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浅埋煤层地表厚砂土层“拱梁”结构模型研究 总被引：1，自引：0，他引：1
西部地区拥有储量最大的浅埋煤田,煤层顶板主要特点是基岩薄,地表为厚砂土层。浅埋煤层采动后,上覆岩层垮落运动将直接波及地表厚砂土层,引起采场强烈来压及地表塌陷等灾害。通过物理模拟试验,揭示了厚砂土层贯通地表裂缝的形成和发展规律,发现地表厚砂土层初次垮落的“拱梁”和周期垮落的“弧形岩柱”结构。通过建立厚砂土层“拱梁”结构数学模型,得出了“拱梁”内的应力分量,并给出了厚砂土层破裂的判据和出现拉裂缝的位置,为确定周期性“弧形岩柱”的有关参数提供了依据,为工作面顶板压力控制和地表塌陷的分析提供了基础。 相似文献
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深部大断面厚顶煤巷道围岩稳定原理及控制 总被引：6，自引：2，他引：4
针对深部高地应力、大断面、厚顶煤巷道围岩控制难题,采用理论分析、数值计算等方法研究了其变形破坏机制及其控制技术。研究结果表明,深部大断面厚顶煤巷道顶煤塑性区呈“拱形”或上宽下窄的“倒梯形”形态,直接顶塑性区则呈“矩形”形态,且存在肩角稳定区域。提出了“倒梯形”塑性区形成的层理面剪切破坏作用机制：在深部高应力（尤其是高水平应力）以及顶煤较大下沉产生的附加水平应力作用下,顶煤和直接顶之间的层理面发生剪切破坏,并引起其附近煤体破坏,促进了顶煤“倒梯形”塑性区的形成。基于此,提出了高强高预紧力锚杆和斜拉锚索梁联合支护围岩控制技术,认为斜拉锚索可锚固在肩角稳定区域,并起到限制顶煤与直接顶岩层之间层理面的剪切变形、阻止顶煤塑性区由“拱形”向“倒梯形”发展的作用。研究成果成功应用于工程实践 相似文献
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《岩土力学》2017,(9):2693-2700
为了进一步完善典型浅埋煤层长壁开采覆岩运动与控制理论,以神东矿区22616工作面为工程背景,采用试验模拟、理论分析与现场应用相结合的方法,研究典型浅埋煤层长壁开采老顶破断特征及地表砂土层载荷传递效应,提出采场支架合理工作阻力计算方法,并成功应用于工程实践。研究结果表明:浅埋采场老顶滑落失稳瞬间,动载显现剧烈,覆岩台阶下沉明显,砂土柱间的摩擦作用导致地表砂土层载荷存在一定的传递效应,并非以其全部自重作用于基岩老顶。基于这一特性,引入岩柱法修正老顶结构经典力学模型参数,改进浅埋采场来压顶板支护力数学模型。理论计算采场初次来压控顶支架最大工作阻力为10 506.8 kN/架,周期来压控顶支架最大工作阻力为7 475.26 kN/架,均与现场观测数据较为吻合,采场ZY11000/24/50型液压支架刚好满足控顶要求,保障了工作面安全、高效开采,为典型浅埋煤层长壁开采工作面支架工作阻力确定及选型提供了重要参考。 相似文献
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浅埋煤层厚沙土层顶板关键块动态载荷分布规律 总被引：2，自引：0，他引：2
通过动态载荷传递相似模拟实验方法,对浅埋煤层顶板厚沙土层的采动破坏机理及对顶板关键块的载荷传递进行了研究,得出了顶板关键块上的动态载荷分布规律,为揭示载荷传递机理和建立顶板动态结构理论奠定了基础 相似文献
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长寿沥青路面结构的层厚设计与分析 总被引：1，自引：0，他引：1
介绍和讨论了一种用于重交通长寿沥青路面的层厚设计方法。该方法基于限制沥青层底的拉应变和路基顶面的压应变,采用两个准则来校核所设计的沥青层厚度的适宜性：一是控制设计荷载作用下的最大路表弯沉;二是控制相邻两个无结合料处治的集料层的模量比。采用“等效模量”概念来考虑路基、路面材料的模量随季节的变化;在预测疲劳（与荷载相关的裂缝）和路基变形时,采用了“累计损伤”的概念。给出了广东-梧州高速试验路段长寿沥青路面结构组合设计实例,最后对与疲劳裂缝有关的两个关键问题进行了讨论。 相似文献
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动扭剪试验中砂土液化后流动特性分析 总被引：2，自引：0，他引：2
土体在初始液化后仍然可能承受动荷载作用发生大变形。引入流体力学中的剪应变率和表观黏度的概念,对振动扭剪试验中饱和砂土液化后的流动特性进行了分析。分析中将砂土的状态分为0有效应力状态和非0有效应力状态。结果表明,砂土在0有效应力状态下表现出与静扭剪试验类似的“剪切稀化”非牛顿流体的特征,表观黏度随着剪应变率的增大而减小。加载周数对“剪切稀化”状态下的剪应变率幅值有影响,随着加载周数的增加,剪应变率幅值逐渐增大,而对流动曲线的形状没有影响。在非0有效应力状态下,砂土的表观黏度随应变的增大而增大,随孔压比的减小而增大,且所有的试验得到的表观黏度与孔压比具有一致关系。 相似文献
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完善碳排放清单,是进行减排工作的基础,为了查明煤田火区对大气碳排放的贡献量,以煤氧复合作用学说为理论基础,从不同的研究思路出发,提出了烧失煤量法和排放通量法两种火区碳排放量计算模型。在明确模型中关键参数“释放因子”“排放系数α”“排放通量”“排放系数β”的具体含义的基础上,重点对各参数所对应的获取途径进行了研究论述：(1)释放因子通过在室内进行煤自燃模拟实验得出;(2)排放系数α通过煤岩吸附实验结合火区实地勘测得出;(3)排放通量通过对火区现场煤自燃气体排放及环境因素的实时监测得出;(4)排放系数β通过对遥感图像裂隙信息的提取得到。上述两种计算模型在我国乌达实验区进行了实际应用,并对其可实现性进行了检验。 相似文献
