长壁工作面覆岩采动裂隙网络演化特征

以淮南张集矿1122(1)工作面为原型,制作了相似材料模型。结合分形几何理论研究了覆岩采动裂隙的分布及发育特征,并分析了覆岩采动裂隙长度与数量的分维与工作面推进长度之间的关系。研究发现:采动裂隙总数随着工作面推进长度增大而增大,且在主关键层弯曲前,裂隙总数逐渐增多;主关键层弯曲后,导致采空区中部部分裂隙闭合,而新生裂隙则不断增加。

长壁工作面采空区见方形成异常来压的微震监测研究

上覆岩层的断裂失稳下沉是造成工作面矿压显现的根源。采用微震监测技术对长壁工作面见方期间围岩破坏的整个过程进行监测,研究长壁工作面见方期间微震事件动态信息与岩层运动及矿压显现间的关系,揭示大能量微震事件发生和工作面围岩异常矿压的物理力学机制。同时,统计研究采场煤壁片帮和支架工作阻力的动态变化规律。微震监测与宏观矿压观测综合对比研究表明,见方期间的开采影响范围比正常开采时大,围岩释放能量也达到极大值。研究结果证实了采空区见方期间工作面将发生异常矿压,能够为见方期间冲击地压、煤与瓦斯突出和底板突水等矿井动力灾害防治提供针对性的指导。

超高水材料长壁工作面充填开采顶板控制技术

为研究充填工作面长度对岩层控制效果的影响，指导长壁工作面充填开采实践和为围岩变形控制提供依据，基于超高水材料的基本性能试验，利用差分法薄板理论建立了超高水材料长壁工作面充填开采顶板活动力学模型，得到关键层的预计变形量，分析充填工作面长度对关键层变形及破坏的影响，提出了长壁工作面充填开采顸板控制理念。研究结果表明：采空区顶板下沉最大挠度值随着工作面长度的增加而增加；要维持关键层不发生断裂，必须保证工作面长度和控顶长度在一定范围内。对比冀中能源陶一煤矿充1～5工作面（工作面长度50～60m）和充6工作面（工作面长度120m）充填开采实际情况，提出并应用地面充填系统构建、充填液面提高、隔离带设置、工作面锚网索支护4种长壁工作面顶板控制技术，有效地抑制了顶板变形，同时保证了良好的充填效果。

深部长壁工作面动态支承压力极值点的求解

采用力学方法研究了非充分采动阶段随工作面推进覆岩破坏过程与支承压力的动态关系 ,从理论上证明了在一般地层条件下 ,当长壁工作面的开采尺寸达到 1 2 7倍采深时支承压力达到极大值的结论 .这一结论验证了长期以来岩层移动观测的统计结果 (开采尺寸达 1 2～ 1 4倍采深时岩层进入充分采动阶段 ) .研究结果为区段煤柱设计、冲击地压和煤与瓦斯突出的预测等提供了更为准确的理论依据 .

UHF无线电波在长壁工作面中传播特性的研究

提出了煤矿工作面上UHF无线电波传播的模型 ,即超大尺寸、周期加载的非理想波导模型 ,由此导出了传播常数的模式方程 ,得到了主模型的传播常数 .数值分析的结果表明 ,UHF无线电波的较高频段能够在长壁工作面上传播 .

大采高长壁工作面顶板垮落的裂纹板力学模型

针对大采高长壁工作面顶板垮落在空间上具有局部、分段和迁移的特征,结合煤岩体地质特征,将长壁工作面顶板视为含有一定数量边裂纹的弹性薄板,利用弹性力学中的薄板理论建立了裂纹板力学模型.以周期来压过程中长壁工作面的来压规律为研究对象,将弹性薄板在工作面推进过程中的破坏分为裂纹扩展、塑性铰失效和铰接板失稳三个阶段,利用断裂力学和弹塑性力学理论研究了各阶段顶板失稳的条件,求得了使裂纹开裂扩展的应力强度因子K1和裂纹的起裂荷载q的计算公式;得到了第二个阶段中造成塑性铰失效的极限荷载p*;通过分析薄板间的连接及破坏过程研究了第三个阶段铰接板的失稳过程.顶板破坏的三阶段力学分析方法合理地解释了工作面长度方向上顶板的来压特征;顶板第一次垮落完成后,由于应力转移,造成应力集中作用,使得长壁顶板未破断部分再次经历裂纹扩展、塑性铰失效、铰接板失稳这三个破坏过程;造成来压从破坏部位向两边迁移,形成了长壁工作面周期来压过程中矿压显现的迁移特征.研究结果从理论上解释了工作面长度方向上的顶板垮落及来压规律.并结合具体工作面监测信息对理论分析结果进行了验证.

