坚硬顶板煤层一次采全高顶板支护管理研究

大采高综采技术是厚煤层开采工艺的重要发展方向,越来越多地被采用,顶板事故在矿山生产安全事故中占有较大比例,有效控制顶板,合理对顶板进行支护是采矿过程中必须认真考虑的问题。大采高综采工作面采场顶板跨度大、高度高,矿山压力复杂,管理难道大,本文针对某矿9、10号煤层大采高综采工作面顶板坚硬特性,通过理论计算出了不同工作条件下支架工作阻力和顶板支护强度参数,结合对本矿区所做的相似模拟实验结论,对顶板管理中支护强度进行了分析研究,就矿区特定顶板条件选定和提出了具体支护要求。     

坚硬顶板控制技术研究

针对某矿区煤层灰岩顶板厚度大、致密坚硬的特点,提出了采用切眼放顶和顺槽预爆破拉槽的顶板控制措施,确定了放顶高度,并给出了具体的放顶、拉槽方案以及爆破工艺,对坚硬顶板控制具有一定的借鉴意义。     

工作面顶板动态离层水治理研究

2005年5月21日淮北矿业集团海孜煤矿745工作面发生了瞬时水量达3887m^3/h的特大溃水事故.经分析发现,此次溃水事故的水源来自7煤层顶板砂岩离层积水,是在复杂水文工程地质条件下,采煤工作面顶板产生的一种动态突水水源.针对离层突水的动力特点,在工作面回采影响以外的下山方向布置钻孔,并采取在工作面采前、采中和采后持续放水的措施,有效地阻止了离层水源的产生,保证了工作面安全生产.     

坚硬顶板强制放顶断裂力学模型研究

为了保证坚硬顶板工作面的安全高效生产,根据坚硬顶板初采期间的岩层结构特点,基于断裂力学理论,建立了中部拉槽强制放顶断裂力学模型,推导了基本顶初次破断距的表达式,分析了岩层断裂韧度、裂缝长度等参数对初次破断距的影响规律。研究结果表明：基本顶的初次破断距随断裂韧度的增大而增加,随裂缝长度和基本顶上覆荷载的增大而减小;在基本顶断裂韧度或上覆荷载一定的条件下,人工裂缝长度比达到0.6以后,基本顶初次破断距保持不变。研究结果可为类似工程的设计和施工提供依据。     

锚网(索)支护煤巷顶板离层临界值分析

顶板离层是开采过程中巷道矿压显现的主要表现形式之一。离层值的大小不仅和煤层赋存条件及开采技术条件等自然因素有关,而且和巷道的尺寸、支护方式以及支护强度等直接相关。在深入分析现场顶板离层监测手段和所存问题的基础上,对锚网巷道、锚网锚索联合支护巷道的顶板离层临界值进行了系统的分析。     

坚硬顶板运动特征的数值模拟及非线性动力学分析

分别从三维离散单元法及非线性动力学方法两个角度研究了坚硬顶板的运动规律,得到了较一致的结论。坚硬顶板的初次垮落具有冲击性,应力水平较高,该阶段的LE1为负值,系统处于有序的定常态;所研究条件下实施防冲措施的最佳时机在第2阶段开采活动结束之前,可促使坚硬顶板从冲击性整体运动向周期性分段运动转化;∑(+LEi)表明第4阶段的混沌程度最高,对应应力水平适中的周期性运动阶段。研究表明,除了初次冲击性垮落阶段,坚硬顶板运动系统在其它阶段均处于孕育着变化的混沌态。     

无人工作面开采坚硬顶板冲击运动的3DEC数值模拟研究

分4个阶段模拟了无人工作面开采坚硬顶板采场顶板的运动规律.第1阶段,坚硬顶板的悬而不落是下一区段无煤柱开采的隐患.开采范围达到8 000 m2时的第2阶段,采场坚硬顶板的冲击性垮落,使工作面前方煤体及巷道既已形成的高应力区骤然释放.开采范围继续扩大的第3阶段和第4阶段,坚硬顶板从整体大范围冲击性运动向周期性分段运动转化.北京矿务局木城涧煤矿无人工作面坚硬顶板在采场面积约为8 000 m2的初次冲击性垮落,验证了3DEC理论研究结论,其强制放顶等防冲措施实施的最佳时机为第2阶段的开采活动结束之前.     

