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煤岩结构瞬变诱冲机理
1
作者 伍永平 罗生虎 +6 位作者 闫壮壮 解盘石 田程阳 王同 高喜才 王红伟 郎丁 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期193-208,共16页
冲击地压是深部煤矿开采面临的主要灾害之一,揭示冲击地压的发生机理是其灾害评价、预测及防治的前提和基础。采用理论分析、数值计算、模拟实验和现场实测互馈综合研究方法,在综合厘定覆岩空间结构与其力学响应内在联系的基础上,系统... 冲击地压是深部煤矿开采面临的主要灾害之一,揭示冲击地压的发生机理是其灾害评价、预测及防治的前提和基础。采用理论分析、数值计算、模拟实验和现场实测互馈综合研究方法,在综合厘定覆岩空间结构与其力学响应内在联系的基础上,系统研究了结构瞬变激励下采场煤岩的力学响应和冲击地压的发生机理。结果显示:覆岩空间结构的力学性能和力学环境是其范围内的采场煤岩产生不同力学响应的内、外因,坚硬岩层破断等子系统的瞬时失稳,会导致覆岩空间结构大系统的瞬变,进而造成采场煤岩动态力学响应(矿震)的发生和静态力学响应的阶变。结构瞬变后,除了震源处的应变能会发生瞬变外,更大范围的煤岩应力场、位移场、应变能场和重力势能场等力学响应也会发生瞬变。结构瞬变区域上方覆岩瞬时下沉、应力骤减、应变能和重力势能的释放特征明显,结构瞬变区域外侧深部区域煤岩略有下沉、应力骤增、应变能聚集特征明显、重力势能略有释放;采场煤岩的总势能瞬时减小,这其中,总应变能瞬时增大,而总重力势能瞬时减小。同时,受坚硬岩层破断形成的卸载、回弹和下沉影响,矿震发生时,并非所有区域的煤岩都会被瞬时加载,临近结构瞬变区域的煤体会被瞬时卸载。工作面后方坚硬岩层的瞬时破断,会使走向支承压力“瞬时前移”,导致工作面前方煤体的高静载区域出现“高静载+负动载”的应力状态,而回采巷道煤体的高静载区域出现“高静载+正动载”的应力状态,造成回采巷道发生冲击地压的概率远大于工作面。在实际工程中,应基于煤岩结构与其动、静力学响应的内在关联,基于“调结构、控响应”的理念,建立针对性的防控措施。 展开更多
关键词 煤岩结构 瞬变 力学响应 矿震 冲击地压
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结构瞬变激励下覆岩应变能场和重力势能场的演变机理
2
作者 罗生虎 高佳波 +7 位作者 闫壮壮 伍永平 解盘石 韩刚 王红伟 田程阳 王同 孙明明 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期768-780,共13页
揭示覆岩能量场的聚集与释放机理,是煤岩动力灾害防治的理论基础。采用模拟试验、数值计算和理论分析相结合的方法,通过构建坚硬岩层破断前、后2个稳态时的力学模型,对比分析了结构瞬变前、后采场煤岩受载的阶变特征,研究了结构瞬变激... 揭示覆岩能量场的聚集与释放机理,是煤岩动力灾害防治的理论基础。采用模拟试验、数值计算和理论分析相结合的方法,通过构建坚硬岩层破断前、后2个稳态时的力学模型,对比分析了结构瞬变前、后采场煤岩受载的阶变特征,研究了结构瞬变激励下覆岩应变能和重力势能聚集与释放的演变机理。结果表明:受自重应力场和采动卸荷效应影响,采动影响范围内的各岩层相互作用、相互制约,存在紧密且复杂的力学联系。坚硬岩层破断诱发的结构瞬变,打破了岩层间原有旧秩序的平衡,导致岩层间的力学联系发生瞬变,覆岩载荷传递路径亦发生瞬变,覆岩的应变能场和重力势能场随之改变。并且覆岩载荷传递路径的瞬变,会对采场空间不同区域的煤岩形成不同的瞬时加、卸载,造成不同区域覆岩能量的演变特征存在差异。这其中,下位坚硬岩层破断后,破裂面内力的瞬时卸载和覆岩载荷传递路径瞬变形成的瞬时加载,使其邻近采空区的部分区域瞬时向上回弹、释放应变能,回弹区以里的部分区域瞬时下沉、释放重力势能。与此同时,结构瞬变区域支撑载荷的瞬时卸载,使上位坚硬岩层瞬时下沉、变形量骤增,重力势能释放而应变能聚集。本质上,结构瞬变激励下采场煤岩的动力学响应过程,是采场煤岩原有时空结构被打破后向新时空结构演化的动力学过程,存在应变能、重力势能和动能的相互转换,并伴随有应变能和重力势能的聚集与释放。且整体而言,覆岩应变能的释放区域较小,主要集中在瞬时卸载区,其余区域瞬时增大;而重力势能的释放范围较大,仅在下位坚硬岩层的回弹区域略有增大。 展开更多
关键词 结构瞬变 应变能 重力势能 聚集与释放 煤岩动力灾害
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基于割煤循环智能检测的工作面来压判识方法
3
作者 罗香玉 康林星 +2 位作者 南添松 解盘石 伍永平 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期16-21,共6页
