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浅埋沿空留巷切缝顶板断裂条件及移动规律研究

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矿业科学学报 2017年第2期2卷 109-119页

作者：张国锋苗沛沛王二雨陈新中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

根据浅埋煤层顶板断裂后岩块间水平挤压力较小难以形成砌体梁的特点,分析了切顶卸压沿空成巷下的巷道顶板断裂结构,建立了下位切缝上位弯曲裂缝的双边悬臂梁的断裂力学模型,推导了沿空巷道侧向基本顶沿切缝结构面裂缝扩展断裂时的切顶... 详细信息

根据浅埋煤层顶板断裂后岩块间水平挤压力较小难以形成砌体梁的特点,分析了切顶卸压沿空成巷下的巷道顶板断裂结构,建立了下位切缝上位弯曲裂缝的双边悬臂梁的断裂力学模型,推导了沿空巷道侧向基本顶沿切缝结构面裂缝扩展断裂时的切顶工作阻力;建立了侧向基本顶两种不同顶板断裂位态下围岩结构数值模型,得出了两种断裂位态下的结构移动变形规律。当切顶阻力Qql时,巷道顶板沿煤壁内一定深度内断裂,空区侧弧形三角板直接顶的倒台阶悬臂结构可向沿空巷道围岩传递较大破断动载和覆岩移动压力;而当切顶阻力Q≥ql并与切缝联合切顶同时作用时,则可使得垮落带内直接顶和低位基本顶沿切缝结构面断裂滑落失稳,实现顶板断裂位态主动控制,减小弧形三角板侧向悬臂传递覆岩荷载的结构长度,优化顶板承载结构和围岩应力,降低巷旁支护体承受的附加荷载。同时切落后碎胀的矸石及时充填空区将上覆岩触矸点前移,减缓了上覆岩下沉和旋转变形作用力。哈拉沟矿浅埋薄基岩大断面复合顶板切顶成巷试验结果表明:沿空巷道超前切缝可减小侧向顶板区域支架工作阻力和直接顶垮落步距,降低岩板破断引起的冲击动载,实际切顶阻力与理论计算分析结果较为吻合。

关键词：浅埋大断面顶板切缝覆岩移动矿压规律

切顶成巷工作面矿压分区特征及其影响因素分析

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中国矿业大学学报 2018年第6期47卷 1157-1165页

作者：何满潮王亚军杨军高玉兵高庆王世彬中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

通过分析陕煤柠条塔煤矿切顶成巷开采试验工作面矿压数据,发现工作面矿压沿长度方向呈现出非对称分布特征,留巷侧的低压区范围较非留巷侧明显增大.通过FLAC3D数值模拟,同样得到工作面矿压沿长度方向呈现出中部高、两端低的非对称形态,... 详细信息

通过分析陕煤柠条塔煤矿切顶成巷开采试验工作面矿压数据,发现工作面矿压沿长度方向呈现出非对称分布特征,留巷侧的低压区范围较非留巷侧明显增大.通过FLAC3D数值模拟,同样得到工作面矿压沿长度方向呈现出中部高、两端低的非对称形态,其规律与现场数据基本一致.结果表明:切顶成巷开采工作面存在3个典型矿压分区,工作面中部为矿压强显现区(Ⅱ区);工作面两侧为矿压弱显现区,其中留巷侧为Ⅰ区,另一侧为Ⅲ区;相较于Ⅲ区,Ⅰ区受顶板切缝和取消掘巷的影响,其低压范围增大,且局部应力集中现象消失.基于以上分析结果,提出无掘巷卸压效应和顶板切缝效应的概念,得出无超前掘巷和有顶板切缝是导致切顶成巷开采矿压分布发生变化的主要原因,两者均有利于减弱工作面留巷侧一定范围内矿山压力,降低围岩控制难度.

