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“采场围岩控制”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“采场围岩控制”主题论文。

行业视野: 采矿
类别; 187个
关键词; 165位
专家; 47篇
论文; 64738IP
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浅埋薄表土层薄基岩综放工作面覆岩结构及顶板控制

作者(Author)：伊康, 弓培林, 刘畅

摘要：针对表土层厚度小于卸荷拱最低成拱高度时的浅埋工作面液压支架选型问题,以牛山煤矿为研究对象,采用离散元软件3DEC 与多元非线性回归分析手段,对此条件下工作面表土层应力分布、基本顶岩块受力状态以及控顶区顶板下沉量发展规律进行研究。结果表明,基本顶岩块较小的台阶下沉即可引起表土层显著的卸荷效应,使支架-围岩结构趋于稳定,所需支护强度降低,初次来压卸荷系数仅受台阶下沉量和表土内摩擦角影响;初次来压时,基本顶A,B 块受力不对称,B 块对A 块作用有垂直向下的分力;周期来压时,D 块对C 块作用有垂直向上的分力,达2． 8 MPa;可根据允许顶板下沉量确定支护强度。建立了塑性铰连杆模型,给出了适用于此条件的液压支架工作阻力计算公式。

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煤炭学报

2018年第05期

755

378
煤矿高强度长壁开采覆岩破坏充分采动及其判据

作者(Author)：郭文兵, 赵高博, 白二虎

摘要：煤矿长壁开采引起的覆岩破坏高度对于水体下采煤、保水开采以及瓦斯治理的解放层开采等均具有重要意义。采用理论分析和数值模拟方法对煤矿高强度长壁开采引起的覆岩破坏高度及其达到覆岩破坏充分采动的判据进行了研究。基于覆岩破坏充分采动的定义，分析了覆岩破坏充分采动的特征及其影响因素，包括工作面开采厚度、开采尺寸(走向、倾向长度)、开采深度与覆岩岩性;提出了以“梯形-面积”、“四棱台-体积”为依据的覆岩破坏充分采动理论判别方法，并将煤矿长壁开采三维覆岩破坏及地表下沉简化为4类采动影响体积(采空区长方体体积、上覆岩层预破坏四棱台体积、覆岩破坏后的体积与地表下沉体积)之间的关系，得到了工作面达到覆岩破坏充分采动时的覆岩破坏高度理论表达式与覆岩“两带”破坏模式的判别式;基于某高强度开采工作面，建立并校核了考虑现场最大、最小水平主应力方向与工作面推进方向夹角的三维数值模型，采用离散元数值模拟方法分析了高强度开采工作面不同开采厚度、开采尺寸与开采深度对覆岩破坏充分采动的影响。结果表明:高强度长壁开采工作面达到覆岩破坏充分采动时的推进距离与工作面倾向长度、深厚比成反比，研究给出了高强度长壁开采覆岩破坏充分采动的判据及其适用条件。

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煤炭学报

2020年第11期

4008

1523
综放工作面顶板缓慢活动支架增阻预测模型

作者(Author)：徐刚, 张春会, 张振金

摘要：检修和停产期间综放工作面顶板缓慢活动易引发压架灾害，预测检修和停产期间覆岩活动和支架工作阻力演化是相应压架灾害防治的关键。将综放工作面支架上方顶煤、直接顶和基本顶视作整体宏观顶板，引入广义开尔文模型模拟综放工作面宏观顶板的缓慢活动及其对支架工作阻力演化的影响，建立了综放工作面宏观顶板缓慢活动增阻预测模型。利用该模型预测了陕西宝鸡崔木煤矿303综放工作面液压支架工作阻力演化，分析了初撑力和宏观顶板性质对顶板缓慢活动和支架工作阻力演化的影响，结果表明：① 宏观顶板缓慢活动增阻预测模型能较好地预测工作面检修和停产期间支架增阻。② 模型中参数E2描述了宏观顶板的软硬。E2越大，宏观顶板越坚硬，初撑后宏观顶板下沉量小，支架增阻力也小。③ 初撑力增加，宏观顶板的E2值近似线性增加，支架增阻力近似线性减小。增大初撑力，能够提高宏观顶板的完整性，降低宏观顶板缓慢活动引起的增阻力。④ 宏观顶板黏滞系数η主要影响支架工作阻力随时间演化曲线的形态。η越大，支架阻力演化曲线收敛越慢。⑤ 将多个支架（或循环）的计算参数均值与本文宏观顶板增阻预测模型结合，可以预测工作面支架工作阻力演化行为。

