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。

对浅埋煤层“短砌体梁”、“台阶岩梁”结构与砌体梁理论的商榷

基于砌体梁结构岩块平衡的几何条件,讨论了《矿山压力与岩层控制》教材中浅埋煤层开采岩层控制部分"短砌体梁"结构和"台阶岩梁"结构的概念.认为浅埋煤层顶板因为不满足砌体梁结构断裂岩块长度起码大于层厚2倍的平衡先决条件,因而不能形成砌体梁结构,而"短砌体梁"是"断裂岩块厚度与长度之比接近1"的砌体梁结构,故"短砌体梁"概念与砌体梁理论相矛盾;"台阶岩梁"的概念建立在不正确的假设之上,不恰当地应用了砌体梁理论的结论,将已失稳垮落的N岩块仍按砌体梁理论的"铰接"条件分析,因而"台阶岩梁"结构是不存在的.实际上只要视M岩块即"控制岩块"为岩梁建立模型即可.

一种适用于大开间住宅结构的构造柱-圈梁体系

介绍一种新型的砌体结构构造柱—圈梁体系 ,该体系通过密布圈梁充分发挥构造柱在房屋受力过程中的主动作用 ,改善组合墙的倒塌过程。对这种构造柱—圈梁体系的砌块墙片进行的有限元计算分析表明 :与传统的砌体结构构造柱—圈梁体系相比 ,新体系的刚度和承载力都较传统组合墙有所提高 。

采场覆岩“宏观-大-小”结构及其失稳致灾机理

针对薄基岩工作面易发生顶板整体切落压架事故问题,采用理论分析和数值模拟对一般工作面和薄基岩工作面采场覆岩结构失稳致灾机理进行对比研究。建立采场覆岩"宏观-大-小"结构力学模型,确定不同覆岩结构失稳支架临界工作阻力,分析了关键层上覆载荷对关键层破断形式和破断块体稳定性的影响,并通过UDEC数值模拟软件对典型工程地质条件下采场覆岩结构及应力场演化特征进行了模拟验证。研究结果表明:(1)一般工作面回采后,采场覆岩中会自下而上依次形成"支架-围岩"小结构、"砌体梁"大结构、"压力拱"宏观结构,小结构的稳定性取决于大结构的稳定性,而大结构的稳定性又取决于宏观结构的稳定性;(2)在宏观结构的保护作用下,关键层上覆载荷较小,关键层破断岩块容易形成"砌体梁"平衡结构,作用在支架上的力较小,工作面矿压显现缓和;(3)随着关键层上覆载荷增大,关键层破断步距减小,破断形式由弯拉破断转变为剪切破断;(4)当关键层破断岩块上覆载荷过大,大结构发生失稳,关键层自重及其上覆载荷经垮落带岩层作用在采场支架上,导致小结构失稳,发生压架事故;(5)薄基岩工作面采场覆岩中无法形成宏观结构,上覆岩层在承压含水层水压力及自重作用下沿煤壁发生全厚整体切落,易造成工作面压架事故;(6)一般厚层坚硬顶板工作面来压步距越大,矿压显现越剧烈,而薄基岩工作面来压步距小,矿压显现反而剧烈。

某砌体结构改造底部框架-抗震墙砌体结构房屋的探索与实践

底部框架-抗震墙砌体结构是由一种新型混凝土夹芯式框架柱、一种双梁(肩梁复合梁体)及抗震墙组成。该成果主要应用于既有砌体结构房屋底层大空间的改造,对于大量老旧建筑可实现使用功能的改造与更新,提升使用功能及空间使用效率。

底部框架砌体结构地震损伤模拟分析

在强烈地震中,大量的底部框架砌体房屋损伤、破坏甚至倒塌,严重威胁着生命财产的安全。在对汶川地震中一栋典型的底部框架砌体结构房屋现场震害调查的基础上,本文采用有限元法分析了其非线性地震反应行为和损伤演化过程,探讨了底部框架结构的地震破坏机理。研究表明:采用精细化有限元建模方法可以比较可靠地模拟结构地震损伤破坏过程。由于填充墙的约束效应,框架柱的实际计算高度减小而成为短柱,地震作用下框架柱在开窗部位发生脆性剪切破坏,是该结构地震破坏的主要原因。抗震设计时宜考虑框架与填充墙的相互作用效应,避免形成短柱破坏。

短悬臂盖梁柔性拉压杆模型分析研究

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)基于应力扰动区(D区)刚性拉压杆模型给出了短悬臂盖梁承载能力极限状态的计算方法,但对于正常使用极限状态抗裂验算未进行规定。如果按刚性拉压杆模型进行抗裂验算,则拉杆钢筋的应力往往偏大,配筋将过于保守。实际上拉杆和压杆刚度相差较大,按有限变位的柔性拉压杆模型推导了拉杆拉力的计算公式,并结合工程实例采取有限元实体模型进行验证,结果表明柔性拉压杆模型计算结果精度更高,与有限元分析结果更吻合,相关结论可供类似工程参考。

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。

综放开采覆岩结构稳定性及支架支护阻力分析——以保德煤矿为例

以保德煤矿综放开采为工程背景,基于理论分析、相似材料模拟试验手段与方法,分析了大采高综放面覆岩的结构类型,应用弹性力学理论,建立了砌体梁结构、短悬臂梁结构的力学解析模型。研究表明:直接顶特征对矿压显现具有重要影响,覆岩的多关键层层序决定覆岩形成的悬臂梁结构是保德矿矿压显现强烈的根本原因,工作面三盘区支架工作阻力不小于16271.8 kN,目前所选择的支架工作阻力偏小,建议选择支护强度与工作阻力较大的支架。

