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岩层控制的全柱状学术思想与实践
1
作者 许家林 朱卫兵 +11 位作者 轩大洋 王晓振 秦伟 金洪伟 鞠金峰 胡国忠 谢建林 屈庆栋 吴仁伦 汪锋 何昌春 李竹 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期166-179,共14页
岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运... 岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运动的研究。针对这些问题,在关键层理论应用研究过程中,形成了岩层控制的“全柱状”学术思想,其内涵包括2方面:一是“抓主要矛盾”,找到对岩层运动起主要控制作用的关键层(即主要矛盾),避免对覆岩均化处理。二是“关注全局”,将采动覆岩作为整体研究,充分考虑关键层所处的复杂地层场景条件可能对关键层破断的影响,从整个岩层移动角度研究矿压显现、水与瓦斯运移、开采沉陷等。按照全柱状学术思想研究岩层控制时,首先需要获取研究区域内不同开采尺度(矿井、采区、工作面及块段)地层的钻孔“全柱状”,即包含从开采煤层直到地表所有岩层信息的全取心完整柱状,根据研究区域内多个钻孔柱状的关键层判别,形成研究区域内岩层赋存特征的整体画像,避免仅采用局部柱状或综合柱状,也不能对全柱状进行均化处理。充分考虑原岩应力、地质构造、地形地貌、水体载荷、开采部署等多种具体场景因素可能导致的关键层受载差异与破断异常,以及不同区域柱状关键层位置的变化可能对岩层运动产生的影响。在此基础上,建立关键层运动与各种采动损害的联系,据此分析问题发生机理并提出针对性的岩层控制方法。全柱状学术思想推进了岩层控制理论发展与实践创新,解决了压架、突水、沉陷等灾害防控的系列工程难题,取得了显著成效。利用全柱状学术思想取得的岩层控制理论创新主要包括:揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应,建立了采动覆岩“关键层-松散层拱”结构模型,提出了基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法,建立了基于关键层结构的地表沉陷预计方法,为工程应用奠定了基础。全柱状学术思想在工程应用方面的典型实例包括:找出了浅埋煤层沟谷上坡段、松散承压含水层下等特定条件下开采压架的根本原因,彻底解决了压架防治工程难题;量化关键层位置对“导高”的影响,解决了顶板异常突水防治难题;提出了煤层群卸压瓦斯的“三带”分布,指导了卸压瓦斯抽采实践;研发了覆岩隔离注浆充填技术,创建了地面钻孔一注式高效充填绿色开采新模式,解决了地表沉陷控制等难题,已得到全面推广应用。 展开更多
关键词 全柱状 关键层 卸荷膨胀累积效应 岩层控制 绿色开采
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覆岩隔离注浆充填技术实践与研究展望 被引量：9
2
作者 许家林 轩大洋 李建 《中国煤炭》 北大核心 2024年第6期74-80,共7页
煤层开采后覆岩关键层失去下部支撑,在地层压力作用下断裂沉降是导致一系列采动损害与环境问题的根源,通过充填阻止关键层破断是减少环境损害的源头绿色开采技术。目前我国煤矿充填开采技术得到长足发展,但井下充填采煤存在效率相对较... 煤层开采后覆岩关键层失去下部支撑,在地层压力作用下断裂沉降是导致一系列采动损害与环境问题的根源,通过充填阻止关键层破断是减少环境损害的源头绿色开采技术。目前我国煤矿充填开采技术得到长足发展,但井下充填采煤存在效率相对较低、成本较高等问题,限制了其推广应用。而创新研发的覆岩隔离注浆充填技术,建立了地面钻孔“一注式减损”高效绿色开采新模式,突破了井下充填效率低的技术瓶颈。覆岩隔离注浆充填是基于采动覆岩卸荷膨胀累积效应对离层产生抑制作用,通过地面钻孔向关键层下进行高压注浆的充填,产生“压下托上”作用,将关键层下方碎胀岩体压实形成支撑体,在采空区形成压实承载结构,阻止关键层断裂。该技术解决了离层注浆充填量少、减沉率低的技术难题,可用于综采、综放工作面,以及单一煤层与多煤层开采;目前该技术已在全国推广应用,解决了东部矿区建筑物压煤开采难题,并在矸石减排、“减震防冲”“减漏保水”等方面开展了工程试验与实践。介绍了“双碳”背景下,针对煤矿充填材料不足问题,进一步研发“煤基固废+CO 2”覆岩隔离注浆充填绿色开采新技术构想,该技术可取得减沉、减漏、减震、减排、减碳等“一注五减”效果,实现煤炭资源的绿色开采与低碳利用。 展开更多