基于液压支架工作阻力数据进行工作面来压判识需解决2个问题:一是如何从海量的工作阻力数据中提取循环末阻力数据,二是如何有效利用提取出的循环末阻力数据对工作面是否来压实现有效判断。现有的循环末阻力提取方法大多依赖固定规则和... 基于液压支架工作阻力数据进行工作面来压判识需解决2个问题:一是如何从海量的工作阻力数据中提取循环末阻力数据,二是如何有效利用提取出的循环末阻力数据对工作面是否来压实现有效判断。现有的循环末阻力提取方法大多依赖固定规则和经验值参数,在复杂工作面环境下准确性低且适应性差。针对该问题,提出一种基于割煤循环智能检测的工作面来压判识方法。将割煤循环检测转化为二分类问题,使用支持向量机分类器对割煤循环结束时刻进行智能检测,以自动判别割煤循环的结束时刻;在获取所有割煤循环结束时刻的基础上,提取各支架循环末阻力数据;通过数据融合生成能够反映工作面整体压力状态的单序列数据,并基于来压判定公式进行工作面来压判识。基于不连沟煤矿某工作面的液压支架工作阻力数据进行实验,结果表明,该方法割煤循环检测的精确率、召回率、F_(1)分数分别为85.91%,81.84%,83.83%,来压判识的精确率、召回率、F_(1)分数分别为79.43%,78.76%,79.09%,均优于滑动窗口极值法和阈值法,在识别循环末阻力和工作面来压判识方面具有显著优势。 展开更多
关键词 顶板灾害防控 来压判识 割煤循环智能检测 支持向量机 循环末阻力
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大倾角工作面覆岩三维破断运移演化规律
4
作者 解盘石 黄宝发 +5 位作者 伍永平 罗生虎 朱明建 易磊磊 徐辉 陈建杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期12-26,共15页
大倾角煤层安全高效开采的关键是对采场围岩与装备的多维耦合控制,定量化表征大倾角采场覆岩空间结构破断特征、采动裂隙发育和空隙分布特征是实现该类煤层精准岩层控制的前提。以大倾角长壁大采高工作面为工程背景,采用数值计算、现场... 大倾角煤层安全高效开采的关键是对采场围岩与装备的多维耦合控制,定量化表征大倾角采场覆岩空间结构破断特征、采动裂隙发育和空隙分布特征是实现该类煤层精准岩层控制的前提。以大倾角长壁大采高工作面为工程背景,采用数值计算、现场实测与理论分析相结合的研究方法,在厘定覆岩空间移动变形规律的基础上,引入三维曲率、岩体空隙率及分形几何理论定量描述了采场不同区域破断岩块的运移–堆砌–铰接特征及岩体裂隙分布规律,实现了大倾角大采高工作面开采过程中三维结构组成及采动裂隙场空间占位的动态精细定量表征。研究表明,大倾角大采高破断顶板在采场空间发生了多维度耦合的非均衡运动,中、上部顶板以垂直岩层运动为主,下部顶板演变为倾向下滑。顶板破坏形式沿倾向、走向、垂向呈现三维区域异化,上部破断岩块错层、跨层迁移形成倾斜砌体结构,采空区后方存在“非均匀矸石–弯曲悬臂梁–破断岩块”承载结构形成非均匀空顶区域,承载结构相互约束,随倾向位置、覆岩层位不同发生动态演化。支架阻力分区波动性分布,中部阻力>上、下部,走向非同步来压。曲率分布呈“横、竖O–X”形态,“O”型内部垮落岩块非平行同步下沉,倾向、反倾向堆砌结构并存,正负曲率不一,岩块间形成弱铰接结构。随覆岩层位升高,离层破坏区域向中下部和采空区中部偏移,岩体空隙率和分形维数呈现先增大后减小的现象。研究结果揭示了采空区内部覆岩三维破断运移规律,丰富了大倾角煤层岩层控制理论,也为顶板岩层运移规律的精细定量分析提供了新方法。 展开更多
关键词 大倾角煤层 大采高 覆岩破断运移 三维曲率 空隙率 分形特征
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基于煤样主控裂隙尺度筛选的等效DFN模型构建
5
作者 郎丁 张子鑫 +4 位作者 伍永平 余洋 余建东 武小博 张耀 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期435-449,共15页
煤岩体中不同尺度层级的节理交错,分布规律迥异,对其变形破坏特征有重要影响。筛选对煤岩力学行为起主控作用的裂隙尺度层级并在该尺度基础上进行随机节理网络模型(Discrete Fracture Network,DFN)构建,在保证数值计算准确性的同时降低... 煤岩体中不同尺度层级的节理交错,分布规律迥异,对其变形破坏特征有重要影响。筛选对煤岩力学行为起主控作用的裂隙尺度层级并在该尺度基础上进行随机节理网络模型(Discrete Fracture Network,DFN)构建,在保证数值计算准确性的同时降低冗余裂隙尺度对模型构建及计算机算力的影响,可为提升岩石力学数值计算效能提供新的途径。基于CT扫描与图像处理技术,提取煤样三维裂隙结构及其几何特征参数,嵌入RFPA^(3D)-CT进行单轴加载数值分析并与试件的单轴压缩试验结果进行比对,确定了煤样数值模型的细观力学参数,进一步逐级筛选出对煤样力学行为起主要控制作用的裂隙尺度层级。