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大采高综采采场直接顶关键层破断结构特征与稳定性研究

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大采高综采采场直接顶关键层破断结构特征与稳定性研究

作者：李波中国矿业大学

学位级别：硕士

大采高综采采场采高大,覆岩破坏高度大,顶板可能存在直接顶关键层,而直接顶关键层的存在对大采高工作面覆岩运动规律、采场位移应力分布、直接顶关键块稳定性、工作面支架工作阻力及矿山压力显现产生何种影响研究较少。故本文主要结合... 详细信息

大采高综采采场采高大,覆岩破坏高度大,顶板可能存在直接顶关键层,而直接顶关键层的存在对大采高工作面覆岩运动规律、采场位移应力分布、直接顶关键块稳定性、工作面支架工作阻力及矿山压力显现产生何种影响研究较少。故本文主要结合寺家庄矿15104大采高直接顶关键层综采工作面开采条件,运用理论分析、数值模拟、现场实践等研究方法,对大采高综采采场直接顶关键层破断结构特征与稳定性进行研究,主要得到以下研究成果:(1)研究了大采高直接顶关键层位置判别方法及周期破断形式。根据直接顶关键层工作面上覆岩层不同垮落形态划分为不规整垮落带、规则垮落带、裂隙带和弯曲下沉带“四带”,并给出了直接顶关键层位置判别方法及直接顶关键块以“砌体梁”和“悬臂梁”两种周期破断形式的理论判别式。(2)建立了大采高有无直接顶关键层数值计算模型,研究有无直接顶关键层上覆岩层运动规律、采场应力位移规律以及直接顶关键层层位、块度和硬度对工作面超前支承压力分布的影响规律。(3)建立了直接顶关键块初次破断力学模型,给出了直接顶关键块初次破断滑落失稳和回转失稳的理论判别式;根据直接顶关键块“悬臂梁”周期破断回转过程中能否触及已破断块体形成暂时稳定结构,建立了两种不同运动形式的计算模型,给出了回转过程中能触及已断块体的滑落失稳和回转失稳的理论判别式及回转过程中不能触及已断块体的滑落失稳理论判别式;分析了直接顶关键层和老顶关键层复合破断的影响因素,及出现工作面大小周期来压显现的原因。(4)建立了下位直接顶关键层“悬臂梁”-老顶“砌体梁”结构滑落失稳和回转失稳的计算模型,给出了滑落失稳和回转失稳产生冲击载荷时支架合理工作阻力的计算公式,并分析了工作阻力与各影响因素的关系;建立了上位直接顶关键层“砌体梁”-老顶“砌体梁”结构计算模型,给出了支架合理工作阻力的计算公式。(5)实测得到寺家庄15104直接顶关键层工作面初次来压步距37m,周期来压步距17m,工作面周期来压步距大致相等,不存在大小周期来压,且工作面周期来压持续长度平均达到4.1m,持续时间较长,证实了15104工作面直接顶关键层位于直接顶下部且以“悬臂梁”形式周期性破断。

关键词：大采高综采直接顶关键层数值模拟关键块稳定性

大采高综采工作面矿压显现及顶板活动特征研究

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甘肃科学学报 2024年第2期36卷 43-49页

作者：郭延华宋昊宇韩现刚河北工程大学土木工程学院河北邯郸056038

为了得到唐山某煤矿综采工作面的矿压显现及顶板活动特征,基于关键层理论、“悬臂梁-砌体梁”力学模型,通过现场观测、理论分析、数值模拟的方法对9煤层矿压显现特征、顶板结构、支架工作阻力开展了深入研究,建立了覆岩结构力学模型,得... 详细信息

为了得到唐山某煤矿综采工作面的矿压显现及顶板活动特征,基于关键层理论、“悬臂梁-砌体梁”力学模型,通过现场观测、理论分析、数值模拟的方法对9煤层矿压显现特征、顶板结构、支架工作阻力开展了深入研究,建立了覆岩结构力学模型,得到了工作面支架工作阻力的合理计算式。研究结果表明:工作面来压步距和来压大小均有一定的规律性,呈现一大一小的周期来压现象,来压期间中部测区支架荷载最大,两边偏小;通过直接顶关键层判别方法,确定了第2层岩层和第7层岩层分别为亚关键层1和亚关键层2。亚关键层1破断后以“悬臂梁”结构形态垮落进入采空区,亚关键层2破断后形成了稳定的“砌体梁”结构,此时亚关键层1与亚关键层2共同组成了“悬臂梁-砌体梁”结构;第2层岩层和第7层岩层组成的双关键层结构的破断运移规律导致了工作面呈现一大一小的周期来压现象。当双关键层同步破断时,支架工作阻力为13 688 kN。

