Analysis of main roof breaking form and its mechanism during first weightingin longwall face

By field observation and simulating test in shallow seam longwall mining, the asymmetry breaking of main roof is discovered during the first weighting. Based on simulating model test and theoretical analysis, the mechanism of main roof first breaking is revealed, and the asymmetry breaking parameter is determined at all.

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。

斜沟煤矿厚煤层综采工作面顶板断裂失稳规律及智能预测设计

随着煤矿智能化综采工作面的快速发展,顶板破断失稳规律及来压的智能预测成为迫切需要解决的问题,该问题的解决对于进一步完善综采工作面智能化控制体系、防范采场顶板灾害的发生具有重要意义。以斜沟煤矿厚煤层综采工作面为工程技术背景,结合该工作面煤岩地质特征及生产技术条件,利用数值模拟方法,研究了工作面顶板破断规律及应力演化特征,分析了顶板断裂失稳引起的矿压显现特征及其对煤岩稳定性和支架稳定性的影响,确定了9种特征参数作为反映顶板断裂失稳的特征信息,并作为智能矿压监测预警模型的基础参量。由此设计了工作面矿压多参量信息智能感知系统,为煤矿综采工作面智能矿压监测预警提供了一种新思路。

迫使工作面两端顶板垮落的破顶装置研制

为避免回采工作面两端直接顶悬顶过长而造成老顶突然垮落的安全隐患,研制了一种能够定点破坏工作面两端顶板及其锚杆锚索的破顶装置。针对该破顶装置,为了更好地实现破顶功能和延长使用寿命,从破顶装置原理及组成方面分析了该装置的关键技术并给出了具体措施,为工作面两端顶板不易破碎问题提供了一种解决方案。

坚硬顶板周期来压覆岩破断力学机理研究

坚硬顶板破断运移规律一直是采矿领域研究的热点,针对覆岩内部破断裂隙分布不明晰的问题,以砌体梁理论中的关键块体为研究对象,建立了线性增压荷载下悬臂梁模型,根据弹性力学应力逆解法,在艾里应力函数满足双调和方程的基础上,采用叠加原理推导并验证了满足模型应力边界条件的内应力分量解析解。在此基础上,以Mohr-Coulomb屈服准则作为破断判据,推导了破断迹线隐函数方程式。采用Matlab软件计算和绘图得到了破断迹线,通过算例校验分析了岩石黏聚力、内摩擦角对破断迹线的影响规律,验证了破裂迹线求解的正确性。这对于进一步认识覆岩破断力学机理具有一定的意义。

超前深孔预裂爆破有害气体产生规律及治理

煤层顶板坚硬不易垮冒,导致工作面开采时面临较为严重的冲击地压灾害。为防治冲击地压灾害,矿井采用超前深孔断顶爆破方法进行治理,爆破后产生的CO、NO、NO_(2)等有毒气体干扰了煤炭自然发火预测预报的准确度。为研究宽沟煤矿工作面超前深孔断顶爆破后有害气体产生规律,首先,对矿用乳化炸药成分、爆炸产生有害气体含量进行测定,掌握乳化炸药有害气体产生机理;然后,通过现场测定爆破前后工作面回风流不同区域CO气体浓度,探明了爆破后有害气体在工作面分布情况及影响时长。研究结果表明,工艺巷与煤层预裂爆破后,回风流内的CO浓度增长最高,影响CO浓度平均影响时长4.07 h。基于矿井瓦斯抽采截流技术,提出了CO气体抽排技术方案。

长壁工作面顶板破断震动诱发冲击地压机理

冲击地压是对采矿安全和经济造成重大威胁的一个主要工程灾害。为探究长壁工作面顶板破断诱发的冲击地压机理。基于弹性地基理论建立了有限弹性梁模型,研究了长壁工作面冲击地压的因果机制。对基本顶破裂过程及相关参数进行了分析。结果表明:在一定的阻尼阻力下,基本顶的运动呈现自由振动。同时发现,随着基本顶厚度和弹性模量的增加,基本顶的主导振动频率也会增加。在基本顶振动过程中,施加在煤体上的垂直应力得到了卸载。基本顶-煤体界面的卸压作用导致了巷道帮部煤体在水平地应力下进入巷道,从而导致冲击地压。随着基本顶强度和厚度以及煤体内水平地应力的增加,冲击地压的可能性也会增加。这一机制解释了长壁工作面巷道中冲击地压机理,为长壁工作面冲击地压的预防和控制技术提供了理论基础。

