大采高松软煤层柔性充填沿空留巷技术应用研究

针对梁北矿厚煤层沿空留巷围岩稳定性问题,本文提出“预裂切顶-超前加固-高水充填”三位一体沿空留巷围岩协同控制技术。通过室内试验、理论分析、工程类比、数值模拟等方法,确定了梁北矿21051东工作面机巷沿空留巷预裂切顶、超前加固和高水充填支护参数。现场监测结果表明:梁北矿21051东工作面沿空留巷在滞后工作面120 m范围内围岩变形呈增长趋势,120 m后趋于稳定,最终变形量在可控范围,留巷取得成功。相关技术方法可为类似矿井沿空留巷工程提供一定参考。

梁北矿松软大采高工作面高水充填沿空留巷技术研究

以高水材料适应性研究为基础,通过分析梁北煤矿厚硬顶板大采高工作面沿空留巷围岩控制难点,提出“预裂切顶-高水充填-超前加固”沿空留巷技术。通过室内试验确定了高水充填材料最佳水灰比、早强剂掺量和用水温度;采用理论分析和工程类比确定了预裂切顶、超前加固和高水充填支护方案;采用数值模拟分析了沿空留巷方案的可行性。工程实践效果表明,围岩变形滞后工作面100~150 m趋于稳定,变形整体可控,留巷效果较好。

大采高工作面临空巷道动压显现机理及预控技术研究

临空巷道围岩变形控制是巷道控制的技术难点,煤层开采厚度越大、覆岩强度越高,临空巷道变形控制难度越大。针对榆树坡煤矿大采高工作面开采的临空巷道动压控制难题,建立了临空巷道侧向悬板结构的力学模型,理论分析得到基本顶侧向最大悬顶长度为4.69 m,基本顶应变能密度最大值位于煤柱内5.51 m处,其值为2.831×10^(6) J/m^(3),基本顶积聚应变能为3.269×107 J。进一步采用数值模拟的手段对临空巷道围岩塑性区发育、变形规律及围岩应力分布特征进行分析,得到临空煤柱支承应力可达35 MPa以上,是造成巷道煤柱帮锚杆索受力程度大、煤柱帮变形破坏的主要因素。现场采用“卸压孔+侧向切顶”的综合技术手段对临空动压巷道进行控制,设计卸压孔孔径为108 mm,孔深7 m;水力压裂孔分为L孔、S孔,孔径60 mm,间距8 m,垂直压裂高度分别为50 m、30 m,注水量80 L/min。现场实践表明,相比未实施卸压措施段,巷道围岩变形量减少30%以上,巷道底鼓情况得到明显控制。

深部大采高工作面沿空留巷围岩控制技术

综采工作面沿空留巷经历多次采动影响,矿压显现较为强烈,围岩变形量大,极易造成巷道围岩失稳。为了研究大采高工作面沿空留巷围岩控制问题,以某矿1313工作面留巷为研究背景,通过理论分析、数值模拟、现场实践等方法,分析沿空留巷围岩运动特征,提出“支-卸平衡”巷道围岩协同控制技术;加强了巷道围岩支护强度,改善了巷道围岩的应力环境。通过现场工程实践验证,1313工作面留巷的巷道顶底板变形量为246 mm,两帮变形量为442 mm,巷道表面没有明显的鼓出现象,巷道围岩变形量满足作业规程的相关规定。

集贤煤矿切顶留巷关键参数及留巷稳定性分析

针对双鸭山集贤煤矿东二采区16#右三工作面切顶留巷难题,建立了切顶留巷围岩力学模型,给出了切顶高度、切顶角度等关键参数理论计算式;分析了切顶参数(切顶高度、切顶角度)对留巷围岩应力分布及变形特征影响规律。模拟结果表明:切顶高度越大,卸压效果越好;切顶角度增大,实体煤侧应力呈现增大趋势,同时也为矸石垮落创造一定条件。相似模拟结果表明:当煤层开采至一定距离时,采空区上位岩层同期垮落,切缝范围岩体和垮落岩体形成铰接,即巷旁充填基本完成,留巷上方形成“低位悬臂梁+高位铰接岩梁”结构。实践结果表明:切顶高度8.0 m(即切断2.39 m的中砂岩),切顶角度10°,切顶钻孔排距600 mm,距工作面60 m左右时,顶板下沉量为168 mm,实体煤帮移近量212 mm,矸石帮变形量几乎为0,底鼓量120 mm。