长壁工作面顶底板稳定性数值模拟

通过对淮南潘三井田１２２１工作面１３－１煤层顶底板沉积岩体结构的综合分析，同时考虑了沉积岩体在垂向和侧向上不连续的地质特征，概化为３种地质力学模型，应用弹塑性力学有限元方法进行了工作面周围应力分布计算．结果表明：在采动影响下，煤层顶底板岩体中明显地存在着一种对称的双应力拱，由于介质的不连续性导致采动应力场的挠动，局部产生附加应力，在回采过程中将对煤层顶底板的稳定性产生不利的影响．

长壁工作面采场围岩铰接薄板组力学模型研究

针对长壁工作面顶板垮落具有局部、分段、迁移的时空特征, 将长壁工作面采场顶板划分成若干个相互铰接的薄板, 建立了薄板组力学模型. 利用弹性力学薄板理论和数值方法分析了几种支承条件下薄板的应力和挠度分布, 并研究其垮落条件. 从理论上解释了沿工作面方向顶板垮落及其来压特征, 在工程上得到了很好的验证.

急倾斜长壁工作面开采老顶平衡结构阻水性能

在急倾斜长壁工作面沿倾斜方向形成老顶平衡结构的理论基础上,进一步研究了老顶平衡结构的阻水性能.通过建立王家山矿区老顶平衡结构受力与孔隙水压力之间的关系,得出老顶平衡结构起到阻水作用所需的工作面采深为238.52 m.通过现场监测工作面内雨水流量与采深的关系得知,当采深大于235 m时,工作面内雨水流量开始减小.理论推导结果与实际结果基本吻合,从而证明了在一定采深下,老顶平衡结构可以起到阻止雨水入渗的作用.

薄煤层长壁工作面煤尘分布特征及其防治

以小青矿W2-713刨煤机长壁工作面为试验基地,采用CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体力学)数值模拟技术,分析出工作面不同位置风流速度分布特征,得出了薄煤层刨煤机长壁工作面的高速风流区和低速风流区的位置;模拟得出了刨煤机、移架、工作面转载机、破碎机等不同产尘源的煤尘分布特征及其对井下环境的影响机理;通过对薄煤层刨煤机长壁工作面定向喷雾除尘的模拟分析,证明定向喷雾除尘系统不仅可以提高工作面整体降尘效果,还有利于消除工作面刨煤机附近高浓度瓦斯积聚。

长壁工作面顶板压力三维动态分布规律实测与分析

重点分析顶板压力在工作面采长方向和推进方向上的分布规律及其基本特征。通过3dsMax软件进行数据处理,得到的工作面顶板压力三维立体分布图表明,全工作面顶板压力在整体上呈现"正交脉状山系"分布特征。指出,在生产管理中须高度重视顶板压力非均匀分布对支架运行及顶板安全管理的影响。为采场矿压理论研究提供科学依据。

长壁工作面基础板结构模型及其来压规律

首次将长壁工作面支承老顶的直接顶与煤层分别视为弹性、弹塑性、粘弹性及粘塑性基础，将老顶视为弹性薄板，亦即将老顶及其基础（直接顶与煤层）分别视为４种统一的空间结构模型，并采用薄板弯曲边界元法分别与弹性、弹塑性、粘弹性及粘塑性边界元法耦合，对前述空间模型进行了求解，结果表明：老顶断裂后，各断裂岩板之间仍处于联锁咬合状态，形成了咬合板结构；随着基础从弹性向粘塑性过渡，老顶的断裂位置与煤壁间的距离以及顶板下沉率将增加，而应力集中系数、初次来压动载系数、周期来压动载系数及老顶与基础系统的反弹量将减小．

