近距离煤层块体结构顶板破断规律研究

针对近距离煤层群开采下部煤层工作面受重复采动影响较大,生产条件复杂,采场围岩控制难度大等问题,以贵州省盘江松河一矿作为工程背景,确定了16号煤层工作面顶板结构。结合工程条件对块体结构顶板动态垮落过程进行了分析,并利用3DEC对顶板垮落与运移情况进行模拟,发现在上覆采空区卸压作用下,工作面初次来压步距为20 m,来压程度较小,因此块体结构顶板具有一定承载能力,垮落过程与理论研究相吻合,工作面采用ZY3800/2015/33D型液压支架搭配ZDYZ型电液控制系统可有效支护采场顶板。本文为相似工程条件下井工开采采场围岩控制提供了一定的理论依据。

煤巷板裂结构顶板锚杆设计方法及应用

根据峰峰矿区十几条煤巷锚杆支护实践 ,提出了一种用于板裂结构顶板的锚杆实用支护设计方法。锚杆的悬吊作用和兜吊作用是该方法的理论基础。给出了锚杆参数设计的主要公式。实践表明该方法具有简单、实用的优点。

一种求解地下结构顶板频率和振型的方法

采用欧拉梁横向自由振动理论,发展了一种求解浅埋地下结构顶板频率和振型的方法。鉴于地下结构顶板频率求解问题的复杂性,首先将该问题假定为平面应变问题求解,推导出浅埋地下结构项板梁的自由振动方程;然后根据顶板梁的边界条件,得到了顶板梁的频率方程,从而得出了顶板梁的频率和振型;进一步得出了墙体转动刚度对顶板频率影响的规律,即转动刚度对顶板低频影响较小,对高频影响较大。还综合考虑土体刚度随埋深的变化和由于土体成拱引起的土体附加质量的变化,研究了结构顶板频率随埋深的变化。这些结果可以为地下结构的动力计算提供参考。

板裂结构顶板锚梁支护的离散元数值模拟

介绍了采用离散元 2D -block对锚梁支护板裂结构顶板进行数值模拟分析计算 ,研究板裂结构顶板的应力场 ,锚梁支护锚杆的轴力以及顶板位移及锚固顶板的破坏形式。

地下室结构顶板裂缝的防控

自改革开放以来,我国的经济得到了很大的发展,城市化水平也得到了很大的提升。城市当中的建筑物越来越多,为了进一步利用城市现有的空间,越来越多的地下室被建造出来。地下室往往被建设在大型的建筑物下面,再加之地下室目前正向着大面积大荷载的方向发展,因此地下室结构顶板常常发生裂缝的现象。虽然说这类现象较为普遍,但事实上只要采取合适的措施,并且严格地执行下去,地下室结构顶板裂缝的现象就能得到很好的控制。该文通过对地下室结构顶板出现裂缝的原因进行分析,以本地某小区的地下停车场为例,来提出相关的地下室结构顶板裂缝的防控措施。

兼作城市道路基层的地下结构顶板伸缩缝防水构造设计

结合上海轨道交通徐家汇枢纽工程的现状,介绍了专门适合兼作城市道路结构层的地下结构顶板伸缩缝的防水措施,即通过构筑起互相联系的多道防线,多角度、多层次地达到防水效果,有效控制运营过程中的风险,同时也降低后期维修和养护成本。

复杂弱结构顶板综采工作面矿压显现规律研究

针对工作面地质状况,研究了矿压显现规律监测方法,得出矿压显现规律,较好地指导了生产。

基于顶板结构特征的冲击危险性评价方法及应用

目前煤矿普遍采用的冲击危险性评价方法忽视了岩层层位、厚度等对冲击危险性评价结果的影响,致使现有冲击危险性评价体系对不同地层结构下顶板冲击危险性评价准确度不足。根据采空区覆岩破坏程度,建立了全悬顶结构、半悬顶结构及完全移动结构3类顶板结构力学模型,分析了各类顶板结构类型下的应力传递机制,提出了基于3类顶板结构与实测矿震数据相结合的动静载叠加应力计算方法及考虑顶板结构特征的冲击危险性评价指标及评价方法,并分析了岩层强度系数、关键层厚度以及岩层下沿距工作面距离对冲击特征参数p的影响规律;依托鄂尔多斯市某矿2201工作面、济宁市某矿63上06工作面及菏泽市某矿3301工作面地层结构条件,进行了顶板岩层结构下动静载叠加应力及冲击危险性评价参数的计算,并根据计算结果进行了冲击危险性评价验证分析。

