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Voussoir beam model for lower strong roof strata movement in longwall mining - Case study 被引量:8
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作者 Chuang Liu Huamin Li +3 位作者 Hani Mitri Dongjie Jiang Huigui Li Junfa Feng 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2017年第6期1171-1176,共6页
The paper presents the influence of varying immediate roof thickness on the lower strong roof strata movement and failure pattern in longwall coal mining with large mining height. The investigation is based on 58 geol... The paper presents the influence of varying immediate roof thickness on the lower strong roof strata movement and failure pattern in longwall coal mining with large mining height. The investigation is based on 58 geological drill holes and hydraulic shield pressure measurements around the longwall Panel 42105 of the Buertai Mine in Inner Mongolia Autonomous Region, China. The longwall Panel 42105 is characterized by relatively soft immediate roof strata of varying thickness superposed by strong strata,herein defined as lower strong roof. A voussoir beam model is adopted to interpret the structural movement of the lower strong roof strata and shield pressure measurements. It is shown that when the immediate roof is relatively thick, the broken overlying lower strong roof tends to form a stable voussoir beam with previously broken layer, thus not exerting high pressure on the hydraulic shield and working face. When the immediate roof is relatively thin, the broken overlying lower strong roof tends to behave as a cantilever beam, thus exerting higher pressure on the hydraulic shield and working face. Comparison of model predictions with measured time-weighted average shield pressure(TWAP) shows good agreement. 展开更多
关键词 Immediate roof thickness voussoir beam Cantilever beam Shield pressure
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Physical investigation on the behaviours of voussoir beams
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作者 Chaoshi Hu Derek Apel +2 位作者 Les Jozef Sudak Wei Victor Liu Zhaoyuan Chu 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2020年第3期516-527,共12页
