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采场顶板破断模型及垮落规律分析薛熠;滕腾;王希贺;宋绪蕾【摘要】煤炭开采引起了上覆岩层空间结构的变化和顶板的变形破断,而采场顶板的断裂形态与采场压力密切相关,同时也对地表沉降产生较大影响.基于弹性力学薄板模型,采用位移变分法分析了顶板断裂的形成机制,根据薄板弹性理论,采用位移变分法建立了煤层顶板的力学模型,分析顶板断裂形态的形成机制,通过顶板的拉应力分布和弯矩分布得到了顶板的破坏规律.计算结果表明:顶板在初次破坏时,在顶板表面沿四周边缘出现O型破坏,继而在顶板中心处出现X型破坏,随着破坏的发展贯通,形成典型的O-X型破断.顶板在周期破坏时,随着工作的推进和角部效应的影响,形成半X型破断.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)007【总页数】6页(P156-161)【关键词】顶板;破断;弹性力学;薄板【作者】薛熠;滕腾;王希贺;宋绪蕾【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TD31在地下开采过程中，采场顶板的变形及采场压力与地下水迁移和地表沉降密切相关。
同时，深部开采中，煤层的上覆岩层结构及顶板压力运动规律对煤炭开采有着重要意义[1—3]。
由于近年来顶板事故出现频率的增加，对煤层顶板变形和破坏形式的分析可以对顶板事故进行预测，并对顶板支护提供指导。
近年来，学者对顶板破坏形式开展了大量的研究。
黄庆享等[4]根据对开采过程中顶板的实测和模拟，指出了老顶初次破坏中出现的非对称现象。
张杰等[5]进行了不同覆岩条件下相似材料模拟实验，对放顶方案和初次来压步距进行了分析。
一侧采空(煤柱)弹性基础边界基本顶薄板初次破断陈冬冬;何富连;谢生荣;郜明明;宋海政【摘要】建立长壁工作面,一侧采空(煤柱)、三边弹性基础边界基本顶薄板结构力学模型,运用有限差分法计算并研究了基本顶主弯矩分布特征及破断规律.得到:基本顶的起始破断位置为长边偏煤柱侧深入煤壁上表面(基本顶的弹性模量E、厚度h 较小,弹性基础系数k较大时)或中部偏煤柱侧下表面(E,h较大,k较小时);煤柱的宽度Lm及支撑系数km变化时基本顶长边区,实体煤侧短边区以及中部区的主弯矩极值几乎不改变,但是煤柱区基本顶主弯矩极值变化显著、即显著影响煤柱侧基本顶的破断形式及基本顶整体的破断形态;由于考虑煤柱支撑的作用,当h,E较小,Lm,km较大时,基本顶深入煤柱区的上表面会发生破断,此种条件下基本顶的破断顺序为:长边深入煤壁上表面→中部下表面或实体煤侧短边深入煤壁上表面→煤柱区上表面,最终破断形态为非对称“O-X”型;h,E较大,Lm,km较小时煤柱区基本顶的上表面不破断,此种条件下基本顶的破断顺序为:中部下表面→长边深入煤壁上表面→实体煤侧短边深入煤壁上表面,最终破断形态为“U-X”型.%In long wall face,by establishing the mechanical model of the thin plate of main roof at a long wall face,one side coal pillar and three sides elastic foundation boundary,and using finite difference method,the paper calculated and studied the distribution characteristics of primary moments and fracture law of main roof.It concludes that the width of the coal pillar Lm and the pillar support coefficient km almost have no influence on the extreme values of pri mary moments of the long side,short side of the solid coal side and central section,but obviously affect the primary moment of coal pillar side and fracture form of the main roof.Because of the existence ofpillar support area,when the thickness h and elastic modulus E of main roof are small and the values of Lm and km are large,the upper surface of main roof in the coal pillar area will not fracture.Under this condition,the fracture sequence of the main roof is that the upper surface of long side advanced coal wall→lower surface of central region or short side advanced coal wall in solid coal side→upper surface in coal pill ar area,and the final fracture form is the type of asymmetric "O-X".When the values of E and h are large,and the values of Lm and km are small,the upper surface of main roof in coal pillar area will not fracture.Under this condition,the fracture sequence o f main roof is that the lower surface of central region→upper surface of long side advanced coal wall→upper surface of short side advanced coal wall in solid coal side,and the final fracture form is the type of "U-X".【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2017(042)010【总页数】9页(P2528-2536)【关键词】一侧采空;煤柱;弹性基础;基本顶;薄板;初次破断【作者】陈冬冬;何富连;谢生荣;郜明明;宋海政【作者单位】中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD323研究采场覆岩移动特征及规律，特别是符合实际围岩关系的采场基本顶的破断规律对指导顶板的安全控制意义显著[1-4]。
