大倾角煤层群长壁开采承载拱与间隔岩层采动应力演化特征

大倾角煤层群开采过程中,受重复采动影响,采动应力在间隔岩层中的演化规律复杂,揭示间隔岩层采动应力传递与三向应力状态演化特征是实现该类煤层群绿色高效开发的核心。采用物理相似材料模拟实验研究了大倾角煤层群长壁开采围岩变形破坏的演化特征,采用数值模拟分析了围岩采动应力传递演化规律,揭示了间隔岩层三向应力状态演化特征,量化表征了第1主应力大小渐变、方向偏转的演变规律。研究结果表明:大倾角煤层群开采过程中,间隔岩层历经了“原岩应力状态-上煤层开采卸压-矸石非均衡约束-下煤层开采卸压”的扰动历程,最终产生非对称变形破坏。间隔岩层的破断失稳将使得上、下工作面开采过程中各自形成的承载拱演化成包络2个工作面在内的“大范围”承载拱,其承载拱上拱脚位于下工作面回风巷,下拱脚位于上工作面的运输巷,控制岩层变形破断内在的“大范围”应力传递拱壳亦呈现出类似的演化特征。低位间隔岩层受采动影响程度剧烈,应力释放程度较大;中位岩层压、拉状态发生改变的位置较低位向倾向下部偏移;高位岩层压、拉状态产生改变的位置位于上层煤底板临空面位置处,岩层由三向受压状态转化为单、双向受压状态。间隔岩层沿工作面倾向自下而上可分为上层煤增压、上层煤增压-下层煤卸压、重复卸压、上层煤卸压-下层煤增压、下层煤增压5个区域。在上层煤增压-下层煤卸压段,第1主应力x、y轴分量呈现出先增大后降低,z轴分量持续降低的演化趋势;在重复卸压段,岩层应力释放程度最大,方向偏转程度最大;在上层煤卸压-下层煤增压段,第1主应力x、y轴分量呈现减—增—减、z轴分量呈现先减后增的演化趋势。

浅埋近距离采空区下工作面矿压特征与顶板结构分析

以陕蒙神东煤田浅埋近距离煤层群开采为背景,采用实测统计、物理模拟与理论分析相结合的方法,研究了浅埋近距离煤层采空区下开采的矿压特征及影响因素,揭示了不同间隔岩层结构形态及演化条件。研究表明,随着上煤层采高增大,来压期间支架工作阻力及动载系数均呈正相关增长;下煤层采高与间隔岩层厚度之比越大,周期来压步距及支架最大工作阻力越大。层间仅存在单一关键层时,层间关键层周期破断可形成"砌体梁"和"台阶岩梁"两种结构;则当上煤层垮落顶板关键层重新形成"砌体梁"结构时,层间关键层与上煤层垮落顶板关键层可形成"砌体-砌体"和"台阶-砌体"2种组合结构形态。

峁梁区浅埋采空区下开采顶板活化结构与支架动载研究

为了揭示峁梁区浅埋采空区下开采支架动压机理,以陕北张家峁煤矿4^(-2)与5^(-2)浅埋近距离煤层开采为背景,采用现场实测、物理相似模拟、理论分析及工程实例验证相结合的方法,研究了顶板间隔岩层结构和采空区覆岩“活化结构”运动特征,分析了下煤层工作面在进出峁梁载荷影响阶段的支架动载及超前支承压力变化规律,建立了上覆“活化砌体梁”与间隔岩层“砌体梁-台阶岩梁”耦合结构力学模型,揭示了峁梁区浅埋采空区下采场支架动载机理,并得出了峁梁采空区下采场支架动载分区。研究表明:工作面在过峁梁载荷影响区动载最大,出峁梁载荷影响区后次之,进峁梁载荷影响区前最小。工作面在峁梁载荷影响区超前支承压力峰值较大,约为出峁梁载荷影响区后的1.12倍,为进峁梁载荷影响区前的1.61倍。通过建立进、出峁梁载荷影响区时的顶板耦合结构力学模型,揭示了峁梁区采空区下开采的支架动载主要源于上煤层垮落顶板“活化结构”与间隔岩层结构同步运动,使峁梁区载荷通过“活化结构”传递于间隔岩层结构,导致支架强烈动载。研究得出,工作面支架阻力的确定应当以峁梁区顶板结构同步运动的大周期来压载荷作为依据,并通过实例分析验证了支架动载计算公式的可靠性。