基于能量法的工作面端面冒顶机理及“支架-围岩”耦合关系试验研究

为研究综采工作面顶板稳定性及其影响因素,结合能量法和“顶板-支架-煤壁”系统模型,建立了端面顶板稳定性力学模型,利用分布式支架顶梁压力监测系统和数字图像监测技术,开展了端面冒顶相似模拟试验,分析了端面冒顶影响因素、顶板破坏形态和支架顶梁压力分布演化特征。研究表明:根据端面顶板稳定性力学模型,距煤壁1 m范围内直接顶稳定性系数小于0,该区域为端面冒顶高发区;距离煤壁越远,顶板垂直位移和水平位移也随之增大;提高支架工作阻力能有效减小顶板下沉量;顶板黏聚力和内摩擦角越大,顶板稳定性越好;相似模型试验中直接顶依次经历了端面冒落、顶板破断、顶板破碎等阶段,液压支架顶梁压力表现为中部>前部>后部;当顶板完整时,模型支架初撑力和支护阻力充足,“支架-围岩”耦合关系良好;当顶板破碎导致支架位态不佳时,模型支架降阻或偏载现象明显,容易造成顶板裂隙发育、端面冒顶、支架压架等事故,“支架-围岩”耦合关系恶化;利用数字图像监测技术获得了端面冒顶阶段直接顶最大剪应变集中于端面顶板附近。研究显示支架与围岩相互作用关系与端面顶板稳定性互相影响,维持良好的“支架-围岩”耦合关系有助于提高工作面顶板稳定性。

煤矿综放工作面“支架-围岩”系统稳定性优化研究

针对胜利煤业综放工作面系统稳定性差、亟需优化的问题,以胜利煤业120210综放工作面“支架-围岩”系统为切入点,对该综放工作面煤层进行数值仿真。结合矿压监测分析,对大倾角综放开采中的“支架-围岩”体系的工作面倾角、支架工作状态和巷道变形破坏等特征进行研究,对综放工作面采煤参数、放煤工艺分区和不同区域内的“支架-围岩”系统的稳定性进行优化。经过优化,工作面的平均月产能达到了25.38万t,最高月产达到了34.48万t,回采率提高了12%,开采工效达到了16.7 t/d。与调整前相比,年产值增加了1.835亿元,比调整前提高了15.4%。

基于支架-围岩耦合关系的煤壁弱化技术研究与应用

为解决1203工作面坚硬煤层采煤机破煤难题,对当前采煤机的割煤现状进行分析,发现存在截齿磨损及遗失严重、采煤机机身振动强烈、割煤速度慢、效率低等问题,并对采场支架-围岩耦合关系展开研究。在工业性试验阶段,针对来压期间和正常回采期间实施不同的围岩控制模式;截齿损耗及采煤机故障率显著下降,技术经济效益显著。

综放工作面过空巷时支架-围岩稳定性控制

通过分析综放工作面过空巷时支架-围岩稳定性控制的技术难点,提出在过空巷合理的时空节点上实施停采等压、强力锚杆索支护、注浆固结修复和支架支撑力保障的综合控制技术,并阐述了相应的控制机理。建立了综放工作面过空巷时基本顶破断的结构模型,分析得出过空巷时长关键块条件下的支架临界工作阻力;采用数值模拟方法分析综放工作面过空巷时采动影响下围岩应力分布、变形与破坏特征,确定综合控制技术实施的时空节点与相关参数,进而结合现场地质生产条件与矿压规律确定相应技术方案,并进行现场应用。现场实践表明,采用综合控制技术后,未发生大范围冒顶、支架压架等恶性支架-围岩事故,解决了9102综放工作面过空巷的相关技术难题。

采场支架-围岩关系新研究

以砌体梁结构的“Ｓ－Ｒ”稳定理论为指导，运用相似模拟试验和数值计算等方法，对采场直接顶岩体的受力边界条件、位移场分布特征、ｐ－Δｌ关系曲线等进行了研究．视直接顶为可变形体，得到传统的ｐ－Δｌ双曲线关系并不适用于厚度为６倍采高时的直接顶．本文的研究结果是对传统支架围岩关系的补充和完善．

