翟镇煤矿1401E回采巷道矿压监测及数据分析穆华
翟镇煤矿1401E 回采巷道矿压监测及数据分析
穆
华，王芳，穆玉娥
（山东新汶矿业集团有限责任公司翟镇煤矿，山东新泰271204）
摘
要
翟镇煤矿为了揭示、总结在工作面推进过程中，前方煤壁内的应力分布规律，以及由此造成的回采巷道变形情况，特在1401E 工作面
巷道中建立了矿压监测站。通过分析监测数据，得出了工作面前方煤体垂直应力产生较大集中区域、应力集中系数及超前影响范围，为巷道的合理布置、维护提供了可靠依据，减少了巷道维修费用，具有很好的推广应用价值。关键词
矿压监测
应力集中区域超前影响距中图分类号TD322
文献标识码
B
为了揭示并且总结随着工作面的推进，前方煤壁
内的应力分布规律，以及由此造成的回采及其他受采动影响巷道的变形情况，特以1401E 工作面为背景，在回采巷道中布置了矿压监测站。
1401E 工作面位于三采运输下山及三采轨道下山东侧，开采上限标高为－194．6m ，下限标高－218．4m 。走向长度为411 412m ，平均走向411．5m ；倾向长度
为196m ，面积为80654m 2
。工作面基本为单斜构造，地层走向为74 90?，倾向164 180?，倾角为4 11?，平均倾角为6?，工作面煤层厚度平均2．79m 。1
监测站的布置
在1401E 联络巷中布置3个测站，其中3#、
6#测站位于巷道两端，
7#测站位于巷道中间位置；在1401E 运输巷中布置1#、
2#测站，1#、2#测站距1401E 联络巷分别为100m 、
50m ；在1401E 轨道巷中布置4#、5#测站，4#、5#测站距1401E 联络巷分别为100m 、50m 。在7个测站中均布置表面位移观测点，每个测站设2个测面，测面间距为1．0m 。测站内均布置测线进
行顶板离层监测，
每个测线布置两台DL －200顶板离层指示仪，顶板离层指示仪间距为1．0m ，每个顶板离
层指示仪设2个点，钻孔深度分别为3．0m 和5．0m 。
在1#、3#、4#、6#、7#测站进行支柱工作阻力监测，每个测站布置1台YBY60（D ）单体支柱压力监测仪。在1#、2#、4#、5#测站进行煤体超前应力监测。每个测站各布置3台YBY60（ZY ）钻孔应力计，测站内钻孔间距为3m ，其中1#、4#测站内钻孔深度分别为5m ，10m ，15m ；2#、5#测站内钻孔深度分别为3m ，9m ，15m 。2
监测设备及要求
监测站所有的仪器配置见表1。
监测从距离工作面开切眼80m 范围之内起开始监测，直至工作面向前推进到停采线为止。
*收稿日期：2011－06－09
作者简介：穆华（1969－），男，山东新泰人，1991年毕业于北京煤校，现任翟镇煤矿修备工区区长，曾在刊物上发表论文多篇。
表1
监测站仪器配置
测站编号仪器名称
型号
单位数目
1、4
单体支柱压力监测仪YBY60（D ）
台2钻孔应力计YBY60（ZY ）台6顶板离层指示仪
DL －200台42、5钻孔应力计YBY60（ZY ）台6顶板离层指示仪
DL －200
台43、6、7
单体支柱压力监测仪YBY60（D ）台3顶板离层指示仪
DL －200台
6
钻孔应力计及超前支柱应力监测仪均有连续记录
和储存数据的功能，仪器、仪表安好后，设置并记录初读数。每周进行一次数据采集。数据采集过程中，均检查仪表的工作状况、安装情况、线路完好情况等。采集的数据及时输入了电脑，并利用仪器匹配软件进行了整理分析。
回采巷道变形监测的各种测试仪器测量的是数据的瞬时值，因此，测量的次数越多越密集，后期整理和
分析的结果也会越精确。为此，在实际测量过程中，在工作面距测站100m 范围外，每3天监测1次；100m 范
围内每天监测1次，50m 范围内每天监测2次，30m 范围内每天监测2 3次。3矿压监测数据分析
3．1
巷道表面位移及顶板离层监测数据分析
运输巷在距工作面150m 时，巷道没有任何变形，距工作面约30m 时，巷道开始变形。随距工作面距离的减小，巷道变形速度呈增加趋势。巷道顶底板移近量最大值为20mm ，两帮最大移近量为37mm 。轨道巷距工作面约30m 时，巷道开始变形。随距工作面距离的减小，巷道变形速度呈增加趋势。巷道顶底板移近量最大值为12mm ，两帮最大移近量为22mm 。运输巷变形比轨道巷严重，其巷道顶底板移近量比轨道巷大
8mm ，两帮最大移近量比轨道巷大15mm 。
运输巷及轨道巷内测点在距工作面30m 时开始发
生顶板离层，距工作面约15m 时，顶板离层速度增加。运输巷顶板离层最大值为15mm ，轨道巷顶板离层最大值为9mm ，轨道巷巷道变形比运输巷小。
9
812012年第1期
近距离煤层回采巷道优化布置研究
近距离煤层回采巷道优化布置研究 聂 军，岳宁，金思德 (兖矿集团南屯煤矿，山东邹城273515) 摘 要 采空区下底板巷道布置的方法如果只考虑在常规情况下的应力分布特点而忽略了采场应力场是多维场的特点，就无法全面的考虑整 个采场周围的应力分布，难以运用这种方法准确的确定近距离多个工作面采空下底板巷道布置的合理位置。所以，应该在考虑多个工作面采空后相互叠加的条件下来研究近距离煤层回采巷道的优化布置。关键词 采空区下 回采巷道优化布置 中图分类号TD822+ ．2文献标识码 B *收稿日期：2012－07－09 作者简介：聂军（1962－），男，中国矿业大学（采矿工程）毕业，现任兖州煤业公司南屯煤矿采煤生产副矿长。 目前的研究和实践经验证明，在巷道离煤层底板 垂距相同条件下，巷道与煤柱边缘的水平距离不同，巷道受压状况将有明显差别。一般的规律是巷道距离煤柱边缘和深入采空区下方越远，其所受支承压力的影响越小。 在确定底板岩巷相对煤柱边缘的位置时，合理的水平错距与合理的垂直距离之间有一定的联系，所以在巷道设计时，常常先要确定一个煤柱向底板传力影响角θ，然后再根据巷道至煤层底饭的合理垂距Z 和煤柱影响角β，确定巷道距离煤柱边界的合理水平距离S ，如图1 。 