It is important to understand the behaviour of voussoir beams in the design of underground excavations.There are a large number of discrepancies between the re sults obtained by differe nt researchers so far.To resolv... It is important to understand the behaviour of voussoir beams in the design of underground excavations.There are a large number of discrepancies between the re sults obtained by differe nt researchers so far.To resolve these discrepancies,physically testing the stress distribution at the mid span and abutment of voussoir beam is the key.In this paper,a simple two-block voussoir beam was built with loading system.The displacement and strain of the voussoir beam were measured by a digital image correlation system.The strain distribution along the joints of voussoir beams was firstly revealed.Then,the relationship between transverse load and midspan displacement of voussoir beam was presented.It is found that the stress distributions at the midspan and abutment are different both in shape and depth.The stress distribution is changing as the loading changes as well. 展开更多
关键词 voussoir beam Stress distribution Image correlation
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浅埋临空下工作面开采强矿压显现诱因及支护载荷研究 被引量:1
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作者 汪北方 蒋嘉祺 +1 位作者 张学朋 张晶 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第5期1064-1075,共12页
采用相似实验模拟31114工作面开采覆岩运动特征,基于关键层“砌体梁”结构理论,分析强矿压显现诱因,划定强矿压显现区域,核算液压支架合理支护载荷。研究结果表明:工作面开采覆岩基本顶关键层与层间关键层周期性破断、垮落,产生大、小... 采用相似实验模拟31114工作面开采覆岩运动特征,基于关键层“砌体梁”结构理论,分析强矿压显现诱因,划定强矿压显现区域,核算液压支架合理支护载荷。研究结果表明:工作面开采覆岩基本顶关键层与层间关键层周期性破断、垮落,产生大、小周期来压。工作面推进80 cm和152 cm时,开切眼和工作面附近覆岩测线8和测线11上非编码点沉降位移断崖式增大,开切眼附近覆岩测线上非编码点沉降位移曲线斜率更大;且矿压显现尤为强烈,支架承载应力迅速增至极大峰值4.35 MPa。工作面实体煤下开采大、小周期来压步距约为30 cm和15 cm,均较上覆采空区区域周期来压步距(25 cm和12 cm)略有增加,而大周期来压强度较为缓和,支架承载应力为3.65 MPa。建立覆岩关键层破断关键岩块“砌体梁组”结构力学模型及失稳判据,识别基本顶关键层破断关键岩块“砌体梁”结构为回转变形失稳类型,层间关键层破断关键岩块“砌体梁”结构可发生剪切滑落失稳或回转变形失稳。阐明等效开采厚度增加,关键层破断关键岩块“砌体梁组”结构同步失稳,覆岩垮落行程增大诱发整体台阶下沉,矿压剧烈显现。同时,确定工作面进上覆采空区60 cm和出上覆采空区12 cm临近区域为强矿压显现区,并算得液压支架支护载荷不小于17319.58 kN时,覆岩关键层破断关键岩块“砌体梁组”结构滞后工作面失稳、垮落,强矿压发生于后方采空区内,有效缓解工作面压力,为浅埋近距离煤层工作面开采强矿压显现控制提供重要的理论参考依据。 展开更多