地铁高架车站型钢混凝土转换短梁试验研究

高架车站"桥-建组合式"中的转换梁与建筑结构中的转换梁受力特点有所不同,设计理论尚待完善。结合重庆某高架车站工程项目,对型钢混凝土和型钢高延性混凝土转换短梁进行试验研究,为其合理设计提供建议。采用缩尺静力试验对比二者在破坏形态、抗剪承载力、变形能力等方面的不同,并总结单跨两侧带悬臂型钢(高延性)转换短梁的承载力设计方法。结果表明:采用现行规范设计的型钢混凝土转换短梁可以满足承载力和延性要求;其他条件相同时,型钢高延性混凝土转换短梁比型钢混凝土转换短梁的抗剪承载力略高,但可显著提高抗剪耗能能力、有效降低破坏时的损伤程度。

钢-砌体组合墙梁结构在砌体结构房屋改造托换中的应用研究

针对砌体结构房屋加固改造中拆墙托换的问题,提出了一种新型的托换结构体系。首先对拟拆墙体上部采用外包角钢加固形成钢-砌体组合托梁,然后对上层墙体采用钢筋网聚合物砂浆面层进行加固,组合托梁与加固后的上层墙体形成组合墙梁结构,形成托换结构体系。通过对4个试件的试验研究得到:该托换结构的受力机理与砌体墙梁结构相同,可简化为拱结构,加固后的上层墙体通过拱作用将荷载向两端支座传递,角钢和钢筋网水平钢筋为拉杆,减小了组合托梁的内力,提高了构件的承载力。托梁端部和上层墙体端部均设置构造柱,保证了上层墙体内钢筋网水平钢筋的锚固,避免了托梁支座处砌体局压破坏。原墙体内是否有圈梁和角钢大小对托换结构的承载力有一定影响。该托换体系墙体最终产生斜压破坏,墙体的抗剪承载力可按照砌体墙梁墙体抗剪计算公式计算,但计算结果偏保守。

圈梁—构造柱系统的功能开发

在砌体结构理论和现有国内外研究成果的基础上，总结了若干带普遍性的工程实践经验，提出了“多筋构造性”、“悬置圈梁系统”及关于引用广义“混合结构”以扩大“砖混结构房屋”常规含意的概念。

某砌体结构办公楼的抗震加固和接建设计

根据某砌体结构办公楼的现状及鉴定结论,采取外加圈梁-构造柱结合钢筋网砂浆面层的方法对其进行抗震加固和接建设计,并通过结构设计软件PKPM和规范评价方法对其进行了计算分析。结果表明,该方法既提高墙体的抗剪承载力,又增加了结构的整体延性,很好地改善了砌体结构的抗震性能。

基于断裂力学的特厚煤层综放开采顶板破断规律研究

针对特厚煤层综放开采过程中矿压显现剧烈支架工作阻力难以确定的问题,结合特厚煤层工作面顶板岩层破断形成的悬臂梁-砌体梁力学结构模型。工作面来压阶段支架工作阻力不足时,引起砌体梁结构下沉使悬臂梁结构回转变形破断,造成上覆砌体梁结构滑落失稳压架使工作面矿压显现剧烈的特点,建立了含中心斜裂纹的悬臂梁结构破断的力学模型,应用断裂力学理论,分析了悬臂梁破断失稳的影响因素,推导了支架荷载的表达式。结果表明:裂纹倾角和长度是悬臂梁破断失稳的主要影响因素;支架荷载除与悬臂梁自身因素有关外,还与砌体梁垮落步距等因素相关。结合塔山煤矿8102综采工作面地质条件,计算了支架荷载的理论值,验证了理论分析的合理性。理论研究成果对于分析特厚煤层开采时的支架荷载的大小,合理选择支架减少顶板事故具有一定的工程实际意义。

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。

装配整体式圈梁-构造柱约束墙体抗震性能试验研究

为改良现浇钢筋混凝土圈梁及构造柱施工工艺,满足村镇砌体结构建筑工业化要求,提出一种装配整体式圈梁-构造柱建造体系。利用拟静力试验对传统砌体砖墙及装配式圈梁-构造柱约束砖墙共2个足尺试件进行研究。通过对比分析得到装配整体式圈梁-构造柱约束砖墙的破坏模式、滞回曲线、刚度退化和能量耗散等抗震性能参数,结果表明：1）在地震作用下,装配整体式圈梁-构造柱体系能够有效约束砖墙体的过大变形,防止墙体产生大面积倒塌;2）装配整体式圈梁-构造柱体系能够提高结构的初始刚度,增强结构的耗能能力和延性。

大采高综放工作面回采期间覆岩结构破断研究

以大同某煤矿8107大采高综放工作面为研究背景,通过建立理论力学模型研究了回采过程中顶煤覆岩高位的"砌体梁"结构与低位的"悬臂梁"结构耦合形成的"砌体梁-悬臂梁"结构,以及合理的支架工作阻力。现场实测8107工作面正常回采以及来压时支架工作阻力分别为26 MPa和40 MPa,与理论计算结果较为吻合。说明8107工作面采用的ZF15000/27.5/42型四柱低位放顶煤支架能够满足生产需求。