采场老顶初次破断机理与破断形态分析

依据典型浅埋煤层工作面的实测和模拟，发现了采场老顶初次破断的非对称现象。运用相似模拟和理论分析相结合的方法，揭示了采场顶板初次破断机理，确定了有关参数。

厚煤层大采高综采面顶板破断规律及机理研究

以杭来湾煤矿首个大采高30201工作面为例,通过数值模拟、理论分析和现场实测的方法,分别对工作面开采过程中顶板破断规律进行研究。基本顶以“悬臂梁”、“砌体梁”的结构形式周期发生破断,造成工作面大、小周期来压显现。建立了工作面顶板力学模型,给出来压步距的计算方法。现场实测表明最大步距67.6 m是平均步距34.4 m的1.97倍,说明约2次小周期来压才有1次大周期来压。

基于弹性薄板理论的采场顶板破断特征分析

针对煤层开采过程中采场覆岩形成的特定空间结构和变形破断形态,运用弹性薄板小挠度理论构建四边固支、两边固支两边简支和四边简支3种支承边界条件下的顶板力学模型,通过理论计算得出了基本顶断裂前后的挠度、弯矩和应力解析表达式,并从理论层面分析了顶板破断的内在机理与显现特征,揭示了采场顶板横"O-X"破断的力学本质。采用三维数值模拟软件FLAC3D系统分析了顶板应力场的演化特征和分布规律,模拟结果与理论分析较为吻合。

承压水上采场底板应力场分布及隔水层破断机理

为实现承压水上安全开采,以新集一矿承压水上开采为工程背景,采用FLAC^(3D)软件计算分析了承压水上采场底板应力分布规律,并基于固支梁理论推导了隔水层发生拉伸破断、剪切破断的力学判据。结果表明:隔水层发生破断位置在采场煤壁附近,隔水层承载能力随着隔水层厚度、抗拉强度、抗剪强度的增大而增大,随着工作面倾斜长度的增大而减小。利用该判据计算可知,该工作面底板隔水层所受水压大于1.78 MPa时易发生剪切破断。最后提出突水防治措施有:一是提高煤壁附近底板的承载能力;二是根据承压水压缩短工作面倾斜长度。

断层影响下采场顶板的破断规律研究

特殊地质赋存下顶板破断规律及压力分布的掌握对于煤炭开采过程液压支架的受力情况把握及支架选型具有非常重要的意义。基于UDEC软件对断层影响下采场顶板的破断规律进行了分析,研究了断层的不同带宽和产状对采场顶板最大下沉值和应力的影响规律,得到了不同断层分布影响下采场顶板的破断规律,这些将为断层影响下采区顶板的支护提供一定的理论指导。

采场顶板破断规律及其应力状态的研究

本文用弹性理论方法分析了月亮田煤矿１３１２４采面顶板的破坏规律，并对采场顶板的应力状态进行了数值模拟，其结果与实测资料比较吻合。说明在月亮田煤矿的具体条件下，所用的分析方法是合理的，对其他采场的顶板来压的预测也具有参考价值。

我矿采场坚硬顶板破断规律及控制

初步探讨了云岗矿采场坚硬顶板破断的基本规律,介绍了利用端头强制放顶处理坚硬顶板的方法,并通过端头强制放顶后的矿压观测资料分析了放顶后顶板上覆岩层的活动规律。

极近距离煤层开采下煤层采场顶板破断规律

以叙永一矿极近距离薄煤层开采为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法,提出了煤层群开采层间距的划分方法;并利用顶板岩梁理论推导了C20煤层直接顶断裂步距表达式;研究揭示了极近距离煤层工作面采场顶板破断规律;利用现场实测矿压数据较好地验证了理论分析和数值模拟结果。研究结果可以为极近距离煤层开采安全高效开采提供参考。