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煤炭学报

2020年第11期

4777

1236
大倾角煤层综采工作面再生顶板与支架失稳机理

作者(Author)：杨科, 池小楼, 刘钦节, 刘文杰, 刘帅

摘要：针对底分层煤层开采诱导采场再生顶板二次破坏和支架失稳特点，以潘北矿1212(3)再生顶板下大倾角煤层工作面为例，综合运用井下钻孔三维成像对再生顶板结构实测、基于声发射监测技术的相似物理模拟和理论分析3种技术手段，对大倾角煤层综采面再生顶板顶板结构、垮落特征以及支架失稳模式进行了研究。通过对底分层再生顶板施工的3个钻孔进行孔壁成像确定了底分层再生顶板胶结压实状态，结合相似物理模拟确定了煤层回采过程中的再生顶板垮落规律，并采用理论计算分析了再生顶板运动对采场支架稳定性的影响程度。结果表明:① 受煤层倾角影响，再生顶板压实程度呈现出采场下部高于采场中部，采场上部压实程度最弱的非对称压实特征;② 底分层顶板3~5 m范围内岩层易在支架间冒漏，此范围再生顶板是改变支架位态的关键岩层;③ 底分层再生顶板破断失稳经历了6个阶段，基于声发射信号强弱程度确定了采场下部再生顶板高位悬臂梁的断裂和上部再生顶板的滑移是引起底分层顶板破碎严重的主因;④ 基于现场支架载荷数据，验证了相似物理模拟准确性，标划出采场上部是支架稳定性重点防控区域;⑤ 在综合厘定再生顶板-支架作用关系基础上，构建再生顶板运动下的大倾角煤层采场支架倾倒和下滑失稳模型，分析支架受力特征，获得支架在倾倒、下滑临界状态下的架间作用力分别为-126.8 kN,86.2 kN，揭示了再生顶板载荷作用位置对支架稳定性影响显著;⑥ 探讨了护帮、护顶和护架的三位一体协同支护体系。

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煤炭学报

2020年第09期

1434

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千米深井大采高俯采工作面四柱液压支架适应性分析

作者(Author)：王国法, 胡相捧, 刘新华, 于翔

摘要：针对口孜东矿121302工作面使用的四柱支撑掩护式液压支架适应性较差的问题，统计分析了121302工作面的矿压和支架受力特点，基于平面杆系建立了四柱支撑掩护式支架的力学模型，推导出支架极限外载荷大小和分布区间的解析表达式，得出支架外载荷与顶梁合力和底座合力是一一对应关系，支架能够平衡的外载荷必须满足其对应的顶梁合力和底座合力均在其长度范围内，否则，支架将不能保持稳定状态;支架极限外载荷区间不是完全覆盖顶梁长度，依据前后排立柱的最大工作阻力和最大拉力分为5个区域:前排立柱达到最大拉力区、后排立柱达到最大工作阻力区、前排立柱达到最大工作阻力区、后排立柱达到最大拉力区、无承载能力区，其中，无承载能力区的区间取决于支架高度、摩擦因数以及顶梁前端至底座前端的水平距离。通过实例分析了支架前后排立柱不同工作阻力分配比例和摩擦因数对支架适应性的影响，结果表明:支架前后排立柱工作阻力不能相差太大，太大会降低支架的适应性;顶底板松软和较大俯采角度的工作面，支架前后排立柱工作阻力分配比例6∶4时最为合理;通过增大中缸环形面积以提高后柱的受拉能力来提高支架适应性，为了保护导向套和立柱连接件不受损坏，立柱的上腔加装安全阀，并加强后排立柱的连接件强度;摩擦因数取负时，支架极限外载荷区间最小，随支架高度降低，支架极限外载荷区间增大;摩擦因数取非负时，摩擦因数越大，支架前端的承载能力越大，随支架高度降低，支架极限外载荷区间减小。

