大采高工作面顶板结构模型及液压支架支护阻力计算

针对大采高工作面覆岩垮落范围大,易出现液压支架稳定性差、损坏率高以及支架压死的问题,采用物理模拟、理论分析以及工程实践的方法,对大采高工作面顶板破断结构模型与支架合理支护阻力计算方法进行了研究。结果表明:随着大采高工作面推进,受采空区空间大的影响,顶板将呈现“组合悬梁-非铰接顶板-铰接顶板”结构特征;支架与围岩相互作用体系由支架-组合悬梁结构-非铰接顶板结构-铰接顶板结构组成,揭示了各结构间的相互作用关系并确定了大采高工作面支架工作阻力的计算公式,支架支护阻力应适应覆岩结构失稳运动的变化,承载结构自身重量以及运动产生的附加载荷;结合大同矿区晋华宫煤矿大采高工作面开采条件,计算了工作面支架合理支护阻力并进行了支架选型,矿压监测显示,选择的ZZ13000/28/60型支撑掩护式液压支架能满足顶板控制的要求,保障了大采高工作面的安全回采。

基于支护阻力对巷道围岩塑性区深度作用的柔性锚索支护技术研究

为明确支护阻力对巷道围岩塑性区深度的影响,采用卡斯特纳公式和FLAC3D软件分析了支护阻力与巷道围岩塑性区深度之间的关系,分析结果表明:现有技术水平条件下提供的支护阻力不能显著减少巷道围岩塑性区深度,难以有效避免巷道围岩发生塑性破坏,即使支护阻力高达2.50 MPa,巷道顶板围岩塑性区深度也未显著减少。因此,提出采用具有足够承载能力、锚固深度和延伸率的支护材料进行柔性支护,将塑性区内的破坏岩石锚固到塑性区外的稳定岩层是维护巷道围岩稳定的一种有效途径。在信湖煤矿五中车场回风道采用大变形柔性锚索进行补强支护,取得了较好的控制效果,减少了巷道断面的收缩量,保障了巷道的长期使用。

综放巷内充填原位沿空留巷充填体支护阻力研究

在综放巷内充填原位沿空留巷技术基础上,根据岩层控制的关键层理论,建立综放巷内充填原位沿空留巷围岩结构力学模型,推导出不同地质条件下巷内充填体的支护阻力计算公式,并对围岩与巷内充填体之间的相互作用机制进行深入分析。研究结果表明,留巷围岩的稳定性与充填体的支护阻力和巷内支护方法密切相关。采用锚梁网索巷内支护技术结合及时巷内充填和加强临时支护等工艺措施,可形成良好的充填体-围岩共同承载体系,能充分发挥留巷围岩的自承能力,增强巷道整体性,有效减小需由充填体来平衡的围岩载荷。现场工业性试验表明,该项技术的应用是成功而有效的,综放巷内充填原位沿空留巷围岩结构力学模型和支护阻力计算公式是合理的,可在类似条件的综放工作面中推广应用。

典型留巷顶板条件下巷旁充填体支护阻力分析

将工程实践中接触到的留巷顶板分为厚层直接顶、薄层直接顶和无直接顶3种类型,利用叠加连续层板模型,考虑巷帮煤体承载作用和导致顶板垮落诱因,得出了3种顶板条件下的巷旁支护阻力计算公式。研究表明,巷帮煤体、充填区域顶板承载性能的提高有助于降低巷旁充填体支护阻力。随直接顶厚度的减小,充填体支护阻力反而增大。基本顶层位不同,顶板垮落诱因不同。厚层直接顶时,顶板垮落为自重引起;薄层直接顶时,顶板垮落为基本顶上位岩层作用所致。