图1确定底板巷道距离煤柱水平距离的计算简图 S ≥Z sin （α+θ） sin β 式中：α－煤层倾角；θ－β的余角；θ=90?－β； β－煤柱影响角，其值变化在25? 55?之间，通常支承压力越大和煤柱尺寸越小，β角越大。 确定采空区下底板巷道布置的方法如果只是考虑在常规情况下的应力分布特点，而忽略了采场应力场是多维场的特点，就无法全面的考虑整个采场周围的应力分布。因此，应该在考虑多个工作面采空后相互叠加的条件下来研究近距离煤层回采巷道的优化布置。 1 近距离煤层复杂叠加应力场下回采巷道的优化布置 分别取93上05工作面中部（Y =－500）、 93上05工作面超前支承压力与9307工作面侧向支承压力叠加 峰值区（Y =－320）、 93上05工作面超前支承压力与93上03工作面侧向支承压力叠加峰值区（Y =－285）、93上05工作面停采线前9307工作面和93上03工作面侧向支承压力区（Y =－150）在3下煤层中的垂直应力剖面整合于图2中，进而对整个93下05工作面的应力场进行分析，确定合理的回采巷道布置方式。 通过图2可以看出，四个垂直应力分布曲线在3下 煤层中的垂直应力分布规律并不是完全一致的，具有各自不同的特点。具体表现在峰值应力在煤层中的位置有很大不同。所以，需要综合考虑各种典型情况下的应力分布特征来确定93下05工作面上下顺槽的合理布置位置 。 图2典型的垂直应力分布曲线整合图 1．1 93下05工作面上顺槽位置的优化布置为了确定93下05工作面上顺槽的合理位置， 将93下05工作面上顺槽附近3下煤层中的垂直应力峰值 所在位置标于图3内（①线为最大值所在位置、②线为最小值所在位置、③线为93上05工作面上顺槽，④线为9307工作面下顺槽下帮位置），通过对图2和图3分析可以看出，在尽可能减少煤柱损失的情况下93下05工作面上顺槽可能布置的位置有以下几种： （1）位于X =73的应力最小值区。在此区域内， 在93上05工作面采空区下， 3下煤层中的垂直应力最小，然而，在93上05工作面停采线前方，3下煤层中的垂直应力较高，特别是93上05工作面超前支承压力与 9307工作面侧向支承压力叠加峰值区（Y =－320），垂直应力较高在70MPa 左右，所以， 93下05工作面上顺5 212012年第4 期
综采工作面矿压显现规律的实践与研究
综采工作面矿压显现规律的实践与研究 发表时间：2020-01-16T14:47:55.440Z 来源：《基层建设》2019年第28期作者：武姣姣王建志 [导读] 摘要：不同地区的煤层赋存条件往往存在着很大的差异，由此而造成的综合机械化开采过程中的矿压显现特征也会有很大程度的不同，因此，针对不同矿区具体的煤层开采主、客观条件，对采场矿压显现特征进行有针对性的研究，运用数值计算方法对采场周围应力场分布、顶底板岩层稳定性、支架对围岩的支护效果等进行了研究，掌握老顶的初次断裂步距，对采场来压进行预测预报，并据此制定有针对性的矿压控制技术措施，来保证矿井安全高效生产 新汶矿业集团山东新泰 271219 摘要：不同地区的煤层赋存条件往往存在着很大的差异，由此而造成的综合机械化开采过程中的矿压显现特征也会有很大程度的不同，因此，针对不同矿区具体的煤层开采主、客观条件，对采场矿压显现特征进行有针对性的研究，运用数值计算方法对采场周围应力场分布、顶底板岩层稳定性、支架对围岩的支护效果等进行了研究，掌握老顶的初次断裂步距，对采场来压进行预测预报，并据此制定有针对性的矿压控制技术措施，来保证矿井安全高效生产。 关键词：矿压显现特征；初次断裂步距；矿压控制技术 1研究背景 我国回采巷道的支护技术已经发展很快，很多回采巷道都已成功支护，但是回采巷道受到采煤工作面的动压影响，在采掘过程中往往会造成顺槽的底鼓、片帮、顶板下沉、两帮变形及回采巷道局部破坏，这些都对矿井的安全高效生产造成不利影响。由于受地质因素及巷道断面大小的一系列客观因素的影响，回采巷道受工作面的采动影响规律及影响程度是不一样的，为了更加全面的掌握回采巷道受采动影响的程度与规律的一般性，以及针对该矿客观条件下回采巷道的安全性有必要进行顺槽受采动影响的观测研究。 本次针对三沟鑫都煤矿2101工作面面进行采场和回采巷道的矿压特征进行观测研究，目的是掌握2号煤层长壁综采工作面及顺槽的矿压显现规律及机理，为进一步优化矿压控制技术措施提供依据。 2采场矿压控制领域 采场岩层控制、开采工艺优化、设备配套、提高资源回收率等一直是煤矿开采领域中的主要研究课题。近一个世纪以来，各国煤炭行业围绕改革采煤方法、改善顶板管理状况、推进矿井新型装备利用等领域开展了大量研究工作。 为了进一步研究开采引起的回采工作面上覆岩层的移动和破坏规律，掌握采空区上方形成的冒落带、裂隙带、弯曲下沉带的高度，查明上覆岩层移动机理和回采工作面周围应力重新分布规律，以及上覆岩层移动与工作空间顶板下沉和支架受载的关系，部分矿区在井下巷道内或通过地面打深钻孔，设置深部测点，进行岩层内部移动规律的观测研究。有些矿区为了解决坚硬顶板的管理，以及铁路下、建筑下、水体下采煤，水力采煤，有冲击矿压、煤与瓦斯突出危险的煤层开采等问题，曾采用地音仪进行采空区矿压观测，利用微振仪检测顶板动态，用钻孔电视设备观测岩层移动、难冒顶板人工爆破效果以及开采后顶板的断裂、离层、跨落等情况。通过以上一系列观测研究，在防治井下冒顶事故、改善顶板安全状况等方面起到了良好效果。 3研究方案 3.1工作面液压支架压力自动记录仪的布置 工作面两端头各选2台支架、中部选取9台支架作为支架工作阻力观测对象。 利用YHY60（B）型数字压力器自动记录仪对三沟鑫都首采工作面ZY4000/09/21型液压支架的工作状况进行了持续监测，工作面宽度为150m，安装液压支架103架，在3#架、4#架、30#架、31#架、32#架、60#架、61架、62#架、90#架、91#架、92#架、100#架、101#架分别安装编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13号的自动记录仪。