顶板模型法在支架选型中的应用

该文以神东矿区大柳塔煤矿为工程背景,根据6301工作面实际地质条件,对综采工作面支架选型关键技术进行了详细的分析研究,重点利用顶板模型法确定新开工作面支架合理工作阻力和支护强度,确定支架类型和合理的结构高度,并最终确定6301工作面支架主要参数。

煤矿充填开采下顶板沉降研究

充填采矿可以有效控制岩层移动、抑制地表沉陷、减轻地质灾害,并且能够处理或利用一定的固体废弃物,有效改善矿山上覆岩层的力学环境,减轻顶板压力。以平凉某煤矿为工程背景,研究煤矿充填开采条件下坚硬顶板沉降变形情况,构建了顶板力学模型,对于初期来压采用四边固支的边界条件,利用变分法中伽辽金变形方程求选用不同挠度表达式的解;另对周期来压选用三边固支一边自由的边界条件,采用变分法中里兹变形方程进行求解,得出充填后顶板挠度显著减小,初期来压时减小38.74%,周期来压时减小66.84%。并得到充填开采顶板沉降变形规律,随着充填体弹性模量k值增大,顶板下沉位移显著减小。

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。

顶板结构模型法计算确定综采面支架合理支护强度

乌兰木伦煤矿31405综采工作面回采过程中,片帮、冒顶严重,经常出现支架台阶下沉甚至压死,支架工作阻力不足,顶板控制效果不佳。针对这些问题,采用理论推导的方法对新开31406综采工作面顶板运动参数进行计算,确定了31406综采工作面顶板结构模型,利用顶板结构模型法计算31406综采工作面顶板压力和支架支护强度。研究结果表明:31406综采工作面顶板压力为1.23 MPa,支架合理支护强度为1.29 MPa。实际回采结果表明:工作面矿压显现正常,实现了安全高效回采。

封闭采空区顶板垮落-空气冲击耦合模型与差分解法

基于牛顿第二定律和空气动力学原理,分析了矿山开采中突发性顶板垮落所伴随的飓风冲击灾害,建立了封闭采空区条件下顶板垮落-空气冲击的耦合模型,讨论了差分数值解法.借助数值解研究了封闭采空区条件下顶板块体运动速度的变化规律、冲击过程的作用时间,以及采空区所带巷道内压缩空气风流的速度变化规律.

巷道顶板力学模型与围岩失稳机理分析

建立了锚杆锚固因素和水平地应力因素的巷道顶板力学模型,基于此模型提出了巷道失稳宽度Bmax的确定方法。首先推导出力学模型的基本方程,并通过Maple符号演算解算出方程的解析式,就Bmax的力学意义探讨了围岩的失稳机理。最后以东滩矿1305轨道回风巷作为算例,得出结论:当该巷道开挖宽度超出4.6 m围岩将产生明显的失稳现象,此后需预防冒顶事故的发生并采取合理的加强支护措施。

上湾矿12106工作面顶板运动参数计算及结构模型的确定

对上湾矿已采12106工作面矿压进行了实测分析,根据该工作面顶板岩层特点,计算并构建了该顶板运动参数及结构模型,为该矿新开12401工作面矿压规律的分析提供了基础数据。

基于顶板结构模型的液压支架支护强度计算

工作面顶板结构模型是回采工作面上覆岩层运动规律的直观量化表现,根据工作面顶板结构模型,可以对液压支架的支护强度进行计算,从而确定液压支架的工作阻力。该文根据某矿工作面地质条件,在确定该工作面顶板结构模型的基础上计算了液压支架的支护强度为P＇T=1.62~1.69MPa。

残煤复采面顶板控制力学模型及矿压监测研究

针对残煤复采面顶板破碎围岩控制难的问题,应用理论分析和现场监测方法,结合薛虎沟残煤复采地质条件、液压支架选型和岩体力学参数,建立了复采面过采空区及煤柱区顶板控制力学模型,确定了液压支架初撑力和工作阻力,并对复采面进行了矿压监测。结果表明,液压支架ZF6000/18/36满足顶板控制和残煤安全复采要求。

冷却顶板空调系统热工参数分析

建立了冷却顶板辐射供冷传热过程的数学模型,并编制了MATLAB计算程序,分析了冷却顶板的各参数对冷却顶板性能的影响,研究发现:主要影响制造费用的是:管间距、面板材料、管材。可用价格低廉的铁管代替铜管以及可用铁板取代昂贵的铝板。该研究对冷却顶板的生产、设计和推广应用奠定了基础。

综放工作面顶板运动规律及支架-围岩关系研究

布尔台煤矿42103综放工作面回采过程中,经常出现台阶下沉甚至支架压死等现象,在对42103综放工作面支架合理工作阻力进行分析的基础上,采用理论推导和现场实测相结合的研究方法对工作面顶板运动规律进行计算,建立了42103综放工作面顶板结构模型,并分析支架-围岩的相互关系,利用顶板结构模型法和动载系数法综合计算确定了42103综放工作面支架合理工作阻力。研究结果表明:42103综放工作面顶板压力为1.63 MPa,支架合理工作阻力为18 709 k N,支架合理支护强度为1.71 MPa。

沿空留巷顶板稳定性分析及其控制

根据沿空留巷上覆岩层的后期活动规律,将顶板变形视为"给定变形",建立顶板力学模型,采用变分法,推导顶板下沉量计算公式。依据具体的地质力学参数,验证力学模型的合理可行性,并研究分析顶板下沉量与各影响因素之间的定量关系。通过分析表明,顶板下沉量与巷道宽度、煤层厚度、巷帮塑性区宽度、顶板旋转角度成线性增大的关系,与巷帮煤体残余强度、充填体宽度成线性减小的关系,与巷帮煤体弹性模量成反比例关系。根据各影响因素与顶板下沉量之间的关系,提出巷内支护采用"分期联合支护",巷旁采用"超前复合加固"等控制沿空留巷顶板稳定性的措施。

