摘要：采煤机自适应煤层起伏变化自主规划截割是实现煤矿智能无人开采的关键问题之一。然而,现有采煤机截割规划对复杂地质条件变化的自适应性相对薄弱。针对煤层分布信息特征考虑不全和缺乏适用于不同起伏条件的综采工作面采煤机截割路径规划模型以及连续规划精度差等问题,提出一种基于煤层起伏信息与采煤机滚筒高度预测的复杂起伏煤层自适应开采截割路径优化模型。首先,基于粒子群优化最小二乘支持向量机建立采煤机滚筒高度时间序列预测模型,实现采煤机滚筒高度精准超前预测。然后,分别构建以采煤机上下滚筒截割线与煤层上下分界线偏离最小为优化目标的近水平条件、俯斜开采条件和仰斜开采条件下的综采工作面自适应截割路径规划优化模型,利用多约束优化算法求解最优路径,从而实现适用于多种开采条件下的综采工作面自适应截割路径规划。通过数据仿真验证,采煤机滚筒截割高度预测精度达到84.11%以上,优化截割路径与模拟煤层分界线平均绝对百分比误差最大为3.13,所提方法能够在实现采煤机滚筒截割轨迹高精度预测的基础上完成复杂条件综采工作面的自适应截割路径连续规划,为复杂起伏变化工作面采煤机截割路径自适应规划应用提供参考。

摘要：针对采空侧巷道顶板弯曲下沉、煤柱帮挤压鼓出严重的控制难题,采用有限元数值模拟软件分析了工作面回采后侧向围岩塑性破坏特征,获得了不同煤柱宽度下巷道围岩应力演化规律、塑性破坏分布特征及位移规律,确定了合理的煤柱尺寸,揭示了采空侧巷道由于煤柱失稳导致对顶板承载力降低,诱发巷道大变形的破坏机制。研究得到10 m煤柱条件下中性面位置,并在此基础上提出高预应力锚索-钢棒协同控制技术。井下工业性试验表明,巷道初期支护强度及刚度得到大幅提升,无支护体破坏现象,巷道顶底板移近量与两帮移近量分别降低39.9%与53%,保证了巷道服务期间的稳定性。

摘要：针对切顶沿空留巷巷旁支护体破坏严重、留巷侧变形量大的难题,建立了切顶留巷围岩结构模型,理论分析了顶板岩层运移特征和巷旁支护体的受力过程,结合工程实际,提出巷旁刚-柔联合支护技术和工艺流程,得出如下结论:基于切顶留巷技术原理,顶板岩层运移过程可划分为快速垮落阶段、弯曲下沉阶段和压实稳定阶段;在不同运移阶段,巷旁支护体分别经历动态冲击、纵向受压、侧向受挤的受力过程;根据顶板运移规律及支护体受力特征分析,要求巷旁支护体要同时具有瞬时抗冲击、纵向可缩、侧向抗压的能力;通过在回采工作面液压支架上铺设钢丝绳+金属网,架后打设“可缩性U型钢+钢筋网”形成刚-柔联合支护体,可有效减小巷旁支护体的变形和破坏。

摘要：利用数值模拟及现场观测,研究了浅埋深长壁工作面围岩应力场特征,得出上覆岩层中可形成承压拱结构,该结构能否稳定存在直接关系到工作面矿压显现,并提出将承压拱结构能否稳定存在作为判别某一煤层是否为浅埋煤层的方法。分析了采高和工作面长度对承压拱结构稳定性的影响程度,结果表明:采高对承压拱结构的临界高度及结构稳定性影响十分显著,当采高达到一定值后,上覆岩层中不能形成稳定的承压拱结构;工作面长度对于承压拱结构的稳定性具有很大影响,但当工作面达到一定临界长度时,再加长工作面对覆岩结构稳定性影响程度降低。

摘要：为了有效解决工作面初采期因顶板大面积垮落而导致的瓦斯超限问题,采用现场实测和离散元数值模拟的方法,对申南凹煤矿20106工作面初采期的瓦斯涌出规律和顶板垮落特征进行了研究,提出了高位钻孔动态布孔工艺及其技术参数,并进行了现场应用考察。研究结果表明:20106工作面初采期瓦斯涌出量为14.4 m^(3)/min,需要抽采的最小瓦斯量为7.20 m^(3)/min;采空区顶板初次发生大面积冒落后,裂隙带发育最大高度为12 m,上邻近层1下煤层将垮落进入采空区,并释放大量瓦斯;随着工作面持续推进顶板垮落高度不断增大,覆岩破裂线以“乁”形向外扩展;当工作面推进长度等于工作面长度时,覆岩裂隙带发育高度达到最大,为48 m,约为13倍的采高;初采期180 m范围内共设计5个动态高位钻场,各钻场终孔目标高度依次增大,分别为11、16、22、31、38 m;采用抽采措施后上隅角及回风流的瓦斯浓度分别为0.42%、0.40%。

