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再论大采高采场顶板“组合短悬臂梁-铰接岩梁”定量化结构 被引量:2
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作者 闫少宏 路洋波 +1 位作者 尹希文 徐刚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1894-1906,共13页
针对大采高采场“组合短悬臂梁-铰接岩梁”定量化结构进行研究,采高加大必然引起采场覆岩在横向、纵向的活动范围加大,由于采场覆岩自下而上运动以及冒落碎胀的特点,必将使采空区冒落空间在某一时间趋近于零,因此提出了对采场支架产生... 针对大采高采场“组合短悬臂梁-铰接岩梁”定量化结构进行研究,采高加大必然引起采场覆岩在横向、纵向的活动范围加大,由于采场覆岩自下而上运动以及冒落碎胀的特点,必将使采空区冒落空间在某一时间趋近于零,因此提出了对采场支架产生作用力的顶板岩层是有范围的,即存在边界层并给出了边界层的概念和判断方法。随着采场的继续推进,采空区冒落的矸石将继续在上覆岩层的作用下发生蠕变而再次压缩变形,从而引起上覆岩层多次下沉传导,引起地表沉陷直至最终稳定,因此从对采场矿压显现有影响的角度将采场至地表的覆岩分为近场岩层和远场岩层。近场岩层为支架上方至边界层内的复合岩层,远场岩层为边界层至地表的复合岩层,近场岩层运动规律是采场矿压研究的重点、远场岩层运动规律是开采地表沉陷研究的重点。基于大采高采场下位复合顶板在垮落前不能触矸而呈“组合短悬臂梁”结构、其上位复合顶板岩层在采场前方煤壁、支架与直接顶联合支撑体、采空区冒落矸石支撑下在采场横向呈“铰接岩梁”结构的特点,提出了大采高采场近场岩层中直接顶、基本顶的新概念并给出了定量化判定方法,从而形成了大采高采场顶板“组合短悬臂梁-铰接岩梁”定量化结构。呈“铰接岩梁”结构的基本顶岩层一般会有一层甚至多层,取决于采高与顶板岩层的厚度、强度、层位等,其形成铰接结构的基本条件是:(1)基本顶可能下沉量小于其极限下沉量(Δ_(m)<Δ_(j));(2)在结构面的中截面上部应力大于其抗拉强度(σ_t>[R_t])且下部应力小于其抗压强度(σ_(c)<[R_(c)]);(3)断裂步距大于其厚度的2倍。以曹家滩煤矿10 m超大采高采场为工程背景,通过现场实测分析得到边界层存在的客观性。作为大采高采场“组合短悬臂梁-铰接岩梁”定量化结构理论的应用,研究确定了曹家滩煤矿10 m超大采高采场设备回撤专用垛式支架的支护强度。 展开更多
关键词 组合短悬臂梁-铰接岩梁结构 边界层 近场与远场岩层 极限下沉量 可能下沉量
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高强度开采煤壁稳定性关键因素量化与危险性分级 被引量:2
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作者 闫少宏 薛博 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期4728-4738,共11页
针对高强度开采工作面易发生片帮从而制约工作面正常回采和智能化工艺预测与控制的难题,在已提出的高强度开采采场顶板岩层形成“组合短悬臂梁−铰接岩梁结构”基础之上,提出了影响煤壁稳定性的地质开采因素和4个开采技术因素,采用理论... 针对高强度开采工作面易发生片帮从而制约工作面正常回采和智能化工艺预测与控制的难题,在已提出的高强度开采采场顶板岩层形成“组合短悬臂梁−铰接岩梁结构”基础之上,提出了影响煤壁稳定性的地质开采因素和4个开采技术因素,采用理论分析、数值模拟、物理相似试验相结合的方法,分析了高强度开采煤壁稳定性关键因素的影响。构建了煤体塑性屈服区短梁模型体,使用切比雪夫多项式对模型求解得到了复杂载荷作用下的挠曲线表达式,对表达式分析认为煤壁片帮受地质开采因素及开采技术因素影响较大。以曹家滩大采高工作面开采为工程背景,构建了开采技术因素正交试验,运用数值模拟和物理相似试验研究了各类开采技术因素对于煤壁稳定性影响的敏感度,提出以煤壁内塑性区面积与考察区域面积的塑性区占比η来衡量稳定性程度的指标,得出了各类因素与煤壁塑性区占比系数η的回归方程,据此定量得到了曹家滩煤矿大采高综放工作面煤壁稳定性与技术因素间关系式并给出了片帮风险预测危险性分级,结合物理相似试验验证了调整开采技术因素可在一定程度上控制煤壁发生片帮的范围和深度,为该矿大采高综放工作面煤壁稳定性智能化决策提供了理论依据,同时该研究手段也可用于其他工作面。 展开更多
关键词 高强度开采 组合短悬臂梁−铰接岩梁结构 煤壁片帮 危险性分级 正交试验
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特厚煤层综放开采支架工作阻力的确定 被引量:99
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作者 于雷 闫少宏 刘全明 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期737-742,共6页