大采高沿空留巷开采覆岩破断对充填体的影响规律研究

充填体稳定是大采高沿空留巷工作面安全开采的关键,采用理论分析、数值模拟和现场实测方法,研究充填体在顶板载荷作用下的承载特征、采动对充填体稳定性影响规律,对充填体安全性评价。研究结果表明:充填体浇筑后顶板载荷逐渐显现,充填体应力逐渐增大,在浇筑7 d后应力最大为18.7 MPa、顶部下沉量最大为570 mm;初次来压时充填体应力和变形最大,为最危险工况,选择的KJ—Ⅰ型矿用浇筑料和留设参数在斜沟煤矿工业性试验中满足使用要求。

野川煤矿厚煤层大采高综放工作面沿空留巷围岩控制技术研究

为解决传统厚煤层大采高综放工作面煤柱损失大、煤炭资源回采率低、采掘接续困难的问题,以山西煤炭运销集团野川煤矿3205工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场试验的研究方法,对沿空留巷围岩控制技术进行研究,提出了“切顶卸压+柔模混凝土墙”沿空留巷施工工艺,确定了切顶炮孔参数和柔模混凝土墙合理宽度,并设计了沿空留巷不同阶段支护方式。现场应用结果表明:采用该沿空留巷工艺后,巷道围岩表面变形控制效果显著,确保了工作面安全高效生产,工作面巷道掘进量减少了754m,多回收煤柱资源约14.16万t,经济效益显著。

大采高沿空留巷巷旁复合承载结构的稳定性分析

针对大采高沿空留巷的顶板运动特征,提出了巷旁复合承载结构的概念,通过力学分析,揭示了巷旁结构的稳定机理。研究表明:顶板压力由顶板、墙体和底板共同承担,从而形成"顶—墙—底"复合承载结构;区分不同阶段墙体强度与顶板运动的作用关系,认为初期强度应大于顶板载荷,后期应能适应顶板变形,使墙体强度与顶板运动保持动态协调;大采高时顶板向墙体施加更大的水平力,要确保墙体水平滑移因子小于接触面摩擦系数以实现抗滑自稳;墙体内侧应力不能高于顶底板强度,以免顶底板被切断,外侧应力不能高于墙体强度,以免墙体被压裂,降低墙宽和巷宽可减小墙体载荷,据此得出了墙体和巷道宽度的确定方法。结合4.2 m大采高沿空留巷案例给出了工程验证,采用膏体混凝土充填时,满足巷旁结构稳定条件的巷道宽度为3 m,墙体宽度为4 m,实测结果表明了结论的合理性。

大采高综放面区段煤柱合理留设研究

侧向支承压力分布、资源回收率以及煤柱和巷道的稳定性是大采高综放面区段煤柱宽度留设要兼顾的因素,为了确定大采高综放面区段煤柱宽度,以某矿8103面为工程背景,首先,采用理论计算和现场应力监测等方法确定大采高综放工作面倾向支承压力分布规律,得出应力降低区宽度约为8 m,原岩应力区为巷帮侧28 m外。其次,采用工程类比方法确定大采高综放工作面巷帮外侧煤体严重破裂区宽度约为4 m。最后,采用FLAC3D数值软件分析了下区段工作面回采时窄煤柱(6、8 m)和宽煤柱(28、30m)的应力场、位移场及塑性区特征,获得不同煤柱宽度时巷道和煤柱力学特征。研究表明:当煤柱宽度6m和8m时,在采动支承压力下煤柱几乎无承载能力,且巷道变形量较大;当煤柱宽度28 m和30 m时,在采动支承压力下煤柱中央仍有一定的弹性核,煤柱保持稳定且巷道变形量较小。综合考虑资源回收、巷道稳定性、次生灾害控制等因素,确定大采高综放工作面区段煤柱宽度为28m。