黄陵二矿无煤柱自成巷矿压显现规律研究

为探究无煤柱自成巷在留巷过程中的顶板变形与应力演化规律,在理论层面以巷道围岩与支护系统力学模型作为研究的出发点,分析巷道围岩在顶板不同垮落阶段的变形特征,以黄陵二矿北二巷无煤柱自成巷工作面矿压监测数据为例进行工程验证。结果表明,无煤柱自成巷由巷道围岩、支护结构以及上覆岩层共同组成支护系统。巷道上方顶板破断共经历3个演化阶段,包括初始稳定阶段、剧烈变形阶段以及稳定压实阶段。影响巷道顶板下沉量的因素共有4个,当煤层厚度较低、顶板垮落高度较高、岩石碎胀系数较高、关键块长度越小时,顶板的下沉量将会降低。

矸石充填开采顶板破断结构划分及覆岩运动规律研究

针对充填开采采空区顶板破断的结构进行划分,并基于薄板理论给出采空区顶板破断的计算公式,通过理论计算与顶板钻孔实测分析判断唐山矿F5001充填工作面的顶板破断类型,且进一步地揭示了采空区顶板运动规律。研究结果表明:充填开采采空区顶板破断结构可以按照3类结构进行划分:Ⅰ类结构为直接顶和基本顶都会发生破断;Ⅱ类结构为直接顶发生破断,但是基本顶不会出现破断;Ⅲ类结构为直接顶和基本顶都不会发生破断。根据所建立的顶板弹性薄板力学模型对工程算例进行计算,确定F5001工作面的顶板破断结构类型属Ⅱ类结构;数值模拟分析表明,F5001工作面充填后,最大下沉量降低了34.4%,塑性区范围降低了74.7%,充填体支撑作用有效控制了覆岩沉降与断裂,对覆岩控制起到关键作用,顶板破断结构、覆岩破坏高度与理论计算和现场实测相符合。

厚硬顶板冲击地压发生机理及防治实践

基于鄂尔多斯地区冲击地压矿井厚硬顶板加坚硬煤层的特征,对宽煤柱开采条件下冲击地压发生过程进行分析,揭示了该区域冲击地压是由厚硬顶板破断引起煤体高应力区动力系统失稳产生震动、激发应力波,应力波与塑性区煤体相互作用而产生的;以巴彦高勒煤矿为例,采用深孔爆破对巷道顶板进行卸压。结果表明:在未断顶区域,顶板发生极限破断引发大能量微震事件,能量释放集中在沿空巷侧,现场存在动压显现现象;在正常断顶区域,微震活动比较平稳,能量集中区未对巷道形成直接影响;工作面来压周期平均2.4 d,来压步距14.5 m,未出现持续性高强度来压;顶板观测孔裂隙发育良好,有效半径可达4 m。

采空区侧向悬臂切顶破断长度研究及应用

巷道煤柱侧采空区(侧向顶板)经常会遇到厚硬顶板,短期内不会自然垮落,容易诱发矿震及垮顶等事故。以泊江海子矿113105工作面为研究背景,针对侧向长悬臂造成的强矿压现象,基于顶板断裂力学,建立采空区侧向长悬臂力学模型,对切顶前后顶板间岩体断裂长度进行分析。结果表明:岩体的抗拉强度、厚度和摩擦系数较大时,断裂后的前梁长度较长;当岩体的密度及切顶角度增大时,断裂后的后梁长度较长;通过物理试验,切顶后长悬臂断裂成2块5~8 m长的块体,顶板呈周期垮落特性,实现了对巷道侧向悬臂岩层的主动卸压目的。现场试验表明:爆破切顶后围岩应力得到转移,矿压显现减少,巷道变形能满足工作面正常回采需求,保障了矿井的高产高效。