关键词 岩层移动 覆岩卸荷膨胀累积效应 关键层 覆岩隔离注浆充填 绿色开采
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非均厚“弓形”巨厚关键层动静载作用机制 被引量：1
3
作者 朱卫兵 宁杉 +2 位作者 曹安业 许家林 窦林名 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期4311-4324,共14页
巨厚关键层破裂运动是诱发矿山动力灾害的重要因素,探究其厚度变化对采动应力分布及破裂动载的影响,对明确巨厚关键层采场动、静载来源及冲击矿压孕育机制具有重要意义,是冲击矿压风险预测及灾害防控的理论基础。以陕西彬长矿区某矿非... 巨厚关键层破裂运动是诱发矿山动力灾害的重要因素,探究其厚度变化对采动应力分布及破裂动载的影响,对明确巨厚关键层采场动、静载来源及冲击矿压孕育机制具有重要意义,是冲击矿压风险预测及灾害防控的理论基础。以陕西彬长矿区某矿非均厚“弓形”巨厚关键层为研究对象,综合理论分析与数值仿真计算,剖析了巨厚关键层“弓形”形态下伏煤岩体采动应力异常集中的力学原理,探明了“弓形”形态对巨厚关键层破裂特征的影响规律,揭示了“弓形”形态下伏区域动静载叠加致灾机制,据此提出了“弓形”巨厚关键层破裂致灾风险预测方法。结果表明,“弓形”巨厚关键层底部凸起导致下伏煤岩体垂直应力异常集中,相较于均匀厚度巨厚关键层,该区域煤岩体垂直应力额外增加22.1 MPa,增幅比例高达56%,此为下伏煤岩体高静载形成的根本原因。同时,伴随着开采范围的扩大以及非均厚“弓形”巨厚关键层运动,造成其底部内凹拐角区出现显著的高应力集中现象,导致该区域岩石发生破裂及弹性能快速释放,此为强动载形成主要原因。在上述非均厚“弓形”巨厚关键层动静载叠加作用下,煤柱大巷区域极易出现冲击矿压。基于此,准确识别并定位了非均厚“弓形”巨厚关键层影响下采动覆岩动载形成来源及发生区位,结合巨厚关键层分布式光纤原位监测结果,以光纤断裂高度为监测指标,验证了巨厚关键层破裂及动载荷形成之间的内在联系。 展开更多
关键词 非均厚岩层 巨厚关键层 支承应力 冲击矿压 顶板灾害 深部开采
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煤层层理对微波破煤增透效果的影响 被引量：6
4
作者 朱健 胡国忠 +4 位作者 许家林 杨南 王同辉 王宏图 秦伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2324-2337,共14页
层理作为一种典型的结构弱面普遍存在于煤层之中,煤层层理与煤基质之间的相对力学性能是决定层理发育煤层微波增透效果的关键。为此,采用自主研制的微波辐射试验装置,对层理面与加载方向之间夹角为0°、30°、45°、60°... 层理作为一种典型的结构弱面普遍存在于煤层之中,煤层层理与煤基质之间的相对力学性能是决定层理发育煤层微波增透效果的关键。为此,采用自主研制的微波辐射试验装置,对层理面与加载方向之间夹角为0°、30°、45°、60°和90°的煤样开展了微波破煤试验,探究了不同层理方向煤样微观孔隙结构与细观裂隙的演化特征,揭示了微波辐射下层理对煤体孔裂隙结构的数量、尺度与连通性的影响规律;对比分析了微波辐射前、后不同层理方向煤体的气体渗透特性,阐明了煤体在煤层层理与微波破煤叠加影响下的渗透率变化规律,揭示了煤层层理对微波破煤增透的影响机制。结果表明:①煤层层理对微波破煤增透效果的影响显著,层理面与加载方向之间夹角越大,微波辐射下煤体的束缚孔减少幅度与连通性裂隙增长幅度也更大;与原煤样相比,微波辐射后不同层理方向煤样渗透率之间的数量级差异有效减小,渗透率各向异性弱化明显。②微波辐射下煤体中细观裂隙发育具有显著的层理效应,具体演化过程为:沿层理面原生裂隙扩展→新的沿层理面裂隙萌生→与层理面相交的裂隙扩展。③煤基质与层理面的介电损耗和传热性质差异,使得微波对煤体的热应力分布受制于层理面。当层理面与加载方向垂直或平行时,煤体以张拉破坏为主;当层理面与加载方向斜交时,煤体以剪切滑移破坏为主。 展开更多
