值线和控顶区上方抛物线形拉剪破坏边界线为界,将顶煤划分为弹性状态→压剪破坏→拉剪破坏→拉伸破坏4个阶段;对综放开采顶煤渐进破坏过程进行了模拟分析,借助FISH语言对顶煤破碎分区进行提取,模拟结果同理论结果较为吻合,但控顶区上方顶煤漏斗形拉剪破坏区同拉伸破坏区之间存在一条狭窄的剪切-拉伸混合破坏带;最后对顶煤裂隙发育特征进行了实测,煤壁前方为闭合型剪切裂隙,煤壁后方为张开型拉伸裂隙...     

特厚煤层综放面顶煤、顶板位移实测与分析

为了掌握特厚复杂煤层综放面顶煤顶板位移规律,在工作面测站钻孔孔口安装GUW300型顶煤位移跟踪仪,得出顶煤顶板位移数据,实测结果表明:顶煤始动点超前于顶板始动点,不同位置顶煤位移形式不同,顶煤的垮落角平均67.2°,顶煤上部分顶板能够及时随顶煤的放出而冒落,但在直接顶范围内仍然存在"悬臂梁"结构。     

综放开采顶煤与支架耦合力学作用探析

根据现场实测、实验室相似材料模拟和力学分析， 阐述了综放开采顶煤的受力特性和放顶煤液压支架的３ 种工作方式， 认为垮落带与裂隙带顶板的接触条件、顶煤的残余强度和支架安全阀开启压力是影响放顶煤液压支架工作方式的３ 个主要因素。     

综放开采顶煤应变软化特性对支架载荷限定作用的研究

根据现场实测、实验室相似材料模拟和力学分析结果，阐述了综放开采顶煤的受力特性和放顶煤液压支架的３种工作方式，建立了综放开采支架与围岩作用关系的弹簧－滑块力学模型，认为垮落带与裂隙带顶板的接触条件、顶煤的残余强度和支架安全阀开启压力是影响放顶煤液压支架工作方式的３个主要因素。     

综放顶煤变形破碎特征研究

通过顶煤的深基点观测、支架移架方式与顶煤变形破碎的关系试验，对比分析了“卸载移架”和“带压移架”两种移架方式对顶煤破碎效果的影响，揭示顸煤在矿山压力及工作面支架作用下的变化特征，进一步认识顶煤从实体(原生裂隙)煤到裂隙发展、贯通、破碎的机理，对改进工艺、提高放煤效果具有重要意义。     

含厚夹矸煤层综放开采顶煤冒放性评价

为了正确评价含厚夹矸煤层综放开采顶煤冒放性,运用实验室实验、理论分析和现场实测等研究方法,分析了含厚夹矸顶煤破碎机理,夹矸赋存条件对顶煤冒放性的影响,提出了增强顶煤冒放性措施,并对顶煤冒放性进行了现场实测。研究表明:袁店一井煤矿822综放工作面夹矸和顶煤具有很好的冒放性;含厚夹矸顶煤冒放性不仅与夹矸层的层位、厚度及岩性有关,而且还与夹矸层裂隙发育程度有关。研究成果可为其他类似地质条件的放顶煤开采研究提供借鉴。     

放顶煤工作面顶煤破碎机理研究

结合我国放顶煤开采的实践，对放顶煤工作面顶煤的破碎和移动规律及上覆岩层的活动规律进行了研究，指出了开采深度、煤层强度、支架支护强度及煤层厚度等是影响顶煤破碎和放顶煤效果的主要因素。同时指出了顶煤的破碎是顶煤与上覆岩层相互作用的结果，而支架仅起辅助破煤的作用。并在此提出了顶煤破碎分区。     

放顶煤开采顶煤裂隙分布与块度的相关研究

用实测构造裂隙分布和发育程度及其与工作面布置关系，研究其对顶煤破碎冒落块度特征和顶煤采出率的影响。根据裂隙组数、方位及发育程度，选择相适应的工作面布置，能改善顶煤冒放性，即组数多、间距小、匹配合理，则冒块越小，冒放性越好。     

