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.

浅埋大采高工作面顶板初次断裂爆破机理与力学分析

纳林庙二号井621-02工作面实施＂等深炮孔＂预裂爆破后,顶板垮落效果不理想,初次来压时产生巨大冲击波,工作面片帮严重,30～90号支架安全阀开启。针对此,对浅埋大采高工作面顶板预裂爆破机理进行断裂力学分析,提出了＂阶梯炮孔＂预裂爆破新方案,理论计算出爆破后基本顶初次断裂步距和合理炮孔间距,并利用有限元非线性动力学软件LS-DYNA对两种爆破方案进行数值模拟,对比分析爆破岩体的Mises应力演化规律,得知＂阶梯炮孔＂爆破效果更好。现场实践表明,621-03工作面采取＂阶梯炮孔＂爆破后,初次来压步距约为60 m,支架压力约为38.5MPa,比621-02工作面的初次来压步距（70 m）和来压强度（42.0 MPa）均显著减小,且未出现切顶、飓风等现象,实现了浅埋大采高工作面安全高效开采。

水力压裂控制综放工作面初次垮顶试验研究

为了解决综放工作面基本顶初次垮落步距较大的问题,理论分析了综放工作面基本顶初次垮顶步距影响因素,并在漳村煤矿2306工作面采用水力压裂技术进行初采预裂现场试验,通过监测煤体钻孔应力、超前支撑段巷道变形、工作面支架活柱压力及工作阻力及对比分析压裂前后钻孔围岩结构,得出以下结论:压裂后,顶板围岩破碎度及裂隙发育明显扩大,压裂破坏了顶板围岩的完整性,有效弱化了顶板岩层;钻孔应力计监测得出,水压预裂效果良好,能够有效减小工作面超前支承应力;表面围岩监测发现巷道变形量很小,两帮及顶底板移近量无变化;支架活柱压力及支架工作阻力连续监测得出压裂后工作面基本顶初次垮落步距为15.6 m,比类似条件工作面爆破预裂效果提前6 m。水力压裂控制综放工作面初次垮顶技术具有工程量小,安全性高,施工速度快,控顶效果好等特点,能有效解决坚硬顶板综放工作面基本顶初次垮落步距较大、支架压力大的问题。

大跨度厚煤顶切眼破坏特征及控制对策研究

本文以大黄山煤矿+735综放面切眼为研究对象,分析了该类切眼围岩控制特点,探讨了大跨度厚煤顶切眼围岩破裂机制,在此基础上对其围岩裂隙发育度进行分类;同时,对大跨度厚煤顶锚杆锚固区域内的煤体建立了"承载梁"力学模型,应用弹性力学、结构力学及材料力学理论推演"承载梁"不发生拉伸破坏的极限条件。提出了"承载区分级"区域控制对策,并详细分析了其具体措施和作用效果。井下对+735综放面切眼支护试验结果表明,锚网(索)"承载区分级"强力支护系统对大跨度厚煤顶切眼的控制有良好的效果,提高了该类切眼服务期间的稳定性,能为类似条件切眼支护技术提供借鉴。

大跨度切眼围岩稳定性分级及变形控制研究

以晋华宫矿402盘区8206综采面切眼为研究对象,提出了顶板离层率、围岩松动系数及顶板裂隙发育度3个围岩稳定性控制指标,分别对3个控制指标进行科学合理分级。借助3个控制指标分级,并结合矿井顶板的基本性质和特点,将切眼围岩控制支护难度划分为六级,通过运用计算和分级表判定8206切眼围岩支护难度为二级(难支护型)。提出了"三位一体"综合支护体系,并阐述了其控制方法和作用。对8206综采面切眼支护试验结果表明:"三位一体"综合支护体系对围岩控制效果显著,为矿井相似条件切眼围岩控制提供技术借鉴。