关键词 微波破煤增透 煤层层理 结构损伤 渗透特性 层理方向
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顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测方法 被引量：3
5
作者 郭世斌 胡国忠 +3 位作者 朱家锌 许家林 秦伟 杨南 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期203-213,共11页
顶板瓦斯抽采巷因具有大流量和连续抽采的优点,被广泛用于高瓦斯或突出矿井回采工作面瓦斯治理。如何确定合理的顶板巷布置位置,以高效抽采采空区卸压瓦斯,是保障工作面瓦斯治理效果的关键。为此,在深入分析顶板瓦斯抽采巷布置原则及其... 顶板瓦斯抽采巷因具有大流量和连续抽采的优点,被广泛用于高瓦斯或突出矿井回采工作面瓦斯治理。如何确定合理的顶板巷布置位置,以高效抽采采空区卸压瓦斯,是保障工作面瓦斯治理效果的关键。为此,在深入分析顶板瓦斯抽采巷布置原则及其布置位置影响因素的基础上,提出了一种基于GA–BP神经网络模型的顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测方法;采用灰色关联分析法确定了GA–BP神经网络模型的预测指标,并设计开发了顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测系统。研究结果表明:①工作面的采厚、埋深、覆岩结构、煤层倾角、倾向长度等5个物理指标是顶板瓦斯抽采巷布置位置的主控因素,且其权重值排序由大到小依次为采厚、埋深、覆岩结构、煤层倾角、倾向长度。②随着遗传代数的增加,GA–BP神经网络适应度不断减小,且当遗传代数为60时其适应度变化基本稳定,表明GA–BP神经网络初始权重和偏置效果较好。③在当前训练样本数据集的前提下,基于GA–BP神经网络模型的顶板瓦斯抽采巷布置位置的预测结果与实际工况值的相对误差仅为0.43%~11.27%,在可接受的范围内。该研究可为顶板瓦斯抽采巷精准设计提供一定的参考。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 顶板瓦斯抽采巷 巷道布置 遗传算法 智能预测
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部分充填采煤技术的研究与实践 被引量：116
6
作者 许家林 轩大洋 +3 位作者 朱卫兵 王晓振 王秉龙 滕浩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1303-1312,共10页
对煤矿充填开采而言,如何提高充填采煤效率、降低充填成本是需要持续深入研究的问题。结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发的部分充填采煤技术,为上述问题的解决提供了一条重要途径。在对我国充填采煤技术发展进行综述的基础上,系... 对煤矿充填开采而言,如何提高充填采煤效率、降低充填成本是需要持续深入研究的问题。结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发的部分充填采煤技术,为上述问题的解决提供了一条重要途径。在对我国充填采煤技术发展进行综述的基础上,系统总结了部分充填采煤技术的研究进展,包括:部分充填开采的概念与技术框架,覆岩隔离注浆充填、短壁冒落区嗣后充填、长壁墩柱同步充填等3种部分充填采煤技术的原理、设计方法、适用条件和应用情况。实践证明,部分充填是一种高效低成本充填采煤技术,尤其是覆岩隔离注浆充填,其吨煤充填成本仅为30~60元,单面充填采煤能力可达60~100万t/a,已在淮北矿区得到推广应用。 展开更多
关键词 部分充填 建筑物下采煤 覆岩隔离注浆充填 关键层 绿色开采
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条带充填控制开采沉陷的理论研究 被引量：113
7
作者 许家林 尤琪 +2 位作者 朱卫兵 李兴尚 赖文奇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期119-122,共4页