硬厚顶板破断结构演化及冲击危险区分析

针对硬厚顶板破断及结构演化对工作面冲击显现的影响,以东滩煤矿63上05工作面硬厚顶板条件为背景,运用理论分析和数值模拟分析了硬厚顶板破断失稳的临界条件及其结构演化过程,并划分工作面冲击危险区域。结果表明:顶板厚度和强度与块体破断时端部垂直载荷成正比,直接顶与基本顶的结构形态由“V”形演化成“U”形;顶板初次和周期跨落步距相较于常规情况明显增大,且基本顶结构演化较直接顶具有迟滞性;顶板垂直应力以应力拱形式演化,开采过程中在采空区中形成多处应力集中。基于研究结果,划分63上05工作面冲击危险区域并利用微震监测技术验证准确性。

人防地下室顶板结构设计方法分析

随着时代的发展和进步,对于建筑工程的安全性以及稳定性提出了更高的要求,而且我国提出的《中华人民共和国人民防空法》也对建筑工程进行明确规定,指出在进行建筑工程建设施工的过程中,需要按照国家相关规定以及标准修建战争时可以应用的防空地下室。对于人防地下室来说,其在实际建设的过程中,要求结构具有更强的安全性以及稳定性,以此保证应用的有效性,并保障战时防空安全。因此,在实际开展人防地下室建设的过程中,需要重点关注顶板结构设计,将其作为核心内容,为后续施工建设提供保障。

掘进巷道迎头顶板围岩结构及稳定性分析

在巷道快速掘进中,安全、快速、高效形成巷道并完成支护是关键,支护时机、掘进步距以及空顶长度是工序中的关键参数,需对巷道围岩变形规律进行深入了解。巷道围岩变形和强度主要取决于岩体结构,根据其受力特质,一般把巷道顶板岩层分为复合软弱岩层和关键岩梁。为有效控制巷道围岩变形,必须研究不同条件下顶板岩石的力学行为,包括变形特征、强度特性以及破裂过程,掌握不同条件下巷道变形规律,为确定快速掘进中巷道无支护空顶距离和支护时机提供判断依据。

大倾角煤层长壁开采顶板结构时空演化特征

为了明确大倾角煤层走向长壁开采顶板结构时空演化规律,采用物理相似模拟、数值模拟、现场实测综合互馈的研究手段,对采空区矸石的非均匀充填特征、顶板结构空间展布形态、围岩主应力大小渐变与方向偏转的演化过程和支架工作阻力的区域性特征进行研究。结果表明:随着推进距离的不断增大,底板上矸石堆积范围增大,在支架后方采空区开始往复出现倒三角的临空面;在深部采空区,矸石堆砌与水平面之间夹角沿倾向下部至上部不断减小;顶板位移呈现出“增大-稳定”的演化趋势,峰值位置由工作面倾向中上部区域向倾向中部迁移;顶板应力传递拱壳呈典型的非对称分布特征,拱壳内部岩体受力状态由双向受压转为单、双向受拉,主应力方向由x轴正向转为负向;顶板变形破坏的非对称性使得工作面支架工作阻力呈现倾向中上部较大、离散程度高,倾向中下部较小、离散程度低的区域特征。研究结果可为大倾角煤层长壁采场顶板稳定性控制提供一定的参考与指导意义。

大倾角煤层开采顶板主应力方向分布特征及力学分析

为了分析大倾角煤层开采顶板最大主应力方向旋转对顶板变形破坏的影响,以新疆焦煤集团2130矿25221工作面为背景,采用物理相似模拟实验、FLAC^(3D)数值模拟方法对大倾角煤层开采过程中顶板破坏及岩层结构演化特征、最大主应力方向等值线分布及其对顶板破坏影响进行分析,在此基础上建立顶板力学模型,讨论了顶板挠度分布特征。结果表明:随工作面推进,顶板破坏包络线上方承载拱拱体范围逐渐增大,拱顶逐渐向岩层中上部延伸;顶板的最大主应力方向等值线分布形态由“m”逐渐向“n”型演化(采空区中、上部区域顶板最大主应力方向偏转程度较大),在主应力方向偏转和最优扩展裂隙角协同作用下,促使顶板中上部发生破坏并逐步向高位岩层迁移;建立顶板力学模型,通过Python编程将顶板数据代入计算可得,在顶板岩层倾向4/5处出现挠度峰值。