乌兰木伦煤矿22201-1工作面过上覆集中煤柱矿压控制技术研究

工作面过上覆集中煤柱容易引发动载矿压和支架压死事故,以乌兰木伦煤矿222011工作面为工程背景采用理论分析和数值模拟相结合的手段,研究了工作面过上覆集中煤柱顶板破断及覆岩应力分布特征,结果表明:222011工作面过上覆集中煤柱期间,基本顶破断形成铰接结构,随着工作面继续推进,顶板应力集中区域显著扩大,垂直应力急剧增加,易引发动载矿压和支架压死事故。通过采取顶板超前水力压裂,计算合理开采高度,加强液压支架管理,工作面调斜及等压推进一系列技术措施,保障了工作面过上覆集中煤柱期间安全生产。研究成果可为相似工程地质条件下工作面过上覆集中煤柱提供借鉴。

沙溪铜矿大直径深孔VCR法拉槽破顶爆破工艺现状分析与优化

VCR法拉槽破顶时返冲矸石量过大以及对边帮破坏严重,一直是矿山作业中非常头疼的事情,这一问题长期得不到解决不仅影响爆破效果,更会对后续各类作业带来很大的安全隐患和风险。通过优化爆破工艺,我们克服了已有技术中的不足之处,探索出了新的VCR法拉槽破顶爆破工艺,解决了这个难题,提高了爆破效果,改善了出矿条件,规避了各类安全隐患和风险。通过一段时间的应用后效果很好,为同行业和同类矿山提供了很好的参考和借鉴。

断层影响下区段煤柱合理宽度研究

为避免高应力区段煤柱对工作面开采带来的不利影响,本文以受断层影响的山东新河煤矿区段煤柱为例,采用理论计算、工程类比和数值分析相结合的综合研究方法,对断层构造影响下深部高应力区段煤柱的合理宽度展开研究。基于极限平衡理论和工程类比综合确定合理区段煤柱宽度约为90 m;数值分析结果表明该宽度区段煤柱能够保持稳定;提出了高位岩层断顶卸压的煤柱稳定性控制方案。研究成果可为类似地质及生产技术条件下区段煤柱宽度的确定、工作面布置及安全开采提供指导。

破断角对关键层初次垮落距的影响

为研究岩层破断角对采场覆岩破断距的影响,结合摩尔库伦理论及极限破断距理论,分析了考虑破断角时顶板的垮落规律,推导了相应的顶板关键层初次垮落距计算公式,并验证了其合理性和可靠性。结果表明:直接顶D1岩层随工作面推进垮落时块体的破断角变化范围为42°~55°,且破断角随块体长度变化规律与计算公式保持一致;考虑破断角的顶板关键层初次垮落距理论值与数值模型中的模拟值差值为1.2、3.2和4.1 m,较单独考虑极限破断距时的垮落距更相符合;在顶板厚度及采高较大、主关键层较远及岩层内摩擦角较大等工况中,应考虑大跨度破断面对顶板破坏规律的影响。

瞬时胀裂破岩技术在厚层砂岩顶板控制中的应用

上覆厚层砂岩顶板大面积悬顶会进一步加大围岩应力集中程度,引起工作面压架等事故。为实现厚层砂岩顶板条件下的无煤柱安全高效开采,设计了一种以单裂面瞬时胀裂器为主的瞬时胀裂破岩技术。在明确瞬时胀裂破岩原理的基础上,以数值模拟的方式对普通爆破和瞬时膨胀破岩条件下的应力分布和岩石损伤进行了对比分析,发现瞬时胀裂破岩能实现对应力波的导向控制作用,只在切缝方向上对岩石产生损伤破坏。通过分析钻孔窥视效果,对比和朱家峁煤矿“110工法”留巷效果等情况,认为在控制厚层坚硬顶板来压时,瞬时胀裂破岩能实现安全高效定向破岩,可以满足无煤柱自成巷平衡开采的要求。

