大倾角厚煤层长壁综放开采基本顶破断模式及演化过程(Ⅰ)——初次破断

大倾角特厚煤层走向长壁综放开采过程中,由于直接顶冒落后采空区充填不均匀,基本顶断裂呈现非对称特征。基于弹性力学理论,建立了横纵荷载作用下大倾角煤层基本顶的薄板力学模型,分析了基本顶上、下板面的应力分布特征,获得了基本顶断裂线发育轨迹与破坏区演化规律,提出了大倾角煤层基本顶的初次破断"V—Y"型断裂模式。研究表明,大倾角煤层基本顶初次断裂的空间顺序为"中上部→中下部→上部→下部"。结合数值模拟、现场监测等手段,验证了基本顶初次断裂过程中采场围岩应力场分布及矿压显现具有时序性和非对称特征。

大倾角厚煤层长壁综放开采基本顶破断模式及演化过程(Ⅱ)——周期破断

基于弹性力学理论,建立了大倾角综放工作面推进过程中基本顶由小三角形悬板→大三角形悬板→斜梯形板转化的薄板力学模型,计算出3种形状基本顶的上、下板面的应力分布,揭示了断裂线发育轨迹与破坏区演化过程,阐明了大倾角煤层基本顶周期破断的"四边形"型断裂模式。研究表明,大倾角煤层基本顶周期断裂的空间顺序为"中下部→中上部→上部→下部"。结合数值模拟、现场监测等手段,验证了基本顶周期断裂过程中采场围岩应力场分布及矿压显现具有时序性和非对称特征。

采场老顶初次破断机理与破断形态分析

依据典型浅埋煤层工作面的实测和模拟，发现了采场老顶初次破断的非对称现象。运用相似模拟和理论分析相结合的方法，揭示了采场顶板初次破断机理，确定了有关参数。

梅花井矿601大采高工作面覆岩关键层及来压步距研究

关键层运动对采场矿压显现、覆岩移动与地表沉陷及采动裂隙场分布有着重要的意义，为了确定梅花井矿关键层位置，文章采用矿压观测、岩石密度试验、单轴压缩及变形试验等方法，确定梅花井矿601大采高工作面覆岩力学性质和周期来压特征，并通过计算机编程计算硬岩和关键层。结果说明C6岩层为主关键层，C8为亚关键层，C6关键层步距为17．88m，与矿压观测结果对比，基本顶来压步距为13～26m，两者结果比较吻合。

断裂带老顶的判别准则及在浅埋煤层中的应用

从 2 0世纪 5 0年代的铰接岩块假说到砌体梁理论的建立 ,都把断裂带老顶结构作为主要研究对象 .在讨论有关断裂带老顶结构假说和理论的基础上 ,根据老顶初次断裂拱式平衡和周期断裂砌体梁平衡条件 ,考虑到岩块间铰点挤压接触面的实际高度 ,推导出了断裂带老顶判别的理论公式 ,即老顶分层厚度大于其下自由空间高度 1 5倍时该分层进入断裂带 .通过与实际观测值及所建立的经验公式比较 ,证明理论公式的计算值与实际一致 ,从而使长期悬而未解的断裂带老顶层位问题在理论上得以解决 .同时也进一步说明了浅埋煤层组合关键层覆岩全厚切落的必然性 .

周源山煤矿24采区上覆岩层关键层研究

结合周源山煤矿24采区上覆岩层实际情况,根据关键层强度和刚度理论判断了该煤矿关键层的位置及初次破断距,并且利用RFPA软件进行数值模拟分析,验证了理论计算的正确性,为煤矿开采提供开采参考依据。计算结果与该矿24采区已开采的工作面矿压显现及顶板下沉的实测结果大致相符。

典型浅埋煤层长壁开采覆岩采动响应与控制研究

为了进一步完善典型浅埋煤层长壁开采覆岩运动与控制理论,以神东矿区22616工作面为工程背景,采用试验模拟、理论分析与现场应用相结合的方法,研究典型浅埋煤层长壁开采老顶破断特征及地表砂土层载荷传递效应,提出采场支架合理工作阻力计算方法,并成功应用于工程实践。研究结果表明:浅埋采场老顶滑落失稳瞬间,动载显现剧烈,覆岩台阶下沉明显,砂土柱间的摩擦作用导致地表砂土层载荷存在一定的传递效应,并非以其全部自重作用于基岩老顶。基于这一特性,引入岩柱法修正老顶结构经典力学模型参数,改进浅埋采场来压顶板支护力数学模型。理论计算采场初次来压控顶支架最大工作阻力为10 506.8 kN/架,周期来压控顶支架最大工作阻力为7 475.26 kN/架,均与现场观测数据较为吻合,采场ZY11000/24/50型液压支架刚好满足控顶要求,保障了工作面安全、高效开采,为典型浅埋煤层长壁开采工作面支架工作阻力确定及选型提供了重要参考。

单体支柱工作面顶板压力计算的探讨

根据现场实测，采用统计回归与理论分析方法，对鸡西矿务局单体支柱工作面顶板压力计算方法进行了分析和研究，利用来高与直接顶厚度的比值确定老顶岩层作用在直接顶的压力，最后推导出较实用的顶板压力计算方法，并在鸡西进行了应用。

箭竹坪矿区主采煤层顶底板稳定性分析

本文通过收集和整理箭竹坪矿区资料的基础上,对矿区的地层、构造、顶底板岩性组合等方面进行了研究,并对整个矿区主采煤层顶底板的地质条件做简要分析。分析结果表明箭竹坪矿区主采煤层顶底板的稳定性差异比较大,其中煤层中的后期小构造和顶底板岩性被视为顶底板稳定性的主要控制因素。

倾斜软硬交互岩层双基本顶切顶留巷围岩控制技术研究

对倾斜软硬交互岩层双基本顶切顶留巷围岩控制难题,阐明了该地质条件下采空侧-顶板-实体煤帮综合护巷机理,针对性地提出了采空区侧“U型钢插顶插底+高强锚索补强+金属网挡矸护帮”、留巷顶板“槽钢桁架锚索+切顶锚索+单体柱撑顶”、实体煤帮“槽钢桁架锚索强力锚固”的综合控制技术;提出了布孔形式、布孔间距及角度、布孔深度、装药参数及封泥长度等爆破切顶参数。现场结果表明:9.5 m深度的切顶孔利于倾斜软硬交互岩层切顶留巷围岩控制,切缝侧顶板与实体煤帮稳定后的最终变形量约为192 mm与119 mm,保证了下工作面安全回采。

开采引起地表塌陷型裂缝的形成机理分析

为了研究地表塌陷型裂缝发育与地质采矿条件之间的关系,在对开采造成的地裂缝进行分类统计的基础上,针对塌陷型地裂缝,运用基于薄板理论的基本顶"O-X"破断原理,结合岩层控制的关键层理论,分析了薄基岩浅埋煤层开采造成的地表塌陷型裂缝的形成机理,研究了塌陷型地裂缝的动态发育规律,并通过工程实例,验证了模型的可靠性。研究表明,在基岩采厚比小于30的情况下,裂隙带直达地表,容易形成地裂缝,若基本顶以上不存在关键层,塌陷型地裂缝伴随着基本顶的破断同时发育,其形态与基本顶破断的"O"型圈形态相似;若存在关键层,受岩层破断角的影响,则会使塌陷型裂缝滞后于煤层开采进度,即存在塌陷型地裂缝滞后角,关键层到基本顶的距离越大,其值越大。