记录仪布置如图2-1。 全工作面煤壁、端面顶板作为煤壁片帮形态和顶板漏冒形态观测对象。通过观测统计、素描等方法记录全工作面煤壁片帮形态和顶板漏冒形态。 3.2工作面支架工作阻力的数据采集 数据采集：液压支架压力自动记录仪安装好后即开始采集数据，采集时间间隔设置为5分钟。数据采集工作由专人负责，定时进行，妥善保管。同时检查仪器的工作状况，发现异常情况及时维修和更换，保证所获得的数据能够真实反映实际情况。 每次收集数据时，须记录相应的时间以及工作面推进距离（回采工作面煤壁至开切眼后壁的距离），并认真与综采队核实，保证记录进度与实际进度的一致性。 图3-1 压力计分布位置 3.3原始数据整理方法 在2101工作面回采期间，利用YHY60（B）型数字压力器自动记录仪对三沟鑫都首采工作面ZY4000/09/21型液压支架的工作状况进行了持续监测，获得了大量原始数据。为了对实测结果进行系统分析，首先对所取得的数据进行整理，导入excel工作表，并绘制工作阻力变化曲线图。 4．观测方案 为了更加全面的掌握顺槽受采煤工作面的采动影响，针对2101工作面顺槽进行20多天的连续观测，为了全面准确的获得采煤工作面的采掘活动对顺槽的具体影响程度，在每个顺槽的超前支护段的铰接顶梁上均匀布置4个液压表来观测顺槽超前支护段顶板的压力。在到超前支护段每15m左右的距离在进风顺槽、回风顺槽内各布置4各测站，每个测站内观测顶底、两帮位移，布置顶板、两帮窥视孔，安装锚杆测力计。并在测站附近安装顶板离层仪。采用米尺对进风回风顺槽内测站内顶底、两帮位移进行测量，精确到毫米。采用窥视仪对测站内顶板、两帮的窥视孔进行观测，以确定顶板、两帮是否受到采动影响而破坏。采用锚杆测力计观测测站内锚杆的托锚力受到采动影响的程
矿压学习心得
矿山压力与围岩控制学习心得 一、对矿山压力和围岩控制的认识 通过本科四年、研究生三年以及博士一学期的学习，我对矿山压力和围岩控制这门科学有了一些初步的认识与理解，现就我自己的学习和理解浅谈一下对矿山压力与围岩控制的一些相关认识和学习心得。 地下岩体在受到煤矿开采影响以前，由于岩层自重的作用在其内部引起的应力，通常称为原岩应力，由于开采前的岩体是处于静止状态的，所以原岩体是一个处于应力平衡状态的整体，当进行开掘巷道或进行回采工作时，采动影响破坏了原来岩体所处的应力平衡状态，造成岩体内部应力的重新分布，当重新分布的应力超过煤岩体的极限强度时，就会使巷道和回采工作面周围的煤、岩体发生破坏情况，这种情况将持续到煤、岩体内部的应力状态重新达到新的应力平衡为止。此时，巷道和回采工作面周围的煤、岩体内就会形成一个与原岩应力场显然不同的新的应力场。这种由于在地下进行采掘活动而在井巷，硐室及回采工作面周围煤、岩体中和支护物上所引起的力，就叫矿山压力，简称矿压，也叫地压。 围岩控制是为了使矿山压力的显现能够不影响正常的开采工作，以及保证生产的安全进行所采取的各种技术措施，加以控制围岩的移动变形。包括巷道布置、工作面形式、对巷道及采煤工作面空间所采取的支护方式、对软弱的煤岩体进行的加固工艺，采用各种有效的方法使巷道或采煤工作面得到卸压。而对于采空区，可以进行采空区充填的方式，或者用人工强制房顶等方法使采空区顶板按照预期方案进行冒落的方式，防止采空区大面积悬顶等等一系列的控制技术和方法就称为岩层控制技术。 矿山压力与围岩控制这门科学对于煤矿的实际生产具有非常重要的实际意义，它指导矿山的建设，安全生产等等个方面工作的进行，是采矿行业的基础学科之一，同时作为作为采矿行业的基础理论学科，由于其对采矿行业的重要性，得到了广泛的研究学习，推动了采矿学科的科学健康发展，创造了显著的经济效益和社会效益。 矿山压力理论建立和发展的基础建立在几种矿山压力假说的基础上，矿山压力假说是采矿科学发展的重要形式，是弄清矿山压力及其显现规律的有效途径。假说的建立包括以下步骤：1、观察和收集实际资料；2、分析整理所积累的资料，
第七章 巷道矿压显现规律
1、试述采区（采准）巷道矿山压力显现的基本规律 图6 区段平巷围岩变形 I—掘巷影响区 II—掘巷影响稳定区 III—采动影响区 IV—采动影响稳定区 V—二次采动影响区 答：采区巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布，围岩变形持续增长和变化，以受到相邻区段回采影响的工作面回采巷道为例，围岩变形经历五个阶段。 （1）巷道掘进影响阶段I：煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移，但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和，所以该阶段矿山压力显现较弱，显现时间短。巷道围岩变形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。 （2）掘进影响稳定阶段II：掘巷引起的围岩应力重新分布趋于稳定，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形会随时间而缓慢增长，但其变形速度会比掘巷初期要小的多，巷道围岩变形速度仍取决于埋藏深度和围岩性质。 （3）采动影响阶段III：巷道受上区段工作面的回采影响后，在回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形显著增长。巷道围岩性质、护巷煤柱宽度及巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对该时期围岩变形量影响很大。 （4）采动影响稳定阶段IV：回采引起的应力重新分布趋于稳定后，巷道围岩的变形速度再一次降低，但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度，围岩变形量按流变规律缓慢增长。 （5）二次采动影响阶段V：巷道受本段回采工作面的回采影响时，由于上区段残余支承压力，本区段工作面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力重新分布，塑性区扩大，应力的反复扰动，使围岩变形比上一次采动影响更加剧烈。