关键词 浅埋近距离煤层 强矿压显现 “砌体梁”结构 失稳判据 支护载荷
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浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区特征及其治理技术 被引量:6
4
作者 汪北方 吕元昊 张晶 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期41-52,共12页
神东矿区浅埋近距离煤层开采覆岩裂隙发育,漏风条件复杂,遗煤自燃隐患突出,严重制约矿井安全、高效生产。为此,采用相似试验和数值模拟划定浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区,运用分形几何理论量化分区裂隙,基于“关键层理论”分析裂隙分... 神东矿区浅埋近距离煤层开采覆岩裂隙发育,漏风条件复杂,遗煤自燃隐患突出,严重制约矿井安全、高效生产。为此,采用相似试验和数值模拟划定浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区,运用分形几何理论量化分区裂隙,基于“关键层理论”分析裂隙分区诱因并针对性提出治理技术方案。结果表明:31114工作面开采覆岩裂隙循环张开、闭合,地表滞后工作面周期性产生倾向动态裂缝。浅埋复合采空区覆岩裂隙呈“M”状分布,划为垮落带不规则裂隙区Ⅰ,裂隙带斜向破断裂隙区Ⅱ、Ⅲ和斜向离层裂隙区Ⅳ,地表边界内侧形成边缘裂缝。其中,裂隙区Ⅰ空隙发育、分布复杂,裂隙网络分形维数最大为1.569,裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分形维数依次为1.531、1.396和1.438。建立浅埋复合采空区覆岩关键岩块“砌体梁”结构力学模型及失稳判据,阐释覆岩基本顶关键层“砌体梁”结构回转变形失稳导致裂隙区Ⅱ和Ⅲ斜向破断裂隙张开,基本顶关键层和层间关键层“砌体梁”结构组合承载作用致使裂隙区Ⅳ斜向离层裂隙发育。提出浅埋复合采空区覆岩斜向裂隙和地表裂缝井上、下协同治理技术,增加工作面进、出上覆采空区和末采阶段推进速度至14 m/d,辅以裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ及边界地表回填风积沙、覆盖黄土。SF6示踪技术测试表明浅埋复合采空区地表漏风量小,覆岩采动裂隙治理效果良好,为遗煤自然发火防治提供重要理论参考依据。 展开更多
关键词 浅埋复合采空区 裂隙分区 分形几何理论 “砌体梁”结构 裂隙治理
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砌体梁结构下空巷围岩动态稳定机理及控制
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作者 张栋 郭永红 +8 位作者 柏建彪 田志军 张自政 王瑞 付豪 刘帅刚 邓敏 朱前程 吴文达 《煤炭学报》 北大核心 2025年第9期4277-4293,共17页
空巷围岩结构失稳将在工作面前方形成强动压影响区,严重制约工作面安全高效回采。采用现场调研、理论分析、工程实践的综合研究手段,梳理了盛平煤矿2216煤柱回收工作面研究现场空巷渐变失稳特征。基于砌体梁理论,建立考虑采空区矸石及... 空巷围岩结构失稳将在工作面前方形成强动压影响区,严重制约工作面安全高效回采。采用现场调研、理论分析、工程实践的综合研究手段,梳理了盛平煤矿2216煤柱回收工作面研究现场空巷渐变失稳特征。基于砌体梁理论,建立考虑采空区矸石及直接顶动态压缩承载的空巷顶板结构力学模型,推导顶板砌体梁结构动态稳定的临界判据,并分析其形成机制及影响因素。基于直接顶变形压力传递特性,推导了泵送支柱承担载荷理论解析方程,分析泵送支柱受载响应机制及耦合承载系数演化特征。提出了“水压致裂顶板结构调控+高水材料泵送支柱非对称加固”控制技术并在研究现场成功应用。结果表明:工作面向空巷推进过程中,维持砌体梁结构弯矩平衡所需的直接顶压缩量δ呈现先减小后增大的趋势;减小关键块体B的长度l、直接顶损伤变量D或增大直接顶等效厚度h_(z)、直接顶初始弹性模量E_(r)能够促使砌体梁结构回转失稳临界位置向铰接点O_(1)附近转移,降低工作面与空巷贯通期间顶板结构失稳风险;减小l、空巷宽度b及泵送支柱间距s等能够提高泵送支柱系统的耦合承载系数ζ。工作面过空巷期间,支架最大工作阻力平均为31.27 MPa,安全阀开启频率为4.67%~25.07%,未发生支架压死事故;工作面与空巷贯通时,空巷顶底板移近量最大为341 mm,泵送支柱应力最大为8.15 MPa(8号空巷)、10.31 MPa(9号空巷),耦合承载系数ζ最大提升至0.998(8号空巷)、0.993(9号空巷)。采取提出的控制措施有效确保了煤柱回收工作面安全高效开采。 展开更多
关键词 空巷 砌体梁 顶板结构 泵送支柱 耦合承载