关键词：大采高综采矿压监测直接顶关键层悬臂梁-砌体梁支架工作阻力

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大采高直接顶关键层结构转化特征研究

煤矿安全 2016年第9期47卷 56-59页

作者：蔡志炯大同煤矿集团金庄煤业有限责任公司山西大同037000

针对直接顶关键层结构对大采高综放采场矿压显现影响较大的特点,建立直接顶关键层形成"悬臂梁"结构的判别式,并以金庄煤矿8202大采高综放工作面为例计算分析并现场验证。结果表明,特厚煤层综放采场直接顶关键层能够形成"悬臂梁"结构,在... 详细信息

针对直接顶关键层结构对大采高综放采场矿压显现影响较大的特点,建立直接顶关键层形成"悬臂梁"结构的判别式,并以金庄煤矿8202大采高综放工作面为例计算分析并现场验证。结果表明,特厚煤层综放采场直接顶关键层能够形成"悬臂梁"结构,在直接顶关键层"悬臂梁"结构保护下,下位直接顶压实滞后,随着工作面推进,直接顶关键层结构又向铰接结构转化,呈现"悬臂梁"结构、铰接结构交替出现形式。

关键词：大采高综放采场直接顶关键层悬臂梁铰接结构

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大采高综采采场顶板结构特征与支架合理承载

采矿与安全工程学报 2014年第4期31卷 512-518页

作者：王继林袁永屠世浩李波中国矿业大学北京资源与安全工程学院北京100083 潞安环能股份有限公司五阳煤矿山西长治046204 中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116

为确定大采高综采支架合理工作阻力，采用理论分析与现场实测相结合的方法，研究了大采高综采采场顶板结构特征与支架合理承载。根据直接顶中厚硬岩层对覆岩垮落具有重要影响的特点，提出了直接顶关键层的概念与判别方法，依据是否存在... 详细信息

为确定大采高综采支架合理工作阻力，采用理论分析与现场实测相结合的方法，研究了大采高综采采场顶板结构特征与支架合理承载。根据直接顶中厚硬岩层对覆岩垮落具有重要影响的特点，提出了直接顶关键层的概念与判别方法，依据是否存在直接顶关键层对直接顶分类并计算支架工作阻力。结果表明：Ⅰ类无直接顶关键层条件下，基本顶破断形成单层的“砌体梁”结构，其采场支架工作阻力可按6～8倍采高的岩柱重量计算；Ⅱ类有直接顶关键层条件下，顶板形成由直接顶关键层与基本顶破断组成的双层“悬臂梁-砌体梁”结构，其采场支架工作阻力的计算需考虑直接顶关键层厚度、强度与层位的影响，直接顶关键层强度越大、厚度越大、层位越低，采场所需支架工作阻力越大。上述研究成果在典型条件大采高综采支架工作阻力确定中得到成功应用。

关键词：大采高综采直接顶关键层直接顶分类支架工作阻力冲击动载荷

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大采高综采采场支架-围岩稳定控制机理研究

煤炭学报 2011年第11期36卷 1955-1956页

作者：袁永中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008

大采高综采技术是厚煤层安全高效高采出率开采的重要发展方向,随着采高向6.0～7.0 m发展,采场煤壁片帮、冒顶、压架、支架失稳发生率高,且控制困难,已成为制约该技术推广应用的瓶颈。针对上述难题及采场片帮、冒顶、压架和支架失稳间互... 详细信息