放顶煤工作面顶煤运移规律研究

主要采用顶煤深基点观测法对综采放顶煤工作面顶煤活动规律进行了研究。通过现场实测的方法掌握了在放顶煤开采过程中顶煤的移动、断裂垮落规律;定量描述顶煤冒落位置、垮落范围等顶煤垮落特性,为研究放顶煤工作面顶煤的运移规律提供了可靠的实测依据。     

厚煤层综放开采顶煤运移及应力分布规律的数值分析

通过数值模拟分析，提示了厚煤层综放开采时顶煤运移和应力分布规律。在支架围岩相互作用过程中，支架顶梁有一个先承载后卸载的过程。根据顶煤所受控制作用的不同。对顶煤沿垂向进行了分区，而根据应力场、破坏场和位移场分布，对顶煤沿走向进行了分区。对现场实施岩层控制、提高顶煤回收率具有指导意义。     

放顶煤工作面硬顶煤运动规律研究

根据古书院矿１３３０６综放面实测资料，从顶煤变形深基点观测、顶煤松动程度范围的超声裂隙仪观测着手，分析了硬煤条件下受支承压力影响的顶煤破碎及运动规律以及对冒放性的影响，实测研究结果说明，古书院矿３＃硬煤条件应用综放开采是可行的。     

综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制研究

为探究采动应力场作用下顶煤裂隙场发育特征,采用室内实验、数值模拟、理论分析和现场实测等方法对综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制进行了分析。顶煤冒放性同采动裂隙发育程度呈正相关,推导出顶煤裂隙发生I,II和I-II型扩展的应力场条件和优势扩展裂隙角确定方法,顶煤裂隙扩展与否和扩展类型受到主应力大小和主方向的影响;煤层回采后,顶煤最大和最小主应力均存在超前峰值现象,最大主应力演化存在增大和减小2个阶段,最小主应力则经历增大、减小和反向增大3个过程;煤壁前方最大和最小主应力方向在平行于推进方向的垂直平面(α)内向采空区旋转,两者在平面α内的旋转角度一致,煤壁后方发生反向回旋,最大主应力偏离平面α,最终旋转至工作面倾斜方向;最小主应力在水平面内的旋转角度同推进方向与初始最小地应力方向之间的夹角相等,最大主应力在水平面内不旋转;由于主应力增大和主方向旋转,顶煤裂隙首先发生I型扩展,最大主应力峰值附近,顶煤裂隙在高围压作用下发生纯II型扩展,煤壁附近,顶煤裂隙在开挖卸荷作用下发生I-II混合型扩展,破碎顶煤最终于支架后方冒落;由于主应力方向的旋转效应,顶煤采动裂隙向采空区倾斜,根据顶煤裂隙扩展机理的不同,将顶煤划分为原岩应力区、微裂隙加密区、剪切破坏区、拉剪混合破坏区和散体冒落区。     

神东矿区保德煤矿8-1煤顶煤可放性研究

针对保德煤矿厚煤层开采存在的生产工艺及技术问题,采用现场实测与理论分析相结合的研究方法,进行顶煤可放性实测研究和计算,研究得到顶煤在工作面前方支承压力作用下明显破坏,在支架上方顶煤位移较大,架后及时冒落,根据矿压参数和围岩破坏程度计算的保德煤矿8-1煤顶煤可放性综合隶属度0.771,顶煤的可放性为"中等偏好",适宜进行综放开采。     