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块裂结构岩质地下洞室松动特征试验研究 被引量:8
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作者 徐营 张子新 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期216-224,共9页
对不同倾角层理下的块裂结构岩质地下洞室进行了物理相似模拟试验,得到了洞室上覆岩层的运动行为和松动区变化规律,并对松动区界限建立了初步数学模型。试验结果表明:①当层理倾角小于岩块摩擦角时,岩层发生离层,各层内的部分岩块整体... 对不同倾角层理下的块裂结构岩质地下洞室进行了物理相似模拟试验,得到了洞室上覆岩层的运动行为和松动区变化规律,并对松动区界限建立了初步数学模型。试验结果表明:①当层理倾角小于岩块摩擦角时,岩层发生离层,各层内的部分岩块整体性沿节理面滑落;顶部松动区的左右界限为层理面和节理面构成的两个台阶面,上部界限为一层理面,台阶面倾角由块裂岩体的构造特征决定,上限可由改进的Voussoir梁模型计算得到,松动区内块体群作为一个整体,表现在块体理论上即为可动块体;②当层理倾角大于岩块摩擦角,而小于围岩自稳极限角时,洞室上覆岩层不发生离层现象,松动区内块体群整体性自由掉落;松动区左右界限为两个台阶面,上限为一层理面,但此时,界限附近部分岩块发生转动,可形成有效的压力拱,从而保证上覆岩层的稳定性;③当层理倾角大于围岩自稳极限角,洞室顶部松动区可确定为两组层理面所围成的区域,在松动岩体整体性沿节理面滑落的过程中,有部分块体受力状态改变,发生转动行为,从而出现岩块挤压现象,可阻止松动岩体整体性滑落。 展开更多
关键词 模型试验 块裂 松动 台阶面 voussoir 自稳极限角
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采场支架与围岩耦合作用机理研究 被引量:76
7
作者 钱鸣高 缪协兴 +1 位作者 何富连 刘长友 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第1期40-44,共5页
从研究采场支架受力特点出发,将支架与围岩视为有机的整体,深入分析了它们之间的耦合作用,认为老顶断裂后形成的给定变形与支架作用力无关,而与采空区处理方法及采高等有关,支架承受的给定变形压力则与直接顶的整体力学性能有关,... 从研究采场支架受力特点出发,将支架与围岩视为有机的整体,深入分析了它们之间的耦合作用,认为老顶断裂后形成的给定变形与支架作用力无关,而与采空区处理方法及采高等有关,支架承受的给定变形压力则与直接顶的整体力学性能有关,并反比于直接顶(含顶煤)厚度∑h.从而在理论上进一步揭示了支架工作阻力与顶板下沉量之间的耦合关系。 展开更多
关键词 砌体梁 动架 围岩 双曲线 耦合作用
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煤矿采场岩层运动与控制研究进展--纪念钱鸣高院士“砌体梁”理论40年 被引量:56
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作者 王家臣 许家林 +1 位作者 杨胜利 王兆会 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期80-94,共15页
自1982年钱鸣高院士提出的“砌体梁”理论得到国际公认以来,煤矿采场矿山压力研究实现从定性假说到定量理论的跨越式发展。40年来,我国的采场岩层运动与控制研究已形成较系统的理论与技术体系,服务于煤炭安全、高效、绿色开采。以“砌... 自1982年钱鸣高院士提出的“砌体梁”理论得到国际公认以来,煤矿采场矿山压力研究实现从定性假说到定量理论的跨越式发展。40年来,我国的采场岩层运动与控制研究已形成较系统的理论与技术体系,服务于煤炭安全、高效、绿色开采。以“砌体梁”理论学术思想为主线,综述了我国煤矿采场岩层运动与控制研究进展,并提出了今后需要发展的研究方向。“砌体梁”理论采用“梁”“薄板”模型分析基本顶破断规律,揭示了顶板断裂线位于采场煤壁前方;煤壁和矸石支撑下基本顶破断岩块回转挤压,咬合形成“砌体梁”结构;发现了“砌体梁”结构的滑落(S)失稳和回转变形(R)失稳模式,建立了S-R失稳的力学条件,提出了基于“砌体梁”结构平衡的顶板压力计算方法,首次实现了支架-围岩关系的定量分析。“砌体梁”结构采场矿山压力力学模型突破了传统定性假说,为保障煤矿的安全和高产高效作出了历史性贡献。“砌体梁”理论指导煤矿采场顶板控制取得系列进展,如支架-围岩三耦合关系、顶板动载荷模型、支架阻力确定的二元准则、中厚板模型、大空间采场远-近场模型等。在“砌体梁”理论的基础上,钱鸣高院士于20世纪90年代中期提出了关键层理论,建立了下至采场、上至地表全覆岩运动过程的力学联系,实现了采场矿压、岩层移动和地表沉陷研究的统一。“砌体梁”理论与关键层理论指导了我国煤矿采场矿山压力与岩层控制研究,在采场矿压控制、覆岩裂隙分布、采动应力分布、岩层移动与开采沉陷等方面取得重要成果,为煤炭绿色开采与科学采矿奠定了基础。岩层运动与控制理论的进一步发展需集中到岩层运动统一场理论,基于采动岩层控制的灾害防治与减损技术,复杂条件岩层运动规律,岩层运动可视化技术和智能岩层控制技术等方面。 展开更多