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水下碎屑流沉积是近年来在深水环境（深海或深湖）中日益受到重视的一种沉积类型,然而目前还没有一个确定水下沉积物的块体搬运过程的公认鉴别标志。通过对鄂尔多斯盆地湖盆中央地区几个露头剖面的地质调查,首次在延长组深水厚层块状砂岩中发现了一种“泥包砾”结构,并分析了其形成与演变过程。研究认为这种“泥包砾”结构主要与三角洲前缘特殊的“碎屑流”成因机理与发育过程有关,其形成过程自始自终表现出含有它的沉积物是作为块体状态（宾汉塑性体）被搬运的,自始自终表现出其在搬运过程中是被介质的强度所支撑的,据此认为“泥包砾”结构是确定延长组深水厚层块状砂岩为碎屑流成因的最有意义的标志性证据,并由此建立了延长组深水砂岩从开始启动到搬运、再到沉积的过程与模式。同时,本文认为“泥包砾”也为深海沉积中块体搬运作用与搬运过程的研究提供了一种可借鉴的关键性判识标志,对于当前全球深水（包括深海与深湖）油气勘探以及目前国际地学界广泛开展的大陆边缘沉积物“从源到汇”过程的研究都有积极意义。 相似文献
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针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,开展了低、中、高载荷下的循环加卸载直墙拱形巷（隧）道应力松弛过程试验,得出了应力松弛规律,建立了应力松弛模型,探讨了应力松弛机制。结果表明：在低载荷下的循环加卸载直墙拱形巷（隧）道应力松弛过程均呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,应力松弛规律一致,但随着循环次数的增加,应力松弛时间放缓,应力衰减损失程度在降低;低载荷下的应力松弛过程是巷（隧）道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程,内部没有损伤产生,整体未产生破裂;在中等载荷下的循环加卸载直墙拱形巷（隧）道围岩应力松弛过程同样呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,随着循环次数的增加总体上呈现应力松弛时间放缓的趋势,最终同样表现为巷（隧）道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程;与低载荷下相比,中等载荷下的应力松弛过程变慢,内部有损伤产生,但后续循环未导致围岩破坏;在高载荷下的直墙拱形巷（隧）道围岩呈现拉应力持续增加和压应力持续减小的过程,巷（隧）道持续损伤破裂,侧帮产生层爆,最终形成V型爆坑,整体呈现两次明显爆裂破坏;采用分数阶微积分理论来描述循环加卸载情况下的应力松弛过程,建立了分数阶模型即应... 相似文献
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Tong Zhao Changyou Liu Kaan Yetilmezsoy Baisheng Zhang Shuai Zhang 《Environmental Earth Sciences》2017,76(21):751
The thick hard rock (THR) roof of the long-wall mining face is prone to the large-sized cantilever roof, and its sudden fracture will cause serious rock dynamic disasters, such as coal and gas outburst and rockburst. In this study, based on the long beam theory, the initial fracture mechanical model for THR was established, and the first weighting characteristics and extreme fracture step distance were calculated. This study introduced a new technology called deep-hole pre-splitting blasting (DPB) which could break the THR by drilling holes with different depths and angles at different levels of roof rock and then blasting it. Field measurement analysis indicated that the immediate roof and lower thick hard strata were fully collapsed to fill the goaf, and the upper thick hard stratum was effectively cut off. The results showed that mechanical model and drilling holes method and DPB technique were so notably that would lead to a foundation for large-scale popularization and application in a Chinese Mine. 相似文献
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目前已被广泛应用的煤矿开采的关键层理论对煤矿岩层控制提供了重要理论依据,并合理解释了煤矿开采矿压显现现象。该理论认为煤矿开采引起的岩层破断、失稳后形成的铰接结构控制了覆岩的运移规律,但其忽略了层与层之间剪应力对覆岩破断运移规律的影响。基于岩层间存在剪应力这一假设,建立了覆岩组合梁力学模型,获得了非均质组合梁剪应力理论解;提出了考虑层间剪应力的关键层判断步骤,并修正了煤矿开采关键层破断距的计算公式;研究认为关键层控制的上覆岩层并不一定同时随其破断;基于双层岩层开采模型,分析提出了柔性控制层概念：即关键层破断后起到类似关键层作用而控制上覆一层或几层岩层变形的一类岩层;进一步提出了柔性控制层的判别方式,探讨了柔性控制层对关键层复合破断和矿压显现规律的影响,分析认为柔性控制层的存在一定程度上减弱了周期来压强度并产生二次伴随来压现象;结合工程案例,验证了该假设的合理性。 相似文献
