魏家地煤矿2109工作面隅角范围顶板断裂形态及其工程应用研究

为了对甘肃魏家地煤矿2109综放工作面进行瓦斯综合预防治理,建立了魏家地煤矿2109工作面的上、下隅角范围内顶板断裂模型,开展了工作面顶板断裂三维形态特征数值模拟,并以此为依据对上、下隅角范围注浆钻孔布设进行了研究。研究表明:随着工作面的推进,在其上、下隅角位置处,形成类三角块区域。工作面隅角位置处的垮落形态大致呈现出“立体梯形”,采空区上、下方的垮落角分别为16°和23°。工作面在推进过程中,在隅角顶板垂直上方破坏范围最广,此处围岩裂隙发育相对最广,是漏风的主要位置之一,通过对此区域进行浅部注浆封堵裂隙后,可有效防止采空区瓦斯流向工作面,对防止该工作面漏风与瓦斯治理具有重要意义。

大采高采场顶板断裂关键块稳定性分析

以大采高采场基本顶初次断裂对称的关键块为研究对象,将其视为可变形体,按照严格的变形对应关系,分析回转下沉不同位置的块体变形量与水平力的关系.探索块体结构的平衡-失稳状态转化的临界点,详细分析了关键块在回转下沉过程中,作用在其上的水平力变化规律,给出了水平力与回转下沉角度、块体的块度系数以及上覆载荷和块体自身质量的量化关系式,并且给出了关键块发生滑落失稳和回转失稳时块度系数与回转角度的关系,以及关键块平衡时具有承载能力的范围.与传统近似计算方法所得结论比较,结果表明:按照严格的几何对应关系推导的结果比原来方法计算的水平力大了近1倍;关键块自身平衡作用范围增大.给出了关键块承载能力的回归计算公式,依照此公式可以预测断裂的顶板关键块是否会失稳.

浅埋深厚煤层综放开采顶板断裂力学模型

根据浅埋深特厚煤层综放开采采高大,采空区垮落矸石不充分,不能有效支撑老顶岩梁,造成老顶架后切落的特点,建立了老顶断裂力学模型,利用断裂力学理论推导了老顶的断裂步距和支架的合理工作阻力.结果表明,老顶的断裂步距不仅与老顶的岩性特征和上覆岩层的荷载有关,而且与支架的工作阻力和水平挤压力有关.对平朔安家岭地下矿综放开采支架合理工作阻力进行分析,理论结果和实测结果比较一致.

沿空留巷顶板断裂位置分析及支护技术

为得到沿空留巷基本顶断裂的形式和条件,采用理论分析和现场观测的方法,以葛泉矿1528工作面沿空留巷为研究对象,建立了反映岩层基本特征的力学模型。结果表明:当沿空留巷巷旁支护阻力不同时,基本顶的断裂位置不同,在巷旁位置切断直接顶或者直接切断基本顶,可以减少顶板活动对巷道的影响。由工程监测和数据分析可知,沿空留巷受到采动影响时,采用合理的锚网支护措施可形成稳定结构,提供足够的切顶阻力,能有效控制顶板合理的悬露长度。

顶板断裂瞬间煤体稳定性的动力学分析及数值模拟

为了研究顶板突然性断裂诱发煤层失稳的致灾条件,本文采用动力学方法分析了顶板断裂瞬间煤岩系统的受力状态和力学响应。首先推导了顶板断裂时惯性力、惯性力矩的计算公式,进而得到顶板断裂瞬时转动加速度与惯性力、惯性力矩的关系,利用数值模拟计算了顶板断裂前后以及不同转动角加速度条件下的煤岩体应力、变形和两帮位移。计算结果显示:当顶板断裂瞬时转动角加速度较小,即顶板断裂释放能量较小时,工作面煤壁两帮移近量随顶板瞬时转动角加速度的增大而增大;当顶板断裂瞬间转动加速度达到某临界值时,煤岩系统出现失稳分支点,具体体现为工作面处煤体的应力基本不变,煤壁顶部竖向下沉激增,煤岩系统的平衡须依靠煤壁回缩方可维持。因此顶板断裂可以诱发煤岩体系统的失稳,但并非失稳的充分条件。

顶板断裂型回采巷道冲击地压弹性波传播模型研究

对回采工作面顶板断裂引起的回采巷道冲击地压机制进行探讨时,以弹性波为动态冲击能量载体,结合冲击启动理论等相关理论,分别对弹性波激发阶段、中间路程传播阶段及巷道壁附近叠加作用阶段进行分析,构建矩形、梯形回采巷道冲击地压弹性波传播模型,可为相应顶板型回采巷道冲击地压防治工作提供一定的借鉴。