在此基础上,运用Baecher模型和Monte-Carlo随机模拟理论,依据主控裂隙的几何分布特征构建等效DFN模型,并通过数值模拟计算对模型的有效性进行验证。研究结果表明:研究煤体试件样本的主控裂隙尺度(迹长)不小于14 mm,对该尺度以上的裂隙与对该尺度及以上裂隙进行删减的模型相较,破坏形态由“2”型转为斜“1”型,破坏峰值强度升高了61.79%,该尺度以上裂隙的存在与否对试件模型的数值计算结果起到决定性的控制作用。基于试件的主控裂隙尺度构建了等效DFN模型,其节理几何特征与基于CT扫描的真实裂隙各项几何特征参数基本一致,其平均误差为5.16%,等效DFN模型在单轴加载作用下表现出的力学性质与CT扫描后6组全裂隙模型相对吻合,两者峰值强度平均误差为13.41%,破坏计算时步的计算效率提升了14.59%。 展开更多
关键词 CT扫描 阈值分割 裂隙几何统计 主控裂隙尺度 随机节理网络模型
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我国大倾角煤层开采技术变革与展望 被引量：13
6
作者 伍永平 郎丁 +14 位作者 贠东风 解盘石 王红伟 高喜才 罗生虎 曾佑富 吕文玉 张艳丽 胡博胜 皇甫靖宇 周邦远 黄国春 王丽 李俊明 刘斌 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期25-51,共27页
大倾角煤层是我国煤炭资源的主要赋存样式之一。在地域分布上呈现出广泛性与区域性,据不完全统计,全国25个省、自治区、直辖市均涉及该类煤层开采,在中西部地区储量丰富、产量大、生产集中程度高。在赋存条件上呈现出多样性与复杂性,不... 大倾角煤层是我国煤炭资源的主要赋存样式之一。在地域分布上呈现出广泛性与区域性,据不完全统计,全国25个省、自治区、直辖市均涉及该类煤层开采,在中西部地区储量丰富、产量大、生产集中程度高。在赋存条件上呈现出多样性与复杂性,不同区域成煤时期不一,构造控煤过程迥异,形成了多样且复杂的开采条件,催生了不同的开采技术要求。大倾角煤层开采的技术难度大。煤层倾角导致采场围岩运动破坏呈现非对称性显现特征,支护系统稳定性控制与“三机”配套与协同、采准巷道布置与支护、工作面“人-机”环境安全保障等工作的难度显著加剧,严重制约了矿井安全高效开采。大倾角煤层开采的区域经济需求强,该类煤层赋存与生产较集中的区域多见以煤炭工业为主的资源型城市,经济结构相对单一,煤炭资源安全高效开发利用对区域能源保供、民生保障、经济保稳具有兜底作用。长期以来,大倾角煤层开采技术变革聚焦于解决“难”与“需”的矛盾,在采煤方法与工艺、岩层控制理论与技术、成套装备研制与应用3个方面不断完善、创新、发展,实现了由非机械化向机械化开采的转变,安全产效水平大幅提升,人员劳动强度大幅下降,作业环境显著改善。20世纪90年代中期,川煤集团绿水洞煤矿首次成功实现了大倾角中厚煤层长壁综采,冲破了大倾角煤层机械化开采技术“禁区”。在此示范作用下,大倾角厚煤层长壁综放开采、大采高综采、薄煤层伪俯斜长壁综采三项首创性工程实践先后取得成功。这一过程中创新了工作面非线性限位布置与调斜方式,确立了“支架-围岩”系统稳定性多维交互控制模式,研发了工作面成套装备,取得良好收效,综合机械化开采技术适用范围进一步拓宽。与此同时,大倾角煤层开采仍存在许多亟待突破的关键科学问题与技术瓶颈,导致自动化、智能化水平提升与近水平/缓倾斜煤层相较仍存在较大差距。需进一步强化倾斜层状煤系地层煤岩体采动力学行为研究,揭示其对采场围岩灾变的控制机制,并实现量化表征;需进一步阐明岩体承载结构-采场装备群组系统间的多维动态作用过程与规律,完善装备与围岩多维动态多目标协同控制理论与技术基础,实现技术转化应用。在科学问题取得突破的基础上进行采煤方法、回采工艺、岩层控制、成套装备的系统性技术创新与研发,破解大倾角煤层开采安全-产效双提升的制约技术瓶颈,使大倾角煤层综合机械化开采倾角上限在有可靠技术保障的前提下向上延伸(扩展),为实现自动化、智能化开采奠定基础。 展开更多
关键词 大倾角煤层 机械化开采 岩层控制 技术变革
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大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采理论与技术 被引量：9
7
作者 伍永平 皇甫靖宇 +2 位作者 王红伟 胡博胜 罗生虎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期280-297,共18页