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晋城矿区15#煤直接顶K2石灰岩厚8～12 m,结构致密坚硬,为坚硬难垮落顶板。针对厚层石灰岩顶板可能面临的大面积断裂和垮落,从而导致冲击地压等问题,通过岩石力学性质试验获得相关岩层力学参数,并运用关键层理论、数值模拟和相似材料模型试验,研究了厚层脆韧性石灰岩顶板的变形与垮落特性,得到了顶板初次来压步距20～25 m和周期来压步距10～15 m及垮落规律,并提出了顶板控制的技术途径,即初期中深孔爆破结合顶板关键层缓慢下沉综合控制技术。实践表明,厚层石灰岩顶板的垮落形态和垮落步距与理论和试验研究结果基本一致。该项成果为晋城矿区厚层脆韧性石灰岩顶板控制提供了有效途径。 相似文献
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Discontinuous Modelling of Stratum Cave-in in a Longwall Coal Mine in the Arctic Area 总被引：1，自引：1，他引：0
Mahdi Shabanimashcool Lanru Jing Charlie C. Li 《Geotechnical and Geological Engineering》2014,32(5):1239-1252
This paper presents a discontinuous numerical approach for studying roof cave-in mechanisms and obtaining the required support capacity of longwall shields in a case study site, the Svea Nord coal mine in Svalbard. The block size in the roof strata and the mechanical parameters of the discontinuities for the numerical model were obtained through back-calculations. The back-calculations were conducted with a statistical method of design of experiment. Numerical simulations revealed that voussoir jointed beams are formed before the first cave-in occurs. The maximum deflection of a roof stratum in the study site prior to the first cave-in is about 70 % of the stratum thickness. The maximum span of the roof strata prior to the first cave-in depends upon the in situ horizontal stress state. The roof beams have a large stable span when they are subjected to high horizontal stress; but horizontal stress would increase the possibility of rock crushing in deflected roof beams. The simulations and field measurements show no periodic weighting on the longwall shields in the study site. Stiff and strong roof beams would result in large first and periodic cave-in distances. As a consequence of having large cave-in distances, the longwall shields must have high load capacity, which can be calculated by the presented numerical approach. 相似文献
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正确评估管棚加固围岩的抗爆性能,对坑道口部防护设计十分重要。基于相似模拟理论,用不同配比的水泥土替代自然岩体和注浆岩体,用塑料管替代钢管,模拟管棚超前支护坑道口部在爆炸荷载作用下的抗爆性能。制作了口部相似模型3件,模型长×宽×高为2 m×2.2 m×2 m,在顶部直接爆炸,分别模拟无管棚、1层管棚和3层管棚下,坑道口部动力响应和破坏特征。试验表明：管棚超前支护能有效加固坑道围岩,整体性增强,受力分布合理;随着管棚层数增加,口部破坏明显减弱,拱顶破坏范围从1.55 m减小到0.45 m、主裂缝最大宽度由25 mm减小到3 mm、网状裂缝最大宽度由24 mm减小到0.3 mm、裂缝条数由14条减少到3条、模型顶部爆坑体积由0.12 m3减小到0.05 m3。管棚超前支护能有效地将爆炸荷载的破坏作用控制在管棚加固层之外,抗打击能力明显增强。 相似文献
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Quansen Wu Jinquan Jiang Quanlin Wu Yanchao Xue Peng Kong Bin Gong 《Geotechnical and Geological Engineering》2018,36(6):3357-3373
