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采动作用下复合坚硬顶板破断失稳及预裂弱化特征
被引量：
2
1
作者
李延军
《煤炭学报》
北大核心
2025年第6期2909-2921,共13页
采动过程中坚硬顶板破断弹性应变能瞬间释放诱发冲击灾害。特别是在蒙陕矿区,随着开采深度增加,煤层上方存在多层坚硬顶板,其复合作用下顶板结构失稳诱冲机理复杂,导致采场冲击灾害难以控制,威胁矿井生产安全。以纳林河二号矿井31104工...
采动过程中坚硬顶板破断弹性应变能瞬间释放诱发冲击灾害。特别是在蒙陕矿区,随着开采深度增加,煤层上方存在多层坚硬顶板,其复合作用下顶板结构失稳诱冲机理复杂,导致采场冲击灾害难以控制,威胁矿井生产安全。以纳林河二号矿井31104工作面复合坚硬顶板条件下冲击灾害防治为工程背景,采用理论分析、物理相似模拟试验与现场监测相结合的研究方法,构建了复合坚硬顶板断裂力学模型,分析了复合坚硬顶板结构稳定性特征和矿压显现规律,揭示了复合坚硬顶板破断失稳规律及预裂弱化特征。结果表明:复合坚硬顶板工作面开采初期,下位坚硬顶板易形成悬臂梁结构,其周期性破断形成工作面周期来压,平均来压步距21.2m,上位坚硬顶板受下部垮落矸石支撑作用,易形成砌体梁结构;工作面推进至一次见方位置时,上位砌体梁结构回转失稳协同下位悬臂梁结构切落失稳,上位、下位坚硬顶板协同运动导致转动惯量增大,破断岩块回转能量迅速升高,造成采空区强矿压现象。复合坚硬顶板预裂弱化后,内部形成大量裂隙,下位坚硬顶板能充分、及时垮落,工作面周期来压步距减小,平均来压步距15.2m,较预裂前减少28.3%,下位坚硬顶板垮落矸石对上位坚硬顶板支撑约束作用减弱,破断岩块回转幅度和能量减小,上位、下位坚硬顶板协同破坏作用得到有效抑制。推进至一次见方位置,复合坚硬顶板预裂后,微震事件总能量和煤体超前应力峰值较预裂前分别降低62.5%和31.5%。现场工程试验表明,复合坚硬顶板预裂后,顶板微震事件总能量、频次和单刀能量分别降低了62.17%、56.32%和71.92%;工作面平均周期来压步距、来压范围、来压前峰值和来压时峰值降幅分别为53.5%、38.03%、8.63%和5.96%,表明定向水压预裂能有效抑制工作面见方位置强矿压现象。研究成果可为复合坚硬顶板冲击灾害防治提供有益借鉴。
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关键词
复合坚硬顶板
强矿压
砌体梁-悬臂梁结构
水压预裂
微震能量
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职称材料
综放开采覆岩结构稳定性及支架支护阻力分析——以保德煤矿为例
被引量：
7
2
作者
张海鹏
《煤炭科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第S01期48-53,共6页
以保德煤矿综放开采为工程背景,基于理论分析、相似材料模拟试验手段与方法,分析了大采高综放面覆岩的结构类型,应用弹性力学理论,建立了砌体梁结构、短悬臂梁结构的力学解析模型。研究表明:直接顶特征对矿压显现具有重要影响,覆岩的多...
以保德煤矿综放开采为工程背景,基于理论分析、相似材料模拟试验手段与方法,分析了大采高综放面覆岩的结构类型,应用弹性力学理论,建立了砌体梁结构、短悬臂梁结构的力学解析模型。研究表明:直接顶特征对矿压显现具有重要影响,覆岩的多关键层层序决定覆岩形成的悬臂梁结构是保德矿矿压显现强烈的根本原因,工作面三盘区支架工作阻力不小于16271.8 kN,目前所选择的支架工作阻力偏小,建议选择支护强度与工作阻力较大的支架。
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关键词
覆岩
结构
相似材料模拟试验
工作阻力
砌体
梁
结构
-
短
悬臂梁
结构
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职称材料
基于断裂力学的特厚煤层综放开采顶板破断规律研究
被引量：
21
3
作者
杨登峰
张凌凡
+2 位作者
柴茂
李博
白翼飞
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第7期2033-2039,共7页
针对特厚煤层综放开采过程中矿压显现剧烈支架工作阻力难以确定的问题,结合特厚煤层工作面顶板岩层破断形成的悬臂梁-砌体梁力学结构模型。工作面来压阶段支架工作阻力不足时,引起砌体梁结构下沉使悬臂梁结构回转变形破断,造成上覆砌体...
