浅埋深双关键层结构采场矿压规律研究

采用现场矿压观测、理论分析方法对锦界煤矿31109工作面的矿压显现特征及来压机理进行研究。研究结果表明工作面存在大小周期来压现象,小周期来压荷载多集中在工作面中部,大周期来压时工作面大部分支架均处于来压状态;主、亚关键层周期破断距分别为10.1 m、18.2 m,破断后均不形成砌体梁铰接结构;主关键层断裂岩块以悬臂梁向后下方回转下沉,一方面使得亚关键层在煤壁上方提前破断滑落,造成工作面大范围剧烈来压显现,另一方面会使得亚关键层在断裂线处受到损伤,此后造成工作面小范围缓和来压显现。

布孔方式及延期时间对煤体破碎效果影响的数值模拟

针对煤体爆破中不同装药布孔方式及延期时间对煤体破碎效果的影响,本文采用ANSYS-LS/DYNA进行了数值模拟,并对计算结果进行分析。结果表明:爆炸应力波在煤体中产生叠加效应,煤体的破碎主要以拉伸为主;随着孔距排距比的增加,煤体的破碎程度呈现先增加后降低的趋势;当孔距与排距比为1.5时,三角形布孔中心所受应力峰值和煤体的破碎程度均达到最大,分别为175 MPa和9.6%;空孔周围裂纹呈环状分布,且当孔距与排距比为1.0或1.5时,裂纹主要集中在三角形内部;孔间延期时间为0.5 ms时较1.0 ms时的裂纹分散度大,且随着排间延期时间的增加裂纹数有所增加。

深埋弱胶结薄基岩厚煤层开采顶板动载冲击效应产生机制试验研究

深埋弱胶结薄基岩厚煤层采场动压显现强烈,顶板动载冲击作用下液压支架压死、损坏现象时有发生。为提高该类采场围岩控制效果,采用室内试验、理论分析和现场实测等手段研究厚冲积层作用下深埋弱胶结薄基岩顶板动载冲击效应产生机制,探究动载冲击力确定方法。结果表明:深埋弱胶结薄基岩厚煤层采场覆岩采动裂隙萌生于高位厚冲积层,上行扩展导致冲积层垮落,下行扩展导致基本顶断裂,形成覆岩冒落拱;冒落拱局部失稳,则新生冒落拱呈非对称形态,基本顶发生拉伸破断,支架承受静载作用;冒落拱整体失稳,则新生冒落拱呈对称形态,基本顶发生剪切破断,支架承受动载作用;快速下行扩展的采动裂隙在惯性作用下穿越岩层交界面进入基本顶,使其成为上表面含惯性裂纹的悬臂梁,极大劣化基本顶承载能力;采动裂隙扩展至冒落拱顶部和拱脚的时间一致,冒落体脱离冲积层母体前,裂隙萌生位置处应变集中程度最高,拱脚次之,拱顶最低;冒落拱整体失稳导致大范围冲积层自重载荷迅速传递至劣化基本顶悬臂梁,惯性裂纹尖端出现剪应力集中现象,基本顶发生剪切破断,存储于其中的弹性应变能转化为破断岩块动能,非静态启动的破断岩块冲击下位直接顶和液压支架,引发采场动压;采用上限定理确定了厚冲积层冒落拱边界方程,得到作用于基本顶之上的冲积层载荷和存储于基本顶中的弹性应变能,基于动能、动量守恒原理分别确定了基本顶破断岩块启动速度、顶板动载冲击力计算方法;最后提出采用预裂爆破方法释放赵固二矿14030工作面基本顶应变能,预防顶板动载冲击现象的发生。