Effect of a single weak lithological structure on the height of a collapsing roof in a deep soft rock roadway

Besides the cross sections of roadways and the tendency and obliquity of roadway axes, the major controlling factors affecting the height of a collapsing roof include the weak lithological structure of surrounding rocks. This thesis analyzes the effect of two single and weak lithological structures of both sides and the roof on the height of a collapsing roof in a deep soft rock road- way. Using the two-dimensional UDEC3.1 software, a numerical structures of both sides of a roadway and of two weak lithological simulation was carried out on the models of weak lithological structures of roof of different depths. We reconstruct the overall processes from a break-away layer, bending, subsidence and the cracking of a collapsing roof. We also illustrate the distribution characteristics of displacement fields in the surrounding rock after the roof collapse in a deep soft rock roadway. The results of our numerical simulations indicate that the form of a roof collapse is side-expanding when the roadway is a weak structure at both sides The height of the roof collapse is related to the lithological combination of the roof when the roadway is a weak structure of the roof.

PV-green Roofs植被层高度对系统性能影响

绿化屋顶(GR)和光伏发电系统(PV)在调节室内热湿环境与降低建筑能耗中发挥着重要作用,利用两系统互效性耦合而成的光伏-绿化屋顶(PV-green Roofs)是推进建筑节能的创新型举措。结合PV-green Roofs数学模型,分析植物高度对系统性能的影响,通过实验测定,以落地生根和佛甲草为绿化屋顶植被层材料,实测不同工况下PV-green Roofs系统的电量输出值,同时结合EnergyPlus数值模拟结果分析采用不同植株高度的PV-green Roofs系统对建筑消耗净能量的影响。结果表明:植物高度通过改变绿化屋顶种植层蒸发阻力和植被层冠状层风速影响系统性能;在夏热冬冷的气候条件下,植物生命中期对应的高度对光伏系统工作环境的冷却效果最为明显,引起输出电量的增值最大,且环境湿度对系统性能存在影响。

工作面单双巷顶板爆破应力演化规律研究

坚硬顶板是影响工作面冲击危险的重要因素,实践中常采用爆破技术对工作面顶板进行预裂和卸压。以田陈煤矿3煤层上方存在坚硬顶板的7202工作面为对象,采用理论分析、数值模拟、工业试验等方法,研究了不同爆破高度、工作面单巷和双巷顶板爆破下围岩应力演化及微震规律。结果表明:针对低位亚关键层采用单巷和双巷爆破时,爆破高度越大,巷道围岩峰值应力越低,卸压效果与爆破高度呈正相关关系;但采用双巷爆破时,当爆破高度增加至6倍采高(亚关键层中部位置)以上时,工作面中部区域会出现应力升高现象,且工作面越短应力升高越明显;在7202工作面初采阶段进行高度为3倍采高的单巷顶板爆破时,微震多集中在巷道区域,卸压效果一般,改为双巷顶板爆破并提高爆破高度至6倍采高后,微震多集中到工作面中部区域,无大能量微震事件发生,应力监测预警次数也大幅降低,巷道区域卸压效果较好。

倾斜煤层厚硬顶板切顶留巷关键参数优化研究

为解决回采巷道倾斜厚硬顶板应力集中问题,降低顶板覆岩突然垮落的冲击扰动风险及提高倾斜厚硬顶板切顶留巷围岩控制效果,以长城六矿1301N运输巷切顶留巷为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟及现场监测的研究方法开展倾斜煤层厚硬顶板切顶留巷关键参数优化研究。首先,基于岩石碎胀系数、砌体梁理论及现场地质资料,推导计算了1301N运输巷切顶高度和切顶角度的理论最小值。其次,为进一步验证并优化理论推导结果,利用PFC^(2D)数值软件建立了1301N工作面切顶留巷模型,采用控制变量法分析了不同切顶高度和切顶角度下留巷顶板应力、位移及组构张量响应特征。分析结果表明:切顶高度与卸压效果之间存在底数大于1的对数增长关系,即随着切顶高度增加,卸压效果逐渐增强但其增长幅度逐渐减小;切顶角度与卸压效果之间存在“S”型增长关系,即随着切顶高度增加,卸压效果先增强后减弱。卸压参数与卸压效果之间的变化规律揭示了切顶高度选择存在最适值,切顶角度选择存在最优解。综合理论分析、经济收益及数值模拟结果,确定长城六矿1301N运输巷倾斜厚硬顶板切顶留巷过程中最适切顶高度为13 m,最优切顶角度为10°。现场监测获得该切顶参数下围岩控制效果较好,留巷围岩变形量较小,可有效满足下一工作面开采需求,验证了优化切顶参数的有效性,为类似地质条件切顶留巷参数的选取提供理论依据和实践参考。

