大采高综采顶板短悬臂梁-铰接岩梁结构与支架工作阻力的确定

针对大采高综采工作面矿压显现强烈,支架工作阻力确定依据不足等问题,采用现场实测、数值模拟相结合的方法进行研究得到:采高增加后,煤壁前方破坏面积及支承压力峰值明显加大、煤壁易发生片帮冒顶、采场顶板活动范围明显加大、顶板断裂线前移、岩层间离层量增加。依据大采高采场直接顶及基本顶新概念及新判别公式,提出大采高采场顶板易形成"短悬臂梁-铰接岩梁"结构,以及大采高综采支架工作阻力的计算公式。通过理论研究直接顶厚度、直接顶垮落步距、基本顶厚度、基本项垮落步距、采空区矸石碎胀系数以及采空区矸石刚度对支架工作阻力的影响,结果显示直接顶及基本顶垮落步距对支架工作阻力影响较大。

浅埋深工作面覆岩“悬臂梁-铰接岩梁”结构的提出与验证

浅埋深煤层开采后,受其特殊的地质赋存条件影响,覆岩中无法形成完整“三带”,所形成的承载结构也不能稳定存在,结构失稳后形成浅埋深煤层特殊的顶板来压特征。以浅埋煤层特殊的顶板破断及运动特征为基础,通过相似模拟和离散元模拟2种方法探索浅埋深长壁工作面岩层破断运动特征及覆岩结构形式,提出浅埋深工作面覆岩中“悬臂梁-铰接岩梁”组合岩层结构,其中,基本顶破断后形成铰接岩梁结构,承担其自身及“悬臂梁”下方软弱岩层载荷,并受悬臂梁断裂下沉载荷影响,其失稳载荷通过直接顶作用于工作面支架上;基本顶上部岩层形成悬臂梁结构,承担其自身及覆盖松散层载荷,其断裂下沉步距要大于“铰接岩梁”失稳步距;两级岩层结构所处层位不同,其形成与失稳活动共同影响回采空间。结合典型浅埋深工作面的矿压及地表下沉规律实测结果,对所提出的“悬臂梁-铰接岩梁”组合结构进行了验证。通过对“悬臂梁-铰接岩梁”两级岩层结构受力状态进行分析,得到“悬臂梁”断裂下沉而引起“铰接岩梁”结构在煤壁处出现滑落失稳是造成浅埋深长壁工作面顶板沿煤壁切落、形成压架事故的根本原因,是影响工作面安全回采的顶板载荷主要来源,并以此为基础提出浅埋深条件下工作面切顶灾害的控制原则。

基于ANSYS的岩锚悬臂吊车梁结构数值分析

结合白山水电站三期扩建工程实际,将ANSYS应用于地下厂房岩锚吊车梁结构数值分析中,全面考虑混凝土、围岩和锚杆三者的变形对岩锚悬臂吊车梁受力状况的影响,利用三维非线性有限元技术仿真模拟岩锚吊车梁在运行期的荷载作用,分析岩锚吊车梁的工作特性和稳定性,为岩锚吊车梁的设计理论和施工方法研究提供有价值参数。

采场老顶岩梁破断过程

为研究采场老顶岩梁破断过程,将初始来压前后的采场老顶岩梁简化为固支岩梁与悬臂岩梁.采用花岗岩作为试验材料对采场初始来压和周期来压的老顶岩梁进行了试验模拟,结合自主研发的基于拉张破坏准则的有限元开裂包对岩梁破断进行了数值分析.结果表明:固支岩梁在均布载荷下,破坏过程分为两个阶段:裂纹首先在端部萌生阶段和岩梁中间区域裂纹萌生阶段;固支岩梁端部裂纹的扩展方向与岩梁的高度和长度比值有关,而中部裂纹扩展方向始终垂直于轴线方向;悬臂岩梁的裂纹只产生在端部,裂纹的扩展方向与岩梁的长度和高度的比值有关;随着固支岩梁的裂纹逐渐扩展,岩梁的固支部分减少,不平衡力增加,岩梁的裂纹扩展速度加快.

特厚煤层综放开采顶板岩层控制基本原理

基于无法改变矿井采掘活动中煤岩体的初始赋存状态、缺乏准确获知其赋存特点及工程响应特征的技术手段,采用理论分析对特厚煤层综放开采顶板岩层控制基本原理进行了研究。特厚煤层综放开采顶板岩层具有3个特点,即"暂时稳定性""及时垮落性"以及两种状态的周期性转化,岩层控制的基本原理就是控制工作面回采过程中顶板岩层结构的"暂时稳定性"。维护顶板岩层结构的"暂时稳定性",需要避免上位直接顶"组合短悬臂梁"结构发生滑落失稳以及基本顶"铰接岩梁"结构失稳;通过分析"铰接岩梁"结构两种失稳条件和"组合短悬臂梁"结构3种失稳模式,提出了维护特厚煤层综放开采顶板岩层结构"暂时稳定性"液压支架所受变形压力需满足的条件,得出了可通过外界干预促使"铰接岩梁"结构进一步向上转移、减小"铰接岩梁"断裂步距和"组合短悬臂梁"长度等手段减缓来压强度,维护特厚煤层综放开采顶板结构稳定。现场验证表明:通过外力促使"铰接岩梁"结构进一步向上转移,同时降低"组合短悬臂梁"的长度等措施保障了矿压显现剧烈、多次出现支架损坏综放工作面的接续面在原综放设备不变的前提下实现安全高效回采。

特厚煤层综放开采支架工作阻力的确定

采用理论分析的方法对特厚煤层综放开采顶板岩层所成结构及支架工作阻力进行了研究。根据特厚煤层综放开采顶板岩层形成的"悬臂梁-铰接岩梁"结构,给出了直接顶、基本顶的新概念及判据;得出了特厚煤层综放开采支架工作阻力的解析计算式,并进行了实例验证。最后对所选架型现场的动态承载特征及其适应性进行了分析。结果表明:依据支架工作阻力解析式计算结果所选架型可靠性高、支架运行合理,利用率高,对工作面顶板条件适应性较好。

基于ARAMIS M/E微震监测的大采高综放顶板活动规律

采用高精度微震监测技术,结合现场支架阻力观测,对大采高综放开采顶板活动规律进行了研究。研究表明:微震事件的频次和能量具有明显的周期性,微震事件在高度上的动态发展规律反映出大采高综放顶板来压存在大小周期现象,且这种现象与工作面宏观观测得到的周期来压具有一致性;根据微震监测和支架阻力观测结果得出大采高综放开采顶板为"悬臂梁-铰接岩梁"结构。

特厚煤层综放工作面大面积切顶压架原因分析

基于"悬臂梁-铰接岩梁"岩层结构和Winkler地基理论,分析了该类事故的发生原因,并相应地给出防治对策。研究结果表明:大面积压架主要特征是工作面顶板在煤壁处切落,直接顶和基本顶失去横向平衡;切顶发生的原因在于初撑力和工作阻力较低,难以维系直接顶和基本顶平衡结构。通过提高支架初撑力,以增加支架对顶板的主动支撑能力,减少顶板下沉量,有利于直接顶和基本顶的平衡结构;基于"悬臂梁-铰接岩梁"岩层结构模型分析认为,崔木煤矿工作面支架工作阻力不足是导致大面积压架事故的主要原因,并经理论计算得出合理工作阻力为15 000 k N。

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。