针对煤矿充填开采成本相对偏高的问题和煤系层状岩层移动与控制特点,提出了控制煤矿开采沉陷的条带充填开采方法,即在煤层采出后顶板冒落前,采用膏体胶结材料对采空区的一部分空间进行充填,构筑相间的充填条带,形成“充填条带-上覆岩层... 针对煤矿充填开采成本相对偏高的问题和煤系层状岩层移动与控制特点,提出了控制煤矿开采沉陷的条带充填开采方法,即在煤层采出后顶板冒落前,采用膏体胶结材料对采空区的一部分空间进行充填,构筑相间的充填条带,形成“充填条带-上覆岩层-主关键层”结构体系控制地表沉陷.研究了条带充填开采技术原理和适用性,建立了条带充填开采设计原则,并应用于某煤矿条带充填开采方案的研究. 展开更多
关键词 条带充填 开采沉陷 建筑物下采煤 部分充填 绿色开采
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浅埋煤层覆岩关键层结构分类 被引量：166
8
作者 许家林 朱卫兵 +1 位作者 王晓振 伊茂森 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期865-870,共6页
以神东矿区浅埋煤层开采为工程背景,对浅埋煤层覆岩关键层结构的类型及其破断失稳特征进行了研究.结果表明,浅埋煤层覆岩关键层结构类型可分为单一关键层和多层关键层结构;单一关键层结构又分为厚硬单一关键层结构、复合单一关键层结构... 以神东矿区浅埋煤层开采为工程背景,对浅埋煤层覆岩关键层结构的类型及其破断失稳特征进行了研究.结果表明,浅埋煤层覆岩关键层结构类型可分为单一关键层和多层关键层结构;单一关键层结构又分为厚硬单一关键层结构、复合单一关键层结构、上煤层已采单一关键层结构3种类型.单一关键层结构是导致浅埋煤层特殊采动损害现象的地质根源,浅埋煤层单一关键层结构采动破断运动不仅对工作面矿压产生影响,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉陷.关键层破断块体结构承担的载荷层厚度大而不能满足砌体梁结构不发生滑落失稳的条件,从而导致关键层破断块体滑落失稳,这是导致神东矿区浅埋煤层单一关键层结构工作面易出现台阶下沉和压架出水等采动损害问题的力学机理.确定了神东矿区浅埋煤层覆岩关键层结构类型的判别方法. 展开更多
关键词 浅埋煤层 关键层 涌水溃沙 采动裂隙 压架事故 绿色开采
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基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法 被引量：358
9
作者 许家林 朱卫兵 王晓振 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期762-769,共8页
在深入研究覆岩关键层对导水裂隙发育高度影响规律的基础上,提出了通过覆岩关键层位置来预计导水裂隙带高度的新方法。工程实测和理论研究结果表明:覆岩关键层位置会影响导水裂隙发育高度,只有当关键层位置距开采煤层小于某一临界高度时... 在深入研究覆岩关键层对导水裂隙发育高度影响规律的基础上,提出了通过覆岩关键层位置来预计导水裂隙带高度的新方法。工程实测和理论研究结果表明:覆岩关键层位置会影响导水裂隙发育高度,只有当关键层位置距开采煤层小于某一临界高度时,该关键层破断裂缝才会贯通成为导水裂隙,且受该关键层控制而同步破断的上覆岩层破断裂缝也会贯通成为导水裂隙。关键层破断裂缝贯通的临界高度可以粗略按(7～10)M(M为煤层采厚)估算。当覆岩主关键层位于临界高度(7～10)M以内时,导水裂隙将发育至基岩顶部,导水裂隙带高度等于或大于基岩厚度;当覆岩主关键层位于临界高度(7～10)M以外时,导水裂隙将发育至临界高度(7～10)M上方最近的关键层底部,导水裂隙带高度等于该关键层距开采煤层的高度。上述基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法能适应不同采厚条件下的导水裂隙带高度预计,同时可以对由于覆岩关键层结构变化引起的导水裂隙带高度异常发育情况作出判别,其可靠性得到了工程实测结果的验证。 展开更多
关键词 导水裂隙带高度 预计方法 关键层 顶板突水 绿色开采