矸石充填开采顶板破断结构划分及覆岩运动规律研究

针对充填开采采空区顶板破断的结构进行划分,并基于薄板理论给出采空区顶板破断的计算公式,通过理论计算与顶板钻孔实测分析判断唐山矿F5001充填工作面的顶板破断类型,且进一步地揭示了采空区顶板运动规律。研究结果表明:充填开采采空区顶板破断结构可以按照3类结构进行划分:Ⅰ类结构为直接顶和基本顶都会发生破断;Ⅱ类结构为直接顶发生破断,但是基本顶不会出现破断;Ⅲ类结构为直接顶和基本顶都不会发生破断。根据所建立的顶板弹性薄板力学模型对工程算例进行计算,确定F5001工作面的顶板破断结构类型属Ⅱ类结构;数值模拟分析表明,F5001工作面充填后,最大下沉量降低了34.4%,塑性区范围降低了74.7%,充填体支撑作用有效控制了覆岩沉降与断裂,对覆岩控制起到关键作用,顶板破断结构、覆岩破坏高度与理论计算和现场实测相符合。

急倾斜煤层顶板结构稳定性及其控制研究

为提高急倾斜煤层长壁放顶煤工作面围岩控制效果和支架稳定性,本文采用物理模拟和理论分析相结合的方法,对顶板结构和液压支架的稳定性进行了研究。结果表明:尾闸附近顶板下沉幅度大,切高小,主闸附近顶板下沉幅度相对较小;随着开采空间的增大,主闸门上方顶板岩层的冒落角增大。顶板岩层的垂直位移和水平位移特征表明,垮落块体在顶板结构的下铰点附近旋转,可能导致滑动失稳。煤层倾角大,使顶板结构更容易发生滑动失稳。在急倾斜煤层中,尾闸和主闸上方可以很容易地形成一个三铰拱。倾角的增长,沉降大门上方的拱脚形成显著减少,从而降低屋顶结构的概率变得不稳定由于大变形,而潜在的尾门上方的屋顶结构的滑动稳定性大大增加。

多煤层开采破断顶板群结构发育扩展规律研究

针对高家梁煤矿多煤层开采时下煤层工作面矿压显现剧烈、易出现压架等问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对多煤层开采顶板破断演化规律及强矿压形成机理展开研究,以修正的Hoek-Brown准则作为采动岩体强度准则,模拟多煤层开采覆岩破断扩展演化过程。研究结果表明:由于回采煤层数量增多致使覆岩弯曲下沉带岩层逐渐演变为断裂带,最终导致破断顶板向上发育扩展,形成破断顶板群结构,破断顶板群结构高度分别为23、49、78、112 m;煤层采高和层间距对顶板群破断结构高度的影响明显,但层间距超过35 m时覆岩破断高度保持稳定;当开采多煤层时,破断顶板群结构压力传递至下煤层,使下煤层工作面部分区域出现强矿压显现现象。研究结果揭示了坚硬岩层条件下多煤层开采破断顶板群结构扩展规律及下煤层强矿压形成原理,对工作面布置和强矿压防治具有一定的指导意义。

综采放顶煤支架受力与顶板结构的关系探讨

在现场观测和动力学分析的基础上，研究了综放采场支架载荷有时比分层开采大而有时小的力学机理，提出了综放采场的两种典型顶板结构以及它们的静力和动力学特征，本文结论对综放支架的设计和选型有实际的指导意义。

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。

神东矿区大采高综采工作面过空巷顶板结构和支护方式研究

神东矿区日产3万t以上综采工作面快速过空巷是一个重大技术难题。采用弹性地基梁模型,研究得到工作面过自由空巷时老顶断裂线位于空巷前方较远距离(s1>0),它是工作面过空巷时有利的顶板结构形式;工作面过半自由空巷顶板断裂线位于空巷前方较近距离(s2<s1),它是不利的顶板结构形式。矿压监测表明工作面过自由空巷时空巷顶底板移近量是半自由空巷时的1/6～1/5。此外,提出了以锚索为主的的空巷主动支护方式和参数。

浅埋煤层群采场周期来压顶板结构及支架载荷

现场勘查发现,神府矿区浅埋煤层群间隔岩层厚度大多在15～45 m时,间隔岩层易存在单一关键层结构。文章通过现场实测得出了浅埋煤层群开采周期来压的基本特征:来压步距减小、强度增大、煤壁片帮严重,动载现象、台阶下沉现象和大、小周期来压现象明显。物理相似模拟实验揭示了间隔岩层关键层与上煤层已扰动关键层同步与非同步破断的大、小周期来压机理,发现了间隔岩层关键层与已扰动关键层共同形成的"梁-拱-壳"结构形态,给出了上煤层已扰动关键层结构形态的判别方法,得出了浅埋煤层群开采顶板周期破断可形成"台阶-台阶"、"砌体-台阶"、"砌体-砌体"的基本结构。综合建立了浅埋煤层群开采间隔岩层周期破断结构与力学模型,给出了支架受动静载荷作用的工作阻力计算方法,并得到了现场验证。