双切顶沿空留巷条件下切顶参数对围岩稳定性的影响

以沙曲一矿4502工作面为例,利用理论分析、数值模拟及现场实测等手段对切顶参数对围岩稳定性的影响进行研究。结果表明:双切顶措施能减弱实体煤帮内部应力集中现象,有利于巷道围岩稳定,但切顶高度越大,巷道顶板垂直位移越大,不利于控制顶板变形量;一定的切缝角度有利于采空区顶板垮落,但切顶角度越大,应力集中峰值与巷道顶板下沉值越大,增大了锚索加固的难度;切顶高度与角度的选取应适中,最佳值分别为13 m和15°,切缝斜长13.5 m,现场实测与数值模拟结果具有较好的一致性。

大采高工作面小煤柱沿空掘巷煤柱宽度优化及围岩控制技术研究

以马泰壕矿3103辅运顺槽为研究对象,采用现场监测、内外应力场和极限平衡区理论、数值模拟等相结合方法,对大采高工作面小煤柱沿空掘巷煤柱宽度进行研究。研究表明:现场监测煤柱支承压力分布规律,最终初步设计沿空掘巷留设小煤柱宽度为6~10 m;理论计算显示,小煤柱宽度合理范围为6.0~8.1 m;数值模拟表明,煤柱宽度大于6 m时,煤柱具有一定承载能力,煤柱上方和巷道顶板出现核心弹性区,有利于发挥锚固作用,煤柱宽度越大,应力集中现象越明显,综合考虑小煤柱宽度为6 m。基于此,提出了“锚网索支护+卸压+滞后沿空侧注浆加固+回采期间周期来压附近补强支护”围岩控制技术,现场应用效果良好。

路堤高度和边坡对沙漠公路输沙效应的影响

长期以来,风积沙对沙漠公路一直有着特殊的影响,作为解决这一问题的基础研究--输沙效应分析也就引起了人们的足够重视.公路设计者们正逐渐把分析问题的角度从公路两边的防沙、固沙转移到对公路本身的结构设计上.结合G315线若羌-且末沙漠公路的现状调查,从路堤高度和坡度对输沙的效应进行了分析,提出了在不同的路段上,应设计合理的路堤高度和坡度.

方向不变恒定束宽波束图数值综合

该文提出了方向不变恒定束宽波束形成算法。该算法在主瓣控制思想的基础上,以某一指向上的波束主瓣为参考主瓣,用平移参考主瓣的方式构造主瓣位置能随波束指向变化的参考波束,旁瓣高度采用自适应方式调整。在整个观察区域内设置若干虚拟干扰源,用迭代方式不断调整干扰源强度,使任意波束指向上的波束主瓣都与相应的参考波束主瓣吻合,最终获取方向不变恒定束宽波束图。仿真实验表明,该算法能够在主波束指向±60o范围内形成有效的恒定束宽波束。

胶凝砂砾石坝体应力及位移非线性有限元分析

为校核胶凝砂砾石坝的应力及变形状况,研究坝高、边坡变化对坝体应力及位移的影响。结合胶凝砂砾石坝本构模型,以非线性有限元方法研究不同坝高及边坡对坝体应力及位移的影响。结果表明:胶凝砂砾石坝的大、小主应力均随着坝高的增大而增大,最大大主应力出现在坝基面中部;坝体小主应力等值线在下游分布大体与坝体边坡平行,小主应力的高应力区分布在上游处,且坝踵处拉应力随边坡的变陡而增大。坝体的最大水平位移与最大垂直位移均随坝高的增大而增大;随着坝坡的变陡,坝体最大水平位移增大,垂直位移等值线向下游移动。

三船并排首尾锚泊时港内允许波高的试验研究

目前我国渔港港内锚地允许波高是参照国外规定根据经验确定的,国内缺乏相应研究。以212 k W(275 HP)拖网渔船为代表船型进行三船并排首尾锚泊的物理模型试验,研究不规则波作用下并排渔船的锚泊力及运动量的情况,同时与单船锚泊时的结果进行对比。结果表明:三船并排锚泊时内侧非直接受浪作用的渔船,其拉力和横摇角度均大于最外侧直接受浪作用的渔船;当港内波高较大且周期也较大时,三船并排锚泊比单船锚泊安全性更高些;在本次试验范围内,三船并排首尾双锚锚泊时的允许有效波高比单船允许的波高要偏大,建议取为0.9 m。