坚硬顶板断裂过程的数值模拟

本文给出了采用数值模拟方法研究开采过程中坚硬顶板断裂过程的原理，并对大安山矿７０２工作面的老顶来压规律及顶板垮落、断裂破坏过程进行了数值模拟研究。

顶板断裂来压力学模型及其在综放工作面末采阶段的应用

针对综放工作面末采阶段支架回撤过程中容易出现压架的问题,建立了顶板断裂来压力学模型,并根据顶板断裂前后的平衡方程推导出顶板在不同断裂形式下支护体、煤体内应力增量平均值的统一表达式。以神东矿区多通道快速回撤技术模式为研究对象,根据顶板断裂面与主回撤通道的位置关系分两种情况进行了力学分析,结果表明:工作面回撤停采的合理位置应能够使主回撤通道处于顶板断裂面以外;回撤期间利用停采让压原理调节周期来压步距,采取在主撤巷道内加强支护、控制贯通前后工作面高差等措施,能有效保证综放工作面末采阶段的安全高效回撤。

北票台吉急倾斜水采面坚硬顶板断裂的数值模拟研究

本文简要地介绍了我国典型水采井的坚硬顶板地质力学特征，并运用数值模拟方法分析了急倾斜水采面坚硬顶板断裂机制及相关参量的数理关系。

薄煤层巨厚硬顶板断裂规律的模拟实验研究

本文针对淮北矿区朱庄煤矿Ⅱ646综采工作面可能面临的顶板大面积断裂和垮落特征,通过相似模拟实验,对顶板的变形和垮落特性做了具体研究,得出初次来压步距84 m和平均周期来压步距31 m的规律,且回采期煤层顶板运动可划分为六个区。从而为某煤矿Ⅱ646综采工作面坚硬顶板的处理提供理论依据。

复采工作面过冒顶区顶板断裂特征及控制研究

针对复采工作面过冒顶区时工作面易发生煤壁滑帮、端面冒漏以及顶板来压强度大等特点,以晋煤集团圣华煤业3101复采工作面为工程背景,运用相似模拟对复采工作面过冒顶区时顶板破断特征、支承压力分布特征以及支架受力状态进行研究,依据相似模拟结果建立复采采场力学模型,推导液压支架支护强度的计算公式,提出复采工作面过冒顶区时的围岩控制技术。研究结果表明:(1)工作面过冒顶区时采场顶板易形成大厚度、长跨距的超前大断裂;(2)冒顶区弱化了顶板岩梁的应力传递,加剧了支承压力的荷重集度;(3)液压支架受顶板超前大断裂的影响,支架工作阻力在通过冒顶区前呈突变性增加,模拟结果支架支护阻力最大值为16 200 k N,理论计算支架支护阻力为16 110.5 k N;(4)复采工作面在通过冒顶区前必须对冒顶区进行注浆充填,同时给出支架工作阻力随充填体强度变化的关系式,为复采采场顶板控制提供理论依据。

切顶卸压无煤柱自成巷顶板断裂特征研究

为研究无煤柱自成巷开采条件下基本顶不同断裂位置对巷道变形的影响,分析顶板岩层运动特征,建立基本顶不同断裂位态力学模型,分别推导出基本顶在不同断裂位置时的巷内临时支护强度计算公式,得出巷内临时支护强度临界值。采用离散元数值软件UDEC对基本顶不同断裂位态下的岩层运动进行模拟分析。结果表明:基本顶在实体煤侧及采空区侧发生断裂,巷道变形较小,而在巷道上方发生断裂时变形破坏严重;通过调整切顶护帮支架对巷道顶板支撑力控制下位顶板的变形,使基本顶在较为有利的位置发生断裂;通过切顶护帮支架、恒阻大变形锚索支护等技术可以有效控制巷道变形,并在柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面成功应用。

初次断裂前矩形顶板的差分解

给出弹性地基四边夹支平板简化模型,分析初次跨落前顶板的受力机理。采用小挠度弯曲理论的微分方程,建立简化模型的边界条件,用差分法求解方程,并给出算例。结果表明:老顶顶板从中心点开始破坏,破坏沿平行于长边中心线向两边传播。当中心部位破断冒落后,破坏以"O"形向外传递。此结果与已有结论[2]一致,说明差分法可用于顶板破断分析。为"O"形圈理论和顶板来压预报提供了新的理论证据。