关键词 岩层运动 “砌体梁”理论 关键层理论 岩层控制 采场
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大采高采场关键层“悬臂梁”结构运动型式及对矿压的影响 被引量:142
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作者 鞠金峰 许家林 王庆雄 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期2115-2120,共6页
通过理论分析并结合模拟实验,提出了大采高覆岩关键层"悬臂梁"结构的3种运动型式,即:"悬臂梁"直接垮落式、"悬臂梁"双向回转垮落式、"悬臂梁-砌体梁"交替式。结合关键层"悬臂梁"与&q... 通过理论分析并结合模拟实验,提出了大采高覆岩关键层"悬臂梁"结构的3种运动型式,即:"悬臂梁"直接垮落式、"悬臂梁"双向回转垮落式、"悬臂梁-砌体梁"交替式。结合关键层"悬臂梁"与"砌体梁"结构对采场矿压影响的对比分析,揭示了关键层"悬臂梁"结构3种运动型式对采场矿压的不同影响规律,并得到了补连塔煤矿7.0 m支架综采工作面矿压实测数据的验证。 展开更多
关键词 大采高 关键层 悬臂梁 运动型式 矿压 砌体梁
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采场“砌体梁”结构的关键块分析 被引量:362
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作者 钱鸣高 缪协兴 何富连 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第6期557-563,共7页
在“砌体梁”全结构力学分析基础上,将影响采场工作面安全生产的“砌体梁”关键块体部分简化为三铰拱式结构。此结构的基本失稳形式有两种,即滑落(S)失稳和回转(R)变形失稳。块体的回转角、长高比、岩性及负载岩层的高度是影响... 在“砌体梁”全结构力学分析基础上,将影响采场工作面安全生产的“砌体梁”关键块体部分简化为三铰拱式结构。此结构的基本失稳形式有两种,即滑落(S)失稳和回转(R)变形失稳。块体的回转角、长高比、岩性及负载岩层的高度是影响结构稳定的主要因素。在详细分析这些影响关键块体结构稳定性因素及范围基础上,初步建立起了采场围岩结构的S-R稳定理论。用此理论可就开采时上覆岩层对工作面的影响、压力变化及需控岩层范围等问题进行定量分析。文中还给出了“砌体梁”关键块体结构的稳定范围及在各种条件下应采取的相应措施。 展开更多
关键词 砌体梁 滑落失稳 回转变形失稳
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采场支架-围岩关系新研究 被引量:57
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作者 曹胜根 钱鸣高 +1 位作者 刘长友 缪协兴 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第6期575-579,共5页
以砌体梁结构的“S-R”稳定理论为指导,运用相似模拟试验和数值计算等方法,对采场直接顶岩体的受力边界条件、位移场分布特征、p-Δl关系曲线等进行了研究.视直接顶为可变形体,得到传统的p-Δl双曲线关系并不适用于厚度为... 以砌体梁结构的“S-R”稳定理论为指导,运用相似模拟试验和数值计算等方法,对采场直接顶岩体的受力边界条件、位移场分布特征、p-Δl关系曲线等进行了研究.视直接顶为可变形体,得到传统的p-Δl双曲线关系并不适用于厚度为6倍采高时的直接顶.本文的研究结果是对传统支架围岩关系的补充和完善. 展开更多
关键词 砌体梁 稳定性 支架-围岩关系 采场 工作面支护
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基于关键层理论的长壁垮落法开采老采空区地基稳定性评价 被引量:24
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作者 王磊 郭广礼 +1 位作者 张鲜妮 刘元旭 《采矿与安全工程学报》 EI 北大核心 2010年第1期57-61,共5页
