固体充填开采支架与围岩关系研究

分析了充填开采支架与围岩关系和上覆岩层移动特征,确立顶板载荷估算方法,并通过充填开采实例进行验证。研究表明:充填工作面周期来压步距大,来压强度不明显;直接顶随着工作面推进逐渐冒落,垮落步距相比于普通综采工作面显著增大;基本顶以缓慢下沉形式发生弯曲变形,上覆岩层移动范围明显减小。支架高工作阻力可以控制顶板的下沉量,保证良好的充填效果,进而减小覆岩破坏高度,控制地表变形。

综放开采散体顶煤对支架与围岩关系影响的实验研究

散体顶煤的存在会改变综放开采支架与围岩相互作用关系。自主设计了散体动载荷冲击实验平台,对不同散体颗粒种类、不同颗粒大小、不同堆积厚度以及不同冲击力条件下进行动载冲击实验,揭示了散体顶煤对综放开采支架与围岩作用关系的影响。研究发现:散体密度与缓冲效果存在正相关,散体顶煤的堆积密度越大,散体缓冲上部动载荷效果越明显;散体堆积厚度变化存在临界值,当堆积厚度小于临界值时,破碎岩石堆积厚度越小冲击效果越明显,相反冲击压力随着堆积厚度的增加逐渐减小而后趋于不变;散体粒径越大,岩石缓冲上部动载荷效果越明显,但缓冲曲线的波动性较大,表明冲击过程比较剧烈。同时,提出了在支架选型时,要综合考虑煤层赋存条件、破碎顶煤性质及支架结构性能等因素,以保证放顶煤安全开采。

提腿式液压支架与围岩关系的有限元模拟研究

基于提腿式液压支架架型结构,结合现场实际采用有限元模拟研究了支架与围岩的相互作用关系,包括提腿支架的合理工作阻力及带压值、控顶效果以及适用条件和范围等,以期为该架型的推广应用奠定基础。

基于UDEC的大倾角工作面支架与围岩关系研究

大倾角工作面支架易发生滑动与咬架等现象,影响了工作面的正常生产以及工人安全。采用UDEC数值模拟分析方法,研究了大倾角工作基本顶"砌体梁"结构的稳定性,模拟分析了大倾角工作面支架与围岩的关系。研究得出:为了确保大采高液压支架工作稳定性,必须使液压支架接顶,而且降架幅度不能太大,工作面采高不能起伏过大等。该研究可为大倾角工作面支架设计提供理论依据。

大倾角综采工作面液压支架参数设计及其与围岩关系

基于云南观音山煤矿已有的煤层地质条件,确定了合理的支架高度、支护强度及合理的额定工作阻力。在顶板分类原则基础上选定支架为ZQY4400/17/36型大倾角掩护式液压支架。采用数值模拟软件FLAC3D,建立了大倾角软顶底板煤层数值模型,模拟研究了所选支架在工作面的支撑应力分布规律,分析了工作面回采时煤壁内应力分布,顶板下沉及底板鼓起情况。采用AN-SYS数值模拟软件,建立了支架与围岩关系的力学模型,模拟研究了支架所受载荷情况,对支架与围岩的力学关系进行了分析。结果表明:根据实际地质情况选择的ZQY4400/17/36型大倾角掩护式液压支架使用时,顶板下沉量和底板鼓起量能满足安全开采要求,支架以前梁变形为主,支架顶梁变形较小,支架底板尖端比压满足支护要求,支架整体选择适合实际条件。

超大采高工作面液压支架与围岩耦合作用关系

针对金鸡滩煤矿坚硬厚煤层赋存条件,提出了8.2 m超大采高一次采全厚开采方法,分析了超大采高工作面液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合关系及控制方法,研制了ZY21000/38/82D型超大采高液压支架及新结构。基于液压支架与围岩耦合作用关系,采用理论分析与数值模拟方法研究了超大采高液压支架合理工作阻力确定的"双因素"控制法;通过建立脆性坚硬厚煤层煤壁片帮的"拉裂-滑移"力学模型,得出了控制煤壁片帮发生滑移失稳的液压支架临界护帮力;分析了销轴铰接间隙对超大采高液压支架稳定性的影响及控制方法。通过创新研制大缸径抗冲击双伸缩立柱、三级协动护帮装置等新结构,保证了超大采高液压支架与围岩系统的稳定性控制。