沿空留巷顶板断裂规律数值模拟分析

结合葛泉矿1528工作面运输巷的工程条件,在关键层理论研究成果基础上,通过计算机数值模拟的方法,建立了反映岩层基本特征的力学模型,研究了留巷上方顶板断裂的应力特征、变形特征、破坏特征。采用正交试验法对老顶断裂影响因素进行数值模拟,并对其进行影响分析和排序,从而确定了影响次序。

采空区下特厚煤层首采综放工作面顶板断裂的微震监测研究

针对采空区下特厚煤层综放工作面采场矿压特征复杂、工程实例少的特点,以斜沟煤矿23103综放工作面为背景,采用高精度微震监测技术对其顶板断裂及其演化过程进行了研究。结果表明:该工作面高能量微震事件在煤壁前方80 m附近开始发生,且多分布在高位顶板(30~70 m),具有明显的周期性;高位顶板周期性断裂和下沉迫使低位顶板(0~30 m)在煤壁前方30 m附近发生持续性破裂;采空区微震事件分布在煤壁后方0~30 m范围内,且多集中在材料巷帮附近;在顶板70 m以上为8号煤采空区,无明显的微震事件。

层状断裂顶板锚拉支架系统的分叉研究

在以前工作的基础上，对同时考虑块体沿对角线变形和沿支应处的水平变形两个因素引起的稳定性问题进行了初步的数值求解；讨论了解曲线即平衡路径的稳定性及系统的静态分叉特征；分析了层状断裂顶板锚拉支架系统的运动失稳机制，并给出了该系统的运动稳定条件。

断裂顶板锚拉支架支护系统的分叉行为

应用弹性系统稳定性理论对断裂顶板－锚拉支架系统建立了动力系统稳定性分析的力学模型．对该模型分别考虑因块ＡＢ（或ＢＣ）沿对角线变形和支座处的水平变形引起的稳定性进行了求解；讨论了解曲线即平衡路径的稳定性及系统的静态分叉特征；进而分析了断裂顶板结构的运动失稳机制，并给出了该系统的运动稳定条件，证实了借助当代非线性科学研究岩土工程问题的必要性和理论意义．

基于顶板剪切梁理论的顶板破坏及断裂力学特性分析

顶板破坏及断裂事故占矿井灾害事故的百分之七十以上。由于顶板破坏及断裂发生的主要诱因是剪切力,因此本文基于顶板剪切梁理论,结合平煤某矿FLAC 3D煤岩层开采的有限元仿真结果,研究分析了采空区长度a值对煤层内部及顶板应力的影响。通过对比分析可知煤矿顶板出现冲击地压危险的主要因素有两个:一是与采空区长度a值有关,采空区长度a值越大,出现冲击地压的可能性越大,且等效应力的最大值出现在采空区长度的二分之一处;二是与顶板承受的剪切应力值有关,当该值达到顶板剪切强度极限时,顶板与煤层组成的变形系统将失稳,出现冲击地压危险。有限元仿真结果与理论预测结果的一致性说明应用顶板剪切梁理论对顶板产生破坏及断裂的预测是准确的,同时对预测、预防冲击地压中顶板破坏煤矿灾害事故的发生具有重要的指导意义。

超大采高工作面覆岩断裂结构及稳定性控制技术

针对超大采高工作面超大空间、强扰动岩层运动带来的围岩稳定性控制难题,以金鸡滩煤矿8.0 m大采高开采实践为基础,采用理论分析、数值模拟等方法分析了超大采高工作面顶板岩层破坏的应力路径效应,提出了超大采高工作面顶板岩层断裂的"悬臂梁+砌体梁"结构及稳定性控制技术,并进行了超大采高工作面矿山压力实测分析。研究结果表明,不同层位顶板岩层的峰值应力、差应力及强度-应力比存在较大差异,直接影响顶板岩层的断裂状态及破断结构形式。金鸡滩煤矿8 m大采高工作面顶板岩层易形成"悬臂梁+砌体梁"结构,通过开发ZY21000/38/82D型超大采高液压支架、提高液压支架的强度及支架与围岩的组合刚度,实现了8 m大采高工作面的安全高效开采。

兖州煤田顶板构造特点及其稳定性

煤层顶板断裂构造是煤层顶板稳定性影响因素中最重要的因素,以兖州煤田鲍店煤矿为例,分析了兖州煤田顶板断裂构造特点,探讨其对煤层顶板稳定性影响,分析了小断裂对煤层顶板的稳定性影响,断裂密集区的煤层顶板最易垮落,特别是交错断裂区更易产生顶板垮落式冒顶。