深部变面长采场顶板破断演化的力学机制分析

不规则煤层开采容易引发顶板应力集中、矿压显现异常等问题,为探究变面长采场顶板破断规律与结构演化特征,针对工作面斜长由小变大的突变型采场不同开采阶段的几何特征与力学成因,运用小挠度薄板弯曲理论依次建立并解析4种边界条件的顶板结构模型。根据变面长采场顶板矿压分区显现特征,采用MATLAB与FLAC数值模拟方法分析顶板破断规律与宏观力学响应。通过系统分析与总结归纳,构建了变长工作面“三场三区三结构”的覆岩结构传递演化模式,提出了“两场两规律”的顶板分区破断效应。并通过典型工程案例的矿压实测进行应用验证。结果表明:变面长采场分为小面采场、变面采场和大面采场,小面采场顶板为缓压型结构,发生的是传统“O-X”形破断;变面采场顶板为突变型结构,顶板断裂产生的延长形与漂移形“O-X”破断裂隙与大面采场增压型结构顶板的裂纹发育特征较为相似,故将二者整合为全大面采场;全大面采场顶板发生的是“X-O”形破断,裂纹继续发展产生延长形破断,形成“两场两规律”的顶板破断理论。研究结论为探明变面长采场的覆岩运移本质,加强深部复杂煤层赋存条件下的顶板灾害防控提供了重要依据。

坚硬厚层顶板群结构破断的采场冲击效应

煤矿开采工作的进展使开采空间逐渐扩大,工作面的顶板通常处于悬吊状态。当工作面与坚硬顶板产生一定距离后,顶板会突然垮断,对井下工作人员的生命安全及井下生产设备造成一定的威胁。因此,坚硬厚层顶板群结构破断处理是采场控制的重点问题之一。本文针对坚硬厚层顶板群结构破断的采场冲击效应进行分析。

变采场顶板破碎力学演化机理及数值模拟分析

随着采矿方法的多样化和开采环境的复杂性,变长度工作面煤层开采现象日益增多。根据变长采场安全开采情况日益突出,以变长度小采场为研究对象,对变采场的采场顶板力学模型进行研究。利用弹性薄板理论建立了开采过程中断裂前后的弯曲力矩的解析表达式,并进行理论计算。利用MATLAB数值拟合对两种薄板结构的内力分布特征进行研究,从岩石运动的性质揭示顶板变形、破坏和塌陷的失稳机理。

采空区坚硬顶板破断机理与灾变塌陷探讨

采空区如果顶板发生破裂,就会引起灾变塌陷,危害作业人员的人身安全。因此,加大对于采空区坚硬顶板破断机理的研究,分析其与灾变塌陷之间的关系,对采空区安全可靠作业有着至关重要的影响。本文依靠构建采空区矿柱支撑顶板弹性基础板力学模型,着重分析受力点、破断机理、灾变塌陷之间的关系,以供广大同行参考与研究。

基于Winkler地基的仰(俯)采采场顶板破断分析

基于Winkler地基假设,分析了仰(俯)采采场顶板破断机理,建立了仰(俯)采基本顶初次来压和周期来压的力学模型。运用ANSYS数值模拟软件对仰(俯)采采场顶板围岩应力分布进行数值模拟。通过理论分析、数值模拟和实例分析表明,仰斜开采和俯斜开采的初次来压步距相同,但由于基本顶的断裂位置不同导致仰采的来压强度大于俯采的来压强度。其次,由于基本顶上的最大拉应力大小不等,导致仰采的周期来压步距小于俯采。与俯采相比,仰采的围岩活动剧烈,矿压显现程度严重。但俯采工作面上覆岩层垂直压应力大于仰采,俯采工作面的超前支承应力也大于仰采。综合分析,得出俯斜开采比仰斜开采优越。

特厚煤层坚硬顶板初次破断特征的力学分析

为了揭示特厚煤层综放工作面坚硬顶板破断与矿压显现的力学机制,基于材料力学与岩石力学等理论,建立了特厚煤层综放开采坚硬顶板初次破断力学分析模型,分析了特厚煤层综放开采坚硬顶板中弯矩的分布情况,推导了坚硬顶板超前破断位置与初次破断距的解析公式,系统研究了煤层厚度、顶板厚度、顶板弹性模量、顶板强度等关键因素对顶板初次破断特征的影响规律。结果表明:特厚煤层综放工作面坚硬顶板的初次破断距与煤层厚度呈负相关的关系,而与顶板厚度、顶板弹性模量、顶板强度呈正相关的关系。在此基础上,开展了山西韩家洼煤矿特厚煤层22203综放工作面矿压规律的现场监测,并将理论分析结果与现场监测数据进行对比分析,两者基本吻合。