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沟谷地形对浅埋煤层开采矿压显现的影响机理 被引量：68
10
作者 许家林 朱卫兵 +1 位作者 王晓振 张志强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期179-185,共7页
针对神东矿区活鸡兔井工作面过沟谷地形时发生的动载矿压问题,通过现场实测、理论分析与模拟实验,就沟谷地形对浅埋煤层开采动载矿压显现的影响机理进行了深入研究。结果表明:浅埋煤层开采工作面过沟谷地形上坡段时易发生端面切顶、冒... 针对神东矿区活鸡兔井工作面过沟谷地形时发生的动载矿压问题,通过现场实测、理论分析与模拟实验,就沟谷地形对浅埋煤层开采动载矿压显现的影响机理进行了深入研究。结果表明:浅埋煤层开采工作面过沟谷地形上坡段时易发生端面切顶、冒顶和支架活柱急剧下缩的动载矿压。由于覆岩主关键层在沟谷段受侵蚀影响而缺失,过上坡段时主关键层破断块体缺少侧向水平挤压力作用,不易形成稳定的"砌体梁"结构而滑落失稳,使得作用在下部单一关键层结构上的载荷明显增大而产生滑落失稳,从而引起工作面的动载矿压。若沟谷地形中主关键层未缺失,则浅埋煤层工作面过沟谷地形上坡段时一般不易产生动载矿压。该研究结果指导了活鸡兔井21305,21306工作面过沟谷地形动载矿压灾害的防治实践。 展开更多
关键词 沟谷地形 浅埋煤层 动载矿压 岩层移动 关键层
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采动覆岩卸荷膨胀累积效应 被引量：43
11
作者 许家林 秦伟 +1 位作者 轩大洋 朱卫兵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期35-43,共9页
地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历... 地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。 展开更多
关键词 卸荷膨胀累积效应 关键层 岩层移动 覆岩隔离注浆充填 绿色开采
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覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术 被引量：55
12
作者 许家林 倪建明 +1 位作者 轩大洋 王晓振 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2015年第12期8-11,共4页
为提高充填采煤效率、降低充填成本,结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发了覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术。基于覆岩关键层结构设计合理的工作面采宽并在相邻工作面间留设一定宽度的隔离煤柱,通过地面钻孔对采动覆岩高压注浆充填... 为提高充填采煤效率、降低充填成本,结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发了覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术。基于覆岩关键层结构设计合理的工作面采宽并在相邻工作面间留设一定宽度的隔离煤柱,通过地面钻孔对采动覆岩高压注浆充填,在工作面中部形成一定宽度的压实支撑区,与隔离煤柱联合控制覆岩关键层结构的稳定性,从而减小地表下沉,实现不迁村采煤。该技术已在淮北矿区8个煤矿的12个压煤采区得到成功应用,累计采出建筑物下压煤780余万t。 展开更多
关键词 建筑物下采煤 覆岩隔离注浆充填 关键层 部分充填 绿色开采
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岩层移动离层演化规律及其应用研究 被引量：125
13
作者 许家林 钱鸣高 金宏伟 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期632-636,共5页