大采高综采技术是厚煤层安全高效高采出率开采的重要发展方向,随着采高向6.0～7.0 m发展,采场煤壁片帮、冒顶、压架、支架失稳发生率高,且控制困难,已成为制约该技术推广应用的瓶颈。针对上述难题及采场片帮、冒顶、压架和支架失稳间互馈联动性强的特征,以6.0 m左右大采高综采采场为研究对象,采用理论分析、数值模拟、物理模拟、仿真试验及现场实测等手段,对大采高综采采场支架-围岩稳定控制机理进行了系统研究,得到了如下研究成果:(1)研究了大采高综采采场覆岩结构特征与支架合理承载。根据直接顶厚硬岩层对覆岩垮落具有重要影响的特点,提出了大采高综采采场直接顶关键层的概念与确定方法,分析了其对覆岩垮落特征和超前支承压力分布的影响规律;依据有无直接顶关键层对直接顶分类并计算支架工作阻力:Ⅰ类无直接顶关键层条件按4～8倍采高岩柱质量计算支架工作阻力,Ⅱ类有直接顶关键层条件支架工作阻力计算需考虑直接顶关键层厚度、强度与层位的影响。(2)研究了大采高综采支架的稳定控制机理。分析了基于失稳临界角的支架下滑、倾倒与尾部受扭的力学特征;采用敏感性分析方法对大采高综采采场支架稳定性进行控制,增强了支架稳定控制的针对性和有效性;提出了端部底煤留设的新方式,实现了端部底煤回收与提高端部倾斜支架组稳定性的统一。(3)研究了高帮煤壁片帮机理与防治技术。煤壁片帮是一个由微观裂隙发育到宏观"楔形"滑动体失稳的过程,采用损伤力学理论,通过建立煤壁损伤变量与裂隙发育程度的联系,揭示了煤壁片帮的微观机理;基于高帮煤壁片帮特征实测,建立煤壁"楔形"滑动体稳定性分析的三维力学模型,揭示了煤壁片帮的宏观机理,分析了影响其稳定性的主要因素,提出了高帮煤壁片帮防治技术。(4)将煤壁稳定控制纳入采场支架-围岩控制体系中,提出了支架等效支护阻力和等效护帮力的概念与计算方法,揭示了大采高综采采场"煤壁-顶板-底板"空间围岩运动与支架工作状态之间的相互作用机理。(5)采用系统动力学方法研究采场支架-围岩相互作用关系,初步建立了大采高综采采场"W-R-F-S"系统的SD模型,通过Vensim软件的仿真模拟,定量描述了不同控制策略条件下"W-R-F-S"系统的稳定性。(6)上述研究成果在淮北矿业集团许疃煤矿7219工作面及阳煤集团寺家庄煤矿15104工作面得到应用和验证,并现场实测了典型大采高综采采场的来压规律、煤壁片帮特征及支架-围岩相互作用关系。

关键词：大采高综采直接顶关键层煤壁片帮支架稳定性系统动力学

特厚煤层大采高综放面组合悬臂梁运动特征及支架阻力研究

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中州煤炭 2016年第7期 55-60页

作者：李化敏王伸河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

针对直接顶岩层结构对大采高综放采场矿压显现影响较大的特点,基于关键层理论与岩块铰接条件,分析直接顶岩层运动特征及液压支架工作阻力合理确定方法,以准格尔地区某矿大采高综放工作面为例计算分析。研究表明,特厚煤层综放采场直接顶... 详细信息

针对直接顶岩层结构对大采高综放采场矿压显现影响较大的特点,基于关键层理论与岩块铰接条件,分析直接顶岩层运动特征及液压支架工作阻力合理确定方法,以准格尔地区某矿大采高综放工作面为例计算分析。研究表明,特厚煤层综放采场直接顶关键层及其上位直接顶形成组合悬臂梁结构,随工作面推进破断回转,与其后方的已破断岩层接触、分离滑落,其重量由后方已破断岩层与液压支架共同承担,其悬臂破断回转、与已断岩层接触、分离滑落的过程直接影响着工作面矿压显现。正常回采阶段液压支架仅承受顶煤及下位直接顶的荷载;来压阶段应保证承受顶煤、下位直接顶及组合悬臂梁破断所施加的荷载,才能防止支架压死、活柱急剧下缩等现象;依据其力学特征确定了大采高综放工作面合理的液压支架工作阻力。

关键词：特厚煤层大采高综放直接顶关键层组合悬臂梁液压支架