摘要：提出了深部巷道分区破裂化的机制及其失稳准则,并用数值模拟软件再现了分区破裂化现象,发现分区破裂并非完全是连续的圆环形,而是存在孤立的破裂区域,并由此逐渐发展并合的产物。提出了分区破裂化与冲击地压发生的关系,并从分区破裂现象解释了冲击地压从孕育到发生的过程,对冲击地压的产生机理提供了新的思路。

摘要：煤体结构面分布具有正交的特点。为阐明正交裂隙煤体的围压效应与破坏机理,基于结构面采样与参数标定试验构建正交裂隙煤体模型,采用合成岩体方法开展不同围压条件下正交裂隙煤体的常规三轴压缩试验,提出结构面活化系数的概念,分析围压对正交裂隙煤体破坏特征、强度特性、变形行为与结构面活化的影响,提出并验证结构面活化机制以及围压条件下正交裂隙煤体的破坏机理。研究结果表明:①正交裂隙煤体的力学性质表现出明显的围压效应。随围压增大,煤体的抗压强度、残余强度、弹性模量增大,抵抗膨胀变形能力增强;力学性质表现出脆延转化;煤块破坏形式由拉伸转为剪切;结构面活化比例降低,结构面对正交裂隙煤体力学性质的影响减弱乃至消失。②=2\*GB3存在围压时结构面活化难度急剧增加,正交裂隙煤体的围压效应在低围压时更为显著。③=3\*GB3无围压时,正交裂隙煤体发生劈裂破坏,裂隙由结构面活化裂隙和翼裂纹组成;中、低围压时,正交裂隙煤体发生剪切破坏,形成贯穿的倾斜剪切裂隙;高围压时,正交裂隙煤体发生塑性流动破坏。④=4\*GB3无围压时,结构面控制正交裂隙煤体的破坏;中、低围压时,结构面影响正交裂隙煤体破坏裂隙的形态,但随围压增大影响程度变弱;高围压时,正交裂隙煤体的破坏不受结构面影响。

摘要：为深入认识拱形结构对钢托板力学特性的影响,及其与不同锚杆匹配的承载适用性,基于球壳结构弹性力学与极限平衡分析构建了2种拱形托板承载力理论关系式,结合工程实践详细论述了其中5个影响参数。采用实验室加载试验研究了不同板厚、不同拱高的方形托板承载力与变形特征。结果表明:托板承载力与钢板厚度、拱高与拱底圆直径之比呈正增长关系;试验承载力较好地验证了理论计算式的适用性;此外,调向球垫尺寸与强度对托板承载与支护的充分发挥非常重要。综合以上研究与煤炭行业标准,提出常用锚杆规格与拱形托板尺寸的合理匹配表,以供矿山支护工程参考使用。

摘要：为了研究预应力端部锚固锚杆预应力场在围岩体中的分布特征,设计并制作大型锚杆支护应力场测试试验台。试验结果表明:(1)单根锚杆的应力场在空间中的分布形态类似于"石榴"状,随着扩散半径的增大应力等值面的分布逐渐由密到疏,应力值逐渐由高到低,分布范围逐渐由小到大;(2)在锚杆自由段两端和锚固段附近分别形成了2个压应力相对集中区和1个拉应力相对集中区,压应力主要分布在锚杆自由段附近围岩内,并向锚固段附近围岩扩散;(3)应力沿着锚杆轴线方向的分布规律与测线和锚杆之间的距离有关,应力沿着水平方向的变化规律与测线和模型表面之间的距离有关;(4)预紧力不同,应力场的宏观分布形态基本一致,但同一应力等值面的分布范围将发生显著改变。试验结果对更深入认识锚杆支护作用机制和工程中优化锚杆支护设计方案均有一定的指导意义。

摘要：为了揭示水压致裂法和巴西劈裂法测量岩石抗拉强度的关系,开展了理论和现场试验研究。基于经典的水压致裂法理论,推导了不同围压下钻孔破裂压力和抗拉强度。利用断裂力学理论建立了水压致裂法和巴西劈裂法测得抗拉强度的关系。利用预制切槽方法模拟天然裂纹,对水力裂缝的起裂压力进行了研究。结果表明:围压为最大主应力等于3倍最小主应力测得的抗拉强度大于围压为0测得的抗拉强度;水压致裂法和巴西劈裂法测量抗拉强度关系与应力场、裂纹长度、断裂韧度3个变量有关;通过在晋城矿区王台铺矿的预制切槽试验,运用断裂力学建立的抗拉强度计算式更为符合现场实际。研究结果可为坚硬难垮落顶板预制切槽的水力压裂设计提供参考。