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。

基于相似模拟试验的顶板导水裂隙带高度及发育形态研究

目的 为研究采动影响下顶板导水裂隙带高度及其发育形态,方法 以司马煤矿三采区1303工作面为研究对象,开展相似模拟试验,并以此为基础,对顶板的岩性组合加以改变,结合数字照相量测系统对不同岩性组合顶板导裂带高度和发育形态进行分析,并进行理论验证。结果 结果表明:(1)工作面推进长度为160 m时,硬岩岩性顶板模型、硬-软岩岩性组合顶板模型以及软岩岩性顶板模型的导水裂隙带最大发育高度分别为69.6,55.6,61.1 m;(2)3种模型的导水裂隙带发育形态分别为底角50°的正梯形、前底角62°后底角60°的近似正梯形、前底角50°后底角60°的梯形;(3)根据模型试验和数据统计结果,给出适用于长治二岗山断褶带以南井田导水裂隙带发育高度预测式;(4)运用材料力学方法分析垮落角形成规律,垮落角与导水裂隙带发育高度呈反正切函数关系,并计算得到3种模型导水裂隙带前底角发育角度,分别为49.24°,61.21°和51.12°。通过导高计算公式得到3种模型导水裂隙带发育高度分别为74.1,51.1,59 m,均与相似模拟试验结果吻合。结论 研究结果对各类岩性顶板煤矿导水裂隙带发育高度预测具有参考意义。

梁北矿松软大采高工作面高水充填沿空留巷技术研究

以高水材料适应性研究为基础,通过分析梁北煤矿厚硬顶板大采高工作面沿空留巷围岩控制难点,提出“预裂切顶-高水充填-超前加固”沿空留巷技术。通过室内试验确定了高水充填材料最佳水灰比、早强剂掺量和用水温度;采用理论分析和工程类比确定了预裂切顶、超前加固和高水充填支护方案;采用数值模拟分析了沿空留巷方案的可行性。工程实践效果表明,围岩变形滞后工作面100~150 m趋于稳定,变形整体可控,留巷效果较好。

大采高综采工作面矿压显现及顶板活动特征研究

为了得到唐山某煤矿综采工作面的矿压显现及顶板活动特征,基于关键层理论、“悬臂梁-砌体梁”力学模型,通过现场观测、理论分析、数值模拟的方法对9煤层矿压显现特征、顶板结构、支架工作阻力开展了深入研究,建立了覆岩结构力学模型,得到了工作面支架工作阻力的合理计算式。研究结果表明:工作面来压步距和来压大小均有一定的规律性,呈现一大一小的周期来压现象,来压期间中部测区支架荷载最大,两边偏小;通过直接顶关键层判别方法,确定了第2层岩层和第7层岩层分别为亚关键层1和亚关键层2。亚关键层1破断后以“悬臂梁”结构形态垮落进入采空区,亚关键层2破断后形成了稳定的“砌体梁”结构,此时亚关键层1与亚关键层2共同组成了“悬臂梁-砌体梁”结构;第2层岩层和第7层岩层组成的双关键层结构的破断运移规律导致了工作面呈现一大一小的周期来压现象。当双关键层同步破断时,支架工作阻力为13 688 kN。

坚硬顶板工作面切顶卸压参数合理性研究

为研究坚硬顶板工作面切顶卸压参数的合理性,以姜家湾矿11#煤层工作面生产地质条件为研究对象,采用理论与数值模拟分析方法,给出并优化了切顶参数。研究结果为:基于工程条件,通过理论分析,得出切顶高度为11.4 m,切顶角度为1°~9°;结合理论计算,数值模拟得出在切顶角度为10°时的切顶卸压效果最佳;工作面切顶后,工作面顶板的位移相较于未切顶时的位移更大,该状态下的切顶效果较平稳,切顶后工作面应力下降了约20%,此时工作面应力集中范围扩大,并向深处延伸,采空区顶板对工作面挤压作用减小;进行了工程试验,布置了观测站,发现切顶后的顶底板移近量下降了约27%,锚杆受力下降了约24%,切顶后的围岩应力集中现象缓解。