铜川玉华煤矿顶板离层水突水机理与防治

陕西铜川玉华煤矿一盘区1418工作面,回采期间发生多次突水事故,对煤矿的正常生产和人员的生命安全构成严重威胁。从本井田地质和水文地质资料入手,分析了工作面突水的背景、水源、通道等,得出洛河组下段砂岩裂隙含水层水为离层空间充水的主要水源,煤层采动后形成的导水裂隙带为主要的导水通道。通过理论分析和模拟研究覆岩移动破坏规律,分析确定导水裂隙带发育过程和离层空间可能发育的位置,离层水形成、发展及突水过程,从而总结出玉华井田1418工作面顶板离层水突水机理,为矿井后期实现安全高效生产提出切实有效的防治水措施打好基础。     

采场顶板稳定性动态预测及控制研究

运用人工神经网络技术,综合岩石介质条件、赋存环境条件以及工程因素3大方面的5个指标,即岩石单轴抗压强度、岩石质量指标、煤体强度、地下水状况、工作面月推进速度,建立了采场顶板稳定性动态预测模型。并以工作面月推进速度40m、60m、80m、100m分别预测了新集井田顶板稳定性分区。根据5个指标因素分析结果,对顶板稳定性影响程度由大到小排序为岩石质量指标、地下水状况、岩石单轴抗压强度、煤体强度、工作面月推进速度。     

双河煤矿采动巷道顶板裂隙的分形研究

巷道顶板的变形量是评价巷道顶板稳定性的一个重要指标,巷道顶板裂隙的间距分形维是综合反映顶板裂隙发育、分布特征的一个重要参数,尝试建立二者之间的数学关系。利用多基点位移计对双河煤矿采动巷道顶板的变形量进行了监测,利用钻孔电视成像仪对顶板内裂隙的发育和分布状况进行了监测,并且计算出顶板内裂隙间距的分形维。结果表明,顶板0~2 m内裂隙最为发育,在此范围内,裂隙线密度与裂隙间距分形维具有相同的变化趋势,二者具有线性关系;顶板的变形量与相应的裂隙间距分形维具有相同的变化趋势,顶板裂隙的间距分形维增大,相应的围岩变形量增大,二者之间存在线性关系。研究结果表明,顶板裂隙的间距分形维是综合反映巷道顶板稳定性的一个指标,可以作为巷道顶板稳定性的指标,对巷道顶板稳定性进行评价,为支护设计提供可靠依据。     

坚硬顶板孤岛工作面冲击地压机理及前兆判别

以忻州窑矿8939工作面为工程背景,运用弹性板理论分析坚硬顶板破断期间释放的弹性能量值,并利用FLAC^3D数值模拟划分工作面回采期间的高应力区域,同时根据分形理论分析微震事件的时间分布、空间分布与冲击地压的内部关联。研究结果表明：坚硬顶板断裂前,悬露顶板由于旋转下沉不断对工作面前方煤体缓慢加载,由于过程缓慢,应力与能量不断向煤岩体深部转移,不易发生冲击地压。当顶板断裂时,会瞬间释放大量的弯曲应变能,对工作面周围煤体产生强大的脉冲作用,若脉冲能量超过冲击地压的临界值,则发生冲击地压的可能性较大。且冲击地压发生之前,煤岩体处于非稳定状态,会与外界积极交换能量,此时微震事件处于活跃期,当微震能量超过一定数值或微震事件的分维值低于某临界值时,易发生冲击地压。     

基于岩梁-块体理论的巷道软弱层直接顶板破坏形式研究

巷道软弱层直接顶板具有挠曲破坏、整体冒落和拱形冒落3种破坏形式,顶板厚度变化是影响其破坏形式的主要原因之一。对此,基于梁理论和块体理论,构建了顶板岩梁-块体力学模型,以揭示软弱层直接顶板破坏形式的变化规律。在此基础上,定义了挠曲破坏安全系数和剪切破坏安全系数,建立了顶板不同破坏形式的顶板临界厚度计算模型,以判定不同顶板厚度对应的顶板破坏形式。通过实例演算显示,随着顶板厚度的增加,顶板破坏形式由挠曲破坏逐渐变为整体冒落再变为拱形冒落。同时,当顶板厚度超过一定值时,冒落拱高度不再显著增加。基于相同的工程条件和力学参数,通过实例演算和数值模拟对比分析,计算得到演算工况下从挠曲破坏到整体冒落的顶板临界厚度均为0.14 m,从整体冒落到拱形冒落的顶板临界厚度为0.8m,结果具有一致性。表明应用顶板临界厚度计算模型能够有效地判定顶板破坏形式。该研究成果可为矿山巷道在软弱层直接顶板管控及支护方案设计提供理论参考。     