通过试验与理论分析 ,对岩层移动过程中的离层位置与离层量、离层动态发育特征及其影响因素进行了深入研究。结果表明 :覆岩离层主要出现在各关键层下 ,覆岩离层最大发育高度止于覆岩主关键层。当相邻两关键层复合破断时 ,尽管上部关键... 通过试验与理论分析 ,对岩层移动过程中的离层位置与离层量、离层动态发育特征及其影响因素进行了深入研究。结果表明 :覆岩离层主要出现在各关键层下 ,覆岩离层最大发育高度止于覆岩主关键层。当相邻两关键层复合破断时 ,尽管上部关键层的厚度与硬度比下部关键层大 ,其下部也不会出现离层。关键层初次破断后的离层区长度和最大离层量仅为关键层初次破断前的2 5 %～ 3 3 %。因此 ,离层区充填应在关键层初次破断前进行 ,并保持关键层不破断。针对目前覆岩离层区充填工艺不能阻止覆岩关键层初次破断的问题 ,提出了离层区充填与留设煤柱相结合的“覆岩离层分区隔离充填减沉法” 。 展开更多
关键词 岩层移动 关键层 离层 离层区充填 绿色开采
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采场大面积压架冒顶事故防治技术研究 被引量：40
14
作者 许家林 朱卫兵 +1 位作者 鞠金峰 王晓振 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2015年第6期1-8 47,47,共9页
针对我国煤矿长壁工作面大面积压架冒顶事故时有发生,严重影响矿井安全高效生产的问题,通过案例调研、现场实测、模拟试验与理论分析,对我国采场大面积压架冒顶事故发生条件、发生机理及其防治对策进行深入系统的研究。结果表明:除坚硬... 针对我国煤矿长壁工作面大面积压架冒顶事故时有发生,严重影响矿井安全高效生产的问题,通过案例调研、现场实测、模拟试验与理论分析,对我国采场大面积压架冒顶事故发生条件、发生机理及其防治对策进行深入系统的研究。结果表明:除坚硬顶板引起的大面积压架冒顶事故外,浅埋煤层开采、松散承压含水层下开采、特大采高开采等三类条件是我国煤矿近年来采场大面积压架冒顶事故的多(易)发条件;覆岩关键层破断结构因其上覆载荷过大而滑落失稳是造成上述三类条件下采场大面积压架冒顶的根源;根据具体开采条件下的覆岩关键层结构特征进行危险区域的预测是大面积压架冒顶灾害防治的前提,设计合理的支架工作阻力是防治压架冒顶的有效技术措施,但部分条件下单纯依靠提高支架工作阻力来防治大面积压架冒顶灾害仍难以实现,还需实施其他措施进行防范。 展开更多
关键词 特大采高 浅埋煤层 松散承压含水层 压架冒顶 关键层
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邻近松散承压含水层开采工作面压架机理与防治 被引量：70
15
作者 许家林 蔡东 傅昆岚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第12期1239-1243,共5页
采用实测和实验模拟方法,就松散承压含水层下薄基岩采场压架事故的机理与防治进行了深入研究.结果表明:直接赋存在基岩顶界面上的松散承压含水层的水位在采场压架时迅速下降,证明松散承压含水层下部的基岩是整体破断下沉的.由于松散承... 采用实测和实验模拟方法,就松散承压含水层下薄基岩采场压架事故的机理与防治进行了深入研究.结果表明:直接赋存在基岩顶界面上的松散承压含水层的水位在采场压架时迅速下降,证明松散承压含水层下部的基岩是整体破断下沉的.由于松散承压含水层的载荷传递作用,导致薄基岩条件覆岩关键层易产生复合破断,引起基岩的整体破断和砌体梁结构的滑落失稳.这是造成华东矿区部分矿井在邻近松散承压含水层开采时工作面发生压架事故的根本原因.最后提出了松散承压含水层下薄基岩采场压架防治对策. 展开更多
关键词 松散承压含水层 薄基岩 关键层 复合破断 压架事故
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基于岩层移动的“煤与煤层气共采”技术研究 被引量：113
16
作者 许家林 钱鸣高 金宏伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期129-132,共4页
研究了岩层移动对煤层气卸压运移的影响,结果证明,覆岩关键层的破断运动对邻近层煤层气涌出的动态过程起控制作用;覆岩主关键层位置将决定下保护层可能的最大卸压高度.
