房柱式开采煤柱系统失效的模糊理论研究

针对大同矿区房柱式开采坚硬顶板大面积冒落的特征和冒落机理,考虑到煤柱规格尺寸和分布间距的无规律性以及煤柱个体之间强度的差异性等带来的煤柱支承状况的随机、非均和不确定性,引入模糊集理论研究了非均因素对煤柱群体支承能力弱化过程、失效系数的影响。给出了表征煤柱个体间支承状况非均性的隶属函数和支承煤柱模糊失效系数的条件隶属函数关系式,并讨论了隶属函数的取值原则。

煤柱-顶板系统失稳的突变理论模型研究

假设顶板岩层处于弹性工作状态情况下,建立了煤柱-顶板系统的力学模型。根据力学模型,应用突变理论建立了条带煤柱突变破坏失稳的尖点突变模型,导出了条带煤柱破坏失稳的主要条件表达式。分析表明,煤柱失稳与条带煤柱顶板的受破坏程度有关,煤层顶板受开采扰动的影响产生塑性区,塑性区越大,其弹性刚度kd越小,越易发生突变失稳。

非均布荷载作用下煤柱-顶板系统的失稳分析

针对实际工程中作用在煤柱-顶板系统上的荷载为非均布荷载的现象,研究了煤柱-顶板系统在非均布荷载下的失稳机制。基于温克尔假设,把坚硬顶板视为弹性梁,把煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧,从而形成煤柱-顶板相互作用系统的力学模型;基于尖点突变理论,对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了探索,导出了该系统失稳的充要力学判据,并得出了顶板破坏的临界厚度;同时,分析了影响系统失稳的主要参数,并给出了若干工程建议;最后以甘肃省某煤矿为例,计算了该矿体的临界顶板厚度。所得结果为进一步研究煤柱-顶板系统的失稳机制和制定相关规范提供了参考。

考虑工作面出煤柱尺度效应的下位回采巷道布置优化

针对遗留煤柱对下位巷道及采场产生的不利影响,以近距离煤层下行开采为背景,采用理论解析及现场实测等方法,对煤柱下底板偏应力不变量的区域特征、工作面出煤柱压架灾害的发生机理及其尺度效应展开研究。结果表明:①当上煤层相邻工作面开切眼位置不平齐时,下位巷道通过采取平错式布置,在保障巷道自身稳定的前提下,成功将工作面全长出一侧采空煤柱转化为2次小范围的出煤柱过程,实现对采场压架灾害的提前防治。②采用偏应力第二不变量(J_(2))、偏应力第三不变量(J_(3))和偏应力第二不变量(J_(2))水平变化率解析煤柱下方底板岩层的应力状态,并对底板进行分区,确定下位巷道平错距离的下限值为24 m。③工作面出煤柱期间,初次来压或周期来压与顶板-煤柱系统突变失稳产生的动载矿压耦合叠加形成冲击是压架灾害发生的根本原因,计算出煤柱尺度效应,得到平错距离上限值为36 m。燕子山煤矿工业性实践验证了下位巷道采取平错式布置且平错距离为30 m的可行性与合理性。

采空区煤柱-顶板系统失稳的力学分析

基于温克尔假设,把坚硬顶板视为弹性板(突破把坚硬顶板视为弹性梁的传统思想),把煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧,从而形成煤柱-顶板相互作用系统。同时,将煤柱视为应变软化介质,采用近似的Weibull分布描述它的损伤本构模型,依据板壳理论和非线性动力学理论对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了研究,得出了系统失稳的突变机制,并给出了系统失稳的数学判据和力学条件。最后以马脊梁矿为工程实例进行分析,结果表明理论分析值与工程实测数据吻合颇好。本文为进一步研究煤柱-顶板相互作用系统和制定相关规范提供了重要参考。

采空区煤柱-顶板系统失稳的力学分析

基于温克尔假设,将坚硬顶板视为弹性板(突破将坚硬顶板视为弹性梁的传统思想),将煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧,从而形成煤柱-顶板相互作用系统.同时,将煤柱视为应变软化介质,采用近似的W eibull分布描述它的损伤本构模型,依据板壳理论和非线性动力学理论对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了研究,得出了系统失稳的突变机制,并给出了系统失稳的数学判据和力学条件.最后以马脊梁矿为工程实例进行分析,结果表明,理论分析与工程实测数据吻合颇好.