关键词：切顶卸压矿压分布超前掘巷顶板切缝分区特征

无煤柱自成巷“短臂梁”结构特征及变形计算分析

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中国矿业大学学报 2019年第4期48卷 718-726,759页

作者：王亚军何满潮杨军付强高玉兵同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

为了探索无煤柱自成巷开采条件下"短臂梁"顶板结构及变形特征,建立了顶板变形计算模型,运用能量理论与位移变分方法对顶板变形及其影响因素进行了分析.结果表明:留巷宽度、断裂岩块回转运动对顶板变形影响较为显著;而巷内锚索支护、临... 详细信息

为了探索无煤柱自成巷开采条件下"短臂梁"顶板结构及变形特征,建立了顶板变形计算模型,运用能量理论与位移变分方法对顶板变形及其影响因素进行了分析.结果表明:留巷宽度、断裂岩块回转运动对顶板变形影响较为显著;而巷内锚索支护、临时支护对顶板变形控制作用有限.顶板变形的主要影响因素按其影响程度由大到小依次为:留巷宽度、岩体泊松比、断裂岩块回转角度、岩体弹性模量、临时支护强度、锚索支护强度.据此提出应严格控制留巷宽度,合理设计顶板切缝高度的围岩控制思路,可降低上覆岩层断裂岩块回转下沉空间,减小"短臂梁"顶板变形,有利于提高巷道稳定性.

关键词：无煤柱自成巷短臂梁顶板变形顶板切缝留巷宽度

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切顶卸压无煤柱自成巷顶板断裂特征研究

采矿与安全工程学报 2019年第6期36卷 1137-1144页

作者：杨军王宏宇王亚军高玉兵王建文刘辉中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 同济大学土木工程学院上海200092 陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司陕西榆林719300

为研究无煤柱自成巷开采条件下基本顶不同断裂位置对巷道变形的影响,分析顶板岩层运动特征,建立基本顶不同断裂位态力学模型,分别推导出基本顶在不同断裂位置时的巷内临时支护强度计算公式,得出巷内临时支护强度临界值。采用离散元数值... 详细信息

为研究无煤柱自成巷开采条件下基本顶不同断裂位置对巷道变形的影响,分析顶板岩层运动特征,建立基本顶不同断裂位态力学模型,分别推导出基本顶在不同断裂位置时的巷内临时支护强度计算公式,得出巷内临时支护强度临界值。采用离散元数值软件UDEC对基本顶不同断裂位态下的岩层运动进行模拟分析。结果表明:基本顶在实体煤侧及采空区侧发生断裂,巷道变形较小,而在巷道上方发生断裂时变形破坏严重;通过调整切顶护帮支架对巷道顶板支撑力控制下位顶板的变形,使基本顶在较为有利的位置发生断裂;通过切顶护帮支架、恒阻大变形锚索支护等技术可以有效控制巷道变形,并在柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面成功应用。

关键词：顶板切缝切顶卸压无煤柱自成巷顶板断裂关键块

切缝控顶作用下工作面矿压显现非对称特征分析

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采矿与安全工程学报 2020年第2期37卷 254-263页

作者：李卫王亚军山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092

无煤柱自成巷开采利用顶板切缝技术形成了一种新的留巷方式,为了探索顶板切缝对工作面矿压显现的影响,建立了切缝作用下顶板结构模型,分析了切缝控顶作用下岩层断裂演化过程,并利用柠条塔矿试验数据对其进行了验证。结果表明:顶板切缝... 详细信息

无煤柱自成巷开采利用顶板切缝技术形成了一种新的留巷方式,为了探索顶板切缝对工作面矿压显现的影响,建立了切缝作用下顶板结构模型,分析了切缝控顶作用下岩层断裂演化过程,并利用柠条塔矿试验数据对其进行了验证。结果表明:顶板切缝有助于促使采空区一定范围内岩体迅速垮落,并使切缝侧高位坚硬顶板断裂长度增大,从而会导致工作面矿压显现呈现出非对称性,切缝侧的低压区范围在切缝影响下产生一定扩展,扩展幅度约66.7%。切缝后工作面沿长度方向存在4个矿压分区,其中Ⅰ,Ⅲ ,Ⅳ区内,顶板切缝未对工作面矿压显现产生明显作用;Ⅱ区为切缝效应主要影响区,该区域矿压显现剧烈程度较无切缝工作面降低20.76%~23.54%。因此认为,顶板切缝有助于优化一定范围内的顶板结构,改善工作面应力环境,增大切缝侧低压区范围,并减弱一定区域内的矿压显现。

