摘要：根据液压支架支护特性,建立液压支架群组弹性基础梁力学模型,得出顶板挠度与支护阻力解析关系式,在此基础上研究不同巷帮条件、支架刚度、顶板岩性、岩厚、采高等参数对顶板下沉量和液压支架支护阻力的影响,分析支架上方顶板来压特性与工作面长度的关系,解释普通长度工作面顶板来压特性以及超长工作面顶板来压规律。实例表明,基于弹性基础梁的液压群组计算模型具有实用价值,可以揭示液压支架群组支护阻力以及工作面支架上方顶板挠度变化情况与岩层破断规律。

摘要：针对榆阳煤矿垮落法开采导致萨拉乌苏组含水层破坏的严重问题,开发了风积砂似膏体机械化充填采煤技术。充填材料以风积砂为骨料,以碱激发粉煤灰为胶结剂,实验确定了配比为水砂比1∶1.3,质量浓度72%,初始流动度达到210 mm;提出料浆管路输送局部阻力损失计算方法,通过现场自流输送实验,得出单位长度弯头阻力损失为沿程阻力损失的4.26倍,确定了14.9大倍线自流输送管路内径,流量设计精度提高10%以上;采用充填站双制浆系统地下设备池模式,制浆能力达360 m3/h,运行能耗低;提出工作面充填空间整体密闭新方式,密封布消耗量仅为传统挂袋方式的40%。工业性实验表明,采空区充填率达98.5%,工作面无明显来压现象,顶板淋水量小于2 m3/d,地表最大下沉38 mm,满足保水开采要求,且与同类技术相比成本和生产效率均取得较大突破。

摘要：为了研究断层活化机理及影响因素,考虑断层水的作用,根据断裂力学建立了断层带岩体原始裂隙损伤发育力学模型及断层带岩体滑移力学模型,根据此模型分析了断层活化的机理,并得到影响断层活化的因素主要有断层带岩体水平应力和垂直应力的比值λ、断层带岩体是否含水、断层带岩体弹性模量E、断层带泊松比μ、断层倾角θ1、断层带岩体内摩擦角φ、断层带岩体黏聚力c等。同时,以断层露头处台阶下沉值的大小为断层活化程度判别标准,利用FLAC 3D内置FISH语言进行编程验证了以上因素对断层活化的影响。研究结果表明:①当λ1时,随着λ的增加,断层带岩体原始裂隙越容易扩展,断层活化的可能性增加。②=2\*GB3当断层带岩体含有水时,水压的存在不仅导致断层带岩体原始裂隙容易扩展,同时水还对断层带岩体滑移具有润滑作用,增加了断层活化的可能性。③随着E的增加,断层带岩体原始裂隙越不容易扩展,断层活化的可能性降低;随着μ的增加,断层带岩体原始裂隙越容易扩展,断层活化的可能性增加。④断层露头处的台阶下沉值取决于断层带岩体滑移量和采动影响下断层露头处的正常下沉值,随着θ1的增加,断层带岩体滑移量可能减小,但是采动影响下断层露头处的正常下沉值急剧增加导致断层露头处的台阶下沉值增大,断层活化的可能性增加。⑤随着φ,c的增加,断层带岩体原始裂隙越不容易扩展,断层带岩体越不容易滑移,断层活化的可能性降低。研究结果为分析断层活化机理及断层露头处建筑物和构筑物的保护提供借鉴。