大采高沿空留巷围岩稳定性及形变规律分析

为了研究云驾岭矿深部大采高沿空留巷围岩稳定性及形变规律,采用理论分析、现场实测和实验室测试综合研究手段和方法,确定了试验工作面巷旁充填体支护阻力和留巷参数,构建了能够反映沿空巷道受初次采动围岩形变规律的回归函数模型,对比分析了一次和二次开采扰动下围岩的应力应变状态,探究了充填体上方顶板岩层的应力传递规律。结果表明,采用弹塑性力学模型得出的巷旁充填体的临界支护阻力和充填体宽度分别为4.1MN/m和2.47 m,经实验室测试和工业性试验,能够保持高水材料充填体的稳定。受初次采动影响,沿空巷道围岩位移量与工作面至测站点距离之间符合Slogistic增长函数模型,求解了巷道顶板、底板和下帮的最大变形量、变形量最大时工作面的位置以及达到最大变形时工作面推过观测站的时间。对于沿空巷道,工作面超前支承压力波及范围至工作面煤壁前方约34 m,留巷顶板3.8 m以浅的采动裂隙可能会导致顶锚杆锚固失稳甚至失效,充填体切顶阻力的“波动性”能够反映顶板岩层的分层垮落特征。

大采高工作面沿空掘巷合理位置模拟与应用

根据大采高沿空掘巷的力学环境建立了窄煤柱的弹塑性力学模型，运用求解非线性大变形问题有限差分法（FLAC^2D4．0）程序，初步得到了大采高面窄煤柱内的塑性场、位移场和应力场分布规律．研究结果表明，大采高窄煤柱内塑性区呈上大下小的倒斜梯形，范围达4～6m，巷道两帮水平位移呈不均匀不对称的移动规律，距采空区一侧边缘7m为支承应力远边界，是巷道布置的合理位置，实际应用效果比较明显．

大采高综采沿空留巷巷旁充填支护技术

基于亨健煤矿大采高综采工作面区段运输平巷沿空留巷支护困难的现状,进行了大采高综采沿空留巷巷旁支护技术研究。选用袋装ZKD型新型高水速凝材料构筑巷旁充填体,研制了ZX28800/20/32型沿空留巷专用液压支架对充填体两侧顶板进行临时加强支护。结果表明:新型高水材料固化后充填体抗压强度比原高水材料平均提高40%～50%,凝固速度快,初凝时间8～20min,充填体承载和变形性能好,并可根据工程需要对材料强度和凝固时间进行调控,更适应于沿空留巷巷旁充填支护需要。沿空留巷专用支架移动方便,工作阻力达2 400 kN,可延缓充填体受力时间。采取这些措施提高了留巷的机械化程度,加快了留巷速度,改善了护巷效果。

花岗岩残积土边坡水平拱高竖向变化规律

边坡抗滑桩土拱高度决定了桩及桩间措施的受力分配.本文研究土拱高度沿桩长方向的变化,为边坡抗滑桩及桩间措施的精细化设计提供理论基础.首先采用数值模拟技术,研究土拱高度沿桩深方向的变化规律;继而结合理论分析,建立桩间土拱的力学模型,并提出可考虑埋置深度的桩间土拱高度计算方法.研究结果表明,土拱高度在桩顶及以下不同深度处变化明显,滑面以上桩顶以下4.5 m范围内有土拱,滑面以下可不考虑土拱影响.

电缆隧道L型防火隔板的隔热效果分析与侧板高度设计

为兼顾电缆隧道中L型防火隔板的隔热效果和施工安装的便捷性,需确定不同工况下L型防火隔板所需最低高度。为此,利用FDS模拟软件,设置不同侧板高度,针对不同火源功率条件下L型防火隔板对不同电压等级电缆的保护效果进行模拟,分析安装隔板区域的温度变化和烟气扩散。结果表明:火源功率为400,600 kW时,电缆充分燃烧阶段至衰减末期,烟气蔓延速度分别比火源功率为200 kW时约快50%和66%;当110 kV电缆层间距为0.5 m,火源功率为200,400,600 kW时,L型防火隔板侧边最优高度分别为0.20,0.25,0.25 m;当10 kV电缆层间距为0.25 m时,三种火源功率下L型防火隔板侧边最优高度分别为0.100,0.125,0.125 m,隔板上方被保护电缆护套层温度均低于热解温度。研究成果可为不同工况下防火隔板侧板高度设计提供参考。