关键词 岩层移动 煤与煤层气共采 关键层 绿色开采
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浅埋煤层开采压架类型 被引量：102
17
作者 许家林 朱卫兵 鞠金峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1625-1634,共10页
浅埋煤层长壁开采工作面矿压显现有时很强烈,在支架工作阻力和支护强度很大时仍发生严重的压架事故。据不完全统计,神东矿区自2007年以来先后发生十多起严重的压架事故,造成了巨大的经济损失。压架灾害是目前影响神东矿区浅埋煤层安全... 浅埋煤层长壁开采工作面矿压显现有时很强烈,在支架工作阻力和支护强度很大时仍发生严重的压架事故。据不完全统计,神东矿区自2007年以来先后发生十多起严重的压架事故,造成了巨大的经济损失。压架灾害是目前影响神东矿区浅埋煤层安全高效开采的重要因素之一。为了有效防治压架灾害,通过大量的工程实测,并结合模拟实验和理论分析,对神东矿区浅埋煤层开采压架机理与类型开展了系统深入的研究,结果表明:当浅埋煤层覆岩呈现复合单一关键层结构和上煤层已采单一关键层结构时,在下列4类特定条件下上覆岩层直至地表的荷载易直接作用到该单一关键层结构上,导致关键层结构的滑落失稳,引发工作面压架:1厚风积沙复合单一关键层条件;2过沟谷地形上坡段条件;3采出上覆集中煤柱条件;4上覆房采煤柱下开采条件。揭示了上述4类条件下关键层结构失稳机制与压架机理,并提出了相应的防治对策,指导了神东矿区浅埋煤层开采压架灾害的防治实践。 展开更多
关键词 浅埋煤层 压架灾害 关键层 神东矿区
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深部开采覆岩关键层对地表沉陷的影响 被引量：59
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作者 许家林 连国明 +1 位作者 朱卫兵 钱鸣高 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期686-690,共5页
通过工程实例和数值模拟实验,就深部开采覆岩关键层对地表沉陷的影响进行了研究,结果表明,对于倾斜煤层而言,开采深度的增大意味着基岩厚度的增加,从而引起深部开采覆岩关键层层数一般多于浅部开采,深部开采覆岩主关键层位置距开采煤层... 通过工程实例和数值模拟实验,就深部开采覆岩关键层对地表沉陷的影响进行了研究,结果表明,对于倾斜煤层而言,开采深度的增大意味着基岩厚度的增加,从而引起深部开采覆岩关键层层数一般多于浅部开采,深部开采覆岩主关键层位置距开采煤层的距离一般大于浅部开采.正是由于受深部开采覆岩主关键层位置的改变和覆岩关键层层数增多的影响,导致了深部与浅部开采地表沉陷特征的差异. 展开更多
关键词 深部开采 关键层 地表沉陷 岩层移动 绿色开采
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采动覆岩卸荷膨胀累积效应的影响因素 被引量：14
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作者 许家林 秦伟 +4 位作者 陈晓军 胡国忠 谢建林 王晓振 朱卫兵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期115-127,共13页
