厚煤层分层开采矸石充填液压支架研究与应用

1

作者 刘建功 张定堂 +2 位作者 牛旭军 李帅 赵家巍 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期51-56,共6页

根据山西华晟荣煤矿有限公司3100工作面赋存条件,结合厚煤层分层矸石充填开采工艺特点,设计了一种四柱支撑掩护式矸石充填液压支架。根据实际生产条件,分别对直接顶载荷、基本顶载荷以及上分层充填体载荷进行了分析计算,得出支架支护强... 根据山西华晟荣煤矿有限公司3100工作面赋存条件,结合厚煤层分层矸石充填开采工艺特点,设计了一种四柱支撑掩护式矸石充填液压支架。根据实际生产条件,分别对直接顶载荷、基本顶载荷以及上分层充填体载荷进行了分析计算,得出支架支护强度应大于0.424 MPa,最终确定充填液压支架型号为ZC5000/19/34D,支架伸缩比为1.8。介绍了矸石充填液压支架结构组成和主要技术参数,并对夯实机构结构和功能以及后部刮板输送机吊挂机构进行了详细阐述,优化设计后的后部刮板输送机吊挂机构能够有效缩短后顶梁设计长度,提高后部支护强度6%以上,有效预防充填前顶板下沉。通过实际应用表明,矸石充填液压支架夯实机构可以覆盖后部采空区,通过推压密实保证充填体的密实度,能够有效支撑上覆岩层,达到控制顶板、减少地表下沉的效果。 展开更多

关键词 液压支架 分层开采 矸石充填 夯实机构

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煤矿矿区地面生态环境特征模型及损伤阈值界定研究 被引量：1

2

作者 张健 黄辉 +3 位作者 赵家巍 周平平 白冰 王紫鑫 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期32-39,共8页

煤矿开采活动对地表的主要扰动包括地表变形、水资源变化和环境污染,可能导致地裂缝、塌陷坑、地下水位下降及煤矸石污染等问题。为阐明矿区地表生态系统的构成及其各要素之间的相互作用,提出了生态损伤阈值设定方法,介绍了涵盖土地利... 煤矿开采活动对地表的主要扰动包括地表变形、水资源变化和环境污染,可能导致地裂缝、塌陷坑、地下水位下降及煤矸石污染等问题。为阐明矿区地表生态系统的构成及其各要素之间的相互作用,提出了生态损伤阈值设定方法,介绍了涵盖土地利用类型、景观格局、植被覆盖度、物种多样性、地表水系等综合量化指标体系。通过遥感技术和实地调查相结合的形式,形成了矿区地表生态评价模型,针对矿区地表建筑物、道路、农田等关键区域的生态损伤阈值的设定提出见解。以冀中能源股份有限公司邢东矿开采为例,分析地表生态元素特征及损伤保护模型,展示了该技术理念的应用优势。基于研究结果,采用合理阈值和动态监测能够有效减少矿区生态环境的破坏,促进资源开发与环境保护的协调发展,实现矿区生态系统的可持续发展。 展开更多

关键词 煤炭开采 生态环境模拟 植被损伤 保护阈值

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煤矿立体生态矿山建设技术研究

3

作者 刘建功 张党育 +4 位作者 谢国强 卢新明 刘扬 杨军辉 赵家巍 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期2-11,共10页

从我国煤炭行业的绿色发展现状出发,分析了煤矿生态建设过程中地面治理与井下开采未能有效融合的问题,提出了立体生态保护与环境重塑的理论框架,将地面生态环境与井下开采作为一个整体系统进行统一规划、保护和重构,研究各生态要素间的... 从我国煤炭行业的绿色发展现状出发,分析了煤矿生态建设过程中地面治理与井下开采未能有效融合的问题,提出了立体生态保护与环境重塑的理论框架,将地面生态环境与井下开采作为一个整体系统进行统一规划、保护和重构,研究各生态要素间的相互作用关系,揭示系统的动态秩序规则和结构演化机理,构建立体生态聚类决策模型。基于“源头规划和过程控制”的理念,强调在采前统一规划、采中同步治理和修复,加强资源开采与过程修复的耦合与优化调整机制,推动新材料、新技术和新方法与生态修复技术的融合,实现立体保护、系统修复和综合治理。以邢东矿区为例,根据井下地质构造分布及地表生态功能进行融合划分,每个采区对应不同的地表生态保护对象,采取针对性的工艺设计模式,如“全区连续充填开采”“协调开采+地面修复”“开采充填开采”的间隔采充工艺模式等,经过持续的科技创新,形成了矿井立体生态生产模式,最大限度地减少了对生态环境的干扰,增加了煤矸石固废的回收复用,实现了煤矿区立体生态建设的集群式效应。 展开更多

关键词 绿色开采 立体生态 环境重塑 井上下协同设计 智能化充填

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邢东矿立体生态与环境重构协同设计与实践

4

作者 张杰 杨军辉 +4 位作者 邢世坤 牛小森 孙建 吴俊 赵家巍 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期40-50,共11页

邢东矿区位于华北平原,地势平坦,生态环境保护呈现敏感性、层次性和多元性。为减少煤炭开采对环境的负面影响,通过详尽的地质勘探和科学规划,邢东矿采用多种采矿技术和生态保护措施,实现了矿区生态环境的有效保护和重构。详细介绍了地... 邢东矿区位于华北平原,地势平坦,生态环境保护呈现敏感性、层次性和多元性。为减少煤炭开采对环境的负面影响,通过详尽的地质勘探和科学规划,邢东矿采用多种采矿技术和生态保护措施,实现了矿区生态环境的有效保护和重构。详细介绍了地表生态保护与环境重构指标、井上下互融系统规划与立体设计、各采区的开采工艺设计及实施效果。通过创新矿山规划和技术应用,邢东矿在资源开发过程中注重生态环境保护,推动了绿色矿山建设和可持续发展模式的形成,取得了显著的社会和经济效益。 展开更多