大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工... 大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术构想,工作面走向推进过程中沿倾向对采空区下部进行局部充填,充填体既与巷旁支护作用形成沿空巷道,取消区段保护煤柱,实现大倾角煤层无煤柱开采,又增大了工作面倾向下部充填压实区长度,加强了工作面“支架-围岩”系统稳定性。根据大倾角走向长壁采场特点,优选确定了大倾角膏体局部充填工艺,设计了大倾角局部充填回采系统、采充工艺。并采用理论分析、模拟实验、数值计算等相结合的方法,分析了局部充填对大倾角走向长壁采场围岩采动力学行为的调节机制。结果表明:充填体影响基本顶岩梁的变形破坏及采场倾向下侧煤岩体承载特征,基本顶、运输巷顶板变形量及运输巷倾向下侧煤岩体所受约束均随充填长度的增大而减小;为防止采空区未充填区悬顶灾害,充填长度不应超过工作面长度的1/3。局部充填体限制了工作面下部区域顶板破断,降低覆岩关键域形成层位,形成稳定的巷帮,减小沿空留巷围岩变形量;同时工作面倾向下部充填区长度增大,中、上部围岩结构不稳定区域的长度缩小,“支架-围岩”系统稳定性提升。充填体改变了采场围岩应力传递路径,承担了部分覆岩载荷,工作面下侧支承压力及超前支承压力均随充填长度的增大而减小,工作面倾向下部充填区域的超前支承压力降幅最大,沿空巷道及工作面应力状态得到改善。大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术具有提高资源采出率、降低掘进率、缓解采掘接替紧张、加强工作面“支架-围岩”系统稳定性等优势。 展开更多
关键词 大倾角煤层 无煤柱开采 局部充填 沿空留巷 采动应力
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大倾角煤层伪俯斜工作面平行四边形液压支架结构设计与运动响应 被引量：7
8
作者 伍永平 杜玉乾 +5 位作者 解盘石 王红伟 胡博胜 闫壮壮 王同 胡涛 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期314-325,共12页
液压支架是大倾角煤层伪俯斜工作面“围岩-装备”系统稳定性的核心,现有液压支架结构无法适应伪俯斜开采空间稳定性要求,严重影响了该类条件下工作面安全高效开采。以大倾角煤层伪俯斜开采工作面为研究背景,采用工程类比、结构运动学分... 液压支架是大倾角煤层伪俯斜工作面“围岩-装备”系统稳定性的核心,现有液压支架结构无法适应伪俯斜开采空间稳定性要求,严重影响了该类条件下工作面安全高效开采。以大倾角煤层伪俯斜开采工作面为研究背景,采用工程类比、结构运动学分析、数值仿真的综合研究方法,分析了大倾角伪俯斜工作面“支架-围岩”稳定性特征,并以ZY7000/22/45型液压支架为基础,发明一种新型平行四边形液压支架,进行了结构合理性设计,分析了关键构件运动学响应特征。研究表明:大倾角伪俯斜综采工作面垮落矸石非均匀填充以及矸石对支架的砸、压、推作用是影响支架稳定性的关键因素,平行四边形顶梁与底座更适应伪俯斜工作面。设计的平行四边形支架顶梁、底座及立柱排布方式为平行四边形,异形掩护梁与后连杆、油缸连杆、底座构成柔性四连杆结构。平行四边形支架立柱为主要承载结构,油缸连杆为主要运动机构,其运动特征影响因素主要为上下柱窝间距和前后连杆与掩护梁铰接位置间距,其中掩护梁与后连杆是支架位姿调控的关键,且支架运动过程中无双扭线产生。研究结果为该类条件工作面支架提供了一种选型,一定程度上保障了该类煤层的安全生产。 展开更多
关键词 大倾角煤层 伪俯斜 平行四边形液压支架 结构设计 运动响应
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大倾角煤层俯伪斜工作面液压支架设计系统实用性分析 被引量：6
9
作者 伍永平 胡涛 +5 位作者 胡博胜 解盘石 杜玉乾 闫壮壮 王同 刘宝恒 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期187-198,共12页
为解决大倾角煤层液压支架设计过程中多维受载特征被忽略、建模过程繁琐、设计周期长等问题,结合大倾角伪俯斜工作面液压支架受载特性,研发大倾角液压支架设计系统。采用运动仿真、强度测试、物理实验等综合研究方法,以ZY5000/15.5/38... 为解决大倾角煤层液压支架设计过程中多维受载特征被忽略、建模过程繁琐、设计周期长等问题,结合大倾角伪俯斜工作面液压支架受载特性,研发大倾角液压支架设计系统。采用运动仿真、强度测试、物理实验等综合研究方法,以ZY5000/15.5/38型大倾角煤层液压支架设计为例,根据大倾角伪俯斜采场液压支架多维受力特征建立力学模型,分析大倾角液压支架的空间受载特性,建立伪俯斜工作面液压支架顶梁、掩护梁力学线性矩阵,利用VB.NET为开发语言结合线性矩阵和SOLIDWORKS二次开发建模软件搭建液压支架设计系统,开发出良好的人机交互用户界面。研究分析表明:该系统生成下的模型液压支架顶梁前端运动轨迹范围48 mm左右,支架顶梁前端运动轨迹曲线满足双扭线特性;模型支架最大应力为146.7 MPa,远小于材料屈服的等效应力,最大变形位移也不超过0.531 mm;研制相似比为1∶5物理模型液压支架工作阻力在38 kN左右,在不同条件下测试支架顶梁、掩护梁受载特性,实验中模型支架的力学数据与系统生成的力学数据基本相符,且实验在初撑、增阻、恒阻及卸压各阶段均满足支架的运动要求及承载特性。研究结果体现了该设计系统下模型液压支架较好的适应性,对丰富大倾角煤层液压支架设计理论和指导液压支架设计生产具有一定的科学和实践意义。 展开更多