针对特厚煤层综放开采过程中矿压显现剧烈支架工作阻力难以确定的问题,结合特厚煤层工作面顶板岩层破断形成的悬臂梁-砌体梁力学结构模型。工作面来压阶段支架工作阻力不足时,引起砌体梁结构下沉使悬臂梁结构回转变形破断,造成上覆砌体梁结构滑落失稳压架使工作面矿压显现剧烈的特点,建立了含中心斜裂纹的悬臂梁结构破断的力学模型,应用断裂力学理论,分析了悬臂梁破断失稳的影响因素,推导了支架荷载的表达式。结果表明:裂纹倾角和长度是悬臂梁破断失稳的主要影响因素;支架荷载除与悬臂梁自身因素有关外,还与砌体梁垮落步距等因素相关。结合塔山煤矿8102综采工作面地质条件,计算了支架荷载的理论值,验证了理论分析的合理性。理论研究成果对于分析特厚煤层开采时的支架荷载的大小,合理选择支架减少顶板事故具有一定的工程实际意义。
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关键词
特厚煤层
综放开采
悬臂梁
-
砌体
梁
结构
斜裂纹
支架工作阻力
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职称材料
题名
采动作用下复合坚硬顶板破断失稳及预裂弱化特征
被引量：
2
1
作者
李延军
机构
中煤科工西安研究院(集团)有限公司
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第6期2909-2921,共13页
基金
国家科技重大专项资助项目(2016ZX05045-002)
中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金资助项目(2019XAYZD09,2019XAYMS19)。
文摘
采动过程中坚硬顶板破断弹性应变能瞬间释放诱发冲击灾害。特别是在蒙陕矿区,随着开采深度增加,煤层上方存在多层坚硬顶板,其复合作用下顶板结构失稳诱冲机理复杂,导致采场冲击灾害难以控制,威胁矿井生产安全。以纳林河二号矿井31104工作面复合坚硬顶板条件下冲击灾害防治为工程背景,采用理论分析、物理相似模拟试验与现场监测相结合的研究方法,构建了复合坚硬顶板断裂力学模型,分析了复合坚硬顶板结构稳定性特征和矿压显现规律,揭示了复合坚硬顶板破断失稳规律及预裂弱化特征。结果表明:复合坚硬顶板工作面开采初期,下位坚硬顶板易形成悬臂梁结构,其周期性破断形成工作面周期来压,平均来压步距21.2m,上位坚硬顶板受下部垮落矸石支撑作用,易形成砌体梁结构;工作面推进至一次见方位置时,上位砌体梁结构回转失稳协同下位悬臂梁结构切落失稳,上位、下位坚硬顶板协同运动导致转动惯量增大,破断岩块回转能量迅速升高,造成采空区强矿压现象。复合坚硬顶板预裂弱化后,内部形成大量裂隙,下位坚硬顶板能充分、及时垮落,工作面周期来压步距减小,平均来压步距15.2m,较预裂前减少28.3%,下位坚硬顶板垮落矸石对上位坚硬顶板支撑约束作用减弱,破断岩块回转幅度和能量减小,上位、下位坚硬顶板协同破坏作用得到有效抑制。推进至一次见方位置,复合坚硬顶板预裂后,微震事件总能量和煤体超前应力峰值较预裂前分别降低62.5%和31.5%。现场工程试验表明,复合坚硬顶板预裂后,顶板微震事件总能量、频次和单刀能量分别降低了62.17%、56.32%和71.92%;工作面平均周期来压步距、来压范围、来压前峰值和来压时峰值降幅分别为53.5%、38.03%、8.63%和5.96%,表明定向水压预裂能有效抑制工作面见方位置强矿压现象。研究成果可为复合坚硬顶板冲击灾害防治提供有益借鉴。
关键词
复合坚硬顶板
强矿压
砌体梁-悬臂梁结构
水压预裂
微震能量
Keywords
composite hard rock stratum
strong mine pressure
masonry beam
-
cantilever beam structure
hydraulic pre
-
splitting
microseism energy
分类号
TD327 [矿业工程—矿井建设]
TD324 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
综放开采覆岩结构稳定性及支架支护阻力分析——以保德煤矿为例
被引量：
7
2
作者
张海鹏
机构
国能神东煤炭保德煤矿
出处
