工作面端头悬顶在沿空巷道中破断位置的预测

阐述了基本顶在工作面端头形成的三角形悬顶对沿空巷道的危害,并对悬顶破断结构进行了分析.应用文中的分析研究结果,在生产实践中成功地预测了三角形悬顶在沿空留巷中破断的位置和时间,为确定滞后加固沿空巷道的时间和长度提供了理论依据,对保护沿空留巷的安全具有重要意义.

老顶超前破断位置的研究

利用弹性地基及薄板理论，建立了老顶运动力学模型，导出了挠曲运动方程和超前破断位置计算式。

GB/T 8358—2014钢丝绳破断拉力测试断距规定合理性商榷

基于对ISO 3108:2017(E)、ISO 2408:2017(E)等标准关于钢丝绳破断拉力测试规定研究,考虑到一个捻距长度钢丝绳是理论上最短长度钢丝绳,结合6 d在数值上近似等于一个钢丝绳捻距,分析认为,对任何直径的钢丝绳进行破断拉力测试,为测得其真实破断拉力,试样的破断位置距测试机夹头最小距离应该是6 d,GB/T 8358—2014规定试样破断位置距测试机夹头最小距离在6 d或50 mm(两者取其小者)选择的合理性值得商榷。

冰排与斜面结构作用时的破断长度分析

研究了冰排与斜面结构的相互作用过程.文中将冰排分为在斜面附近脱离水面部分和较远处漂浮 于水面部分两个区域,建立了冰排因弯曲而发生破断的数学模型,根据弯矩分布分析了冰排可能的破断位置, 从而得到冰排与斜面结构相互作用时的破断长度解析表达式.结果表明,冰排破断长度既不是冰厚的固定倍 数,也不与冰排特征长度直接相关.计算结果与前人实验结果吻合较好,可以为近海冰区抗冰结构的设计提供 参考.

综放工作面多区支撑顶板的力学模型及破断特征

综放工作面一次开采厚度和宽度大,顶板破坏条件和影响因素复杂。为分析综放工作面顶板破坏特征,将基本顶视作为原岩区、液压支架控顶区、采空区、破断垮落顶板充填体4区支撑的板,建立综放工作面多区支撑的顶板力学模型,开发有限元计算程序,结合二分法反演基本顶作用荷载和周期垮落步距。利用模型研究陕西崔木煤矿综放开采过程中顶板弯矩和剪力分布,分析基本顶沿煤壁前方断裂、煤壁处断裂和采空区断裂的条件、影响因素及影响规律,结果表明:综放开采多区支撑基本顶的最大弯矩发生在煤壁前方;若基本顶在煤壁前方产生拉伸破断,基本顶边界条件改变,引起弯矩重分布,最大弯矩位置转移至煤壁处;若基本顶不在煤壁处断裂,随着工作面推进,基本顶内最大弯矩增大,最大弯矩位置向采空区方向偏移,基本顶将在采空区上方断裂;基本顶最大弯矩位置受支架刚度、基本顶抗拉强度和厚度影响较大,随着支架刚度、基本顶抗拉强度和厚度增大,最大弯矩发生位置向采空区方向偏移,更容易在采空区上方位置产生拉伸破断;基本顶最大剪力位置受周期垮落步距、支架刚度、基本顶厚度影响较大,随着周期垮落步距、支架刚度和基本顶厚度增大,最大剪力发生位置向采空区方向偏移,基本顶更容易在采空区上方产生剪切破断。

沿空巷道侧采空区上方基本顶断裂位置研究

以王家岭煤矿N2103工作面地质条件为工程背景,基于弹性地基梁理论建立了基本顶破断力学模型,推导出弯矩的具体表达式。研究结果表明,基本顶内抗拉应力与其对应位置的弯矩大小成正比,最大弯矩处为基本顶破断位置,这与现场钻孔窥视仪勘测结果基本一致。采用该力学模型能够较好地预测沿空巷道侧基本顶的破断位置,进而对沿空巷道煤柱宽度设计提供依据,对类似工程条件的围岩控制具有一定的指导意义。