矿压
31. 对直接顶如何进行分类？有哪些分类指标？ 答：为了研究在不同条件下的矿上压力显现特点，通常将顶板进行分类。在研究直接顶时，根据直接顶的强度指标D和直接顶的初次垮落布距L。可将直接顶分为四大类，分类如下：I{不稳定顶板}D《30 L《8m II｛中等稳定顶板｝D=31-70 L=9-18m III{稳定顶板}D=71-120 L=19-25m IV{坚硬顶板}D<120 L>25m或无直接顶，岩层厚度在2~5m以上，R1 >6~8kn\cm2 。以上两种分类指标都反映了直接顶岩石的强度和节理，裂隙及层理发育程度的综合特征，也就是反映了直接顶的完整程度。直接顶的完整程度愈好，对维护好回踩空间充分发挥支架的支撑力俞有利直接顶的完整程度俞差，回踩空间就愈难维护。 联邦德国用直接顶冒落灵敏度E作为直接顶的分类指标，将直接顶分为三类：I类E 《10‰ II类E=11~30‰ III类E>30‰用这种方法评价直接顶的破碎程度简便易行。32. 对老顶如何直接分类？用那些分级指标？各级顶板的矿压特点是什么？ 答：老顶是影响工作面矿山压力的一个重要因素。根据现场实测可知，老顶的厚度及强度，老顶距煤层的距离，煤层和采高都影响着工作面来压的剧烈程度。对老顶的分级一般用老顶的初次来压步距L和直接顶厚度与煤层采高的比值K作为老顶的分级指标，将顶板分为四级： I级：K>3~5老顶跨落时，对回采工作无大的影响。将这样的顶板称为无周期来压或周期来压不明显的顶板。 II级：0.3
3 采煤方法及采区巷道布置
3 采煤方法及采区巷道布置 3.1 煤层地质特征 3.1.1 煤层赋存情况 采区内主要可采煤层为二叠系下统山西组二1煤和石炭系上统太原组一1煤。二1煤厚0～9.38m之间，平均厚度为2.70m。煤层倾角平均17°，煤层赋存稳定。一1煤厚0～4.41m之间，平均厚度为2.46m，煤层倾角与二1煤相近，煤层结构简单。 3.1.2 煤质与地质情况 1、煤质分析 采区内一 1 煤为中灰、低挥发分、高硫分、低磷分、高热值、中等软化温度灰、呈小块状及碎粒状的贫煤。二1煤为中灰、低挥发分、特低硫、低磷分、特高热值、较高软化温度灰、粉状贫煤。煤的抗碎强度特低，可磨性指数属易磨煤，CO2反应性较弱，高热稳定性，结渣性中等。 2、煤层顶底板 ①二1煤：煤层直接顶以中-细粒结构的大占砂岩为主，煤层底板以砂质泥岩和泥岩为主，局部含夹矸。 ②一1煤：煤层直接顶以砂质泥岩和泥岩为主，煤层底板以砂质泥岩、泥岩和石灰岩为主，煤层位稳定，结构简单，偶含1～2层夹矸。 3、水文地质 本区内水文地质条件尚属简单，主要充水因素有：二1顶板砂岩和断层破碎带裂隙淋水、一1石灰岩岩溶裂隙承压水和大气降水。全井田的正常涌水量465.46m3/h，最大涌水量为805.25m3/h。 3.1.2 煤层瓦斯、自燃、发火特征 ①一 1 煤层只有一个孔取到瓦斯样，瓦斯资料没有或较少，勘探报告没有评 述。二 1 煤层瓦斯含量0.093～17.391 m3/t2daf，平均5.354 m3/t2daf。 ②本区二 1煤火焰长度为5mm，加岩粉量为10%，二 1 煤层的煤尘具有爆炸性。 一 1 煤未做煤尘爆炸性试验，根据邻区郜城井田试验结果：加岩粉50～55％，火 焰长度达25～30mm，一 1 煤层的煤尘具有爆炸性。 ③一 1煤自燃倾向等级属不自燃－易自燃，二 1 煤属不易自燃。 3.2 采区巷道布置及生产系统 3.2.1采区及首采区划分 根据矿井煤层及地质分布，本井田设计单水平开采，共划分为四个采区，其中二1煤上下山各一采区，一1煤上下各一采区。矿井首采区位于二1煤上山采
薄板弯曲的变分原理及有限元素法
第三章 薄板弯曲的变分原理及有限元素法 3.1 基本问题 基本认识：板作为承力的结构元件，主要通过弯曲起作用。如果垂直于板面的挠度与板的厚度相 比很小的话1< 矿山压力理论 学院：能源与安全学专业班级：2013级采矿硕士研究生学生姓名：闫化晴 学号： 2 0 1 3 2 0 0 0 68 任课老师：高明中（教授） 2014年1月3号 1 展望深部开采采场与巷道矿山压力理论的研究方向和发展趋势。 答：国内外众多科研工作者和工程技术人员围绕地下开采围岩应力分布、支承压力计算、采动裂隙演化特征等矿山压力理论方面开展了许多研究，取得了一系列成果，对推动煤矿安全高效开采起到积极重要作用。但地下开采是围岩应力场、破坏场、变形场和裂隙场不断演化的过程，采场矿山压力客观上是一个三维问题，开采引起的围岩压力重新分布、围岩变形移动破坏及煤岩动力灾害等根本上是采场围岩三维矿山压力演化所决定的，故深部煤炭资源的安全高效开采急需矿山压力理论方面的基础理论和相关研究支持，以便更好地指导高强度开采技术的推广与应用，更大限度地提高资源采出率，实现安全高效生产。因此，在掌握地质条件、开采技术条件的基础上，以大范围围岩为研究对象，注重三维矿山压力基础理论研究的同时，更应注重深部开采围岩支承压力演化及其对采动裂隙的动态效应和应力场、裂隙场与渗流场的耦合理论研究。 1)开展深部开采三维矿山压力基础理论和现场试验研究。传统的采场矿压理论所研究的范围多为6～8倍采高以内的基本顶范围，开采沉陷研究多研究地表的下沉变形参数与形态。对于地表以下6～8倍采高以上的基本顶上覆岩层，开展的研究不多。而这部分岩层对深部采场来说厚度很大，无论对采场矿压还是对覆岩与地表沉陷控制研究，都是不应逾越的研究主体。因此，以采场大范围三维围岩为研究对象，进行煤岩体应力场、裂隙场和渗流场的测试方法和技术研究，系统开展深部采场矿山压力基础理论研究。 2）开展深部开采采动应力演化特征和岩体结构失稳机制研究。