关键词 大倾角煤层 液压支架 参数化设计系统 适应性检验
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基于正交设计的大比例模型采场煤体相似材料配比试验研究 被引量：1
10
作者 伍永平 曹建利 +4 位作者 张艳丽 皇甫靖宇 刘宝恒 汤业鹏 闫壮壮 《煤炭技术》 CAS 2024年第4期1-5,共5页
针对传统模型材料难以满足大比例模型采场材料需求,结合大比例模型相似模拟试验特点及相似理论,以陶粒、河沙、粉煤、水泥和石膏为原料,设计正交试验,测试试件的物理力学等参数。结果表明:大比例模型采场材料基本特征为低容重、高强度... 针对传统模型材料难以满足大比例模型采场材料需求,结合大比例模型相似模拟试验特点及相似理论,以陶粒、河沙、粉煤、水泥和石膏为原料,设计正交试验,测试试件的物理力学等参数。结果表明:大比例模型采场材料基本特征为低容重、高强度。煤体材料密度随陶粒/骨料比值的增大而减小,抗压强度和抗拉强度随陶粒/骨料、水膏比的增大而减小,随水胶比的增大而增大,弹性模量、黏聚力和内摩擦角随陶粒/骨料和骨胶比的增大而减小。通过多元线性回归分析反算大比例模型采场煤体相似材料配比模型,并通过试验得到不同尺寸试件各试验指标误差在20%内波动,证实了该配比模型的可靠性。 展开更多
关键词 大比例模型 正交设计 采场煤体 配比模型
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急倾斜中厚煤层双斜开采顶板垮落堆积与应力演化特征
11
作者 伍永平 许英瑞 +8 位作者 解盘石 王红伟 郎丁 皇甫靖宇 强旭博 杜玉乾 王乐辰 茹笑辉 王正富 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第12期18-26,75,共10页
俯伪斜开采降低工作面倾角能力有限,倾角60°以上急倾斜中厚煤层长壁综合机械化开采方法亟待突破。以华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿3212工作面为工程背景,在俯伪斜开采的基础上提出了双斜开采的采煤方法,并采用物理相似模拟、... 俯伪斜开采降低工作面倾角能力有限,倾角60°以上急倾斜中厚煤层长壁综合机械化开采方法亟待突破。以华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿3212工作面为工程背景,在俯伪斜开采的基础上提出了双斜开采的采煤方法,并采用物理相似模拟、数值模拟等方法,分析了双斜开采顶板破断矸石充填滑移堆积规律及应力演化过程。结果表明:双斜开采工作面布置需要与矿井开采设计相协调,工作面两巷维护难度大,其中回风巷侧受采动应力影响大,而运输巷与工作面支架的协调配合难度大;双斜开采由于其异形采空区顶板结构,垮落步距更大,其矸石垮落堆积呈倒三角形且存在周期性滑移特征,并且由于大块矸石堆积造成工作面上部和中部的非均匀来压现象;双斜开采原岩应力随工作面的推进逐渐增大,工作面倾斜上部、中部、下部来压强度不同,一般倾斜中上部来压大于下部,但倾斜下部支承压力应力集中系数大于工作面中上部,双斜开采顶板应力演化特征受工作面形状和推进距离的影响,并由于巷道调斜角作用,应力释放范围呈现由倾斜上部至下部逐渐变小的非对称特征。 展开更多
关键词 双斜开采 急倾斜煤层 中厚煤层 顶板垮落 顶板应力 巷道调斜角 支承压力
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大倾角大采高工作面煤壁失稳机理分析 被引量：2
12
作者 张浩 伍永平 解盘石 《中国矿业》 北大核心 2024年第8期107-114,共8页
大倾角大采高工作面煤壁灾变易诱使支架-围岩系统失衡,导致围岩稳定性控制复杂化,故煤壁灾变防控对保障工作面安全生产十分关键,而科学化防控技术的前提是明晰煤壁失稳孕育机制,为此采用数值计算及理论分析法展开研究。研究结果表明:大... 大倾角大采高工作面煤壁灾变易诱使支架-围岩系统失衡,导致围岩稳定性控制复杂化,故煤壁灾变防控对保障工作面安全生产十分关键,而科学化防控技术的前提是明晰煤壁失稳孕育机制,为此采用数值计算及理论分析法展开研究。研究结果表明:大倾角大采高工作面煤壁承压倾向分区异化,下部区域应力集中程度较中部、上部高,集中区范围由下至上减小,垂向中部应力值较低,应力极值及走向位置与回采距具有正相关性,煤壁揭露前后邻域承压环境会突变,且承压态随煤体破坏演变异化,煤体承压结构会由非连续态经压实过渡为类连续状,而后整体移动至阈值后发生破断结构离散化。煤壁前方塑性区随采动作用不同幅度扩展,其稳定性受制于回采距及速度,低速回采、回采距离增加时煤壁稳定性逐步降低,塑性破裂发育区煤体为支承压力等动载、静载主承体,煤壁失稳是支承压力与扰动区内煤体自身抗压性能动态失衡,由运移、变形等承压行为量变诱发煤体结构质变而破断失稳,承压非对称性及多向耦合造成煤壁失稳分区及范围倾向扩展。 展开更多