综放开采顶煤裂隙扩展的应力驱动机制

为探究采动应力场作用下顶煤裂隙场发育特征,采用室内实验、数值模拟、理论分析和现场实测等方法对综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制进行了分析。顶煤冒放性同采动裂隙发育程度呈正相关,推导出顶煤裂隙发生Ⅰ,Ⅱ和Ⅰ-Ⅱ型扩展的应力场条件和优势扩展裂隙角确定方法,顶煤裂隙扩展与否和扩展类型受到主应力大小和主方向的影响;煤层回采后,顶煤最大和最小主应力均存在超前峰值现象,最大主应力演化存在增大和减小2个阶段,最小主应力则经历增大、减小和反向增大3个过程;煤壁前方最大和最小主应力方向在平行于推进方向的垂直平面(α)内向采空区旋转,两者在平面α内的旋转角度一致,煤壁后方发生反向回旋,最大主应力偏离平面α,最终旋转至工作面倾斜方向;最小主应力在水平面内的旋转角度同推进方向与初始最小地应力方向之间的夹角相等,最大主应力在水平面内不旋转;由于主应力增大和主方向旋转,顶煤裂隙首先发生Ⅰ型扩展,最大主应力峰值附近,顶煤裂隙在高围压作用下发生纯II型扩展,煤壁附近,顶煤裂隙在开挖卸荷作用下发生Ⅰ-Ⅱ混合型扩展,破碎顶煤最终于支架后方冒落;由于主应力方向的旋转效应,顶煤采动裂隙向采空区倾斜,根据顶煤裂隙扩展机理的不同,将顶煤划分为原岩应力区、微裂隙加密区、剪切破坏区、拉剪混合破坏区和散体冒落区。     

放顶煤采场上覆煤岩运动规律研究

对放顶煤采场上覆顶煤和岩层的运动规律进行了研究，认为采场上方顶煤的破坏是顶煤与上覆岩层相互作用的结果，采场支架可起到辅助破煤作用；并指出了顶煤位移的特征。     

综放开采顶煤采出率预测模型的构建与应用

顶煤采出率是厚煤层综放开采最为关注的的核心问题之一,为了明确放煤终止原则,最大程度地提高顶煤采出率,基于随机介质流理论,首先推导了煤矸分界线和放出体方程,根据放出体方程分析了顶煤放出体的形态演化特征。协同考虑煤矸分界线和顶煤放出体的形态演化,建立了顶煤采出率与含矸率的理论计算模型,并根据此模型探讨了不同顶煤厚度条件下顶煤采出率与含矸率的相互关系;然后结合塔山煤矿生产实际,利用模型试验设置了两种顶煤厚度,获得了顶煤采出率与含矸率的试验关系曲线;最后对塔山煤矿8101,8102和8111三个工作面顶煤采出率与含矸率进行现场实测,并根据实测数据拟合出顶煤采出率与含矸率的关系曲线;将模型试验和现场实测所得顶煤采出率与含矸率关系曲线分别与理论研究对比分析,验证了理论分析的可行性。研究结果表明:顶煤放出过程中,放出体轴偏角随放出体高度增加逐渐减小,即放出体逐渐向煤壁方向倾斜,其形状由尾梁切割类圆形逐渐过渡为类椭圆形;针对某一固定采高和放出体高度,顶煤越薄,对应的放出体轴偏角及放出量越大;顶煤采出率与含矸率呈非线性增大关系,提出了顶煤拐点采出率与拐点含矸率概念,生产实际中,可将含矸率9%～16%作为厚煤层综放开采放煤终止的参考依据。     

放顶煤开采顶煤块度分布规律研究

实验研究了放顶煤开采顶煤破碎块度与支承压力（采深）、煤体强度和裂隙发育程度的相互关系，根据放煤率要求和可放出块度原则获得能预测临界开采深度的关系式，用加权平均块度指标评价支承压力、煤体强度和裂隙发育程度对顶煤冒放性分类的影响，提出顶煤冒放性的三因素评价准则．     

保德煤矿综采工作面坚硬顶煤破坏特征研究

为了查明保德煤矿8#煤层坚硬顶煤内节理、裂隙的分布特征,及裂隙的变化和顶煤破坏随工作面推进的发展过程,在88203工作面前方布设两个观测孔(煤孔S1和煤孔S2),采用LB钻孔数字摄像仪探测,记录节理、裂隙的发育、发展情况。观测结果表明:煤壁前方下位顶煤(0~2.19 m)的原生节理裂隙比较发育,上位顶煤(2.19~3.83 m)比较完整;采动超前支承压力超前作用距离10~13 m,产生压裂破坏和新裂隙。支承压力对顶煤具有一定的预裂功效,但效果不明显。