复杂条件下大倾角综采工作面过断层技术研究与应用平煤股份十三矿是高瓦斯突出矿井，地质条件差，倾角大，采面在过断层时极易发生安全事故，针对采面状况进行过断层方法的研究，及时探煤搞清楚层位关系，调整采面仰、俯角，达到“少破岩石，多采煤”的要求。
通过近几年的实际应用和总结，取得了很好的经济效益和社会效益。
1 地质概况平煤股份十三矿井田面积53.6365km2，井田内煤层赋层较深，倾角平均20°，煤厚平均6m，全矿井瓦斯相对涌出量为7.42m3/t，绝对涌出量为27.34m3/min，二氧化碳的绝对涌出量为2.99m3/t，相对涌出量为11.01m3/min，煤层的瓦斯含量较高，矿井煤层自燃发火倾向3-5月，矿井涌水量较大矿井正常涌水量850m3/h，全矿井最大涌水量1700m3/h。
平煤股份十三矿己15—17—11022综采工作面，该采面地质构造比较复杂，煤层倾角平均28度，在掘进期间共揭露大小断层34条，断层最大落差24m，其中大于3m的断层有13条，F2、F4、F5、F6、F8、F9、F13、F18、F25、F26、F29、F30、F34对回采过程有较大的影响；且采面外段部分回采三角煤，为再生顶板。
该采面回采的主要水源有顶板砂岩水，顶板砂岩含水性较差，在顶板裂隙发育处及断层破碎带附近会有滴水、淋水现象，对采面回采影响较小。
预计该采面正常涌水量为20m3/h，最大涌水量40m3/h。
2 过断层的主要方法2.1 过斜交于工作面断层的方法1）过落差小于1m，煤层向上断离的断层，落差比FF>1/2时：在遇断层之前，采取沿顶回采、丟煤和降采高等措施。
推过断层交面线后，将支架顶梁往上挑，其仰角一般为15°。
即每割一刀上漂200～250mm，再推数米后爬至顶板。
根据断层落差大小，应预测从变坡点至复位点之间的水平推采距离。
若顶板破碎还应采取人工做超前、打水力膨胀锚杆或树脂固化等方法。
3）过落差小于1m，煤层向下断离的断层，落差比FF>1/2时：遇断层之前，要加大工作面采高，使支架达到最大支撑高度，且支架前铺金属网，为过断层做好准备。
大倾角煤层开采顶板主应力方向分布特征及力学分析
罗生虎;任浩;王同
【期刊名称】《煤炭工程》
【年(卷),期】2024(56)5
【摘要】为了分析大倾角煤层开采顶板最大主应力方向旋转对顶板变形破坏的影响,以新疆焦煤集团2130矿25221工作面为背景,采用物理相似模拟实验、
FLAC^(3D)数值模拟方法对大倾角煤层开采过程中顶板破坏及岩层结构演化特征、最大主应力方向等值线分布及其对顶板破坏影响进行分析,在此基础上建立顶板力
学模型,讨论了顶板挠度分布特征。
结果表明:随工作面推进,顶板破坏包络线上方承载拱拱体范围逐渐增大,拱顶逐渐向岩层中上部延伸;顶板的最大主应力方向等值线
分布形态由“m”逐渐向“n”型演化(采空区中、上部区域顶板最大主应力方向偏转程度较大),在主应力方向偏转和最优扩展裂隙角协同作用下,促使顶板中上部发生破坏并逐步向高位岩层迁移;建立顶板力学模型,通过Python编程将顶板数据代入
计算可得,在顶板岩层倾向4/5处出现挠度峰值。
【总页数】7页(P107-113)
【作者】罗生虎;任浩;王同
【作者单位】西安科技大学理学院;西安科技大学能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD323
【相关文献】
1.大倾角煤层开采"顶板-支护-底板"系统的动力学方程
2.大倾角煤层开采"顶板-支护-底板"系统稳定性及动力学模型
3.大倾角近距离煤层开采覆岩运移及顶板破坏特征
4.大倾角煤层长壁开采顶板结构时空演化特征
5.大倾角厚煤层走向长壁分层开采再生顶板力学行为与稳定控制
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大倾角厚煤层长壁综放开采基本顶破断模式及演化过程(Ⅰ)——初次破断王金安;张基伟;高小明;文建东;古亚丹【摘要】大倾角特厚煤层走向长壁综放开采过程中,由于直接顶冒落后采空区充填不均匀,基本顶断裂呈现非对称特征.基于弹性力学理论,建立了横纵荷载作用下大倾角煤层基本顶的薄板力学模型,分析了基本顸上、下板面的应力分布特征,获得了基本顶断裂线发育轨迹与破坏区演化规律,提出了大倾角煤层基本顶的初次破断"V-Y"型断裂模式.研究表明,大倾角煤层基本顶初次断裂的空间顺序为"中上部→中下部→上部→下部".结合数值模拟、现场监测等手段,验证了基本顶初次断裂过程中采场围岩应力场分布及矿压显现具有时序性和非对称特征.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2015(040)006【总页数】8页(P1353-1360)【关键词】大倾角煤层;长壁综放开采;基本顶;初次断裂;悬顶结构【作者】王金安;张基伟;高小明;文建东;古亚丹【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;甘肃靖远煤电股份有限公司王家山煤矿,甘肃白银730900;甘肃靖远煤电股份有限公司王家山煤矿,甘肃白银730900;甘肃靖远煤电股份有限公司王家山煤矿,甘肃白银730900【正文语种】中文【中图分类】TD325王金安,张基伟,高小明,等.大倾角厚煤层长壁综放开采基本顶破断模式及演化过程(Ⅰ)——初次破断[J].煤炭学报,2015,40 (6):1353-1360. doi:10. 13225/ j. cnki. jccs. 2015. 0407Wang Jin’an,Zhang Jiwei,Gao Xiaoming,et al. Fracture mode and evolution of main roof stratum above longwall fully mechanized top coal caving in steeply inclined thick coal seam (I)—initial fracture[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(6):1353-1360. doi:10. 13225/ j. cnki. jccs. 2015. 0407基本顶是煤层之上的第1层坚硬厚岩层,对覆岩运动起到关键的控制作用。