采用理论分析的方法对特厚煤层综放开采顶板岩层所成结构及支架工作阻力进行了研究。根据特厚煤层综放开采顶板岩层形成的"悬臂梁-铰接岩梁"结构,给出了直接顶、基本顶的新概念及判据;得出了特厚煤层综放开采支架工作阻力的... 采用理论分析的方法对特厚煤层综放开采顶板岩层所成结构及支架工作阻力进行了研究。根据特厚煤层综放开采顶板岩层形成的"悬臂梁-铰接岩梁"结构,给出了直接顶、基本顶的新概念及判据;得出了特厚煤层综放开采支架工作阻力的解析计算式,并进行了实例验证。最后对所选架型现场的动态承载特征及其适应性进行了分析。结果表明:依据支架工作阻力解析式计算结果所选架型可靠性高、支架运行合理,利用率高,对工作面顶板条件适应性较好。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 “悬臂梁-铰接岩梁”结构 直接顶 基本顶
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大采高综采顶板短悬臂梁-铰接岩梁结构与支架工作阻力的确定 被引量:132
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作者 闫少宏 尹希文 +3 位作者 许红杰 徐刚 刘全明 于雷 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1816-1820,共5页
针对大采高综采工作面矿压显现强烈,支架工作阻力确定依据不足等问题,采用现场实测、数值模拟相结合的方法进行研究得到:采高增加后,煤壁前方破坏面积及支承压力峰值明显加大、煤壁易发生片帮冒顶、采场顶板活动范围明显加大、顶板断裂... 针对大采高综采工作面矿压显现强烈,支架工作阻力确定依据不足等问题,采用现场实测、数值模拟相结合的方法进行研究得到:采高增加后,煤壁前方破坏面积及支承压力峰值明显加大、煤壁易发生片帮冒顶、采场顶板活动范围明显加大、顶板断裂线前移、岩层间离层量增加。依据大采高采场直接顶及基本顶新概念及新判别公式,提出大采高采场顶板易形成"短悬臂梁-铰接岩梁"结构,以及大采高综采支架工作阻力的计算公式。通过理论研究直接顶厚度、直接顶垮落步距、基本顶厚度、基本项垮落步距、采空区矸石碎胀系数以及采空区矸石刚度对支架工作阻力的影响,结果显示直接顶及基本顶垮落步距对支架工作阻力影响较大。 展开更多
关键词 大采高综采 短悬臂梁-铰接岩梁结构 工作阻力 支承压力
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特厚煤层综放工作面大面积切顶压架原因分析 被引量:23
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作者 闫少宏 徐刚 +1 位作者 张学亮 张震 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2015年第6期14-18 140,140,共6页
基于"悬臂梁-铰接岩梁"岩层结构和Winkler地基理论,分析了该类事故的发生原因,并相应地给出防治对策。研究结果表明:大面积压架主要特征是工作面顶板在煤壁处切落,直接顶和基本顶失去横向平衡;切顶发生的原因在于初撑力和工... 基于"悬臂梁-铰接岩梁"岩层结构和Winkler地基理论,分析了该类事故的发生原因,并相应地给出防治对策。研究结果表明:大面积压架主要特征是工作面顶板在煤壁处切落,直接顶和基本顶失去横向平衡;切顶发生的原因在于初撑力和工作阻力较低,难以维系直接顶和基本顶平衡结构。通过提高支架初撑力,以增加支架对顶板的主动支撑能力,减少顶板下沉量,有利于直接顶和基本顶的平衡结构;基于"悬臂梁-铰接岩梁"岩层结构模型分析认为,崔木煤矿工作面支架工作阻力不足是导致大面积压架事故的主要原因,并经理论计算得出合理工作阻力为15 000 k N。 展开更多
关键词 综放开采 悬臂梁-铰接岩梁 支架初撑力 支架工作阻力
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综采采场顶板结构模型及“支架-围岩”关系研究 被引量:22
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作者 吴士良 刘思利 +3 位作者 佟金婉 王建行 史晨昊 赵吉玉 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2016年第4期44-51,共8页
以综采采场上覆岩层运动规律为核心,运用"传递岩梁"理论对采场顶板运动参数进行预计算,建立了采场顶板结构模型,详细分析了支架在"给定变形"和"限定变形"两种工作状态下支护强度和活柱缩量的计算确定方... 以综采采场上覆岩层运动规律为核心,运用"传递岩梁"理论对采场顶板运动参数进行预计算,建立了采场顶板结构模型,详细分析了支架在"给定变形"和"限定变形"两种工作状态下支护强度和活柱缩量的计算确定方法。研究结果表明:直接顶由多分层组成时,具有不同运动组合特性的各分层垮落步距不同。将对采场矿压显现有明显影响的基本顶岩梁分为"单一岩梁"和"双岩梁"结构。采场顶板控制设计中对直接顶采用"给定载荷"的工作方式,根据不同的控顶要求对基本顶采用"给定变形"或"限定变形"的工作方式。在基本顶"双岩梁"结构下,既要防止下位岩梁运动时的切顶、活柱缩量超限等威胁,又要防止上位岩梁来压时对采场的动压冲击。 展开更多
