考虑工作面出煤柱尺度效应的下位回采巷道布置优化

针对遗留煤柱对下位巷道及采场产生的不利影响,以近距离煤层下行开采为背景,采用理论解析及现场实测等方法,对煤柱下底板偏应力不变量的区域特征、工作面出煤柱压架灾害的发生机理及其尺度效应展开研究。结果表明:①当上煤层相邻工作面开切眼位置不平齐时,下位巷道通过采取平错式布置,在保障巷道自身稳定的前提下,成功将工作面全长出一侧采空煤柱转化为2次小范围的出煤柱过程,实现对采场压架灾害的提前防治。②采用偏应力第二不变量(J_(2))、偏应力第三不变量(J_(3))和偏应力第二不变量(J_(2))水平变化率解析煤柱下方底板岩层的应力状态,并对底板进行分区,确定下位巷道平错距离的下限值为24 m。③工作面出煤柱期间,初次来压或周期来压与顶板-煤柱系统突变失稳产生的动载矿压耦合叠加形成冲击是压架灾害发生的根本原因,计算出煤柱尺度效应,得到平错距离上限值为36 m。燕子山煤矿工业性实践验证了下位巷道采取平错式布置且平错距离为30 m的可行性与合理性。

刀柱式采空区煤柱合理承载时间分析

为解决坚硬顶板工作面刀柱式采空区对上部煤层开采影响的问题,基于广义开尔文体描述煤柱的流变特性,建立煤柱-顶板系统力学模型,结合最小势能原理,得出采空区煤柱的有效承载时间计算公式,并依据公式对影响煤柱承载时间的影响因素进行了分析,最后结合工程实例进行验证。结果表明:采空区煤柱-顶板系统将随时间逐渐破坏至失稳;煤柱的有效承载时间与自身黏性系数成正线性关系、与瞬时弹性系数近似呈"抛物线"关系、与横截面积成正比例关系、与长期弹性系数、顶板刚度和煤柱高度近似呈负指数关系;建立的基于煤柱流变特性的采空区煤柱-顶板体系力学模型所推导出的煤柱有效承载时间计算公式具有一定的准确性。

房柱式开采煤柱系统失效的模糊理论研究

针对大同矿区房柱式开采坚硬顶板大面积冒落的特征和冒落机理,考虑到煤柱规格尺寸和分布间距的无规律性以及煤柱个体之间强度的差异性等带来的煤柱支承状况的随机、非均和不确定性,引入模糊集理论研究了非均因素对煤柱群体支承能力弱化过程、失效系数的影响。给出了表征煤柱个体间支承状况非均性的隶属函数和支承煤柱模糊失效系数的条件隶属函数关系式,并讨论了隶属函数的取值原则。

多向荷载作用下采空区顶板-矿柱流变力学模型

为分析多向荷载作用下采空区顶板-矿柱体系的稳定性,将采空区顶板简化为弹性薄板,将矿柱简化为符合Kelvin-Voigt模型的粘弹性体,基于弹性板理论和流变力学理论建立多向荷载作用下采空区顶板-矿柱体系流变力学模型,研究垂直荷载和水平荷载共同作用下的采空区顶板-矿柱体系力学特性,推导采空区顶板的控制方程并采用伽辽金方法进行求解。将建立的流变力学模型应用于某煤矿老采空区稳定时间的预测之中,将预测值与现场监测数据进行了对比分析,验证了模型的可靠性。实践表明,建立的多向荷载作用下采空区流变力学模型能够有效地应用于采空区顶板-矿柱体系稳定时间的预测之中。

煤柱-顶板系统失稳的突变理论模型研究

假设顶板岩层处于弹性工作状态情况下,建立了煤柱-顶板系统的力学模型。根据力学模型,应用突变理论建立了条带煤柱突变破坏失稳的尖点突变模型,导出了条带煤柱破坏失稳的主要条件表达式。分析表明,煤柱失稳与条带煤柱顶板的受破坏程度有关,煤层顶板受开采扰动的影响产生塑性区,塑性区越大,其弹性刚度kd越小,越易发生突变失稳。

采空区煤柱-顶板系统失稳的力学分析

基于温克尔假设,突破把坚硬顶板视为弹性梁的传统思想,把坚硬顶板视为弹性板,将煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧,从而形成煤柱-顶板相互作用系统;同时,将煤柱视为应变软化介质,采用近似的Weibull分布描述它的损伤本构模型,依据板壳理论和非线性动力学理论对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了研究,得出了系统失稳的突变机制,并给出了系统失稳的数学判据和力学条件;最后,以马脊梁矿为工程实例进行分析。结果表明,理论分析值与工程实测数据吻合较好,为进一步研究煤柱-顶板相互作用系统和制定相关规范提供了重要参考。