综采采场顶板结构模型及“支架-围岩”关系研究

以综采采场上覆岩层运动规律为核心,运用"传递岩梁"理论对采场顶板运动参数进行预计算,建立了采场顶板结构模型,详细分析了支架在"给定变形"和"限定变形"两种工作状态下支护强度和活柱缩量的计算确定方法。研究结果表明:直接顶由多分层组成时,具有不同运动组合特性的各分层垮落步距不同。将对采场矿压显现有明显影响的基本顶岩梁分为"单一岩梁"和"双岩梁"结构。采场顶板控制设计中对直接顶采用"给定载荷"的工作方式,根据不同的控顶要求对基本顶采用"给定变形"或"限定变形"的工作方式。在基本顶"双岩梁"结构下,既要防止下位岩梁运动时的切顶、活柱缩量超限等威胁,又要防止上位岩梁来压时对采场的动压冲击。

综放采场支架-围岩关系的新概念

实践表明 ,综放工作面的矿压显现并没有如人们所预计的那样会明显增加 ,反而表现为周期来压不明显 ,或是来压周期缩短 ,来压强度降低 ;液压支架的实际支撑力不增加或有所降低 ;架前端面冒顶现象增加等 .从这些现象出发 ,对综放工作面支架 -围岩关系的特征、支架如何适应综放开采岩层控制的要求等问题进行论述 .

综放工作面顶板运动规律及支架-围岩关系研究

布尔台煤矿42103综放工作面回采过程中,经常出现台阶下沉甚至支架压死等现象,在对42103综放工作面支架合理工作阻力进行分析的基础上,采用理论推导和现场实测相结合的研究方法对工作面顶板运动规律进行计算,建立了42103综放工作面顶板结构模型,并分析支架-围岩的相互关系,利用顶板结构模型法和动载系数法综合计算确定了42103综放工作面支架合理工作阻力。研究结果表明:42103综放工作面顶板压力为1.63 MPa,支架合理工作阻力为18 709 k N,支架合理支护强度为1.71 MPa。

厚松散层上提工作面覆岩运移与支架-围岩关系研究

针对厚松散层提高回采上限而导致综采工作面易压架的现象,采用理论分析、FLAC3D数值模拟和现场实测对谢桥煤矿1202(3)提高回采上限综采工作面围岩应力分布、覆岩运移及支架受力、变形特征进行分析。研究结果表明:受煤层倾角、覆岩结构和缩小防水煤柱影响,沿工作面倾向的支承压力、覆岩运移等具有非对称分布特点;提高回采上限使得基岩厚度变小,是影响支架选型及工作面安全回采的关键因素之一;当基岩厚度与松散层厚度比值小于0.1时,支架工作阻力和顶板下沉量的关系曲线呈双曲线特征;当基岩厚度与松散层厚度比值大于0.1时,关系曲线接近于线性特征;在开采上限的合理范围内,液压支架工作阻力与基岩厚度成反比关系。揭示了厚松散层下提高回采上限开采覆岩运移的非对称性及其对支架-围岩关系的影响,为上提工作面支架选型、围岩稳定性控制提供了参考。

综放开采矿压显现规律与支架-围岩关系新认识

通过分析我国10 m以下和10 m以上煤层综放开采矿压显现的主要特征,可知10 m以上煤层综放开采矿压显现强烈并有周期性;顶煤体对于综放开采矿压显现起着重要作用,在顶板变形压力作用下顶煤体可转变为"似刚性顶煤体";顶板可形成"组合悬臂梁—铰接岩梁"的结构,该结构的周期性运动使工作面产生"小、大"周期来压现象,并阐述了其发生机理;通过理论分析得到了支架工作阻力下限值解析计算式,分析可知支架工作阻力主要影响因素为直接顶岩块长度与厚度、基本顶断裂步距与厚度、矸石刚度、岩层破断角和冒落矸石碎胀系数。