基于关键层理论,对长壁垮落法开采老采空区的可能"活化"空间、因素和机理进行了分析和探讨,得出了老采空区的可能"活化"空间主要为"O"形圈离层、空洞、破碎岩体的残余碎胀空间和各类裂隙;在排除断层影响... 基于关键层理论,对长壁垮落法开采老采空区的可能"活化"空间、因素和机理进行了分析和探讨,得出了老采空区的可能"活化"空间主要为"O"形圈离层、空洞、破碎岩体的残余碎胀空间和各类裂隙;在排除断层影响的情况下,老采空区地基的"活化"因素主要为地震、机械振动、临近的采掘活动、地面荷载、水化和风化作用以及应力松弛;"活化"机理主要为破碎岩体的压实和砌体梁结构的失稳,并且砌体梁结构的失稳是地基产生严重不均匀沉降的主要机制.鉴于长壁垮落法开采的老采空区"活化"机制和拟推的上覆破碎岩体的结构形态,提出了局部注浆的思想,对于一般工程地基,只对采空区边界注浆,注浆区域为空洞、欠压密区和"O"形圈离层,注浆机理主要为结构补强和消除采空区边界上方的可能"活化"空间.并通过实例验证了局部注浆的可行性. 展开更多
关键词 关键层 砌体梁 “活化” 地基稳定性 局部注浆
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基于“顶板-煤壁-支架”综合评价的大采高支架工作阻力研究 被引量:21
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作者 娄金福 康红普 +2 位作者 高富强 杨景贺 李建忠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期2808-2816,共9页
针对6.0 m特大采高综采工作面支架适应性评价与工作阻力确定难题,基于大采高采场覆岩"悬臂梁-层间岩层-砌体梁"结构模型,对6.0 m特大采高综采工作面支架合理工作阻力进行了确定,通过数值模拟和大比例尺采场相似模拟实验对支... 针对6.0 m特大采高综采工作面支架适应性评价与工作阻力确定难题,基于大采高采场覆岩"悬臂梁-层间岩层-砌体梁"结构模型,对6.0 m特大采高综采工作面支架合理工作阻力进行了确定,通过数值模拟和大比例尺采场相似模拟实验对支架与围岩控制适应性进行了验证和评价。研究结果表明,大采高综采支架工作阻力的确定要以满足顶板、煤壁等采场围岩控制为前提,并需确保支架良好的位态。支架工作阻力不仅要能支撑垮落带关键层"悬臂梁"破断长度内的岩层载荷,还要能给断裂带下位岩层"砌体梁"结构以平衡力。模拟结果表明,当工作阻力低于10 000 k N时,支架处于满负荷运转状态,活柱下缩量较大,顶板及煤壁变形显著;当工作阻力高于11 000 k N时,采场围岩及支架工况显著改善,据此确定支架合理工作阻力为12 000 k N。生产实践表明,试验工作面支架循环末阻力8 340~10 247 k N,安全阀开启率低于5%,煤壁完整性较好,支架工作阻力满足顶板支护及安全生产要求。 展开更多
关键词 特大采高综采工作面 关键层结构 砌体梁 工作阻力 大比例尺相似模型实验
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采场覆岩“宏观-大-小”结构及其失稳致灾机理 被引量:19
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作者 李志华 杨科 +2 位作者 华心祝 李迎富 刘钦节 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期541-550,共10页
针对薄基岩工作面易发生顶板整体切落压架事故问题,采用理论分析和数值模拟对一般工作面和薄基岩工作面采场覆岩结构失稳致灾机理进行对比研究。建立采场覆岩"宏观-大-小"结构力学模型,确定不同覆岩结构失稳支架临界工作阻力... 针对薄基岩工作面易发生顶板整体切落压架事故问题,采用理论分析和数值模拟对一般工作面和薄基岩工作面采场覆岩结构失稳致灾机理进行对比研究。建立采场覆岩"宏观-大-小"结构力学模型,确定不同覆岩结构失稳支架临界工作阻力,分析了关键层上覆载荷对关键层破断形式和破断块体稳定性的影响,并通过UDEC数值模拟软件对典型工程地质条件下采场覆岩结构及应力场演化特征进行了模拟验证。研究结果表明:(1)一般工作面回采后,采场覆岩中会自下而上依次形成"支架-围岩"小结构、"砌体梁"大结构、"压力拱"宏观结构,小结构的稳定性取决于大结构的稳定性,而大结构的稳定性又取决于宏观结构的稳定性;(2)在宏观结构的保护作用下,关键层上覆载荷较小,关键层破断岩块容易形成"砌体梁"平衡结构,作用在支架上的力较小,工作面矿压显现缓和;(3)随着关键层上覆载荷增大,关键层破断步距减小,破断形式由弯拉破断转变为剪切破断;(4)当关键层破断岩块上覆载荷过大,大结构发生失稳,关键层自重及其上覆载荷经垮落带岩层作用在采场支架上,导致小结构失稳,发生压架事故;(5)薄基岩工作面采场覆岩中无法形成宏观结构,上覆岩层在承压含水层水压力及自重作用下沿煤壁发生全厚整体切落,易造成工作面压架事故;(6)一般厚层坚硬顶板工作面来压步距越大,矿压显现越剧烈,而薄基岩工作面来压步距小,矿压显现反而剧烈。 展开更多
关键词 覆岩结构 关键层 薄基岩 压力拱 砌体梁 支架-围岩关系