非均布荷载作用下煤柱-顶板系统的失稳分析

针对实际工程中作用在煤柱-顶板系统上的荷载为非均布荷载的现象,研究了煤柱-顶板系统在非均布荷载下的失稳机制。基于温克尔假设,把坚硬顶板视为弹性梁,把煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧,从而形成煤柱-顶板相互作用系统的力学模型;基于尖点突变理论,对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了探索,导出了该系统失稳的充要力学判据,并得出了顶板破坏的临界厚度;同时,分析了影响系统失稳的主要参数,并给出了若干工程建议;最后以甘肃省某煤矿为例,计算了该矿体的临界顶板厚度。所得结果为进一步研究煤柱-顶板系统的失稳机制和制定相关规范提供了参考。

考虑煤柱黏弹塑性流变的煤柱-顶板力学模型

为研究房柱式开采和条带开采的老采空区煤柱-顶板体系的稳定性,预测煤矿采空区煤柱-顶板体系稳定时间,将煤柱简化为满足西原模型的黏弹塑性体,将采空区顶板简化为弹性薄板,建立考虑煤柱黏弹塑性流变变形的采空区煤柱-顶板体系力学模型,在此模型基础上推导采空区煤柱-顶板体系稳定时间的微分方程,并采用伽辽金法进行求解。将该模型应用于某房柱式开采的老采空区稳定时间预测中,验证了力学模型的可靠性。研究表明,煤柱的黏弹塑性流变变形是导致煤柱-顶板体系失稳的重要原因,煤柱的流变变形随时间的推移而增大,最终导致煤柱-顶板体系的失稳。

采空区煤柱-顶板系统失稳的力学分析

基于温克尔假设,把坚硬顶板视为弹性板(突破把坚硬顶板视为弹性梁的传统思想),把煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧,从而形成煤柱-顶板相互作用系统。同时,将煤柱视为应变软化介质,采用近似的Weibull分布描述它的损伤本构模型,依据板壳理论和非线性动力学理论对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了研究,得出了系统失稳的突变机制,并给出了系统失稳的数学判据和力学条件。最后以马脊梁矿为工程实例进行分析,结果表明理论分析值与工程实测数据吻合颇好。本文为进一步研究煤柱-顶板相互作用系统和制定相关规范提供了重要参考。

沉积型铝土矿采空区矿柱-顶板支撑系统滑移突变失稳分析

基于沉积型铝土矿采空区失稳多为沿结构弱面滑移剪切破坏的特征,借助能量耗散理论和突变理论,构建矿柱-顶板支撑系统滑移突变失稳模型,研究受结构弱面影响的系统失稳机制,分析各内控因素对采空区稳定性的影响.结果表明:采空区突发滑移失稳是由支撑系统的内控因素和外控因素协同作用的结果.外控因素既定条件下,各内控因素敏感度由大到小依次为:采空区跨度b,矿柱宽度a,软弱带厚度B,结构弱面倾角θ,矿柱屈服区宽度c.软弱带厚度B和结构弱面倾角θ的敏感度略小于采空区跨度和矿柱宽度的敏感度,在实际工程中,应密切关注结构弱面因素的影响.晨光铝土矿工程实例验证了计算结果的可靠性.研究成果可为此类矿山采场参数设计提供依据.

采空区煤柱-顶板系统失稳的力学分析

基于温克尔假设,将坚硬顶板视为弹性板(突破将坚硬顶板视为弹性梁的传统思想),将煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧,从而形成煤柱-顶板相互作用系统.同时,将煤柱视为应变软化介质,采用近似的W eibull分布描述它的损伤本构模型,依据板壳理论和非线性动力学理论对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了研究,得出了系统失稳的突变机制,并给出了系统失稳的数学判据和力学条件.最后以马脊梁矿为工程实例进行分析,结果表明,理论分析与工程实测数据吻合颇好.

局部弱场控制下煤柱顶板结构破坏模拟研究

基于弱场控制原理,以煤柱顶板整体系统为例,分析包括强度弱场、刚度弱场和稳定性弱场控制下的煤柱顶板应力及位移演化规律,证实了煤柱顶板系统整体稳定性受弱场控制。研究结果表明:煤柱顶板整体系统可以同时存在多个弱场,而各个局部弱场的主导作用随着外部环境的改变而可以相互转化,并对应着不同的破坏模式。对于煤柱顶板整体系统而言,局部弱场具有层次性,煤柱、顶板子系统的强度弱场或刚度弱场构成了局部稳定性弱场,局部稳定性弱场对煤柱顶板整体系统的稳定性起到控制作用。

基于突变理论的小煤窑采空区失稳判据及应用

小煤窑采空区突发性垮塌灾害是榆神府矿区重大地质灾害问题之一。采用工程地质分析及数理推导的方法,分析了小煤窑采空区成灾条件及致灾机理,构建了顶板–残留煤柱岩石力学系统,推导了基于尖点突变模型的采空区系统失稳力学判据。以枣稍沟小煤窑为例进行分析,结果表明,该方法简便实用,计算结果可靠,为小煤窑采空区稳定性定量评价提供了一种新途径。