大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采技术研究王华伟;王延阁;王大勇【摘要】针对五矿己三采区大倾角破碎顶板极复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采过程中存在的问题,在综采工作面回采期间,通过制定并实施大倾角破碎顶板和极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采技术方案,杜绝了采煤工作面煤壁片帮、支架倒架、运输机下滑、顶板漏顶及瓦斯防治等问题,最终实现大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采技术的应用,达到了大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面在俯采时的安全高效生产.【期刊名称】《河南科技》【年(卷),期】2018(000)031【总页数】3页(P67-69)【关键词】大倾角;破碎顶板;不稳定煤层;俯采【作者】王华伟;王延阁;王大勇【作者单位】平顶山天安煤业股份有限公司五矿,河南平顶山 467099;平顶山天安煤业股份有限公司五矿,河南平顶山 467099;平顶山天安煤业股份有限公司五矿,河南平顶山 467099【正文语种】中文【中图分类】TD355综采工作面要实现安全高效生产，顶板管理是制约生产的关键环节，要提高综采工作面的单产水平，必须从顶板控制、机电设备管理、劳动组织优化、生产工艺调整、生产工序的改进等多方面进行统筹优化与设计。
特别是在大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采过程中，顶板控制不到位、支架管理的不合理、可弯曲运输机管理的不科学，导致在生产过程中出现漏顶片帮等顶板事故及机电设备损坏事故，从而降低原煤生产工效，提高机电设备修复的价值率，加大支护材料的投入［1］。
而通过实施大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采技术，能提高原煤产量，提升吨煤生产工效，降低材料投入，实现极其复杂条件下综采工作面的安全高效生产。
基于此，本文主要对该技术进行研究。
1 综采工作面简述该采面位于己三采区东翼第五个阶段，上部为已经回采结束的己16-17-23130采面，下部为已回采结束的己15-23190采面，东至边切眼，西至己16-17-23190采面切眼外20m。
孤岛工作面顶板破断的薄板模型分析刘正春;李伟利【摘要】为了研究孤岛工作面的顶板破断机理，利用理论分析和数值模拟的方法建立了两对边简支两对边固定、三边简支一边固定的顶板薄板力学模型。
分析计算得出薄板的极限破断准则和应力分布情况，并通过极限破断准则计算出顶板破断初次来压步距和周期来压步距。
通过现场观测顶板断裂的初次来压步距和周期来压步距，其结果与理论分析计算的结果较吻合，可为类似的工作面来压预报提供依据。
%In order to study the roof breaking mechanism in the island working face, the sheet model for roof breaking mechanism with two opposite sides simply supported and other two opposite sides fixed or three sides simply supported and one side fixed was established by using the theoretical analysis and numerical simulation methods. Through the analysis and calculation, the limit fracture criterion and stress distribution of the sheet were obtained, and with the limit fracture criterion of the sheet, the first weighting and the periodic weighting distances of roof rupture were calculated out. It was found from the site observation of the first weighting and periodic weighting distances that this result was consistent with both the theoretical result and calculated result, which can be used as a basis for forecasting the roof weighting in the working face.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P104-106,110)【关键词】孤岛工作面;顶板破断;薄板模型;数值模拟【作者】刘正春;李伟利【作者单位】煤炭工业合肥设计研究院，安徽合肥230041;煤炭工业合肥设计研究院，安徽合肥230041【正文语种】中文【中图分类】TD322+.1在煤矿生产中由于跳采经常会形成孤岛工作面，孤岛工作面比非孤岛工作面来压显现更加剧烈，对煤矿的安全生产造成严重的威胁。