基于原地砖屋面的防水维修系统及其应用

介绍了一种基于屋面原有地砖进行防水基层处理的屋面渗漏维修方案,该系统方案具有粘结强度高、防水可靠、低碳环保、施工便捷等优点,其具体做法是:在对屋面进行整体排气设计的基础上,先对砖缝进行防水砂浆填平处理,然后大面基层采用一种可对屋面砖进行封闭增强后续粘结的基层处理材料,最后采用屋面水性沥青涂料+SBS改性沥青卷材复合的系统方案,对原有地砖屋面进行防水修缮处理。

偏高岭土改性金属屋面防水涂料性能研究

研究了偏高岭土添加量和养护处理条件对金属屋面防水涂料性能的影响。结果表明,随着偏高岭土添加量的增加,金属屋面防水涂料的拉伸强度先增大后减小,断裂伸长率逐渐减小,当偏高岭土添加量为20%时,改性金属屋面防水涂料在不同养护处理条件下的拉伸性能均达到最佳。XRD分析表明,偏高岭土的加入使得涂料有更多水化铝硅酸盐和水化硅酸盐组成的三维网状结构的聚合物生成,降低了涂料的孔隙率;SEM分析表明,偏高岭土的加入使得涂料的致密性得到提高,拉伸强度增大。

硬软交替岩层的复合顶板主关键层及其破断距的确定

采煤工作面顶板岩层主关键层及其破断距的确定对于采场矿山压力控制至关重要。以白皎煤矿采煤工作面硬软交替岩层的复合顶板为研究对象,采用相似模拟试验研究、关键层理论分析和数值模拟计算相结合途径确定复合顶板主关键层及其破断距。研究结果表明:该工作面顶板第1～3硬岩层依次破断,为顶板亚关键层;第4～6硬岩层组成的复合关键层为顶板主关键层;计算得到的复合顶板主关键层的平均破断距为114m;当该工作面推进到108.2m时,主关键层的破断导致工作面出现异常矿压显现。工程实际应用情况表明,3种方法的有机结合,可以较准确地确定硬软交替岩层的复合顶板主关键层及其破断距,对采煤工作面的支护及矿山压力控制具有指导作用。

后路钉棒反弓折顶技术结合椎弓根植骨治疗胸腰段椎体爆裂骨折

背景:胸腰段爆裂骨折发病率较高,后路单纯撑开技术在维持椎体高度、降低并发症方面的疗效不甚满意,因此试图探索更佳治疗方案。目的:探讨采用反弓折顶技术结合椎弓根植骨治疗胸腰段椎体爆裂骨折的效果。方法:前瞻性纳入78例胸腰段椎体爆裂骨折患者,均为闭合性新鲜骨折,均采用后路手术,伤后至手术时间4-14 d,平均7.8 d。随机分为2组,单纯撑开组38例行单纯椎弓根钉棒系统撑开复位固定,反弓折顶植骨组40例行后路钉棒反弓折顶技术结合椎弓根植骨固定。2组患者对治疗方案均知情同意,且得到医院伦理委员会批准。对比2组手术时间及术中出血量、骨折愈合时间、术后伤椎前缘高度比值、Cobb角、目测类比评分、生活活动能力(Barthel指数)及术后并发症发生情况。结果与结论:①所有患者获得10-22个月随访;②单纯撑开组手术时间及术中出血量均优于反弓折顶植骨组(P<0.01);③2组术后伤椎前缘高度比值、Cobb角差异有显著性意义(P<0.01),反弓折顶植骨组优于单纯撑开组;④2组骨折愈合时间、术后生活活动能力(Barthel指数)差异均有显著性意义(P<0.01),反弓折顶植骨组优于单纯撑开组;⑤术后2组均未发生深部感染,反弓折顶植骨组未发生内固定失败、椎体高度过度丢失等并发症;单纯撑开组发生内固定失败螺钉拔出3例,钛棒断裂2例,椎体高度明显丢失10例;⑥提示与单纯撑开复位固定相比,后路钉棒反弓折顶植骨并伤椎置钉固定可形成伤椎压缩中心骨性支撑,重建前、中柱高度方面疗效确切,具有力学强度高、椎体高度维持好、骨愈合率高、并发症少的优点,将是治疗胸腰椎爆裂骨折较为理想的选择。