随着开采深度的增大，基岩厚度和原岩应力尤其是水平应力均增大，导致采动应力在覆岩和底板岩层中演化的非线性特征更加明显，其演化特征和演化形态将影响到开采后岩层运动的形式及地表坍陷形态的描述。因此，研究深部条件下采动应力演化特征和岩体结构失稳机制，建立深部开采条件下采动应力演化分析模型，揭示采动应力演化与岩体结构失稳之间的关系。 3)开展深部开采采动应力与采动裂隙的动态效应研究。采动裂隙的演化是一贯穿开采始末的动态过程，是应力重新分布的主导因素。采动裂隙的演化势必影响到采动应力的形成、发展、演化和失稳过程，而采动应力演化又影响采动裂隙的演化过程，二者在演化过程中的相互作用机理仍不清楚。因此，开展深部开采条件下，煤岩层的垮落与破坏机制及煤岩体裂隙时空演化与分布规律，建立煤岩层垮落、裂隙、变形与相关参数的关系，阐明裂隙发育与分布特征，揭示采动应力与采动裂隙演化的关系研究。 4)开展深部开采应力场、裂隙场与渗流场的耦合理论研究。根据深部煤岩体结构特征、原岩应力特征和采动应力与采动裂隙演化特征，建立裂隙岩体弹塑性损伤断裂演化模型，建立围岩应力场、裂隙场与渗流场耦合数学模型，揭示应力场、裂隙场与瓦斯流动场相互作用机理。 2 绿色开采关键技术有哪些？试论述矿压理论对指导绿色开采关键技术的作用。 答：煤矿绿色开采的关键技术主要包括煤与瓦斯共采技术、充填与条带开采和离层注浆减 复习题 1. 支架支设时，最初形成的主动力称为支柱的( )。 A. 初工作阻力 B. 初撑力 C. 支架载荷 D. 支护阻力 2. 在顶板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间支柱上所反映出来的力称为( )。 A. 支架载荷 B. 初撑力 C. 始动阻力 D. 最大工作阻力 3. 在支架的性能曲线中，活柱下缩时，工作阻力的增长率由急剧增长转为缓慢增长的转折点处的工作阻力称( )。 A. 初工作阻力 B. 支护阻力 C. 始动阻力 D. 摩擦阻力 4. 支柱所能承受的最大负载能力称为( )。 A. 初工作阻力 B. 初撑力 C. 摩擦阻力 D. 最大工作阻力 5. 巷道轴向与构造应力方向( )时，构造应力对巷道的稳定性影响最小。 A. 平行 B. 等于 C. 斜交 D. 垂直 6. 巷道轴向与构造应力方向()时，构造应力对巷道的稳定性影响最大。 A. 斜交 B. 小于 C. 大于 D. 垂直 7. 巷道轴向与构造应力方向夹α角( )25°～30°时，构造应力对巷道稳定性的影响无明显变化。 A. 平行 B. 小于 C. 大于 D. 斜交 8. 巷道轴向与构造应力方向夹α角( )25°～30°时，构造应力对巷道稳定性的影响发生明显变化。 A. 小于 B. 等于 C. 大于 D. 垂直 9. ( )在具有一定的工作阻力的同时还具有可缩性，将支架内力限定在一定范围内，既能保持围岩的稳定，又能避免支架的严重损坏。 A. 拱形刚性支架 B. U型钢梯形可缩性支架 C. U型钢拱梯形可缩性支架 D. U型钢拱形可缩性支架 10. ( )是我国研制成功的一种新型支架，支架将多铰支架与U型钢拱形可缩性支架合成一体，兼具两者的优点。 5101采面下分层回采巷道布置方案 编制人:刘家宏 时间：2014年2月15日 一、概述 (3) 二、开采技术条件 (4) 三、回采巷道布置方案分析 (7) 四、回采巷道布置方案选择 (9) 五、巷道断面与支护形式 (11) 六、安全技术措施 (11) 5101采面下分层回采巷道布置方案 一、概述 倾斜分层长壁采煤法是我国长期应用的一种厚煤层采煤方法。通常把近水平、缓（倾）斜及中斜厚煤层用平行于煤层层面的斜面划分为若干个2.0~3.0m左右的分层，然后逐层开采。根据煤层倾角不同，可以采用走向长壁或倾斜长壁采煤法。 分层间一般采用下行开采顺序，垮落法处理采空区，上分层开采后，以下的各分层在已经垮落的顶板下开采。为确保下分层开采安全，上分层一般要铺设人工假顶或形成再生顶板。 在同一个区段范围内，上、下两个分层同时开采时，称为“分层同采”，反之称为“分层分采”。分层分采可以进一步分为两种形式，一种是在同一区段内，待上分层全部采完后，再掘进下分层的回采巷道，而后回采；另一种是在同一采区内，待各区段上分层全部采完后，再掘进下分层的回采巷道和回采，俗称“大剥皮”。 根据西安中煤设计有限责任公司设计确定的5-2煤层采用长壁式综采工作面分层铺底网采煤法，全部垮落法管理顶板。5101采面的回采的初步方案定为分层分采，待各区段上分层全部采完后，掘进下分层的回采巷道和回采。现需对5101采面下分层回采时回采巷道布置方案进行选择。 二、开采技术条件 5-2煤层为本区主采煤层分布稳定，结构简单，厚度 6.39m～9.18m，平均厚度约8.09m。一般含1层厚度0.10~0.49m的粉砂岩夹矸，为全区可采的稳定型厚~特厚煤层。煤层埋深43.72～185.23m，底板标高变化在+995.0～+1035.0m之间。煤层赋存近似水平，总体上自东南向西北倾斜，煤质较坚硬，节理裂隙不发育。煤层顶板以直接顶为主，初次跨落步距为25.60m，属3类，即稳定性顶板，岩性以砂质泥岩、粉砂岩为主，饱和抗压强度8.7～25.8Mpa，平均值为20.14Mpa；基本顶全区属Ⅲ~Ⅳ级，即基本顶来压力显示强烈~非常强烈，岩性以粉砂岩为主；伪顶岩性为泥岩、炭质泥岩，厚度不足0.50m；直接底板以泥岩、炭质泥岩和粉砂岩为主，饱和抗压强度15.0~45.6Mpa；老底以细粒砂岩、中粒砂岩为主，底板属Ⅲb类。 根据《陕西莱德集团神木县东川矿业有限公司煤矿(整合区)勘探报告》提供的资料： ①瓦斯 WS7、WS4钻孔5-2煤层测试分析表明(见表1-2-17): 5-2煤层瓦斯含量CH4为12.46～16.43 mL/g,daf,CO2为5.20～8.40 mL/g,daf;自然瓦斯成分CH4为1.00～1.14％,CO2为0.37～0.65％,应属二氧化碳－甲烷带(CO2－CH4)。