基于支架与围岩耦合关系的支架适应性评价方法

基于支架与围岩的动态失稳规律,分析了支架与围岩的强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合关系,建立了以支架与围岩适应性综合指数为核心的评价模型,研究了评价指标的获取方法及评价流程。研究结果表明:顶板来压形成的冲击动载荷由顶板岩层自重及顶板运移空间共同影响,通过提高顶板来压前支架、直接顶、底板的组合刚度可促使基本顶断裂位置向采空区移动,降低顶板对支架的冲击,利用三维立体防护装置维护支架自身稳定是支架与围岩保持动态平衡的关键。针对不同煤层赋存条件对围岩控制效果的要求,确定各评价指标的优先关系系数矩阵,采用模糊综合判断矩阵计算支架与围岩适应性综合评价指数。通过分析支架对围岩适应性评价结果,有助于进行支架改进优化设计。

8.8 m超大采高工作面支架与围岩相互作用关系

8.8 m超大采高综采工作面一次开采高度及开采强度大,采场围岩控制困难。采用立柱压力传感器、位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测,对工作面矿压显现规律、支架工作阻力循环曲线、顶板下沉量及割煤循环内下沉曲线进行了分析,对支架工作阻力、初撑力、支架刚度与顶板下沉关系进行了研究。研究结果表明:超大采高工作面开采具有来压区域性明显、来压急增阻、非来压恒阻、大小周期来压的宏观特征;工作面顶板下沉具有明显的时空差异性,空间上呈现工作面“两端小-中部大”的特征,时间上呈现来压期间大、非来压期间小的特点;工作面支架ΔF-T和顶板下沉ΔS-T均化循环曲线具有高度的一致性,来压期间2者均呈对数-大斜率线性复合增长,非来压期间呈现近常数或小斜率线性增长;顶板下沉与支架工作阻力呈线性对应关系,随支架工作阻力的增加而增大,安全阀开启后,顶板下沉速度明显增大,最大下沉速度为安全阀开启前的4.3倍,安全阀长时开启时顶板下沉速度由急增逐渐过渡至缓增状态,ZY26000/40/88液压支架在来压期间一定时间内可以将顶板下沉控制在一定的范围内,但并不能阻止其继续下沉;初撑力及支架刚度大小对顶板控制影响较为明显,随着初撑力的不断增大,顶板下沉及下沉速度显著降低并趋于稳定,临界点为15 MN,顶板下沉与支架刚度呈现类双曲线关系,支架刚度达到14 MPa/m以上时,支架刚度对顶板下沉的抑制作用减弱,顶板下沉趋于平稳状态。

综采工作面支架与围岩双周期动态作用机理研究

为揭示液压支架与围岩的动态作用机理,将工作面开采过程分为若干个顶板活动周期,将每一个顶板活动周期分为若干个采煤循环周期,在研究支架载荷变化特征的基础上,综合"砌体梁"理论、弹性基础梁理论以及牛顿第二定律,提出了支架与围岩在双周期内的动态作用模型。在顶板活动周期内,研究认为"砌体梁"结构中的关键块A触矸是判断循环末阻力变化趋势的关键节点,关键块A触矸前循环末阻力逐渐增加,触矸后逐渐减小。在采煤循环周期内,研究认为"砌体梁"结构主要由煤壁、液压支架和采空区矸石组成的不同弹性模量支撑体共同承担,根据增阻特征的不同,将采煤循环内支架与围岩的作用过程分为给定变形和给定载荷两个阶段研究,提出了液压支架动态增阻函数,认为在给定变形阶段液压支架时间序列曲线符合对数函数,在给定载荷阶段符合指数函数。通过寺河矿及新元矿综采工作面实测数据分析,认为现场实测与理论分析结果一致。以上研究成果可为顶板灾害预测预报及顶板岩层控制实践提供参考。

浅埋深综采覆岩破坏状态及与支架关系研究

为了充分认识浅埋深综采覆岩破坏状态以及相应的支架与围岩关系,分别运用有限元软件FLAC3D和离散元软件3DEC,模拟得出了浅埋煤层综采覆岩破坏状态和支架压力与顶板下沉量关系曲线,结果表明,浅埋煤层综采具有切落式破坏的特点,并且支架压力与顶板最大下沉量之间近似呈负直线关系。研究结果符合现场实际情况,可为指导生产实践服务。

支架与煤壁稳定性耦合关系数值模拟分析

针对潞宁煤业22116工作面回采期间支架与煤壁稳定性等问题,采用数值模拟及现场实测进行分析,结果显示:同一支护条件下,当回采速度越快,液压支架承受上覆岩层压力越大,煤壁变形也越大;反之,回采速度越慢,液压支架承受上覆岩层压力越小,煤壁变形也越小,两者体现出很好的同步性;且回采速度对减小煤壁片帮有重要影响;不同支护条件下,随着液压支架支护阻力的增加,煤壁变形逐渐减小,两者之间呈现较好的反比关系,与现场监测数据一致.