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煤炭开采与岩层运动 被引量:286
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作者 钱鸣高 许家林 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期973-984,共12页
采矿是从地层内获取煤炭资源的过程,是一次对矿区地层的扰动,必然引起岩层运动和地层内应力场与裂隙场的改变,从而影响矿压显现、地下水流失和地表沉陷等安全与环境问题。因此,采动岩层运动及其对安全与环境的影响规律是煤炭开采的基础... 采矿是从地层内获取煤炭资源的过程,是一次对矿区地层的扰动,必然引起岩层运动和地层内应力场与裂隙场的改变,从而影响矿压显现、地下水流失和地表沉陷等安全与环境问题。因此,采动岩层运动及其对安全与环境的影响规律是煤炭开采的基础科学问题,对这些规律的认识将提高煤炭开采的科学性。由于采动岩层运动的复杂性,至今仍然有很多问题没有解决。介绍了采动覆岩运动的块体结构形式、岩层运动对工作面空间维护的影响、岩层运动对覆岩裂隙演化与地下水和地表沉陷等环境问题的影响、岩层运动对采动应力场影响等方面的研究进展与存在的主要问题,明确了岩层运动研究的重点和方向。结果表明:采动岩层运动是一种坚硬岩层破断前的应力集中和破断后形成块体的力学行为,坚硬岩层的破断和块体运动具有突变和不连续性,破断块体互相咬合可能形成"大变形"结构,块体咬合结构的S-R稳定性将对矿压显现、采动裂隙和地表沉陷等产生重要影响。岩层运动是一个"黑箱",目前仅仅在控制原理上得到解释,达到"灰箱"程度。因此,岩层控制在很多场合只能是"宏观"控制。"砌体梁"结构力学模型的建立明确了支护原理和支架工作阻力估算原则。一般情况下,按照4~8倍采高岩柱自重估算支架工作阻力可以满足工程需要,在大采高或薄直接顶、浅部开采、特殊压架条件等情况下支架工作阻力估算应采用上限,个别条件下单纯提高支架阻力仍无法彻底解决压架问题,还需配套实施相关工程措施加以防范。根据覆岩关键层破断块体结构的稳定性,将我国不同表土层条件下的地表沉陷划分为3种类型,提出应根据地表沉陷的不同类型进行预测、控制与选择复垦方法。关键层的赋存与破断特性对采动应力分布影响显著。目前,由于应力集中引起的事故比瓦斯事故更难以预防,为此,深部和构造应力集中区域只能开设试验矿井。 展开更多
关键词 岩层运动 “砌体梁”结构 关键层 块体运动 科学采矿
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层状结构顶板锚杆组合拱梁支护机制理论模型分析 被引量:14
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作者 杨建辉 尚岳全 祝江鸿 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第S2期4215-4220,共6页
离散元模拟、物理模拟表明,锚杆支护煤巷层状结构顶板形成组合拱梁结构,锚杆支护机制相应称为组合拱梁作用,据此理论建立组合拱梁平均应力计算公式,该公式可综合反映锚固拱梁厚度、巷道跨度、岩层厚度、完整系数对顶板稳定性的影响,并... 离散元模拟、物理模拟表明,锚杆支护煤巷层状结构顶板形成组合拱梁结构,锚杆支护机制相应称为组合拱梁作用,据此理论建立组合拱梁平均应力计算公式,该公式可综合反映锚固拱梁厚度、巷道跨度、岩层厚度、完整系数对顶板稳定性的影响,并讨论它们的影响规律,得到的结论符合工程规律。 展开更多
关键词 岩石力学 层状结构 锚杆支护 支护机制 组合拱梁
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推进方式对断层围岩应力演化规律的影响 被引量:14
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作者 王涛 由爽 高宇 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期276-281,286,共7页
煤炭开采中的冲击地压与断层构造密切相关,而工作面分别沿断层上盘和下盘推进时具有不同的冲击危险。为研究工作面推进方式与断层活动的相关性,以某过正断层工作面为例,通过数值计算分析不同推进方式下断层两盘接触应力状态的演化过程,... 煤炭开采中的冲击地压与断层构造密切相关,而工作面分别沿断层上盘和下盘推进时具有不同的冲击危险。为研究工作面推进方式与断层活动的相关性,以某过正断层工作面为例,通过数值计算分析不同推进方式下断层两盘接触应力状态的演化过程,基于对推进过程关键层破断规律的分析,研究断层应力演化差异性产生的原因,并通过工作面实际回采过程的微震监测数据,验证了采动影响下断层活化规律。研究发现:上盘开采时的断层应力变化幅度大于下盘开采时的应力变化幅度,上盘开采时断层围岩系统应力传递能力优于下盘开采;推进方式会影响上覆岩层破断后的覆岩结构和应力传递,上盘开采时关键层破断后更易形成砌体梁结构,且结构体系的稳定性高于下盘开采,下盘开采时工作面冲击危险性更高,须根据断层性质做好工作面布置和开采优化,进而降低冲击地压危险。 展开更多