基于截割顶底板高度预测模型的采煤机自动调高技术

传统的煤层截割路径规划通过几何控制、规划计算等方式对采煤机滚筒高度进行预测,但存在预测的数据误差较大、无法适应地质条件变化的问题。针对上述问题,提出了一种基于截割顶底板高度预测模型的采煤机自动调高技术。首先,分析了影响截割顶底板高度的因素,指出影响顶底板高度的主要因素包括煤层的起伏变化数据、历史截割数据、刮板输送机的高程数据及人工操作记录,将上述4类数据融合处理,建立以长短期记忆(LSTM)模型和灰色马尔可夫模型为基础的截割顶底板高度预测模型,通过算法模型预测出截割顶底板的高度。然后,以截割顶底板的高度数据为基础,结合采煤机位姿和空间坐标,建立计算滚筒高度的几何模型,同时依据刮板输送机上窜下滑量及是否执行加减刀工艺等因素进行修正,最终将顶底板高度序列转换为滚筒高度序列,即将截割顶底板高度转换为采煤机滚筒的目标高度,由采煤机执行到目标高度,实现滚筒自动调高工业性试验结果表明:(1)在自动调高技术的控制下,顶滚筒和底滚筒的预测高度与实际高度偏差值有90%的数据量均在10 cm以内,滚筒的预测高度和实际高度具有明显的一致性。(2)与传统手动控制方式相比,中部截割一刀煤的人工干预调高次数由49次下降为21次,说明截割顶底板的高度预测模型和计算滚筒高度的几何模型是准确合理的,采煤机滚筒的自动调高技术是可行的。

厚煤层大采高综采面顶板破断规律及机理研究

以杭来湾煤矿首个大采高30201工作面为例,通过数值模拟、理论分析和现场实测的方法,分别对工作面开采过程中顶板破断规律进行研究。基本顶以“悬臂梁”、“砌体梁”的结构形式周期发生破断,造成工作面大、小周期来压显现。建立了工作面顶板力学模型,给出来压步距的计算方法。现场实测表明最大步距67.6 m是平均步距34.4 m的1.97倍,说明约2次小周期来压才有1次大周期来压。

煤矿爆破切顶卸压沿空留巷开采技术应用

该文以某煤矿的回采工作面为例,探究爆破切顶卸压沿空留巷开采技术的应用策略。采用双向聚能爆破技术进行顶板预裂,通过合理设计切顶高度、切顶角度以及炮孔间距等关键参数,提高爆破预裂效果,保证巷道围岩的稳定性。在完成爆破后进行煤层开采,使用锚索支护和U型钢支护,提高巷内支护效果;使用工字钢和U型钢档矸支护,防止矸石对围岩的侧向冲击,为煤矿安全作业创造有利环境。

煤层顶板高位大直径定向钻孔瓦斯抽采技术研究

在煤层瓦斯抽采工程中,在钻场这些关键区域,布置了6个高位钻孔,这些钻孔布局合理位置精准,能最大限度地抽取邻近层和采空区中的瓦斯。充分考虑瓦斯运移规律,将钻孔层位选定在砂质泥岩与细砂岩的交界面,距离煤层顶板约30~65 m,以确保钻孔能够最大限度地抽取瓦斯。通过这一高位大直径定向钻孔技术,成功实现了对煤层顶板瓦斯的长期、稳定抽采,使采空区瓦斯涌出量得到了有效控制。在测试结果中,钻场内1#~6#孔平均抽采混量为9.76 m3/min,单孔的最大抽采混量为33.992 m3/min,得出高位大直径定向钻孔在瓦斯抽采过程中具有显著效果,对于提升煤矿瓦斯治理水平具有重要意义。随着煤化工行业的快速发展,提升其技术水平具有重要作用,因此需加强这方面研究,才可以更好地实际应用。

双切顶沿空留巷条件下切顶参数对围岩稳定性的影响

以沙曲一矿4502工作面为例,利用理论分析、数值模拟及现场实测等手段对切顶参数对围岩稳定性的影响进行研究。结果表明:双切顶措施能减弱实体煤帮内部应力集中现象,有利于巷道围岩稳定,但切顶高度越大,巷道顶板垂直位移越大,不利于控制顶板变形量;一定的切缝角度有利于采空区顶板垮落,但切顶角度越大,应力集中峰值与巷道顶板下沉值越大,增大了锚索加固的难度;切顶高度与角度的选取应适中,最佳值分别为13 m和15°,切缝斜长13.5 m,现场实测与数值模拟结果具有较好的一致性。