因此在生产掘进管理中应该引起足够的重视。 岩体弹性变形能：岩体受外力作用而产生弹性变形时，在岩体内部所储存的能量。 莫尔－库仑强度理论：固体材料发生破坏的主要原因是由于破坏面上的剪力达到一定限度。φστtg C +=；（τ、σ－分别为破坏面上的剪应力和正应力；C 、 φ－岩石的内聚力和内摩擦角） 。 顶板破碎度：以单位面积中冒落面积所占的百分数来表示顶板破碎情况，是用来衡量顶板管理好坏的质量指标。 RQD: 岩石质量指标，钻孔中直接获取的岩心总长度L ，只计算长度大于10cm 的岩芯段长度之和与L 的比值，以百分比表示。 增载系数：老顶来压时支架的工作阻力与正常工作阻力的比值。 周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。 充分采动：当采空区尺寸（长度和宽度）相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，此时的采动称为充分采动。 非充分采动：将刚达到充分采动状态的采空区尺寸称为临界开采尺寸，如果采空区尺寸小于临界尺寸，称为非充分采动。 支架工作阻力/支撑力：支架对顶板的主动作用力称为支柱的撑力，支柱受顶板压力作用而反映出来的力称为支柱的阻力，又称工作阻力。 关键层：对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。 冲击矿压：聚集在矿井巷道和才成周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷中发生爆炸性事故，产生动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体震动和煤岩提破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落变坏等。 支撑压力：在煤岩体开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支撑压力。 岩石的碎胀系数：岩石破碎后在松散状态下的体积与在破碎前处在整体状态下的体积之比。 残余碎胀系数：岩石随胀后,在其上部岩层压力作用下,逐渐压实,使碎胀系数变小,岩块压实后的体积与破碎前原始体积之比称为残余碎胀系数。 初次来压步距：基本顶初期破碎在采煤工作面引起的矿压显现叫初次来压，此时从开切眼到工作面的推进长度便称为初次来压步距。 周期来压步距：工作面推进时，相邻两次矿压显现时工作面得推进长度。 原岩应力：在采矿工程中，未受采掘扰动影响的岩体天然应力称为原岩应力。 巷道松动圈（塑性区）：如果围岩应力大于岩体强度，巷道围岩会产生塑性变形，从巷道周围向围岩深处扩展到一定范围，出现塑性变形区，即为巷道松动圈。 围岩压力：为了防止围岩变形和破坏，需要对围岩进行支护。这种围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力，统称为围岩压力。 1.莫尔－库仑强度准则推导过程？（见PPT） 2.支承压力在底板中的传播规律（巷道围岩控制P29～32）。 3.内外应力场的观点。（实用矿山压力控制P81～93即图4-2中a、b、c、d即文字说 明） 4.简述对开采后上覆岩层形成的结构有哪几种主要假说及其各自的优缺点。（见校 P19～23） 5.试分析采场上覆岩层所形成的结构的失稳条件（见课件－裂隙体梁的平衡即S-R失 稳）。 6.简述直接顶初次垮落前易离层的原因（见课件－直接顶的稳定性）。 7.什么是老顶的初次来压，其特点是什么，老顶初次来压的剧裂程度与哪些因素有关? 及控制措施有哪些？（钱P99及课件）。 8.试分析周期来压的形成原因及表观形式，采取的控制措施有哪些？（钱P101～103 及课件）。 9.试分析直接顶、老顶的各项指标在矿山压力显现中所起的作用。（课件） 10.直接顶与老顶的稳定性对工作面支护原理有何影响? 11.试分析落煤与放顶不能在同时同地点平行作业的原因及条件。（书P47～48） 12.由回采工作面测定的“s—t”曲线说明了什么?（书P46 ） 13.试分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系。（书P45、46、47课件） 14.回来工作面的顶板状态能否用控顶距采空区一侧的顶板下沉量来估计?有什么优缺 点？（还应从破碎度、台阶下沉量等方面进行考虑） 15.是否矿山压力大矿山压力显现也必然强烈，试举例说明之。（书48） 16.在采场上覆岩层的结构分析中，对采场支架应有什么要求? 17.试分析开采深度对采场矿山压力及其显现的影响。（P48） 18.试分析厚煤层分层开采采场矿山压力显现特点。（钱P115～116） 1.支撑式支架结构特点与适用条件 2.掩护式支架结构特点与适应条件 3.支撑掩护式支架结构特点与适应条件 4.单体工作面顶板控制的原则 5.回采工作面支架与围岩的关系 6.采准巷道围岩变形规律（钱P201） 7.锚杆支护的理论有哪些，其优缺点及适用条件？ 8.我国锚杆支护改进与发展方向 9.冲击矿压影响因素 10. 11.矿山压力 12.矿山压力显现 13.初撑力 14.工作阻力 5 采区巷道布置及回采工艺 本设计开采8煤层，前期采用中央并列式。根据整个矿井的地质情况，以及为了通风安全，前期，在靠近工业广场的附近布置工作面。后期采用两翼对角式通风，工作面再向井田边界方向布置。为了矿井达产，在南翼布置带区，在北翼布置采区。本设计主要进行采区的巷道布置，以及采区回采工艺的设计。 5.1 煤层的地质特征 本井田位于淮南煤田南部的阜凤与舜耕山逆冲断层之间，含煤地层总体构造形态为一走向北西、倾向北东、倾角一般在20°左右且局部有倒转现象的单斜构造。 本设计以整个矿井的煤为基础，而本设计主要开采8煤，采区的设计以8煤层为基础，巷道的布置也是用来开采8煤层。 