采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程,将覆岩卸荷膨胀总量随卸荷高度及承受载荷不断累积而发生动态变化的现象称为采动覆岩卸荷膨胀累积效应。采动覆岩卸荷膨胀累积效应是岩层移动过程中的自然现象,对岩层移动规律具有重要影响。... 采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程,将覆岩卸荷膨胀总量随卸荷高度及承受载荷不断累积而发生动态变化的现象称为采动覆岩卸荷膨胀累积效应。采动覆岩卸荷膨胀累积效应是岩层移动过程中的自然现象,对岩层移动规律具有重要影响。基于修正后的采动覆岩卸荷膨胀累积效应力学模型,以山西赵庄煤矿1311工作面内部岩层移动实测结果为基础,针对采高、采深和岩性对采动覆岩卸荷膨胀累积效应的影响开展了理论研究。结果表明:采动覆岩卸荷膨胀总量主要由垮落带和裂隙带的塑性膨胀与主关键层下部弯曲下沉带的弹性膨胀所组成,其中垮落带的塑性膨胀占比最大,弯曲下沉带的弹性膨胀占比最小。采动覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度的逐步增大呈现先增大到峰值后再逐步减小的过程,当覆岩主关键层破断后,弯曲下沉带的弹性膨胀量降为0,此时覆岩卸荷膨胀总量达到最小值,为覆岩残余膨胀量。采高对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同采高条件下垮落带与裂隙带高度不同。覆岩卸荷膨胀总量随采高的增大而增加,当采高由2.5 m增大至10.5 m时,卸荷膨胀总量峰值和残余碎胀量均增大3倍以上。与采高相比,采深变化一般不会改变垮落带与裂隙带高度,采深对覆岩卸荷膨胀总量峰值影响较小。采深对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同采深条件下覆岩残余膨胀量的不同,覆岩残余膨胀量随采深增大而减小,当采深由496.6 m增加至896.5 m时,覆岩残余膨胀量减少了32.5%。岩性对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同岩性碎胀煤岩被压实的难易程度不同,覆岩卸荷膨胀总量随岩性的变硬而增加。当初始切线模量和弹性模量由降低50%到增大50%时,覆岩卸荷膨胀总量峰值增加4.3%,但覆岩残余膨胀量增加110%。覆岩残余膨胀量决定了地表下沉系数大小,因此,覆岩卸荷膨胀累积效应可影响地表下沉系数变化规律。采高对地表下沉系数的影响并非单调线性的,下沉系数随采高增大是微量减小还是微量增大取决于关键层位置对裂隙带高度的影响情况。在充分采动条件下,由于塑性膨胀区残余膨胀量随采深增大而减小,下沉系数随采深增大而增大。当岩性由软变硬时,塑性膨胀区越不易被压缩,地表下沉系数相应减小。 展开更多
关键词 卸荷膨胀累积效应 关键层 岩层移动 下沉系数 绿色开采
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基于DMD的红外场景模拟器图像数据传输和分割存储方法 被引量：11
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作者 许家林 王晓东 +2 位作者 李丙玉 王鹤 孙强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第9期2622-2626,共5页
分析了DMD型红外场景模拟器相较电阻阵型在半实物仿真实验中没有广泛应用的原因。通过分析发现DMD型模拟器的数据传输带宽的大小和外同步触发延时长短对系统的实时性都有影响,并且指出图像接口的数据传输带宽高于有效带宽2倍时才能满足... 分析了DMD型红外场景模拟器相较电阻阵型在半实物仿真实验中没有广泛应用的原因。通过分析发现DMD型模拟器的数据传输带宽的大小和外同步触发延时长短对系统的实时性都有影响,并且指出图像接口的数据传输带宽高于有效带宽2倍时才能满足系统仿真的高实时性要求。设计了满足实时性要求的专用千兆网的硬件,具有极小的延时时间并且满足UDP/IP协议的数据传输软件和有利于DMD灰度显示高实时性的图像分割和存储的方法。实验验证了该方法能够传输100 Hz以上的分辨率为1024×768的8位灰度图像,而外同步触发信号与系统播放开始信号延时仅为70μs,并具有良好的稳定性。 展开更多
关键词 半实物仿真 红外场景模拟器 DMD 千兆网 位平面
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