外浮顶油罐浮盘上浮高度对油气扩散的影响

外浮顶油罐的浮盘上浮高度对浮盘上方的油气扩散过程及大气环境污染研究至关重要。以1台20000 m^(3)外浮顶油罐为研究对象,基于计算流体力学理论,采用数值模拟方法,分析了在环境风场作用下外浮顶油罐浮盘上浮高度分别为低液位(5 m)、中液位(10 m)和高液位(15 m)时油罐内壁和浮盘表面的油气浓度分布及油气扩散特性,通过实验验证了模拟结果的准确性。结果表明,随着浮盘上浮高度的增加,油罐内壁油气浓度逐渐下降,浮盘表面油气浓度先降低后升高,油气浓度聚集区域在迎风面与背风面之间扩散转移。同时,随着浮盘上浮高度的增加,环境风场的径向输运对油气扩散的影响增强,导致浮盘表面压差增大并形成不同数量、不同形状的油气扩散通道。

工作面坚硬顶板破断冒落分析及预裂高度优化

针对工作面坚硬顶板大面积悬顶后突然垮落而引发安全事故等问题,以经坊煤矿3-606工作面为研究背景,通过数值模拟及现场实践的方法,利用3DEC数值模拟软件模拟不同预裂高度对顶板的压裂效果,对比不同预裂高度下顶板垂直应力和垂直位移的变化规律。结果显示:工作面顶板预裂高度为22 m时,煤层顶板受到的垂直应力相对较小,垂直位移量最大,所以顶板最佳预裂高度为22 m。现场实践证明,合理的预裂参数设计能够有效控制巷道围岩。

集贤煤矿切顶留巷关键参数及留巷稳定性分析

针对双鸭山集贤煤矿东二采区16#右三工作面切顶留巷难题,建立了切顶留巷围岩力学模型,给出了切顶高度、切顶角度等关键参数理论计算式;分析了切顶参数(切顶高度、切顶角度)对留巷围岩应力分布及变形特征影响规律。模拟结果表明:切顶高度越大,卸压效果越好;切顶角度增大,实体煤侧应力呈现增大趋势,同时也为矸石垮落创造一定条件。相似模拟结果表明:当煤层开采至一定距离时,采空区上位岩层同期垮落,切缝范围岩体和垮落岩体形成铰接,即巷旁充填基本完成,留巷上方形成“低位悬臂梁+高位铰接岩梁”结构。实践结果表明:切顶高度8.0 m(即切断2.39 m的中砂岩),切顶角度10°,切顶钻孔排距600 mm,距工作面60 m左右时,顶板下沉量为168 mm,实体煤帮移近量212 mm,矸石帮变形量几乎为0,底鼓量120 mm。

采场“两带”发育高度经验计算与实测验证

针对海湾煤矿42211综采工作面上覆顶板和遗留的其他矿井3-1煤采空区可能对该工作面正常生产活动产生影响,需要准确探查该区域采场上覆顶板“两带”发育高度的范围,从而对顶板隐蔽致灾因素进行探查和有效防治。以42211工作面为例,通过将经验公式推导得到的“两带”发育高度和井下仰斜钻孔观测装置得到的实测数据进行对比和相互印证,最终取得了较为接近的结果,说明利用井下仰斜钻孔观测的方法,能够得到工作面“两带”发育高度的准确数据,为类似的工作面实测“两带”发育高度提供了可行性研究方法。

海湾煤矿“两带”发育高度数值模拟计算

【目的】研究海湾煤矿42211工作面顶板垮落带及导水裂隙带的发育规律,探查其对工作面回采的影响范围。【方法】在经验公式推导计算的基础上,运用FLAC3D数值模拟软件,模拟不同推进距离下垂直应力分布和拉应力场分布下的覆岩“两带”高度变化规律。【结果】通过FLAC3D数值模拟得出42211工作面的“两带”发育高度。【结论】数值模拟结果和经验公式的计算结果接近,研究成果可以为此类工作面实测“两带”发育高度提供参考。

应县木塔屋架尺度设计再考

本文回顾了已有“2023清论”关于应县木塔屋架尺度设计的实测和研究结论;针对数据缺漏之处,研究利用三维激光扫描对应县木塔五层藻井以上部分屋架进行了补测。通过数据分析,本文修正了既有研究中关于应县木塔屋架尺度设计的部分假说,推算得到:一、屋架丈尺总体简明,符合整(半)尺设计;二、自檐柱中至脊槫,各段架道平长值依次为6.5尺、6.5尺、7尺、7尺,体现等分思想;举高值依次为3尺、3.5尺、4.5尺、5.5尺;顶部八角井口平长约为8.8尺,井口叠垒高度3.5尺;三、橑檐枋上皮至最上层井口方上皮高度为21尺;橑檐枋至脊槫高17.5尺,为二者间平长的五分之三。根据尺度复原结果,研究提出了屋架几何设计的两种可能思路。