房柱式采空区下长壁工作面覆岩宏观变形特征研究

基于鄂尔多斯矿区房柱式采空区下长壁工作面回采实际情况,采用理论分析、现场实测和数值模拟相结合的方法,对该条件下工作面覆岩宏观变形特征进行了研究。结果表明,房柱式采空区下长壁工作面顶板结构呈现上部大结构和下部小结构的特征,大结构和小结构交互影响,导致支架循环末阻力和来压判据较实体煤下和长壁采空区下都大,遗留煤柱下方工作面煤壁处存在应力集中异常区,工作面片帮和切顶危险增加,更易导致采场支架失稳。

大倾角煤层长壁工作面区段煤柱尺寸留设模拟

以南山煤矿大倾角B8煤层区段煤柱留设为工程背景，以煤柱失稳为临界条件建立力学模型，理论计算煤层倾角40毅时区段煤柱的尺寸，得出煤柱宽度留设20m左右。建立数值模型进行验证，分别模拟煤柱宽度为5、10、15、20m条件下煤柱的应力特征、岩层失稳特征，模拟结果表明，煤柱宽度留设15.20m较合理。

基于机器视觉的长壁工作面直线度测量算法研究

综采工作面推进过程中,由于上百米长的狭长地形和起伏弯曲,其直线度是一种大型移动目标的非可视测量问题。通过将梯形窗口、灰度识别和特征搜索等视觉算法应用于实时测量刮板输送机的形态,建立视觉相机测量直线度的局部坐标系,可使测量的结构光点像素值转换为设定直线度的偏差距离;通过链位传递算法将工作面布置的多个视觉相机的局部直线度坐标经过转换矩阵和平移向量建立全局坐标系,从而计算出以刮板机节为测量标志点的工作面直线度。实验表明,视觉检测整个工作面直线度达到±50 mm的精度,满足采煤机沿平直工作面高效运行的要求。

长壁工作面顶板来压对冲击地压发生的影响分析

为了明确长壁工作面顶板来压与冲击地压发生的相互作用关系，分析了项板来压对采场动静载荷的影响及顶板来压诱发冲击地压的具体案例，并给出了顶板来压诱发型冲击地压的防治措施。研究表明：长壁工作面顶板来压对冲击地压有显著影响，电磁辐射监测显示顶板来压前煤体内静载应力逐步升高，同时微震监测到来压时高位岩层开始运动，产生高能量的动载荷，动载荷释放的高能量和产生的高应力容易使得煤层附近的围岩发生突然破坏，从而诱发冲击地压，其发生一般滞后于顶板来压1～2d，因此定义为顶板诱发型冲击地压，针对此类冲击地压，准确判断来压时间，并在来压前或来压期间采取有效的卸压解危措施和效果检验方法，可以提高冲击地压的可控性，降低冲击危险，保证工作面的安全生产。

长壁工作面采空区漏风对自然发火的影响

分析了不同类型的采空区漏风对采空区自然发火的影响。

浅埋深短长壁工作面矿压显现特征

掌握浅埋深短长壁工作面矿压显现特征,采用现场观测和数值模拟方法对荣达煤矿试采工作面进行矿压显现特征研究,分析了浅埋深短长壁工作面矿压显现规律及覆岩结构特征.研究结果表明:由于采高及工作面长度等开采参数较小,短长壁工作面开采后对顶板岩层的破坏程度有限,基岩层并未全部断裂至地表,上覆岩层中仍然可以形成稳定的承载结构.

美国长壁工作面开采体系及其主要参数的确定

详细分析论证了美国长壁工作面的开采现状及其特点，提出了采场设计中各类参数的计算方法以及采用诺模图确定各类参数成功范例，其开采体系和参数确定的方法值得我国采矿工业借鉴。

倾斜长壁工作面老顶岩层破断规律的研究

本文利用弹性基础梁理论,研究了倾斜长壁工作面老顶岩梁的运动和破断规律,分别对仰斜开采和俯斜开采条件下老顶岩层断裂的位置和条件、老顶来压步距等进行了分析.研究表明,倾斜长壁开采时老顶岩梁的初次断裂过程有三种类型,并给出了相应的计算公式。同时分析了煤层倾角和顶板条件对老顶断裂和矿压显现的影响。