关键词 大倾角 大采高 煤壁 塑性区 失稳机理
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煤矿领域知识图谱构建与推理方法研究综述 被引量：1
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作者 罗香玉 华颖 +2 位作者 王喜平 解盘石 伍永平 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第11期52-61,共10页
将煤矿领域来自不同数据源的知识进行抽取,形成知识网络,借助推理技术可辅助煤矿设备故障诊断、安全风险实时预警与处置、灾害事故原因分析、应急救援方案生成及生产组织和运营管理决策支持,从而推进智慧矿山建设。梳理了知识图谱尤其... 将煤矿领域来自不同数据源的知识进行抽取,形成知识网络,借助推理技术可辅助煤矿设备故障诊断、安全风险实时预警与处置、灾害事故原因分析、应急救援方案生成及生产组织和运营管理决策支持,从而推进智慧矿山建设。梳理了知识图谱尤其是煤矿领域知识图谱的研究现状,介绍了以知识为驱动的人工智能发展历程、基于知识图谱的人工智能系统架构、知识图谱的主要类型和代表性工作,剖析了煤矿领域已有知识图谱的知识建模情况、知识图谱构建方式、知识图谱使用方式和成熟度。从实体识别、关系抽取、知识图谱融合与纠错、知识图谱推理等方面,对煤矿领域知识图谱构建与推理技术面临的挑战进行了分析,指出针对上述挑战,需研究基于跨度的实体识别方法、基于多堆叠分类器的关系抽取方法、实体的嵌入表示方法、实体间关系的一致性约束建模方法;煤矿领域知识图谱推理技术的研究需以应用为驱动,与业务场景密切结合;煤矿领域存在大量图像、视频等多模态数据,未来可构建煤矿领域多模态知识图谱,还可融入时间信息构建煤矿领域时序知识图谱。 展开更多
关键词 智慧矿山 煤矿领域知识图谱 知识图谱构建 知识图谱推理 知识图谱融合 知识图谱纠错 智能决策
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基于数字孪生的倾斜采场装备力学行为测控研究 被引量：1
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作者 解盘石 杨航 +3 位作者 伍永平 黄宝发 林伟典 易磊磊 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第12期259-271,共13页
智能化开采是我国大倾角、急倾斜等难采煤炭资源安全高效开采的必由之路。基于数字孪生的大比例物理模拟实验是解决重力-倾角效应下煤岩与装备多维多尺度力学行为与智能控制的有效途径。详细阐述了基于数字孪生技术的大比例采煤工作面... 智能化开采是我国大倾角、急倾斜等难采煤炭资源安全高效开采的必由之路。基于数字孪生的大比例物理模拟实验是解决重力-倾角效应下煤岩与装备多维多尺度力学行为与智能控制的有效途径。详细阐述了基于数字孪生技术的大比例采煤工作面物理模拟系统的设计框架、结构特点和测试/检测模式,能够实现采煤过程的数据可视化、人机强交互和工艺自优化等功能。针对传统液压支架在实时监测、预测性维护、设计优化及物理模拟方面所面临的挑战,构建了以液压支架为基础、以数字孪生技术为核心的姿态感知与仿真系统,利用SolidWorks、Maya和Unity3D等软件构建液压支架的数字孪生模型,并通过部署多种姿态感知传感器,采集实体液压支架的姿态数据和受载信息,实现数字孪生模型与实体之间的高精度姿态同步与实时反馈。通过对采集数据的分析处理,从而实现虚拟与现实的映射。最后通过多功能可变角大比例“支架-围岩”系统物理仿真平台进行多倾角下的系统可靠性及稳定性测试,验证了系统的可行性和有效性。 展开更多
关键词 难采煤层 数字孪生 智能化开采 液压支架 姿态感知 模拟仿真
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结构瞬变影响下采场煤岩静态力学响应的阶变规律
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作者 罗生虎 韩昊强 +7 位作者 伍永平 解盘石 高喜才 王同 田程阳 闫壮壮 李志林 尹建辉 《煤炭工程》 北大核心 2024年第7期110-119,共10页