The movement of hard and thick key stratum during underground coal extraction via longwall top coal caving differs from that of other types of overlying strata. Therefore, numerous problems such as roadway instability, rock burst and strong mining-induced mine seismicity will be encountered as a result of the fracture of a hard and thick key stratum. The key to controlling the behavior of strata is to understand the movement and fracture pattern of the hard and thick key stratum. Taking the 103up02 working face of Baodian coal mine as a case study in this study, according to the in situ measured microseismic data, the rule of fracture of overlying hard and thick sandstone caused by working face mining is studied, and the mechanism of dynamic pressure impact induced by hard and thick strata fracture is explained. Finally, the dynamic pressure control technology is put forward. The research results are of great significance for coal mining under hard and thick strata, mastering the fracture rules of hard and thick strata and predicting dynamic disasters. 相似文献
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Summary In order to design roof bolting systems safely and economically, it is essential to understand the flexural behaviour of the immediate roof. Based on the strata sequence, the strata in the immediate roof are divided into three types. The flexural behaviour of the three strata types are investigated in terms of the following effects: roof span, horizontal stress, thickness and Young's modulus of the lowest strata.The suspension reinforcement mechanism is analysed using beam-column theory. The equations for the maximum bending stress, deflection and transferred bolt load for the bolted strata are derived. In the analysis, the bolt load is assumed to be a point load and a horizontal stress is uniformly applied to each stratum. The friction reinforcement mechanism is also investigated. The major function of roof bolting in this case is to create frictional resistance by tensioning the roof bolts so that the individual layers are combined into one single thick layer.A computer program and nomographs are developed for the determination of proper bolting pattern and bolt tension. It is hoped that this development can lead to maximum safety with minimum cost for the design of roof bolting systems in underground coal mines. 相似文献
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也论覆盖型岩溶地面塌陷机理 总被引：5，自引：0，他引：5
为了更好地给覆盖型岩溶地面塌陷的处置和防治提供理论依据,根据可溶岩上覆盖层物质成分、地质结构及其物理力学性能的差异,首次将覆盖型岩溶地面塌陷机制区分为沙漏型、土洞型和泥流型3种类型。砂性土层分布区,由外界因素的触发导致沙颗粒向岩溶通道和溶洞漏失而产生的地面塌陷现象称为沙漏型塌陷。重力和岩溶提供的有效空间是产生沙漏型塌陷的必要条件,地下水作用加速了沙漏型地面塌陷发生,缩短了塌陷发生的过程。发生在黏性土和密实砂性土层中、由于土洞洞顶拱效应失效而产生的地面塌陷现象称为土洞型塌陷; 天然土洞通过地表水侵蚀与地下水潜蚀作用、砂土漏失和软土流失等3种方式形成; 土洞的形成和发展时期内洞顶上方土体是稳定的,在外部因素触发而导致洞顶拱效应失效时才发生地面塌陷; 土洞型塌陷具有隐蔽性和突发性的特点。由软弱土体流失而产生的地面塌陷现象称为泥流型塌陷。泥流型地面塌陷是软弱土体向溶蚀通道和溶洞中流失的结果。岩溶地面塌陷的触发因素包括地下水作用(垂直和水平渗流、土/岩界面处地下水位频繁波动)、外加荷载(动荷载和静荷载)和土洞顶板抗力降低(顶板强度降低、厚度减薄和结构破坏)等方面。这些外因触发了岩溶地面塌陷的发生。 相似文献