《煤炭科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第S01期48-53,共6页
文摘
以保德煤矿综放开采为工程背景,基于理论分析、相似材料模拟试验手段与方法,分析了大采高综放面覆岩的结构类型,应用弹性力学理论,建立了砌体梁结构、短悬臂梁结构的力学解析模型。研究表明:直接顶特征对矿压显现具有重要影响,覆岩的多关键层层序决定覆岩形成的悬臂梁结构是保德矿矿压显现强烈的根本原因,工作面三盘区支架工作阻力不小于16271.8 kN,目前所选择的支架工作阻力偏小,建议选择支护强度与工作阻力较大的支架。
关键词
覆岩
结构
相似材料模拟试验
工作阻力
砌体
梁
结构
-
短
悬臂梁
结构
Keywords
overburden structure
similarity test
working resistance
masonry beam structure
-
short cantilever beam structure
分类号
TD355.4 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
基于断裂力学的特厚煤层综放开采顶板破断规律研究
被引量：
21
3
作者
杨登峰
张凌凡
柴茂
李博
白翼飞
机构
中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院
泰山职业技术学院建筑工程系
出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第7期2033-2039,共7页
基金
国家重点基础研究发展规划(973)项目(No.2013CB227903)
国家自然科学基金项目(No.51174208
+1 种基金
No.U1361209
No.51234005)~~
文摘
针对特厚煤层综放开采过程中矿压显现剧烈支架工作阻力难以确定的问题,结合特厚煤层工作面顶板岩层破断形成的悬臂梁-砌体梁力学结构模型。工作面来压阶段支架工作阻力不足时,引起砌体梁结构下沉使悬臂梁结构回转变形破断,造成上覆砌体梁结构滑落失稳压架使工作面矿压显现剧烈的特点,建立了含中心斜裂纹的悬臂梁结构破断的力学模型,应用断裂力学理论,分析了悬臂梁破断失稳的影响因素,推导了支架荷载的表达式。结果表明:裂纹倾角和长度是悬臂梁破断失稳的主要影响因素;支架荷载除与悬臂梁自身因素有关外,还与砌体梁垮落步距等因素相关。结合塔山煤矿8102综采工作面地质条件,计算了支架荷载的理论值,验证了理论分析的合理性。理论研究成果对于分析特厚煤层开采时的支架荷载的大小,合理选择支架减少顶板事故具有一定的工程实际意义。
关键词
特厚煤层
综放开采
悬臂梁
-
砌体
梁
结构
斜裂纹
支架工作阻力
Keywords
ultra
-
thick coal seam
fully mechanized caving mining
structure of cantilever beam
-
masonry beam
oblique crack
support working resistance
分类号
TD324 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
采动作用下复合坚硬顶板破断失稳及预裂弱化特征
李延军
《煤炭学报》
北大核心
2025
2
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下载PDF
职称材料
2
综放开采覆岩结构稳定性及支架支护阻力分析——以保德煤矿为例
张海鹏
《煤炭科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2022
7
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职称材料
3
基于断裂力学的特厚煤层综放开采顶板破断规律研究
杨登峰
张凌凡
柴茂
李博
白翼飞
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016
21
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职称材料
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