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煤炭学报

2020年第03期

1941

953
千米深井超长工作面采动应力旋转特征及应用

作者(Author)：王家臣, 王兆会, 杨杰, 唐岳松, 李冰冰, 孟庆保

摘要：千米深井超长工作面采动应力环境更为复杂，围岩破坏程度和控制难度升高，威胁开采安全。为提高该类采场围岩控制效果，采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究手段，从采动应力旋转角度分析该现象对围岩稳定性的影响及其应用原则。结果表明:千米深井超长工作面围岩裂隙发育程度升高，稳定性受到采动应力大小和方向的双重影响，含裂隙围岩存在优势裂隙扩展角，采动应力旋转造成围岩承载能力降低，采动应力旋转角度愈大，围岩稳定性愈差;采动后，121304工作面采动应力发生旋转，旋转轨迹与采动影响程度、工作面推进方向密切相关，距采空区边界愈近，采动应力旋转速度和旋转角度愈大;煤层和低位岩层最大主应力在平行和垂直于工作面推进方向的竖直平面内旋转，倾角减小，最小主应力则首先向平行和垂直于工作面推进方向的竖直平面内旋转，然后在上述平面内与最大主应力同步旋转，倾角增大;岩层位态升高，采动应力旋转角度先增大后减小，高位岩层采动应力旋转轨迹受121303工作面采空区影响，采动应力旋转轨迹向临近工作面采空区偏转;根据工作面推进方向与采动应力旋转轨迹的关系，提出围岩中存在一组、多组优势裂隙及裂隙随机分布条件下工作面推进方向确定原则，并分析了采动应力旋转现象对覆岩“砌体梁”结构稳定性的影响。

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煤炭学报

2020年第03期

1800

902
深部煤巷帮部失稳诱冲机理及“卸-固”协同控制研究

作者(Author)：谭云亮, 郭伟耀, 赵同彬, 孟祥军

摘要：采用室内试验、理论分析、数值模拟和工程实践相结合的综合研究方法，研究了“煤体”自身能量释放型和“煤体+顶底板”共同能量释放型两类煤巷帮部失稳诱冲机理，分析了深部煤巷帮部不同破坏类型的能量释放特征，揭示了深部煤巷帮部“卸-固”协同控制机理，研发了深部煤巷帮部失稳“卸-固”协同控制技术。结果表明:① 顶底板及煤体内积聚弹性变形能共同释放是导致深部煤巷帮部发生冲击破坏的基本力学机制;② 深部煤巷帮部按破坏程度由弱到强依次为产生宏观裂缝、轻微帮鼓片帮、严重片帮和帮部整体抛出共4类破坏形态;③ 产生宏观裂缝和轻微帮鼓片帮破坏驱动能量主要来自煤体本身，而严重片帮和帮部整体抛出破坏驱动能量来自煤体和顶底板共同作用;④ 深部煤巷帮部冲击地压防控应从“卸”和“固”两方面入手，包括巷帮浅部破裂区煤体加固和巷帮深部完整区煤体及顶底板卸压，实现煤巷帮部冲击地压“卸-固”协同控制。如何提升巷道锚固支护系统与围岩结构耦合吸能水平，构建冲击地压灾害"卸-固"协同控制理论与技术体系，是深部开采冲击地压防治工程中需重点研究内容之一。

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煤炭学报

2020年第01期

1521

1259
分布式光纤监测的采场巨厚复合关键层变形试验研究

作者(Author)：柴敬, 雷武林, 杜文刚, 张丁丁, 马哲, 袁强

摘要：为了深入探究采场上覆巨厚复合关键层的移动变形规律，以义马矿区的地质条件为背景，利用计算机软件(KSPB)判别覆岩关键层位置;根据高位关键层与工作面推进长度的空间位置关系，结合符拉索夫厚板理论对其进行力学分析与计算;搭建三维立体模型(3.6 m×2.0 m×2.0 m)进行物理模拟试验，采用压力传感器测试采场支承压力，分布式光纤传感技术(BOTDA)监测覆岩动态变形过程，多点位移计测试岩层内部位移，并将3种测试结果进行综合对比分析。结果表明:复合关键层破断距理论计算值与物理模型试验测量值基本一致，传感光纤频移峰值在数值、位置、形状上的变化可反映覆岩关键层弯曲变形、破断、回转的动态演化过程;当工作面1推进至960 m时，40 m厚亚关键层一细砂岩(煤层上方112 m位置)中的传感光纤V11出现了4次频移峰值，分别为438.98,313.85,304.27和288.97 MHz，发生了4次破断，初次破断距为368 m，周期破断距为186 m，处于垮落带;160 m厚亚关键层二下组巨厚砾岩(煤层上方225 m位置)中的传感光纤V12出现了1次频移峰值，为165.94 MHz，仅发生1次破断，初次破断距为736 m，但结构未失稳，处于裂隙带;250 m厚主关键层上组巨厚砾岩(煤层上方386 m位置)中的传感光纤V13最大频移峰值为38.61 MHz，远远小于光纤V11和V12的频移峰值，仅发生微小弯曲变形，处于弯曲下沉带。工作面2覆岩变形规律与工作面1趋势基本一致，但关键层在工作面1的破断距离比工作面2大。随开采范围增大，巨厚复合关键层自下而上逐步发生破断，会出现同步和非同步破断现象，增大了采场围岩失稳的不确定及控制难度，易诱发矿井动力灾害。

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煤炭学报

2020年第01期

1085

584