关键词 冲击地压 断层 推进方式 砌体梁 微震
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隧道及井巷工程超前探测模拟及其偏移技术研究 被引量:7
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作者 张平松 刘盛东 吴健生 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第A01期2847-2851,共5页
隧道及井巷工程中前方地质构造超前探测是一项技术难题,目前国内在基于反射波法探测方面开展了大量的应用性研究工作,但较少进行探测方法布置及数据处理技术的研究,在实际工程探测中未取得较为理想的效果。利用多炮检反射波观测系统,通... 隧道及井巷工程中前方地质构造超前探测是一项技术难题,目前国内在基于反射波法探测方面开展了大量的应用性研究工作,但较少进行探测方法布置及数据处理技术的研究,在实际工程探测中未取得较为理想的效果。利用多炮检反射波观测系统,通过水槽超声波试验模拟隧道及井巷掘进过程中可能遇到的不同地质条件,进行反射波超前数据采集,并实现了对数据绕射扫描偏移方法处理。探测模拟结果表明,多炮检反射波观测系统对不同地质条件产生的波阻抗差异具有明显的反应,其偏移结果与实际界面位置相吻合,但多层介质探测时对后续界面的分辨率降低。因此必须进一步完善三维多分量立体数据的采集与波动方程数据偏移方法技术的研究,增强对隧道及井巷工程前方复杂地质构造的探测能力。 展开更多
关键词 隧道工程 超前探测 超声波试验 绕射偏移 地质构造
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岩层移动理论与力学模型及其展望 被引量:46
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作者 左建平 孙运江 +1 位作者 文金浩 李政岱 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第1期1-11,87,共12页
随着社会对开采沉陷与生态环境问题日益重视,"科学采矿"势在必行。面对新形势,需要在学习前人研究成果的基础上,进行更系统、深入的研究。首先系统总结了国内外垮落法和充填法处理采空区2种情况下的岩层移动理论、优缺点及其... 随着社会对开采沉陷与生态环境问题日益重视,"科学采矿"势在必行。面对新形势,需要在学习前人研究成果的基础上,进行更系统、深入的研究。首先系统总结了国内外垮落法和充填法处理采空区2种情况下的岩层移动理论、优缺点及其适应条件等,重点阐述了关键层理论在岩层移动方面发挥的重要作用。基于采动岩体力学,系统分析了基本顶断裂位置和断裂步距"正态分布"变化的原因。基于采动岩层破断移动的全过程分析和前人的研究成果,提出了充分采动覆岩整体移动的"类双曲线"模型,认为岩层"类双曲线"的焦点位于主关键层位置,该模型通过关键层把砌体梁理论及地表沉陷理论有机联系起来,描述了煤层上覆岩层整体移动规律,是关键层理论的继承和发展。 展开更多
关键词 岩层移动 采动岩体力学 砌体梁 关键层理论 “类双曲线”模型
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大采高工作面等效直接顶与顶板结构研究 被引量:32
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作者 黄庆享 马龙涛 +1 位作者 董博 沈滨和 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2015年第5期541-546,610,共7页
在现场实测统计分析的基础上,通过模拟实验和数值计算,揭示了大采高工作面直接顶变厚和覆岩结构铰接点上移的机理,给出了"等效直接顶"的定义。研究得出浅埋煤层大采高工作面顶板结构主要表现为双关键层结构,下组关键层为"... 在现场实测统计分析的基础上,通过模拟实验和数值计算,揭示了大采高工作面直接顶变厚和覆岩结构铰接点上移的机理,给出了"等效直接顶"的定义。研究得出浅埋煤层大采高工作面顶板结构主要表现为双关键层结构,下组关键层为"高位台阶岩梁"结构,上组关键层为"短砌体梁"结构,工作面来压将出现大小周期来压现象。等效直接顶的破断为上部拉破断下部剪破断,等效直接顶的重量是工作面支架载荷的主要来源。大采高工作面支架初撑力应大于等效直接顶的重量,支架工作阻力主要由等效直接顶重量构成,占77%,支架额定工作阻力约为初撑力的1.3倍。 展开更多
关键词 大采高 等效直接顶 高位台阶岩梁结构 支护阻力 浅埋煤层
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