坚硬厚顶板条件下岩层破断及工作面矿压显现特征分析

以石屹台煤矿生产实际为背景,采用理论分析与现场实测相结合的研究方法,对不同支撑边界条件下坚硬厚顶板破断及来压特征进行了分析。研究得到顶板破断位置及尺寸的确定方法及步骤:1)根据顶板不同支撑边界求得岩层应力分量表达式;2)根据深梁、长梁结构应力分布特点,结合长梁易破断位置应力,给出顶板危险垮断尺寸;3)修正顶板危险垮断尺寸得到坚硬厚顶板岩层内最大主应力及剪应力分布;4)选定最大拉应力或剪应力值接近岩石抗拉或抗剪强度时的垮断尺寸作为顶板极限安全跨距。结果表明:石屹台煤矿坚硬厚顶板以剪断特征为主,顶板初次垮断及周期来压步距分别在35.0 m与9.8 m左右。

大断面综放沿空巷道基本顶破断结构与围岩稳定性分析

综放沿空巷道围岩稳定性与上覆基本顶破断运动及其形成的结构密切相关。以王家岭矿为工程背景,建立综放沿空巷道覆岩结构力学模型,推导基本顶破断位置表达式并确定沿空巷道上覆岩层破断结构形式;采用UDEC数值软件分析不同破断结构形式下综放沿空巷道围岩塑性区、应力和位移演化规律。研究表明:1)侧向基本顶的破断位置与基本顶厚度和力学性质、地基系数、破断块体间的相互作用力等因素有关,结合试验工作面地质生产条件确定基本顶于距煤壁约6.2m处破断。2)随着煤柱宽度由大到小,煤柱承载性能及对顶板支撑作用降低;加之巷道与基本顶破断线间距逐渐减小,巷道受基本顶回转运动影响愈发剧烈,致使沿空巷道顶板中心线两侧应力不均匀分布,进而诱发顶板和两帮不对称变形破坏现象,而且煤柱宽度越小,不对称矿压显现越强烈。3)窄煤柱沿空巷道围岩控制的关键在于对煤柱侧顶板和煤柱帮等变形破坏起始部位进行有效支护,限制变形破坏扩展。工程实践表明,35 d后巷道变形趋于稳定,顶板下沉量47 mm,煤柱帮变形量35 mm,实体煤帮变形量19 mm,巷道控制效果明显。

综放沿空煤巷破坏机理及不对称支护控制

通过理论分析、现场实测和数值模拟相结合的方法分析了某矿窄煤柱护巷覆岩破断和运移规律,得知基本顶断裂位置在煤柱内6.5 m处,且基本顶中关键块B的回转下沉运动是巷道呈现顶板不对称变形和水平剪切错动及煤柱失稳破坏的根本原因。现场实施非对称"多锚索-槽钢-钢筋组合圈梁"关键支护系统后,回风平巷在605综放工作面采动作用影响下基本无离层现象,巷道维护状态比较稳定。

弱胶结含厚砾岩层覆岩联动失稳机制及矿压调控研究

西部地区广泛分布弱胶结软岩,该条件下当煤层上方存在强度相对较高的厚层砾岩时,砾岩层破断对整体矿压影响显著。为解决弱胶结含厚砾岩层采场强矿压控制难题,采用现场监测、理论分析、相似材料模拟及数值模拟相结合的研究方法,获取西部弱胶结含厚砾岩层条件下采场矿压显现特征,揭示厚砾岩层对采场覆岩失稳的主控驱动作用,提出弱胶结厚砾岩层采场矿压调控技术,并进行现场应用。结果表明:(1)工作面初采阶段出现“轻微→剧烈→轻微”阶段性矿压显现趋势,结合覆岩赋存特性确定采场上方厚砾岩层为强矿压显现主控岩层;(2)建立覆岩“传递岩梁+砾岩岩板”结构力学模型,揭示砾岩层破断驱动下采场覆岩呈现空间上“基本顶→砾岩层→砾岩层上方岩层”递次联动失稳、时间上基本顶“大–小循环周期性”及砾岩层上方岩层“瞬时性”失稳特征;(3)基于分析强矿压显现影响因素提出砾岩破断位置系数ζ用于描述砾岩层破断位置向采空区转移程度,覆岩破断系数越小,对应覆岩破断位置更靠近采空区,矿压显现程度越弱;(4)提出以砾岩层破断位置调整为导向、支架初撑力及工作面推采速度优化为手段的强矿压调控关键技术,通过数值模拟及现场实际将初撑力与推采速度优化为31.8 MPa及8 m/d,现场应用效果明显。