岩柱失稳对岩柱-顶板系统扰动效应的数值模拟研究

为了研究浅埋房柱式采空区岩柱群失稳机理,以吕梁某铝土矿采空区为研究区,建立采空区二维模型,运用有限元数值模拟的方法,分析单个岩柱失稳对岩柱群及采空区顶板产生的扰动效应。通过对岩柱-顶板系统应力场特征及监测点位移资料的分析,发现单一岩柱失稳后,荷载转移到其邻近岩柱上,并引起该岩柱应力集中及偏压,继而造成岩柱破坏,这种渐进演化导致了岩柱失稳的多米诺效应。

无煤柱完全垮落短壁机械化开采技术研究

在总结我国传统短壁开采和神东模式的短壁机械化开采目前存在的问题和弊端的基础上,针对浅埋深与埋藏较深煤层两种地质煤层,重点阐述了单侧与双侧无煤柱短壁机械化开采工艺等;并就短壁的运输问题,介绍连续运输系统的短壁机械化开采工艺。

基于采矿环境再造的空区顶板-矿柱系统协同作用

为研究空区系统动态演化过程中的协同稳定规律,运用三维有限元3D-σ,以某具体工程实际为背景进行了空区顶板-矿柱系统协同作用研究,得出各模拟方案顶板-矿柱系统安全率、塑性区和应力场的分布;探索了空区系统协同处理模式力学响应;从协同理念出发,为保证后续矿体安全开采提出块石充填采矿环境再造技术进行矿体原有环境修复方案。有限元研究结果表明:协同发展具有条件性,当顶板跨度为15m、20m、30m时对应协同矿柱结构尺寸为3m、4.5m和6m,空区系统顶板为大理岩、玄武岩时极限暴露面积指标分别为1000m^(2)、1600m^(2);以现有方式进行后续矿体开采,应力集中现象明显,顶板最大拉应力为3.496MPa,低于围岩极限强度,安全率为0.924,低于临界状态;在块石充填环境改造后,最大拉应力降至1.655MPa,安全率为1.229,应力场、安全率明显改善,能确保后续矿体开采期间系统协同稳定。

钢管混凝土柱应用于大偏心受压框架柱的设计

结合工程实例 ,介绍了钢管砼柱在多层框架建筑中的应用 。

采空区顶板-矿柱支撑系统失稳破坏研究

为研究采空区顶板-矿柱的失稳破坏机制,在现场调查某地下大理岩矿的基础上,以采空区最薄弱区域为对象,构建了顶板-矿柱支撑系统力学模型,推导出顶板-矿柱支撑系统最大拉应力计算公式,分析了矿柱间距、矿柱宽度、顶板厚度及顶板跨度对采空区顶板最大拉应力的影响。结果表明:受上覆围岩荷载作用,采空区最薄弱区域为中部区域,应力主要集中于顶板,失稳破坏形式为顶板受拉破坏;其他因素不变的条件下,矿柱间距为12 m时,采空区顶板最大拉应力值最小,最大拉应力随矿柱间距增大先减后增;采空区顶板的拉应力与矿柱宽度、顶板厚度呈负相关,随着矿柱宽度增大,最大拉应力逐渐减小;随着顶板厚度增大,最大拉应力急剧减小;顶板跨度越大,最大拉应力越大,增大速率保持稳定。数值模拟结果及工程实例验证了理论计算公式的科学性和合理性。

模拟层状岩层样品失稳的冲击倾向性实验研究

为了弄清顶底板和煤体强度对煤岩系统冲击倾向性的影响以及三者之间的联系,探明静载条件下坚硬的顶底板能否引起冲击矿压。在实验室利用混凝土模拟8种不同强度的煤岩组合,利用MTS试验机在静载条件下对样品做单轴压缩试验,以动态破坏时间,单轴抗压强度和破坏时声音大小评估样品的冲击倾向性。实验结果表明:煤层决定了煤岩系统的强度与冲击倾向性,坚硬的顶底板可以增加软弱煤层的冲击倾向性,软弱的顶底板也可以减小坚硬煤层的冲击倾向性;顶底板对系统冲击倾向性的影响与煤体的性质紧密相关:当煤体软弱,坚硬底板能限制其变形,尤其是与坚硬顶板形成加持作用能显著提高系统冲击倾向性;当煤体坚硬,底板强度对系统冲击倾向性影响很小,顶板强度的增加能增强系统的冲击倾向性;当底板和煤体都软弱,顶板强度对系统冲击倾向性影响很小;在静载条件下,单纯坚硬的顶底板并不是引起冲击矿压的必要条件。