5.1.1 煤层情况 8煤层：厚度2.43～17.66m，平均4.94m，下距7煤4.30m，可采系数100%，变异系数47%，为主要可采煤层，但厚度变化特征十分显著，井线以西大片地段厚度极为稳定，一般变化在3.50～4.00m之间，变异系数23%；井线以东厚度显著增大，一般变化在6～10m之间，变异系数56%，因此，全区8煤层变异数偏大，但仍以稳定为主。煤厚变化见图5-22，煤层结构简单～较复杂，一层夹矸率31%，二层夹矸率29%，其岩性为泥岩、炭质泥岩，煤层顶板砂岩及砂页岩互层，底板泥岩、砂质泥岩，属稳定煤层。 8煤层顶板及其上部岩层为一植物化石带，主要为羊齿、瓣轮叶、斜羽叶等，而以椭圆斜羽叶及栉羊齿富集为其特征。 5.1.2 煤层瓦斯含量 本井田部分主要可采煤层瓦斯含量最大值介于8.40～17.85m3/t之间，且甲烷成分一般在80%左右，由此表明本井田深部主要位于瓦斯带。总体来看，本井田同一煤层的瓦斯含量除有随深度增加而增高的趋势以外，还可能在局部形成瓦斯富集带，8煤层为富瓦斯煤层。 5.1.3 煤尘爆炸性和煤的自燃倾向 本井田各可采煤层均有煤尘爆炸危险，浅部煤尘爆炸指数30%～35%。各可采煤层均有自然发火倾向，发火期一般为3～6个月。 5.1.4 地温 根据九龙岗矿长观孔资料，本井田所在地区的恒温带深度为自地表向下垂深30m，相应的温度为16.8℃。 本井田地温梯度介于0.75～2.07℃/hm之间，其中东部高于西部，属地温正常区。总体来看，本井田地温具有深高浅低和东南略高于西北的变化特点。 综采工作面矿压显现规律的实践与研究 摘要：不同地区的煤层赋存条件往往存在着很大的差异，由此而造成的综合机 械化开采过程中的矿压显现特征也会有很大程度的不同，因此，针对不同矿区具 体的煤层开采主、客观条件，对采场矿压显现特征进行有针对性的研究，运用数 值计算方法对采场周围应力场分布、顶底板岩层稳定性、支架对围岩的支护效果 等进行了研究，掌握老顶的初次断裂步距，对采场来压进行预测预报，并据此制 定有针对性的矿压控制技术措施，来保证矿井安全高效生产。 关键词：矿压显现特征；初次断裂步距；矿压控制技术 1研究背景 我国回采巷道的支护技术已经发展很快，很多回采巷道都已成功支护，但是 回采巷道受到采煤工作面的动压影响，在采掘过程中往往会造成顺槽的底鼓、片帮、顶板下沉、两帮变形及回采巷道局部破坏，这些都对矿井的安全高效生产造 成不利影响。由于受地质因素及巷道断面大小的一系列客观因素的影响，回采巷 道受工作面的采动影响规律及影响程度是不一样的，为了更加全面的掌握回采巷 道受采动影响的程度与规律的一般性，以及针对该矿客观条件下回采巷道的安全 性有必要进行顺槽受采动影响的观测研究。 本次针对三沟鑫都煤矿2101工作面面进行采场和回采巷道的矿压特征进行观测研究，目的是掌握2号煤层长壁综采工作面及顺槽的矿压显现规律及机理，为 进一步优化矿压控制技术措施提供依据。 2采场矿压控制领域 采场岩层控制、开采工艺优化、设备配套、提高资源回收率等一直是煤矿开 采领域中的主要研究课题。近一个世纪以来，各国煤炭行业围绕改革采煤方法、 改善顶板管理状况、推进矿井新型装备利用等领域开展了大量研究工作。 为了进一步研究开采引起的回采工作面上覆岩层的移动和破坏规律，掌握采 空区上方形成的冒落带、裂隙带、弯曲下沉带的高度，查明上覆岩层移动机理和 回采工作面周围应力重新分布规律，以及上覆岩层移动与工作空间顶板下沉和支 架受载的关系，部分矿区在井下巷道内或通过地面打深钻孔，设置深部测点，进 行岩层内部移动规律的观测研究。有些矿区为了解决坚硬顶板的管理，以及铁路下、建筑下、水体下采煤，水力采煤，有冲击矿压、煤与瓦斯突出危险的煤层开 采等问题，曾采用地音仪进行采空区矿压观测，利用微振仪检测顶板动态，用钻 孔电视设备观测岩层移动、难冒顶板人工爆破效果以及开采后顶板的断裂、离层、跨落等情况。通过以上一系列观测研究，在防治井下冒顶事故、改善顶板安全状 况等方面起到了良好效果。 3研究方案 3.1工作面液压支架压力自动记录仪的布置 工作面两端头各选2台支架、中部选取9台支架作为支架工作阻力观测对象。 利用YHY60（B）型数字压力器自动记录仪对三沟鑫都首采工作面 ZY4000/09/21型液压支架的工作状况进行了持续监测，工作面宽度为150m，安 装液压支架103架，在3#架、4#架、30#架、31#架、32#架、60#架、61架、62#架、90#架、91#架、92#架、100#架、101#架分别安装编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13号的自动记录仪。记录仪布置如图2-1。 全工作面煤壁、端面顶板作为煤壁片帮形态和顶板漏冒形态观测对象。通过 观测统计、素描等方法记录全工作面煤壁片帮形态和顶板漏冒形态。 左建平,于美鲁,胡顺银,等.不同厚度岩层破断模式实验研究[J].采矿与岩层控制工程学报,2019,1(1):013007. ZUO Jianping,YU Meilu,HU Shunyin,et al.Experimental investigation on fracture mode of different thick rock strata[J]．Journal of Min- ing and Strata Control Engineering,2019,1(1):013007. 不同厚度岩层破断模式实验研究 左建平1,2,于美鲁1,2,胡顺银1,2,宋洪强1,2,魏一旭1,2,史一月1,2,左书豪1,2 (1．中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京一100083;2．中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京一100083) 摘一要:顶板破断是采场矿压显现的根本原因,现有很多成果是基于梁或薄板模型而来,而顶板的厚度直接影响了顶板的破断行为三自主研制了采空区顶板破断模拟实验装置,在均布载荷作用下对四边固支不同厚度顶板进行了破坏实验研究三实验结果验证了薄板基本以沿长边的 O -X 型断裂模式为主,而厚板不仅有沿长边的 O -X 型和沿短边的 O -X 型断裂模式,还有 O -? 