东曲煤矿综采工作面端面顶板失稳规律及其控制研究

依据东曲煤矿14214综采工作面破碎顶板条件下开采的生产实际，采用FLAC3D数值计算和理论分析相结合，分析了工作面端面顶板失稳规律。研究表明：随着支架工作阻力的增大，端面顶板冒落程度变小，稳定性增强，当支架工作阻力为额定工作阻力的80％以上时，支架工作阻力的增加对端面顶板的控制作用影响减弱；当支架支护阻力达到额定工作阻力时，工作面顶板塑性破坏区域位于煤壁前方顶板中且破坏形式主要为压剪破坏；支架前后柱工作阻力比值不同，前后柱所控制顶板的区域不同，破碎顶板条件下应适当提高前柱阻力，其比值为1～1．2有利于端面顶板的稳定性控制与支架的稳定。

综放开采理论与技术的发展及思考

综采放顶煤技术是实现厚及特厚煤层安全高效开采的有效工艺方式,在我国应用近四十年来,综放开采技术得到了蓬勃发展。本文简要回顾了综放开采技术的发展历程,分析综述了综放开采在放煤理论、支架与围岩关系、覆岩结构、配套装备以及大采高综放技术等方面取得的进展和成果,针对目前大采高综放开采的现状和煤炭开采智能化发展趋势,提出了进一步研究的问题及建议。

特厚煤层大采高综采综放适应性评价和技术原理

针对厚煤层综采(放)开采过程中遇到的技术难题,提出了大采高综采(放)开采面临的3个科学问题,建立了基于技术经济分析的厚煤层开采方法适应性评价指标体系与评价模型。基于液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合原理,建立了液压支架与围岩的耦合动力学模型及煤壁片帮的"拉裂-滑移"力学模型,提出了大采高综采(放)液压支架合理工作阻力确定的"双因素"控制法。基于大采高综放工作面顶煤冒放性与煤壁稳定性控制的矛盾,提出了增大液压支架的初撑力及优化液压支架架型结构等方法缓解2者之间的矛盾。通过开发厚煤层大采高综采(放)关键技术与装备,实现了厚煤层的安全、高效、高采出率开采。

综采成套技术与装备集成配套设计创新与实践

基于液压支架与围岩的耦合作用原理,分析了综采工作面围岩与液压支架的"能量积聚-耗散-释放-传递-响应"过程,通过对液压支架的内生能量与外生能量进行统一换算,可以得出基于能量原理的综采支架工作阻力计算方法。系统阐述了不同薄煤层开采方法的适用条件及薄煤层自动化集成配套关键技术与装备,分析了中厚煤层年产千万吨综采装备配套模式及关键技术,研究了厚煤层超大采高工作面综采装备关键技术及集成配套设计,论述了特厚煤层大采高综放开采技术的适用条件,分析了不同综放液压支架架型及配套方法,提出了大型矿区综采装备系列型谱及全生命周期管理系统。

综采工作面端面顶板失稳规律及其应用

为保证工作面端面顶板的稳定控制与支架的稳定,结合某矿综采工作面破碎顶板条件下开采生产,采用理论分析与FAC3D数值模拟计算相结合,综合分析工作面端面顶板失稳规律。研究表明:支架支护阻力对端面顶板控制影响较大,随着支架工作阻力的增大,端面顶板稳定性增强,发生冒顶现象概率较小。当支架工作阻力达到额定工作阻力的80%以上时,支架工作阻力的增加对端面顶板的控制作用影响减弱;当支架支护阻力达到定工作阻力时,工作面顶板发生压剪破坏,破坏区域位于煤壁前方顶板。应合理控制支架前后工作阻力比值,比值为1~1.2时能够加强端面顶板与支架的稳定性。