宽断面预留墩柱沿空留巷墩柱支护阻力计算研究

针对常规沿空留巷技术在工作面回采速度和采空区作业危险性方面存在的局限性,提出了一种新型沿空留巷技术——宽断面预留墩柱沿空留巷技术,该技术的实施步骤为:首先掘进一条宽断面巷道,随后在巷道断面中心安设一排墩柱,墩柱的一侧为本工作面的运输巷,另一侧作为下一工作面的轨道巷,墩柱作为巷旁支护体使下一工作面的轨道巷保留下来以供使用。结果表明:在掘巷时设立墩柱能够维持宽断面巷道围岩的稳定,同时避免了传统沿空留巷在工作面后方作业,安全性得到了较大提高。在巷道掘进阶段,采用二次成巷技术和锚杆-墩柱联合支护技术可保证巷道的稳定;在留巷阶段,高强度的墩柱对沿空留巷顶板的切断和支撑有较好的控制效果,当墩柱间距为1.5 m时,切顶所需墩柱阻力为21.53 MPa,小于墩柱抗压强度(42 MPa),墩柱承载力满足沿空留巷要求,顶底板相对移近量为652 mm,墩柱压缩量最大值为164 mm,墩柱能起到一定让压作用,同时对顶板有较好的支撑,可以很好地适应沿空留巷顶板活动规律,现场应用效果良好。

综放工作面沿空留巷支护阻力研究

为了计算综放工作面沿空留巷支护阻力,以结构力学理论为基础,分析综放工作面沿空留巷支护阻力计算模型,建立沿空留巷围岩和支护体的结构力学模型,应用超静定结构和静定结构分析支护体与沿空留巷围岩相互作用机制,推导出巷旁支护阻力的计算公式。结果表明,进行沿空留巷支护阻力力学分析时,要考虑顶板极限断裂前和断裂后两种状态下的受力情况,支护阻力与岩层厚度、容重、煤体极限平衡区宽度、跨距、支护体宽度和巷道宽度等因素密切相关。工业性试验表明,该技术的应用是成功而有效的。因此,综放巷内沿空留巷围岩结构力学模型和支护阻力计算公式是合理的,可在类似条件的综放工作面中应用。

支护阻力对软岩巷道围岩的控制作用

在现场测试的基础上，阐述了软岩巷道的围岩变形量与支护阻力的定量关系，阐明受力恶化是遏制支护阻力的基本原因，得到了实施支架壁后充填可使支架均匀承载、大幅度提高支护阻力、从而有效地控制软岩巷道围岩变形的显著效果。

沙土质型冲沟发育区浅埋煤层长壁开采支护阻力的确定

基于沙土质型冲沟坡体下浅埋煤层长壁开采顶板结构承受非均匀载荷的基本特征,采用理论分析与现场实测的方法,以工作面背沟推进为主要方式,将冲沟坡体及其形态纳入顶板结构控制当中,结合冲沟坡体下开采基本顶初次破断与周期破断时的顶板结构力学模型,按给定失稳载荷状态,分析了工作面来压期间的"支架-围岩"作用关系模型,得到了控制顶板结构滑落失稳的支护阻力。结合具体工作面地质条件,分析了支架工作阻力随工作面推进的变化特征,给出了支架支护阻力算例,针对该工作面支架支护阻力进行的现场实测结果验证了该方法的可靠性。

支护阻力与深部巷道围岩稳定关系的试验研究

在真三轴试验台上,通过对模型加围压至设计值后开挖巷道,并利用气压支护试验装置在巷道内施加均布压力来模拟支护阻力,真实再现深部巷道开挖与支护过程中围岩的演化过程。应用先进的数字图像采集和相关分析技术对巷道围岩位移场进行量测与分析,探寻不同支护阻力与深部巷道围岩稳定关系,为确保深部巷道工程的稳定提供理论与技术依据。

支护阻力作用下综放开采顶板结构稳定性分析及应用

基于综放开采顶板"悬臂梁-铰接岩梁"结构模型,考虑采场支架的作用力,对基本顶"铰接岩梁"的关键块进行受力分析。通过分析,完善了关键块S-R稳定条件。基于关键块失稳的必然性,以控制两种失稳中对工作面威胁最大的滑落失稳为原则,提出了综放开采支架工作阻力的确定方法。最后依此方法对塔山8105工作面支架进行了选型。现场工业性试验表明:所选架型运行合理,利用率高,对工作面顶板条件适应性较好。

锚杆初始支护阻力的计算及预测

为了便于计算和预测锚杆支护的初始支护阻力,基于锚杆及时支护时锚固区围岩处于弹塑性状态的假设,建立锚杆受力和安装力学模型,分析研究初始支护阻力与预紧力矩之间的关系,得出锚杆支护螺母、托盘两种接触类型的初始支护阻力的理论解,同时采用自制的"锚杆锚固传递及衰减规律"模拟试验台对初始支护阻力进行验证。研究结果表明:锚杆支护材质、规格及支护间排距相同时,其初始支护阻力与预紧力矩呈线性关系;预紧力矩在0-300 N.m时,初始支护阻力与预紧力矩间有准确的数学表达式,采用预紧力矩能够量化和预测初始支护阻力。