摘要：针对采区边界遗留煤柱下侧跨掘巷道存在特殊破坏段问题,以灵新煤矿沿空侧051606回风平巷为背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟及工业性试验的综合分析方法,通过研究巷道特殊破坏段现场矿压显现情况,基于半平面体理论建立的遗留煤柱效应影响力学模型以及跨掘巷道和回采期间精细化数值模拟,确定了巷道特殊破坏段的修复支护设计方案。研究结果表明:遗留煤柱效应影响下跨掘巷道围岩在遗留煤柱中轴线正下方主要受垂直应力影响,此处垂直应力大小为13.0~15.0 MPa,而在遗留煤柱两侧边缘位置下方主要受剪切应力集中影响,此处剪切应力大小为-6.5~-5.0 MPa和5.0~7.0 MPa;051606回风平巷跨掘期间顶板位置处最大垂直应力为14.4 MPa,底板位置处最大垂直应力为13.6 MPa,顶板位置处最大剪切应力为6.5 MPa,底板位置处最大剪切应力为5.3 MPa,且最大垂直应力位于遗留煤柱中轴线正下方,最大剪切应力位于遗留煤柱两侧边缘位置下方;051606工作面回采期间对于巷道特殊破坏段围岩的扰动影响分为无应力影响段(距遗留煤柱边缘大于16 m),超前应力影响段(距遗留煤柱边缘0~16 m)和叠加应力影响段(距遗留煤柱中轴线0~17.5 m)3个阶段,且受回采扰动影响护巷煤柱和顶板靠近护巷煤柱侧偏应力集中程度较高,煤岩体更易变形发生非对称性破坏;巷道特殊破坏段采用非对称锚索桁架支护系统修复后,后续051606工作面回采期间矿压监测到顶底板收敛量为143 mm,两帮收敛量为109 mm,较巷道原始断面尺寸收敛率分别为4.3%和2.2%,整体控制在5%以内,能够很好地满足行人、通风等需求。

摘要：当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究开采沉陷中断层活化机理,通过理论推导将开采沉陷中断层活化分为“断层面产生离层空间”、“煤柱压缩”两种断层活化模式并分别利用数值模拟和现场实例进行了验证。研究结果表明:①采动将造成断层面产生离层空间,离层空间以下沉系数等于1传递给松散层造成断层露头处地表产生台阶下沉,影响断层离层空间的主要因素有工作面推进长度、基岩厚度、保护煤柱宽度、煤层厚度、断层倾角、断层是否含水、断层带岩体内摩擦角及黏聚力等;②断层面离层空间随着工作面推进长度的增加而增加,当工作面推进一定长度时不再变化;断层面离层空间随着基岩厚度的增加而线性增加;断层面离层空间随着保护煤柱宽度增加而减小;断层面离层空间随煤层厚度增加而线性增加;断层面离层空间随断层倾角增大而增加;断层带岩体原生水的存在对断层面离层空间产生具有促进作用;断层面离层空间随断层带岩体黏聚力和内摩擦角的增加而减小;③工作面主要影响角和断层倾角的大小关系控制“断层面产生离层空间”模式断层活化,当断层倾角大于主要影响角并与主要影响角在基岩内相交时,断层将活化;④当断层倾角小于主要影响角时,工作面超前支承压力影响范围控制“煤柱压缩”模式断层活化,当工作面超前支承压力接触断层时,断层将活化。

摘要：针对榆神矿区坚硬特厚煤层综放开采所面临的顶煤悬顶距长、冒放性差、采出率低和采放不协调等问题,探讨了机采割煤高度6.0 m以上的超大采高综放开采可行性和必要性,分析超大采高综放开采支架-围岩耦合关系,在支架-围岩强度、刚度和稳定性耦合的基础上,提出超大采高综放开采支架-围岩结构耦合理论。从液压支架与围岩相互作用机理角度,阐释了支架-围岩支护系统“小结构”初次耦合主动支撑和“大结构”二次耦合被动承载概念和理论,分析了围岩“大、小结构”耦合对工作面围岩支护效果和适应性的影响,指出综采放顶煤液压支架结构设计除需满足“小结构”支护系统适应“大结构”周期性破断失稳形成的强动载矿压外,还需考虑液压支架结构(特别是放煤机构结构)对顶煤冒放运移规律和支架载荷演化过程的影响,通过支架结构与顶煤冒放结构耦合实现顶煤顺利放出,提高顶煤采出率。采用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场调研等研究方法,分析了坚硬顶煤冒落和放出结构以及冒放过程的成拱机理,讨论了液压支架结构高度对矿山压力显现强度、顶煤冒放结构和资源采出率的影响,研究了放煤机构结构对顶煤成拱结构的影响,以及放煤机构结构对顶煤的二次破碎作用,提出了强力放煤机构结构改进和优化策略,并对破煤机理和效果进行探讨,以期为相似坚硬特厚煤层综放开采支架-围岩耦合提拱理论指导和借鉴。