大跨度煤巷双跨桁架锚索控制机理及应用

为了解决大跨度巷道单跨桁架锚索底部跨度过大而不能对巷中区域产生有效复合高预应力的支护难题,提出将两组高预应力桁架锚索交错对称布置,形成适用于大跨度巷道双跨桁架锚索控制系统,并阐明其支护特点及对顶板拱梁结构的控制机理。分别建立双跨桁架锚索支护断裂顶板拱梁结构和岩块回转变形失稳的力学模型,得出系统的平衡路径与岩梁发生失稳的临界点以及岩块不产生回转变形失稳的临界条件。针对白龙煤矿复合泥岩顶板大跨度煤巷围岩支护现状,结合现场地质生产条件并综合多种研究方法,确定大跨度复合泥岩顶板煤巷双跨桁架锚索系统和锚杆强力支护系统的联合控制方案,并进行现场应用。现场实践表明,该方案控制效果好,支护系统无损毁,实现了大跨度复合泥岩顶板煤巷围岩的有效控制。

综采工作面基本顶厚跨比对其初次断裂失稳影响规律

综采工作面基本顶初次断裂失稳机理对工作面支架选型及采场围岩稳定性控制至关重要。通过建立顶板力学模型分析得出:综采工作面基本顶初次断裂前,基本顶厚跨比从初始状态减小趋近极限状态时,其内部最大主应力σ1与最大剪应力τmax均逐渐增加;当厚跨比接近0. 2时,σ1与τmax均出现陡增,但σ1增加速率大于τmax,易在基本顶两端顶部发生断裂,且基本顶初次断裂时极限厚跨比n1一般大于0. 2。在不发生滑落失稳条件下,基本顶极限厚跨比n1随回转角θ的增大近似呈线性增加;证明了基本顶铰接结构回转初期(θ为0°～3°)易发生滑落失稳。在仅考虑厚跨比影响的条件下,基本顶铰接结构发生回转失稳的临界条件为极限厚跨比n1=0. 624。然而,当n1<0. 624时,回转极限平衡角大于岩块回转平衡角所允许的最小值时,亦会造成铰接结构回转失稳。同时,在考虑支架弹性变形的基础上,建立了基本顶铰接结构滑落失稳对工作面支架动载系数计算方法,当直接顶与基本顶离层量Δh为0时,动载系数Fsd取最小值;Δh不为0时,Fsd随Δh增加而增大,但随直接顶与支架刚度之比、直接顶自重与基本顶传递载荷之比增加而减少。最后,通过对不同综采工作面初次来压时支架工作阻力与动载系数进行计算,验证了理论分析的有效性。

大采高综采采场基本顶周期破断特征研究

为研究支架和采空区垮落矸石对大采高综采采场基本顶周期破断的影响,引入了表征支撑作用的特征量,建立了基本顶顶板岩梁力学模型,分析了基本顶的周期破断特征。研究表明:相同支撑条件下,基本顶周期破断距会随着顶板的厚度增大、抗拉强度增大、荷载量减小而增大;相同开采条件下,基本顶破断距随着支架支护强度和控顶距、垮落矸石支撑力的增大而增大。结合现场实测数据,对基本顶周期破断特征进行了有效验证。

基于基本顶大跨距断裂下充填体参数的确定

为进一步研究中厚煤层沿空留巷采场关键块的断裂特征以及充填体的变形规律,以山西省某矿5210工作面为工程背景,分析基本顶大跨距断裂的机理和特征,综合运用理论分析、数值模拟分析,推导出充填体静载荷的计算公式.系统比较基本顶大跨距断裂下不同强度、宽度充填体的变形规律,合理确定充填体的参数.将研究成果运用到现场,围岩控制效果良好,进一步证明了充填体参数的合理性.最终确定工业性矿井充填体的参数为强度12 MPa,宽度1.2 m.

屋面钢网架与混凝土结构协同作用分析

结合工程实例,分析了大跨度屋面网架参与主体结构计算的影响。利用通用有限元程序MIDAS/GEN,对实际的工程进行了更加接近的建模分析。通过几种不同模型的比较,分析出屋面大跨度网架在参与主体计算时,对主体结构的阻尼比、周期、地震作用下层间剪力等主要指标的影响程度,并提出更为合理的处理方法。