采动煤巷顶板破坏机理及双向控制技术研究

为解决王家岭矿采动影响煤巷顶板离层错动支护难题,现场钻孔窥视分析典型煤巷顶板离层错动破坏情况,建立了顶板煤岩层离层错动的力学模型,给出了产生离层错动的力学判据;提出了高预应力锚索桁架结构,阐述了锚索桁架的双向控制机理,并针对王家岭矿采动煤巷设计出合理的顶板双向控制方案,现场工业性试验取得了较好效果。     

长边两侧采空(煤柱)弹性基础边界基本顶薄板初次破断

建立长边两侧采空(煤柱)与短边两侧弹性基础边界基本顶板结构力学模型,根据薄板主弯矩破断准则并结合偏微分方程有限差分算法计算研究了基本顶破断的影响因素及权重关系。得到:① c1与c2煤柱的支撑系数 kc1, kc2及宽度 Lc1, Lc2不仅显著影响基本顶在两侧煤柱区的主弯矩大小及位置且显著影响短边区及中部区主弯矩大小及位置;② 基本顶的弹性模量E与厚度h越大,短边实体区及两侧煤柱区的基本顶断裂线深入煤体距离越大;Lc1,Lc2越大,kc1,kc2越小,煤柱区断裂线深入煤柱距离越大;③ Lc1,kc1,Lc2及kc2较小而E,h较大时,基本顶在c1与c2煤柱区均不断裂,最终断裂形态为非对称“||-X”型;④ Lc2及kc2较大而h,E,Lc1及kc1较小时,基本顶在c1煤柱区(较弱煤柱)不断裂而在c2煤柱区(较强煤柱)会断裂,最终断裂形态为非对称“C-X”型;⑤两侧煤柱支撑系数及宽度均较大而E,h较小时,断裂形态为非对称横“O-X”型;⑥ k,kc1,kc2,E及h均改变而比值k/(Eh3)不变时（其中,比值k/kc1与比值k/kc2也不变）,主弯矩大小不变且初次破断位置不变。     

强采动厚煤顶巷道围岩稳定性影响因素研究

为解决厚煤顶大断面采动影响巷道围岩稳定性控制的难题,需对其关键影响因素进行系统分析。以同忻煤矿5209回风平巷为研究背景,阐述了采掘接替关系与侧压系数致使巷道围岩失稳的力学机理。将5209回风平巷分为迎采动掘巷、采后掘巷和静压掘巷3个阶段,并用FLAC^3D数值模拟方法,解析了不同掘巷时机、不同侧压系数对巷道围岩稳定性的影响程度。研究结果表明:迎采动掘巷对巷道围岩稳定性的影响最为显著,且采动影响巷道两帮变形呈现出较为显著的不对称性;侧压系数λ>1时,煤柱帮的响应敏感程度最高,水平位移呈迅速增加趋势。     

大采高采场超前支承压力分布规律及应力峰值位置研究

根据三元王庄煤矿3045大采高工作面实际情况,在工作面前方巷道实体煤一侧布置了GMC20应力传感器,对超前支承压力进行了实测,并运用FLAC3D数值模拟软件,针对采场建立了工作面的实体模型,研究了工作面超前支承压力的分布规律以及应力峰值的位置。研究表明,王庄煤矿大采高采场实测支承压力峰值及位置与数值模拟、理论计算基本一致;应力峰值位于工作面前方10.3m左右,超前支承压力的影响范围为47m左右,结论可为大采高工作面超前支护方案的确定提供有力依据。     

倾斜煤层综放孤岛工作面巷道围岩控制对策研究

以庞庞塔煤矿5107综放孤岛工作面为工程背景,综合运用理论分析、钻孔窥视、围岩强度测试、数值模拟等手段,对该工作面矿压显现规律、煤柱稳定性及巷道支护结构和支护参数等进行了系统研究。结果表明:5107孤岛工作面上、下端分别留设30和25 m宽的煤柱较为合理;采用屈服强度为500 MPa的高强锚杆,配合?21.8 mm锚索联合支护,能够满足巷道支护要求。     

沿空留巷围岩稳定等级综合评判及返修控制技术研究

为解决沿空留巷复用难题,综合运用层次分析和物元评价法建立了多层次多指标沿空留巷围岩稳定综合评价模型,对采动后沿空留巷围岩稳定程度进行评判,得出单因素评价指标权值与指标等级分类标准,确定围岩稳定级别,并提出相对应的返修复用控制技术。主要结论如下:(1)从留巷围岩中遴选出15个评价指标并建立递阶层次结构评价体系,确定指标权值及致险主控因素,详述各指标取值方法及量值范围;(2)建立留巷围岩稳定等级综合评价的层次分析-物元评价模型,计算得到顶板为Ⅴ级,充填体为Ⅱ级,煤帮为Ⅴ级,底板为Ⅳ级,围岩整体为Ⅳ级,总体处于不稳定状态;(3)提出以顶板和煤帮修复为主,以底板和充填体修复为辅的复用关键技术。返修后围岩稳定等级为Ⅱ级,说明围岩整体稳定,满足复用要求。     

采场顶板灾变机理及预警系统

为解决矿井顶板灾变预报预警的难题,综合运用理论分析、力学建模、数值分析和工程实践等多种方法,分析了采场顶板的灾变形式和力学机理;基于多因素径向基神经网络数学模型设计出矿井顶板灾害预警系统软件,可对采场顶板岩层下沉量和致灾程度进行预判,并通过了现场实践验证,有效预防了矿山顶板灾害的发生。     

大采高工作面回撤通道间隔煤柱失稳机理

为解决某矿2301大采高工作面回撤通道围岩稳定性差、非对称变形破坏严重等难题,应对对其关键承载部分——间隔煤柱的失稳机理开展系统研究。综合运用数值模拟、理论力学分析、数学建模等研究方法,分析了2301大采高工作面回撤通道煤柱内支承应力及塑性区分布规律的柱宽效应,建立煤柱-顶板结构力学模型,基于尖点突变理论建立并解析煤柱突变微分方程,进而计算出2301工作面间隔煤柱临界突变灾变宽度为4.1 m,且数值模拟计算结果与理论计算相吻合,即间隔煤柱留设最小宽度应大于4.1 m。