浅埋煤层大采高工作面矿压规律与“支架-围岩”关系研究

本文对浅埋煤大采高工作面矿压规律国内研究状况进行了详细的介绍后,并针对大柳地区的煤矿20602工作面、20605工作面、新疆榆树湾的煤矿20103工作面、大连祁连地区的煤矿32207工作面等地区的工作面进行系统的介绍,最后对浅埋煤层大采高工作面矿压特征及影响因素进行了系统分析,希望找出其中的规律。

大倾角软煤综放采场支架-围岩系统失稳研究

针对大倾角软煤综放采场支架-围岩系统稳定性差,控制难度大的问题,采取现场观测、理论分析、力学建模相结合的方法,对采动过程中顶板、煤壁、支架、底板的失稳过程进行了研究,结果表明:大倾角软煤综放采场顶煤-煤壁-支架-底板系统稳定性差,且各因素间存在相互扰动及恶性互溃的失稳机制,指出控制该类采场稳定性的关键在于控制顶煤漏冒与煤壁片帮,可为大倾角软煤综放采场的"支架-围岩"系统稳定性控制提供借鉴。

坚硬厚层顶板破断规律及支架-围岩关系研究

以某矿1101综放采场坚硬厚层顶板条件为工程背景,运用理论分析计算的方法,研究了厚层坚硬顶板的破断规律,构建了厚层坚硬顶板综放采场顶板运动规律及支架-围岩关系。研究表明:1101综放采场呈薄直接顶、坚硬厚层老顶特点,直接顶厚度0.68m,随采随冒。老顶厚度14.76m,初次来压步距52.8m^54.8m,初次来压强度1.02MPa;周期来压步距25.0m,周期来压强度0.94MPa。

复杂结构煤层支架-围岩关系研究

为研究复杂结构煤层支架与围岩间的关系,以淮北袁店一矿821综放工作面为研究背景,采用数值模拟和现场实测对液压支架所受载荷、围岩变化特征进行研究。结果表明,通过FLAC^(3D)与Midas模拟了支架在不同夹矸厚度下的应力变化情况,得出支架在2 m、3 m、4 m夹矸厚度时所受最大主应力分别为35.1 MPa、31.8 MPa、26.3 MPa,呈现出逐渐变小的趋势,支架所受最大主应力随着夹矸厚度的增大而逐渐减小;此外,顶板的破坏高度随着夹矸厚度的增大而逐渐减小,夹矸厚度为2 m、3 m、4 m时支架上方顶板的破坏高度分别为27.3 m、23.8 m、18.6 m;通过现场实测可得,在工作面推进过程中,工作面来压强度整体呈现出中部区域大于上、下部区域的特征,为类似煤矿提供相应的技术支持。

回采工作面过旧空区支架-围岩关系研究

以回采工作面过旧空区为背景,采用理论分析方法,建立了支架失稳时工作阻力计算模型,对基本顶岩层破断特征及过旧空区时支架工作阻力进行研究。研究表明:回采工作面向旧空区推进时易在旧空区上方基本顶岩层处发生超前断裂,形成巨大块体B;岩块B既有滑落失稳又有回转变形失稳。因此,在计算支架工作阻力时必须考虑两种失稳对支架的载荷,得到支架工作阻力计算公式。

大倾角孤岛综采面支架-围岩稳定性控制研究

针对1523大倾角工作面进入孤岛区后支架-围岩事故频发的开采难题,探析了支架-围岩事故频发原因,采用现场测试与回归计算分析方法研究冒漏片帮与支护参数的相关性关系,并提出了支架故障诊断、防倒防滑装置、稳定性控制指标和设备操作工艺等综合控制技术。结果表明:采用该技术后端面顶板冒高大于0.40 m的冒顶频率由76%减小到16%,端面煤体片深大于0.5 m的片帮频率由72%减小到23%,未发生恶性片帮冒顶与支架倒架现象,有效解决了大倾角孤岛面支架-围岩失稳的控制难题。