大采高综放面初采阶段顶板运动规律研究

为确定长春兴煤矿301综放工作面初采阶段顶板运动规律,保证综放工作面安全高效回采,针对22煤层具体情况,运用"传递岩梁"理论,采用理论分析推算的研究方法对301综放工作面初采阶段顶板运动参数进行了计算,构建了301综放工作面初采阶段顶板结构模型。

旺格维利采煤法煤柱-顶板力学结构研究

神东煤炭分公司部分矿井在采用旺格维利采煤法回采过程中,对煤柱尺寸的留设和顶板运动的控制存在盲目性。为获得煤柱与顶板的力学作用关系,得到合理的煤柱留设尺寸,神东煤炭分公司做了大量理论和现场工作。针对大柳塔煤矿旺采工作面的具体情况,合理假设了顶板-煤柱的"连续梁"模型和"简支梁"模型,得出了煤柱应力的分布规律,为得出合理的煤柱尺寸提供了理论依据。

基础下浅埋洞室安全顶板厚度研究

在参考已有资料的基础上 ,分析了山区城市浅埋地下洞室安全顶板厚度的影响因素。采用有限单元数值模拟法研究了基础与洞室相互作用下的破坏机制 ,以及各影响因素对浅埋地下洞室安全顶板厚度的影响及相关变化规律。并运用逐步线性回归的方法得出了一个能综合考虑各影响因素的安全顶板厚度的预测模型。

综采工作面合理支护强度的计算方法

以大柳塔煤矿新开43101薄煤层工作面的支护强度设计问题为工程背景,先计算出采场上方直接顶和基本顶的运动步距,并依据上覆岩层地质条件参数,构建出新开工作面的顶板结构模型。基于"以岩层运动为中心"的实用矿山压力理论思想,由所构建的顶板结构模型,计算出工作面顶板压力,从而确定工作面支架的合理支护强度。

矿井顶板失稳及来压预警的数学模型及应用

基于矿压控制理论,分析了采场顶板和巷道围岩的矿压显现影响因素的数量变化特征以及与各种状态的关系,采用模糊数学理论,构建了采场顶板和巷道围岩的多因素灾害综合预警模型,研制出矿井顶板状态的智能监测及预警软件,并应用于KJ232矿井顶板状态与灾害预警系统,实现矿井采场顶板与巷道围岩监测系统的智能预警功能.本系统增加了顶板岩层结构、采场风流压强和巷道围岩破裂的声发射监测,并与平巷监测融为一体,综合判断工作面周围顶板围岩总体所处的安全和灾害状态.现场应用证明,该系统监测预警反应迅速,可敏锐地扑捉到顶板灾害的临界预兆信息,灾变预警趋势符合顶板断裂运动的来压显现和巷道围岩失稳破坏实际.

矩形断面巷道冲击地压机理研究

基于顶板剪切梁模型研究矩形巷道冲击地压发生问题,得到矩形断面巷道发生冲击地压的临界塑性软化区深度和临界载荷,分析巷道宽度、巷道高度或煤层厚度、顶板厚度等几何因素,以及煤层与顶板刚度比、煤的模量比、煤的强度参数、侧压力系数和水平应力分布指数等煤岩力学性质因素对临界条件的影响规律。结果表明：巷道顶板岩层以剪切变形破坏为主,当临界塑性区深度与临界载荷较小时,易于发生冲击地压,其发生频度较高,强度较小,破坏性较小;反之,冲击地压不易发生,其发生频度较低,一旦发生其强度会较大,破坏性较大。临界塑性区深度与巷道宽高比、初始黏聚力的大小无关,随顶板厚度、刚度比、模量比、水平应力分布指数的增加而增大,随煤层塑性软化刚度、内摩擦角、侧压力系数的增加而减小。临界载荷随巷道宽高比、煤层塑性软化刚度、水平应力分布指数的增加而降低,随顶板厚度、刚度比、模量比、初始黏聚力、内摩擦角、侧压力系数的增加而增大。

矩形巷道冲击地压影响因素研究

为研究矩形断面巷道冲击地压问题,采用顶板剪切梁模型,考虑煤层损伤软化特性,根据冲击地压响应失稳理论,对矩形断面巷道发生冲击地压的临界载荷和影响因素进行了研究。结果表明:通过分析巷道两帮煤层塑性区宽度和上覆岩层载荷之间关系,得到巷道发生冲击地压的临界载荷;临界载荷与矩形断面巷道宽高比呈良好负相关关系,但随顶板厚度增大而增大,表明在一定范围内,矩形断面巷道宽高比越小,顶板越厚,越不易发生冲击地压;临界载荷随煤层与顶板的刚度比增大而减小,随煤模量比增大而增大;考虑开挖空间效应影响,提出了适用于矩形断面巷道的位移释放系数数学模型,解释了在煤矿现场,巷道冲击地压不是发生在掘进面附近,而是滞后一定距离的现象。

综采工作面合理支护强度计算研究

以某矿新开31煤层31101工作面合理支护强度为工程背景,基于"以岩层运动为中心"的实用矿山压力理论,计算直接顶和基本顶运动参数,构建工作面顶板结构模型,理论计算工作面合理支护强度。另外通过类比相似条件的22114工作面合理支护强度,确定31101工作面合理支护强度。综合2种方法确定工作面合理支护强度为1.18 MPa。