型的断裂方式三研究结果表明:薄板破断主要受到最大弯曲应力的影响三随着板厚度增加,横向剪切力的作用在加强,此时厚板的破坏主要受到弯曲和剪切耦合作用,导致其破坏行为更为复杂三关键词:厚板;实验研究;初次破断;基本顶 中图分类号:TD315一一一文献标志码:A一一一文章编号:2096-7187(2019)01-3007-09 收稿日期:2019-04-18一一修回日期:2019-05-17一一责任编辑:李一青 一一基金项目:国家自然科学基金优秀青年基金资助项目(51622404);国家自然科学基金面上资助项目(11572343);北京卓越青年科学家资助项 目;中国矿业大学(北京)越崎杰出学者资助项目 一一作者简介:左建平(1978 ),男,江西高安人,教授,博士生导师,博士三E -mail:zjp@https://www.sodocs.net/doc/bc2007031.html, Experimental investigation on fracture mode of different thick rock strata ZUO Jianping 1,2,YU Meilu 1,2,HU Shunyin 1,2,SONG Hongqiang 1,2,WEI Xu 1,2,SHI Yue 1,2,ZUO Shuhao 1,2 (1.School of Mechanics &Civil Engineering ,China University of Mining &Technology (Beijing ),Beijing 一100083,China ;2.State Key Laboratory of Coal Re-sources and Safe Mining ,China University of Mining &Technology (Beijing ),Beijing 一100083,China ) Abstract :Roof breaking behavior is the fundamental reason for the occurrence of stope strata pressure.Many existing research results are typically based on the beam or thin plate model,however,the thickness of roof can directly affect the roof breaking behavior.In this paper a simulation experiment device for roof breakage of the goaf is independently developed.The experimental study on roof failure of strata with different thickness but fixed on four sides is carried out under the uniform load.The results indicate that the thin plate is mainly characterized by O -X fracture mode along the long side,while the thick plate has not only O -X fracture mode along the both long side and short side,but it al-so shows a O -? fracture mode.We believe that the fracture of thin plate is mainly affected by the maximum bending stress.With the increase of plate thickness,the effect of transverse shear force is strengthened.At this time,the failure of thick plate is mainly affected by the coupling effect of bending and shear,which leads to more complex failure be- haviors. Key words :thick plate;experimental study;first breaking;main roof 一一煤炭开采引起上覆岩层移动二破断,并伴随着一 系列特殊的力学现象,从而影响生产安全和生态环境[1-2]三统计资料也表明,工作面冒顶等顶板事故大 多发生在基本顶初次来压和周期来压期间,尤其在初次来压期间,其强度往往最大,矿压显现最为剧烈,对巷道稳定性及采场安全影响颇大[3],导致工作面来压成为采场矿山压力控制的重要内容三确定基本顶初次来压步距和周期来压步距是控制矿山压力的关键三因此,探索岩层移动破断规律是科学采矿的基础三 学者们在过去的研究中提出大量的假说,最有代表性的假说可分为两类:一类是以拱为承载结构的假 一第1卷第1期 采矿与岩层控制工程学报 Vol.1一No.1一一2019年11月 JOURNAL OF MINING AND STRATA CONTROL ENGINEERING Nov.一2019一矿压理论作业
矿压试卷复习题及答案
分层开采回采巷道布置方案
矿压名词解释
矿压 期末
采区巷道布置.
综采工作面矿压显现规律的实践与研究
不同厚度岩层破断模式实验研究.