上薄下厚近距离煤层同采覆岩破断结构特征及支架-围岩关系

为了揭示上薄下厚近距离煤层同采覆岩破断结构特征,保障下位厚煤层顶板的稳定,本文根据泉店煤矿东翼11采区首采面的近距离煤层群地质赋存条件,采用相似模拟研究了上薄下厚近距离煤层群同采覆岩破断规律,进而分析了下位厚煤层覆岩在开采影响范围从上到下是由断裂块体、破碎体、破裂体、较完整岩层等不同介质组成的,建立了上薄下厚近距离煤层群同采支架-围岩关系模型,揭示了其相互作用体系由支架-组合悬梁结构-松散结构-铰接顶板结构组成,推导出支架工作阻力的计算公式。实例计算了泉店煤矿二1-11070综放工作面支架的支护阻力,为支架选型提供理论依据,并现场实测了支架阻力,实测结果与理论计算结果较为接近,该理论可为类似条件下的顶板控制提供参考。

厚土层薄基岩浅埋煤层“支架-围岩”关系实验研究

依据陕西南梁煤矿首个综采面煤层赋存特征及覆岩力学参数,对厚土层覆盖层下薄基岩浅埋煤层开采进行了大比例相似材料模拟实验研究,分析了额定工作阻力6000 kN支架的运行特性,揭示了厚土层浅埋煤层开采上覆岩层的破坏规律及“支架-围岩”关系,研究认为厚土基浅埋煤层裂隙带高度比一般赋存条件下的煤层大,在实验支架初撑力频率分布与生产实际相似的情况下,实验得出的支架额定工作阻力比按一般赋存条件计算公式得出的支架阻力大许多,说明一般计算公式不适宜用于厚土层浅埋煤层．实验首次采用了力学特征与原型相似的恒阻模拟支架控制系统,研究为南梁煤矿综采面支架选型及开采提供了重要的科学依据．图5,表3,参8．

综放工作面支架与围岩耦合关系及端面顶板稳定性研究

针对综放工作面支架-围岩耦合关系及端面冒顶问题,运用有限元极限分析和模型试验,研究了支架俯仰角、端面距、割煤高度及覆岩破断对端面顶板稳定性及支架-围岩耦合关系的影响,获得了顶煤位移、支架偏载及端面冒顶演化规律。结果表明:顶梁上方顶煤垂直位移呈中间大两端小,水平位移由梁端向采空区方向逐渐增大,而端面无支护区顶煤位移由煤壁向梁端降低;当顶梁俯角为3°时,支架对顶煤提供水平支撑力,顶煤位移更均匀,支架偏载情况更好;端面距和割煤高度均与端面顶板稳定性呈负相关;覆岩回转破断会恶化支架-围岩耦合关系,降低支架支护效果,导致端面冒顶。因此,综放工作面应合理调整支架位态及割煤高度,尽量减小端面距。

薄基岩综放采场支架-围岩关系研究

以潞安矿区司马煤矿薄基岩综放开采为背景,采用现场实测、数值模拟、理论分析相结合的方法,研究了薄基岩综放采场支架-围岩关系,得到了薄基岩条件下综放采场的支架工作阻力和顶板下沉量关系曲线,并给出了薄基岩综放开采支架工作阻力计算方法。研究结果表明:薄基岩综放开采的支承压力影响范围远小于厚基岩开采;支架工作阻力和顶板下沉量仍然满足类双曲线关系;顶煤在高围压作用下,"垫层"效应降低,呈现出"似刚性体"特征,基本顶"给定变形"压力能够有效地传递至支架,造成较高支架工作阻力。该研究成果合理解释了薄基岩综放采场来压显现强烈、支架工作阻力大于厚基岩的现象,为薄基岩综放开采支架合理选型提供了依据。