软岩采场老顶破断的有限元模拟

将软岩采场老顶岩层视为支承于粘弹性基础上的薄板，设计了研究老顶破断的ＦＥＡＥＢＰ有限元模拟方法。该法能有效的模拟各种岩性参数、开采边界条件和各种几何尺寸的老顶岩层在开采过程中破坏的过程和结果，最终提供老顶的破坏形式、断裂步距、顶板下沉状态等分析数据，并对老顶来压的预测预报、选择合理的控顶措施提供依据。

浅埋煤层厚硬顶板破断与冒落的数值模拟

基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weibul分布的假设 ,运用岩体破裂过程分析 (RFPA2D)系统 ,模拟浅埋厚硬顶板冒落与支承压力的动态变化规律 ,分析了浅埋煤层厚硬顶板的破断机理。研究表明 :浅埋煤层厚硬顶板的破断与冒落规律与普通埋深煤层中覆岩的破断与冒落规律有显著差异 ,其初次破断与冒落形态为拱形 ,周期破断与冒落呈全厚切落和拱形交替发生。

大倾角伪俯斜采场顶板运移规律实验研究

为研究大倾角伪俯斜采场顶板垮落运移及其与支架相互作用关系。采用大比例三维物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究手段,深入分析了伪俯斜采场初采阶段和正常回采阶段顶板应力演化与变形破坏规律,垮落顶板充填特征以及“支架-顶板”相互作用规律。结果表明,大倾角伪俯斜采场顶板应力分布与位移具有非对称性,顶板具有非对称“O-X”破断特征,且具有明显的时序特征,其中“O”破断顺序为:采空区侧边界—采煤工作面侧边界—上部边界—下部边界;“X”破断顺序为:工作面倾斜上方基本顶先发生破坏,随后基本顶沿顺时针方向依次破断。顶板周期性来压与垮落均具有分区特性与时序性,沿走向工作面各个区域顶板的垮落位置与支架相对位置不同,其中,工作面倾斜中部支架直接受到垮落顶板的作用,具体为“砸—压—推”,而倾斜上部与下部垮落顶板仅在下滑过程中对支架产生倾向向下的推力,未出现明显的砸、压现象,上部作用最弱,破断顶板使支架发生不同程度的“倒”、“扭”现象;垮落顶板对采空区的充填可分为4个阶段,各个阶段交替转化的过程对工作面中、下部支架的稳定性产生了影响,矸石堆积区最终沿走向形成充填稳定区域与动态运移区域。为大倾角煤层伪俯斜采场岩层控制提供科学依据,也丰富了大倾角煤层采场岩层控制理论。

变长工作面采场顶板破断机理的力学模型分析

为了深入研究变长工作面采场顶板的破断特征和垮落形态,以工作面长度由大变小的"刀把式"采场为研究背景,运用弹性薄板理论构建了5种不同支承边界条件下的顶板力学模型,通过理论计算得出了大小采面基本顶断裂前后的挠度、弯矩和应力变化,并理论分析了顶板破断的力学机理.研究表明:大面采场顶板首先在板边四周形成"O"形破断,而后在中部形成平面的"X"形破断,两者贯通后构成顶板的"O-X"型破断;小面采场顶板先在顶板中部形成空间"X"形破断,而后与四周形成的"O"形破断交合贯通构成顶板的"X-O"型破断.运用数值模拟方法探究了变长工作面采场顶板塑性区的分布范围和应力场的演化规律,模拟结果对大小采面的顶板破断形态进行了有力验证.

多层矿采场顶板破断的弹性薄板机理研究

多层矿体重复采动严重影响采场顶板的稳定性。结合多层矿的特点,将采场顶板视为弹性薄板,应用能量分析法推导出多层矿采场顶板的挠度和应力的解析式,总结了薄顶板的应力分布规律和破断特征,给出了顶板初次来压和周期来压的破断距的计算公式,为安全生产提供了理论依据。

大倾角仰(俯)采采场顶板破断的薄板模型分析

为了研究大倾角仰采、俯采采场顶板破断机理,建立了大倾角仰、俯采顶板薄板力学模型,利用薄板理论并结合力学分析、数值计算对大倾角俯采及仰采工作面破断时的基本顶岩层应力分布特征与破断机理进行了分析计算,得出了薄板极限破断准则和破断步距理论计算式.结果表明:大倾角仰(俯)采采场顶板破断形式不同于近水平煤层顶板的"O-X"型破断;倾角影响并决定着采场顶板倾向方向的破断特征;走向仰(俯)角对顶板岩层初次破断特征和周期破断特征呈现出不同的影响.