高地应力下硬岩的本构模型研究

传统的本构模型在模拟高地应力下硬岩破坏的范围和深度方面并不理想。针对高应力下的拉西瓦花岗岩,通过真三轴压缩试验模拟了开挖时应力路径的演化。在摩尔-库仑强度准则、格里菲斯强度准则、德鲁克-普拉格准则、双剪统一强度理论和霍克-布朗强度准则的基础上,考虑十二面单元体主剪面上主剪应力、正应力和静水压力的共同作用,提出了一个有关高应力下硬岩的三剪强度准则。根据试验结果,利用遗传算法全局寻优的功能,搜索出了三剪强度准则的参数。预测样本和与摩尔-库仑强度准则、德鲁克-普拉格准则、双剪统一强度理论的比较表明,该三剪强度准则与试验结果吻合,适用于高地应力下的硬岩。根据试验得到的应力-应变关系曲线,建立了基于三剪强度准则和应变软化的弹-脆-塑性本构模型,并用FLAC3D提供的基于C++的用户自定义模型工具UDM,创建了用户自定义模型的动态链接库,嵌入了FLAC3D软件。采用遗传算法-FLAC方法,搜索得到了基于岩石试样和岩体的本构模型参数。计算结果与实测情况吻合,表明建立的本构模型适用于高地应力下的硬岩,为高地应力下硬岩地下工程的安全性和稳定性分析奠定了基础。     

海底硬岩钻探的现状与前景分析

海底硬岩是世界大洋钻探实现“莫霍钻”目标必然钻遇的地层。世界大洋钻探实施的航次中已多次钻遇海底硬岩,不仅采获了岩心样品,也在钻进施工中发现了诸多问题。本文搜集了近年来世界大洋钻探实施的309、312、335、360和384等有关海底硬岩钻探航次的资料,在对航次情况简要介绍的基础上,重点阐述了目前海底硬岩钻探在钻头、井壁稳定以及取心工具等方面遇到的挑战以及采取的应对措施,并对今后海底硬岩钻探的发展进行了展望。     

机械施工动荷载-采空区顶板失稳判据

针对机械施工荷载作用下采空区顶板失稳破坏具有突发性及受力过程复杂的特点,将机械施工荷载简化为移动简谐力,采用力学分析建立了机械施工荷载-采空区顶板力学模型。基于动力学理论,形成了机械施工荷载-采空区顶板的双尖点突变模型,由系统失稳的充分条件和必要条件,获得了机械施工荷载-采空区顶板失稳判据。基于能量原理,推导了机械施工荷载-采空区顶板总能量方程,根据系统临界失稳判据,构建了临界机械施工荷载计算模型。对建立的两种失稳判据分别进行实例验证,结果表明采用突变理论计算得到的理论状态与实测状态一致;采用能量原理计算得到的临界机械施工荷载理论值与实测值较吻合,平均误差为11. 01%。研究可为露天开采下机械施工荷载大小控制、采场结构参数设置、采空区失稳控制与治理等提供参考。     

坚硬顶煤弱化爆破的宏观损伤破坏程度研究

根据综放开采坚硬顶煤预先弱化爆破作用的目的和特点,认为在爆炸载荷作用下坚硬煤体的动态断裂破坏也是一个连续损伤演化积累过程。通过大煤样爆破超动态应变测试,提出坚硬顶煤预先弱化爆破的爆破中区应变波峰值体积应变符合幂函数衰减规律,并在此基础上,结合Tarlor、Drady等岩石爆破损伤演化模型,建立了坚硬顶煤预先弱化爆破宏观损伤破坏程度的分布函数,给出了相应的计算参数和系数,为分析和确定顶煤弱化爆破合理参数提供了基础。