关键词 综采采场 传递岩梁 顶板结构模型 支架-围岩关系
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对浅埋煤层“短砌体梁”、“台阶岩梁”结构与砌体梁理论的商榷 被引量:31
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作者 侯忠杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期1201-1204,共4页
基于砌体梁结构岩块平衡的几何条件,讨论了《矿山压力与岩层控制》教材中浅埋煤层开采岩层控制部分"短砌体梁"结构和"台阶岩梁"结构的概念.认为浅埋煤层顶板因为不满足砌体梁结构断裂岩块长度起码大于层厚2倍的平... 基于砌体梁结构岩块平衡的几何条件,讨论了《矿山压力与岩层控制》教材中浅埋煤层开采岩层控制部分"短砌体梁"结构和"台阶岩梁"结构的概念.认为浅埋煤层顶板因为不满足砌体梁结构断裂岩块长度起码大于层厚2倍的平衡先决条件,因而不能形成砌体梁结构,而"短砌体梁"是"断裂岩块厚度与长度之比接近1"的砌体梁结构,故"短砌体梁"概念与砌体梁理论相矛盾;"台阶岩梁"的概念建立在不正确的假设之上,不恰当地应用了砌体梁理论的结论,将已失稳垮落的N岩块仍按砌体梁理论的"铰接"条件分析,因而"台阶岩梁"结构是不存在的.实际上只要视M岩块即"控制岩块"为岩梁建立模型即可. 展开更多
关键词 浅埋煤层 短砌体梁 台阶岩梁 砌体梁 顶板结构
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分层分采层间坚硬岩层破断致灾机理及防控技术 被引量:2
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作者 来兴平 尉迟小骞 +2 位作者 崔峰 杨彦斌 霍军鹏 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2022年第6期1055-1063,共9页
针对分层分采层间坚硬岩层破断诱发动力灾害的复杂难题,通过运用物理相似模拟试验与力学分析结合的方式,深入分析新疆宽沟煤矿B_(2)与B_(4-1)煤层之间的坚硬岩层受双重回采影响下的破断演化过程,发现层间坚硬岩层破断致灾机理源于其悬... 针对分层分采层间坚硬岩层破断诱发动力灾害的复杂难题,通过运用物理相似模拟试验与力学分析结合的方式,深入分析新疆宽沟煤矿B_(2)与B_(4-1)煤层之间的坚硬岩层受双重回采影响下的破断演化过程,发现层间坚硬岩层破断致灾机理源于其悬臂结构的破断释能,建立层间岩层悬臂梁结构模型,推导出层间岩层临界破断状态下的挠曲线及转角方程,得出层间岩层破断的致灾总能量、悬臂结构强度和覆岩载荷三者间的关系。结果表明:覆岩越重,其施加于悬臂结构的致灾能量就越大,悬臂结构越长,其聚集的弹性能就越多,而悬臂结构越坚硬,则其破断释放的能量越多,这三者的相互作用,会导致层间坚硬岩层破断时诱发动力灾害。由此,提出爆破切顶措施,有效扩展需破断岩体的原生裂隙及结构弱面,降低坚硬岩层的轴向强度,破坏岩层的完整性,使得大范围悬顶事件基本杜绝,为矿井后续安全开采提供保障。 展开更多
关键词 分层分采 层间坚硬岩层 物理相似模拟 悬臂梁结构 爆破切顶
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综采工作面支架与围岩双周期动态作用机理研究 被引量:16
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作者 尹希文 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3072-3080,共9页
为揭示液压支架与围岩的动态作用机理,将工作面开采过程分为若干个顶板活动周期,将每一个顶板活动周期分为若干个采煤循环周期,在研究支架载荷变化特征的基础上,综合"砌体梁"理论、弹性基础梁理论以及牛顿第二定律,提出了支... 为揭示液压支架与围岩的动态作用机理,将工作面开采过程分为若干个顶板活动周期,将每一个顶板活动周期分为若干个采煤循环周期,在研究支架载荷变化特征的基础上,综合"砌体梁"理论、弹性基础梁理论以及牛顿第二定律,提出了支架与围岩在双周期内的动态作用模型。在顶板活动周期内,研究认为"砌体梁"结构中的关键块A触矸是判断循环末阻力变化趋势的关键节点,关键块A触矸前循环末阻力逐渐增加,触矸后逐渐减小。在采煤循环周期内,研究认为"砌体梁"结构主要由煤壁、液压支架和采空区矸石组成的不同弹性模量支撑体共同承担,根据增阻特征的不同,将采煤循环内支架与围岩的作用过程分为给定变形和给定载荷两个阶段研究,提出了液压支架动态增阻函数,认为在给定变形阶段液压支架时间序列曲线符合对数函数,在给定载荷阶段符合指数函数。通过寺河矿及新元矿综采工作面实测数据分析,认为现场实测与理论分析结果一致。以上研究成果可为顶板灾害预测预报及顶板岩层控制实践提供参考。 展开更多
关键词 支架工作阻力 双周期动态作用 支架增阻函数 “砌体梁”结构 支架与围岩关系
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