为了明确采场煤岩力学响应的演变规律,以宽沟煤矿W1143长壁综采工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验和数值计算相结合的方法,在明确来压前、后覆岩空间结构瞬变特征的基础之上,建立了一种实现坚硬岩层瞬时破断的数值模拟前处理方法,... 为了明确采场煤岩力学响应的演变规律,以宽沟煤矿W1143长壁综采工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验和数值计算相结合的方法,在明确来压前、后覆岩空间结构瞬变特征的基础之上,建立了一种实现坚硬岩层瞬时破断的数值模拟前处理方法,研究了结构瞬变影响下采场煤岩静态力学响应的阶变规律。结果表明:覆岩空间结构是由破裂面以外、采动影响范围以内不同岩性的岩层所组成的空间岩体结构,是其影响范围内的采场煤岩产生不同力学响应的内因。来压期间,由于坚硬岩层的破断具有瞬时性,导致覆岩空间结构发生瞬变,受此影响,采场煤岩的静态力学响应发生阶变,其本质上为一动力学过程。覆岩空间结构瞬变造成采场煤岩的应力场与位移场产生阶变,阶变集中于瞬变区域附近,距离瞬变区域越远,其阶变量越小。 展开更多
关键词 覆岩结构 周期来压 岩层破断 瞬变 静态力学响应
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石灰石粉与粉煤灰交互配比对膏体充填体性能的影响研究
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作者 吕文玉 汤理安 +3 位作者 伍永平 解盘石 李博 郭凯 《煤炭工程》 北大核心 2024年第11期126-131,共6页
为了探究石灰石粉与粉煤灰的交互配比对膏体充填体性能的影响,采用石灰石粉替代粉煤灰在0、25%、50%、75%、100%的替代百分比情况下制备一系列试样,通过测试膨胀率、塌落度、泌水率、凝结时间以及抗压强度等指标,评估了膏体充填体的工... 为了探究石灰石粉与粉煤灰的交互配比对膏体充填体性能的影响,采用石灰石粉替代粉煤灰在0、25%、50%、75%、100%的替代百分比情况下制备一系列试样,通过测试膨胀率、塌落度、泌水率、凝结时间以及抗压强度等指标,评估了膏体充填体的工作性能以及抗压强度。研究结果表明,石灰石粉和粉煤灰的交互配比对矿用膏体充填体性能有显著影响;随着石灰石粉替代量的增加,能有效地降低充填材料的泌水率与凝结时间,提高膏体的膨胀率;当替代量在25%左右时,充填材料的抗压强度得到增强,当养护周期大于3 d,石灰石粉替代量大于25%时,抗压强度随替代量的提高而降低。 展开更多
关键词 石灰石粉 粉煤灰 膏体充填体 抗压强度
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富油煤地下热解过程中纳米孔隙结构特性演化规律 被引量：3
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作者 许涛 陈杰 +3 位作者 伍永平 柯于斌 解盘石 吕文玉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4553-4562,共10页
富油煤地下热解是一种可有效提取煤中油气资源的绿色低碳技术,是煤炭清洁低碳利用的前沿方向。煤中纳米孔隙是地下热解过程中吸附和解吸焦油气的主要空间,因此探明地下热解条件下纳米孔隙结构特性演化规律,是提高富油煤地下热解工艺油... 富油煤地下热解是一种可有效提取煤中油气资源的绿色低碳技术,是煤炭清洁低碳利用的前沿方向。煤中纳米孔隙是地下热解过程中吸附和解吸焦油气的主要空间,因此探明地下热解条件下纳米孔隙结构特性演化规律,是提高富油煤地下热解工艺油气产率的关键科学问题。利用中国散裂中子源(CSNS)-小角中子散射(SANS)技术,模拟煤层地下热解环境,定量表征富油煤在无围限压力条件下不同加热速率与温度下纳米孔隙的散射强度、平均孔径与分形维数演变,结合低温吸附(BET)、热重实验(TG)、扫描电镜(SEM)等多种物理表征方法,揭示富油煤地下热解过程中纳米孔隙结构特性演化规律。研究结果表明:在地下热解过程中,纳米孔隙的平均孔径随温度的升高逐渐增大,在热解干燥脱气阶段(<300℃)发育较缓慢,在活泼阶段(300~500℃)纳米孔隙发育最为剧烈,增长幅度为57.1%,在随后二次脱气阶段发育再次减缓;在低-中-高温(≤800℃)条件下热解没有引起富油煤表面分形维数D_(s)的明显变化。基于SANS散射光谱,分析发现热解过程中富油煤纳米孔隙分布呈现各向同性特征,表明热解反应不会影响本实验样品中纳米孔隙发育的方向性。对比不同加热速率(5℃/min与20℃/min),实验发现加热速率对地下热解过程中富油煤纳米孔隙平均孔径与分形维数影响较小;较慢加热速率下富油煤的最终整体散射强度更高,纳米孔隙结构发育更充分,更有利于地下热解反应的进行。此外,与BET等常规表征方法相比,CSNS-SANS技术可检测到样品中的闭孔,且实验条件更符合原位环境,实验结果更具可靠性。 展开更多
关键词 富油煤 地下热解 原位分析 纳米孔隙 小角中子散射