支护阻力对软岩巷道围岩变形控制作用的研究

本文研究了围压对软岩峰后软化特性的影响 ,根据三轴压缩试验的应力—应变曲线 ,运用 Hoek提出的由主应力圆包络线确定粘聚力和内摩擦角等效值的方法和曲线拟合的方法 ,研究软岩的宏观物性参数峰后应变软化规律 ,建立了峰后应变软化数值模型。对软岩巷道的数值计算研究表明软岩巷道中支护阻力使巷道周边围岩由二向受力状态转变为三向受力状态 ,产生一定的围压 ,从而提高其残余强度 ,并减小其强度随塑性应变增大而衰减的速度 ,从而实现了对围岩破碎区范围的控制 。

沿空留巷顶板运动与巷旁支护阻力研究

运用Winkler弹性地基理率,把沿空留巷巷道上方顶板看作弹性薄板条，建立了顶板运动力学模型，导出顶板的挠曲运动方程，分析了顶板内应力的分布特征，提出了计算巷旁支护阻力的新方法，并用示例进行了说明。

深部巷道围岩支护阻力确定及其应用

文章通过理论计算获取围岩压力与位移，通过绘制P-U图分析支护与位移的关系，以此确定深部巷道同岩支护阻力。分析认为：在对深部巷道围岩压力和位移进行量化计算的基础上，可以确定深部巷道围岩支护阻力范同；利用P-U图中同岩与支护的关系，可选择合理的支护技术方案和支护时间。该方法在龙同煤矿主泵房洞室支护中进行了应用，结果表明：（1）采用实际围岩力学参数计算出的巷道嗣岩压力和位移符合工程实际。深部主泵房洞室同岩支护阻力的合理范围为4～6MPa；（2）深部巷道的支护技术方案和支护时间可以依据支护阻力和P-U图确定：（3）该研究成果已成功用于煤矿工程实践。

沿空留巷巷旁充填支护阻力计算模型

基于现场实际观测结果 ,分析研究了沿空留巷顶板岩层运动的过程及充填体受力特征 ,根据充填体与顶板相互作用原理 ,确定了巷旁充填体支护阻力的计算原则 ,并建立了相应的支护阻力计算模型。

浅埋煤层长壁开采顶板结构理论与支护阻力确定

本文根据建立的的浅埋煤层初次来压的“非对称三铰拱”和周期来压的“台阶岩梁”结构模型 ,提出了支架的“给定失稳载荷”工作状态和载荷传递因子 ,由此确定了合理的支护阻力计算方法 。

确定采煤工作面合理支护阻力的数值方法

对不同地质及开采条件下的采煤工作面上覆岩层的活动进行了UDEC数值模拟,发现工作面上覆岩层平衡结构层位与采高及一次采出煤层厚度并不存在线性关系.所形成的平衡结构有两类,即稳定平衡结构和似平衡结构.文中给出了确定合理支架工作阻力的计算公式,并在水峪矿7103工作面及成庄矿3308工作面支架工作阻力确定中进行了应用.

采前大采高煤层工作面支护阻力的确定

以普通采高浅埋深煤层的"台阶岩梁"结构理论为基础,根据大采高煤层矿压显现规律提出了台阶沉降角,推导出了大采高浅埋深煤层支护阻力公式,并以某矿3#煤层的实际岩层条件为基础,用数值模拟的方法对公式的可靠性进行了验证,两种方法所得到的结果相差不大,说明得到的理论公式是可靠的。对相似条件煤层采前液压支架支护阻力确定具有一定的参考意义。

软岩巷道的合理支护阻力

本文在分析岩石软化特性的基础上，分析软岩巷道应力场的演化，支护阻力的作用，并根据极限平衡条件分析了控制软岩巷道围岩变形的合理支护阻力以及支护阻力的影响因素。

锚杆支护阻力与支护参数及支护成本关系分析

通过观测、对比成庄矿综放工作面巷道多种支护形式的支护效果 ,分析了锚杆支护阻力与支护参数和支护成本关系 ,为合理选择锚杆支护参数、提高煤炭生产效益提供了实践依据。