摘要：基于内蒙古双欣矿业有限公司实测资料,利用开采沉陷理论、数值模拟等方法,研究了浅埋深、多煤层开采地表移动规律和移动参数。对初次采动、重复采动等不同条件下的地表移动观测数据进行了总结和分析。结果表明,浅埋深多煤层开采条件下,地表移动的初始期和活跃期均较短,其中地表移动初始期约0.5个月,活跃期一般为3~6个月;受老采空区的活化作用影响,下层煤开采地表下沉系数、主要影响角正切明显增大,双欣矿业浅埋深多煤层开采老采空区活化系数可取为0.045~0.13;上覆岩层的破坏主要为剪切破坏和拉张破坏,地表易出现地裂缝等不连续变形,并在地表形成波浪状下沉盆地。

摘要：当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究上下盘开采断层滑移失稳力学机理,基于关键层理论建立了上下盘开采断层活化力学模型,推导了断层滑移失稳的判据,并结合数值模拟和相似模拟对上下盘开采断层活化难易程度进行了分析。研究结果表明:①相对于上盘开采,下盘开采断层保持稳定除了满足断层带岩体在断层面不发生滑移外还需满足断层面不产生离层,下盘开采断层保持稳定条件更加苛刻,下盘开采断层更容易活化;②对于上盘开采,随着工作面推进,浅部断层带岩体正应力逐渐减小,剪应力逐渐增大,深部断层带岩体剪应力和正应力都逐渐增大,说明断层露头处断层带岩体已经处于活化状态,断层带岩体产生裂隙,应力逐渐松弛,而深部断层带岩体正在为活化蓄能,浅部断层带岩体超前深部断层带岩体发生活化;③对于下盘开采,随着工作面推进,浅部断层带岩体剪应力和正应力逐渐增加,深部断层带岩体剪应力与正应力逐渐减小,工作面推进长度较小时,断层即活化;④工作面推进过程中,下盘开采断层带岩体剪应力与正应力的比值为上盘开采的3~5倍;⑤上盘开采断层活化时仅在断层露头处地表产生轻微裂隙,未形成明显台阶,下盘开采断层活化将在断层露头处产生明显台阶下沉。

摘要：针对目前采场支架刚度的实测数据较为匮乏的研究现状,利用ZTN-1液压支架试验台对4种型号支架的线刚度及刚度进行实测分析,并基于实测结果采用弹性基础板力学理论对支架刚度与顶板下沉量之间的关系进行研究。结果表明:支架在增阻过程中是可压缩的,4个支架平均线刚度为138~538 k N/mm,平均刚度为20.3~68.5 MPa/m,以此推断,目前支架线刚度范围为100~600 k N/m,刚度范围为10~80 MPa/m;支架工作阻力越大,支架刚度越大,相同工作阻力的四柱式支架刚度大于两柱式支架;每个加载循环内支架刚度是惟一的,与支架所处的工作阻力区间关系不大;支架刚度越大,对顶板下沉量抑制作用越明显;当支架刚度达到某一临界值,顶板下沉量趋于稳定。

摘要：针对厚煤层综采(放)开采过程中遇到的技术难题,提出了大采高综采(放)开采面临的3个科学问题,建立了基于技术经济分析的厚煤层开采方法适应性评价指标体系与评价模型。基于液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合原理,建立了液压支架与围岩的耦合动力学模型及煤壁片帮的"拉裂-滑移"力学模型,提出了大采高综采(放)液压支架合理工作阻力确定的"双因素"控制法。基于大采高综放工作面顶煤冒放性与煤壁稳定性控制的矛盾,提出了增大液压支架的初撑力及优化液压支架架型结构等方法缓解2者之间的矛盾。通过开发厚煤层大采高综采(放)关键技术与装备,实现了厚煤层的安全、高效、高采出率开采。