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大倾角煤层液压支架推移千斤顶受载行为及破坏特征分析 被引量：7
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作者 冯坤 杜玉乾 +2 位作者 伍永平 解盘石 胡涛 《煤炭工程》 北大核心 2024年第3期212-218,共7页
大倾角煤层复杂的赋存条件影响着支架的安全性和稳定性,目前大倾角工作面开采面临的最关键问题是保证工作面支架稳定工作。文章通过对大倾角煤层?160/105-730型推移千斤顶力学行为分析,以及借助ANSYS Workbench软件进行推移千斤顶双向... 大倾角煤层复杂的赋存条件影响着支架的安全性和稳定性,目前大倾角工作面开采面临的最关键问题是保证工作面支架稳定工作。文章通过对大倾角煤层?160/105-730型推移千斤顶力学行为分析,以及借助ANSYS Workbench软件进行推移千斤顶双向瞬态流固耦合分析,得出了液压支架推移千斤顶应力、变形特征,并结合实际工况,分析得出推移千斤顶涨缸窜液失效易发生在活塞杆和乳化液与推移千斤顶缸体交界处,应适当加厚活塞杆与缸体交接处的缸体厚度,并加强活塞杆与缸体交界处的密封,为大倾角工作面液压支架支护稳定性和采煤空间的安全性提供了保证。 展开更多
关键词 大倾角煤层 推移千斤顶 流固耦合 涨缸 窜液
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大倾角工作面飞矸冲击破碎特征研究 被引量：1
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作者 胡博胜 伍永平 +2 位作者 文虎 解盘石 王红伟 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1-10,共10页
飞矸灾害长期威胁大倾角、急倾斜煤层长壁工作面人员和设备安全,单一飞矸迁移过程碰撞破碎衍生出大量“子矸”,其动力损害具有突发性,揭示冲击载荷作用下煤岩体破碎特征是准确掌握飞矸动力损害的重要前提。综合运用分离式霍普金森压杆... 飞矸灾害长期威胁大倾角、急倾斜煤层长壁工作面人员和设备安全,单一飞矸迁移过程碰撞破碎衍生出大量“子矸”,其动力损害具有突发性,揭示冲击载荷作用下煤岩体破碎特征是准确掌握飞矸动力损害的重要前提。综合运用分离式霍普金森压杆试验、数值SHPB试验和物理模拟开展冲击载荷作用下煤岩体破碎特征与碎裂机制研究,得到以下主要结论:高速冲击作用下煤岩破坏模式分为相对完整、单一劈裂和完全粉碎,破碎程度随着加载应变率增加而增加,分形维数D与应变率呈对数函数关系。相同应变率水平,煤岩抗压强度越小分形破碎程度越高;煤岩分形维数D与其几何尺度负相关;圆盘和立方体煤岩分形维数D与应变率均呈对数函数关系。立方体煤岩累积碰撞作用下内部节理裂隙发育,应力波传播呈现弥散性,在边缘应力集中并诱发破坏,即不规则形状煤岩外缘易率先与主体破坏分离从而导致其球形度增加。相反,飞矸运动过程棱角处更易受到碰撞而承受直接应力冲击而产生局部崩解。研究成果可为大倾角、急倾斜煤层飞矸灾害防控实践中挡矸网形状以及网格大小的选择提供一定的科学指导。飞矸涉及材料、几何等多源不确定因素,内部层理、裂隙分布及发育程度受开采扰动影响较大,其破碎分形特征更加趋于复杂,下一步将考虑以上因素对飞矸破碎特征的影响。 展开更多
关键词 大倾角煤层 飞矸灾害 应变率效应 分形维数 碎裂机制
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三点弯曲载荷下岩体偏置斜裂隙的应力强度因子 被引量：2
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作者 王超 伍永平 +3 位作者 赵自豪 曹健 段会强 杨盼盼 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第2期114-122,共9页
地下巷道(硐室)顶板常因弯曲离层而破断,其破断位置与裂隙几何形态和位置密切关联。为揭示裂隙对岩层断裂的影响,建立了岩体偏置斜裂隙的三点弯曲模型,定义了裂隙的偏置系数和贯通率,分析了裂隙偏置系数、倾角和贯通率三者之间的关系,... 地下巷道(硐室)顶板常因弯曲离层而破断,其破断位置与裂隙几何形态和位置密切关联。为揭示裂隙对岩层断裂的影响,建立了岩体偏置斜裂隙的三点弯曲模型,定义了裂隙的偏置系数和贯通率,分析了裂隙偏置系数、倾角和贯通率三者之间的关系,基于力学平衡原理和σ-K关系导出了偏置斜裂隙与偏置竖裂隙应力强度因子K的关系式。同时分析了裂隙倾角、贯通率和偏置系数对应力强度因子的影响规律。该方法可为裂隙影响下巷道(硐室)顶板的张拉断裂提供判定依据。 展开更多
关键词 三点弯曲 应力强度因子 岩体 偏置斜裂隙 贯通率
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