采空区煤柱-顶板系统失稳的力学分析

基于温克尔假设,突破把坚硬顶板视为弹性梁的传统思想,把坚硬顶板视为弹性板,将煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧,从而形成煤柱-顶板相互作用系统;同时,将煤柱视为应变软化介质,采用近似的Weibull分布描述它的损伤本构模型,依据板壳理论和非线性动力学理论对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了研究,得出了系统失稳的突变机制,并给出了系统失稳的数学判据和力学条件;最后,以马脊梁矿为工程实例进行分析。结果表明,理论分析值与工程实测数据吻合较好,为进一步研究煤柱-顶板相互作用系统和制定相关规范提供了重要参考。

刀柱式采空区煤柱合理承载时间分析

为解决坚硬顶板工作面刀柱式采空区对上部煤层开采影响的问题,基于广义开尔文体描述煤柱的流变特性,建立煤柱-顶板系统力学模型,结合最小势能原理,得出采空区煤柱的有效承载时间计算公式,并依据公式对影响煤柱承载时间的影响因素进行了分析,最后结合工程实例进行验证。结果表明:采空区煤柱-顶板系统将随时间逐渐破坏至失稳;煤柱的有效承载时间与自身黏性系数成正线性关系、与瞬时弹性系数近似呈"抛物线"关系、与横截面积成正比例关系、与长期弹性系数、顶板刚度和煤柱高度近似呈负指数关系;建立的基于煤柱流变特性的采空区煤柱-顶板体系力学模型所推导出的煤柱有效承载时间计算公式具有一定的准确性。

矿井工作面区段煤柱留设宽度分析研究

针对矿井综采工作面区段煤柱宽度的合理选择问题,以山西某煤矿区段煤柱煤体为研究对象,分析了覆岩—煤柱系统的受力情况,建立煤柱留设宽度的理论计算公式,然后基于仿真软件构建了数值模型,对上区段煤柱留设合理宽度进行模拟研究,并与理论计算进行对照。结果发现在满足上区段煤柱留设原则的基础上,17号工作面上区段煤柱的最优宽度为5 m。该研究结果可为矿井工作段煤柱合理选择提供一定的理论支持与实践指导。

采空区顶板塌陷破坏的力学分析

为了获得精细化的采空区顶板塌陷机理,从而更好地指导实际工程设计,本文基于温克尔假设,把坚硬顶板视为弹性板,利用板壳力学理论对顶板—煤柱相互作用系统中的顶板进行力学分析,获得了顶板塌陷破坏机理。在分析过程中,利用机动法对温克尔地基板(弹簧支撑板)进行了塑性极限分析,得出了煤柱抗压强度的临界值。最后以马脊梁矿为工程实例进行分析,结果表明理论分析结果与工程实际情况吻合很好。

基于突变理论的小煤窑采空区失稳判据及应用

小煤窑采空区突发性垮塌灾害是榆神府矿区重大地质灾害问题之一。采用工程地质分析及数理推导的方法,分析了小煤窑采空区成灾条件及致灾机理,构建了顶板–残留煤柱岩石力学系统,推导了基于尖点突变模型的采空区系统失稳力学判据。以枣稍沟小煤窑为例进行分析,结果表明,该方法简便实用,计算结果可靠,为小煤窑采空区稳定性定量评价提供了一种新途径。

FUZZY FAILURE ANALYSIS OF COAL PILLARS FOR SUBSIDENCE CONTROL

Randomness and fuzziness involved in rock failure analysis are discussed in the present paper.Fuzzy stochastic process is introduced to simulate pillar/strata deformation process.Study shows that the evolution from damage to failure of the rock materials under complex stress environments conforms to diffusion process.Coal pillar strength is analyzed using fuzzy failure analysis in two coal mines.