关键词：无煤柱自成巷留煤柱顶板切缝顶板结构矿压显现

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柠条塔煤矿自动成巷无煤柱开采新方法

中国矿业大学学报 2019年第1期48卷 46-53页

作者：朱珍何满潮王琦高玉兵王亚军中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南266590

为减少巷道掘进量,提高煤炭采出率,削弱因煤柱留设引起的围岩应力集中,提出了一种自动成巷无煤柱开采新方法,并系统总结了该方法的工艺流程和关键技术.在自动成巷无煤柱开采新方法中,巷道顶底板与实体煤侧巷帮由采煤机截割而成,采空区... 详细信息

为减少巷道掘进量,提高煤炭采出率,削弱因煤柱留设引起的围岩应力集中,提出了一种自动成巷无煤柱开采新方法,并系统总结了该方法的工艺流程和关键技术.在自动成巷无煤柱开采新方法中,巷道顶底板与实体煤侧巷帮由采煤机截割而成,采空区侧巷帮则由采空区垮落碎石堆叠而成,巷道顶板与碎石巷帮的控制是决定成巷效果的关键.基于岩体碎胀特性,提出采用顶板定向切缝技术,优化留巷应力环境,减少上位顶板回转下沉,针对巷道顶板提出以"恒阻大变形锚索+切顶护帮支架"为主的支护方式,针对碎石巷帮提出"侧向动静结合、纵向伸缩让压"的控制理念.最后以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景进行了现场工业性试验,结果表明:采用自动成巷无煤柱开采新方法进行回采,当工作面推进约150m后留巷围岩开始稳定,最终下沉量基本稳定在70mm左右,满足下一工作面的使用要求.现场试验结果验证了自动成巷无煤柱开采新方法可以实现工作面回采无需提前掘进回采巷道、无需留设工作面护巷煤柱的目标,且成巷效果良好,经济效益显著.

关键词：切顶卸压自动成巷无煤柱开采顶板切缝围岩控制采矿方法

山不拉矿浅埋切顶留巷无煤柱开采技术应用研究

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内蒙古煤炭经济 2017年第16期 134-139页

作者：胡光伟中煤第一建设有限公司山不拉煤矿内蒙古鄂尔多斯017000

本文以山不拉煤矿浅埋大断面巷道为工程背景,通过爆破预裂切顶改变沿空巷道顶板岩梁结构及运动特征,达到减小沿空巷道动压显现强度及围岩变形的目的,采用数值模拟分析了浅埋大断面切顶卸压自动成巷围岩应力、位移演化过程,揭示了工作面... 详细信息

本文以山不拉煤矿浅埋大断面巷道为工程背景,通过爆破预裂切顶改变沿空巷道顶板岩梁结构及运动特征,达到减小沿空巷道动压显现强度及围岩变形的目的,采用数值模拟分析了浅埋大断面切顶卸压自动成巷围岩应力、位移演化过程,揭示了工作面回采前后浅埋大断面切顶巷道围岩矿压显现规律;进行了浅埋大断面切顶卸压自动成巷井下试验,包括预裂切顶爆破、巷内基本支护、加强支护与挡矸支护设计;通过成巷各阶段的矿压监测数据、围岩位移、恒阻锚索受力数据的综合分析,评价了浅埋大断面切顶卸压自动成巷效果。试验结果表明:采用超前预裂切顶爆破、螺纹钢锚杆+普通锚索+恒阻大变形锚索+W钢带作为巷内基本支护,单体支柱配铰接顶梁作为加强支护,工字钢+钢筋网作为挡矸支护,能够有效控制浅埋大断面巷道围岩的强烈变形,保持留巷稳定,巷道成型良好。研究结果对于神东矿区和全国其他工程地质条件相似的矿区采用切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术具有重要的理论指导意义和工程实用价值。

关键词：浅埋大断面顶板切缝覆岩移动矿压规律

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顶板预裂爆破参数设计与施工技术

煤 2018年第9期27卷 48-50页

作者：宋阳升霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司山西霍州033102

针对店坪煤矿中厚煤层复杂顶板巷道变形大、支护困难的特点,通过采用切顶卸压技术,释放了上覆岩层的矿山压力,提高了巷道稳定性,保障了矿井安全生产。对类似条件的矿井具有借鉴意义。

关键词：切顶卸压预裂爆破顶板切缝