关键词 立体生态协同设计 生态重构 地表生态保护 常规开采 充填开采

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固体充填开采智能感知及数据融合决策研究与应用

5

作者 王毅颖 张冬一 +1 位作者 杨军辉 赵家巍 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期67-72,共6页

随着大数据、人工智能等技术和煤炭行业的深度融合,智能化充填采煤是充填开采发展的未来方向和必然选择。针对智能化充填采煤,构建了包含泛在感知、网络、数据、平台层的智能化充填开采系统架构,建立了涵盖煤矿地质变化、充填采煤过程... 随着大数据、人工智能等技术和煤炭行业的深度融合,智能化充填采煤是充填开采发展的未来方向和必然选择。针对智能化充填采煤,构建了包含泛在感知、网络、数据、平台层的智能化充填开采系统架构,建立了涵盖煤矿地质变化、充填采煤过程中的多元化感知要素、独立且强实时性的智能感知系统,提出了基于最短距离聚类数据级和D-S证据理论的数据融合和决策方法,为智能化充填开采提供理论依据和技术参考。 展开更多

关键词 固体充填开采 智能化充填采煤 数据融合 D-S证据理论

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充填工作面高效沿充留巷工艺及围岩控制研究

6

作者 吴梦雨 杨军辉 赵家巍 《煤炭与化工》 2025年第1期40-44,109,共6页

针对煤矿井下采充留的高效发展需求,本文从材料、工艺、装备、自动化控制等方面展开了研究,研制了一种新型矿用充填留巷双效型胶凝材料,具有早强快硬特性,适合煤矿井下的恒温恒湿环境及工作面快速推进需求。以固体充填开采工作面为基础... 针对煤矿井下采充留的高效发展需求,本文从材料、工艺、装备、自动化控制等方面展开了研究,研制了一种新型矿用充填留巷双效型胶凝材料,具有早强快硬特性,适合煤矿井下的恒温恒湿环境及工作面快速推进需求。以固体充填开采工作面为基础,推导得出了考虑工作面尺寸、设备参数和工艺过程的采充平行作业推进速度控制模型,用于指导优化充填开采速度、材料性能。研制的机械化高效充填留巷装备对于提高煤矿采充留的效率和安全性具有重要意义。 展开更多

关键词 充填开采 早强快硬 沿充留巷 自动化控制

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煤矿绿色智能开采地质基座的内涵与研究进展

7

作者 邹元春 卢新明 +3 位作者 刘建功 赵家巍 李静 王毅颖 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期23-31,共9页

绿色智能开采是推动国家“双碳”战略实施和绿色矿山高质量发展的关键,而地质数据信息又是煤矿绿色智能开采的基础。提出了煤矿绿色智能开采地质基座概念,对地质基座的科学内涵进行了阐述,其核心是对多源数据的融合分析,利用先进的地质... 绿色智能开采是推动国家“双碳”战略实施和绿色矿山高质量发展的关键,而地质数据信息又是煤矿绿色智能开采的基础。提出了煤矿绿色智能开采地质基座概念,对地质基座的科学内涵进行了阐述,其核心是对多源数据的融合分析,利用先进的地质建模与可视化技术,实现井上下各种精细地质体模型的构建与动态更新,并融合井下灾害相关监测数据,动态构建井下隐蔽属性地质模型,实现地质数据的可视化分析及预测预警等,为煤矿的绿色智能设计、地质保障、精准开采及地质灾害防控预警提供地质基座。此外,对构建地质基座的关键技术进行了介绍,对其研究进展进行了梳理,通过应用实例展现了地质基座的实现过程,同时总结了地质基座目前依然面临的困难,并提出了下一步的研究方向以及应对策略。 展开更多

关键词 地质基座 多源数据 融合分析 动态更新 智能设计 地质保障 精准开采 灾害预警 智能掘进

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深井软岩巷道均衡让压控制技术 被引量：20

8

作者 赵家巍 柏建彪 +3 位作者 卞卡 袁崇亮 王君得 赵红超 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2013年第4期40-44,共5页

针对海石湾煤矿深井软岩巷道支护困难的问题,依据围岩强度强化理论及能量平衡理论对其进行力学分析,采用数值模拟和工业性试验的方法,提出高强预应力均衡让压围岩控制思路。通过在锚杆托盘与螺母之间加装一个恒阻让压管,巷道不同部位的... 针对海石湾煤矿深井软岩巷道支护困难的问题,依据围岩强度强化理论及能量平衡理论对其进行力学分析,采用数值模拟和工业性试验的方法,提出高强预应力均衡让压围岩控制思路。通过在锚杆托盘与螺母之间加装一个恒阻让压管,巷道不同部位的让压管随巷道围岩应力变化产生相应的变形,使巷道围岩处于均衡受力状态。工业性试验表明:锚杆的均衡让压作用可使巷道围岩充分释放初期弹性变形能,并提高支护系统的可靠性,试验巷道25～35d即进入稳定状态,顶板最大位移量为130mm,两帮最大移近量为110mm,断面收缩率降低了50%,解决了海石湾煤矿深井软岩巷道支护难题。 展开更多

关键词 软岩巷道 均衡让压 围岩支护 弹性变形能 耦合结构

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煤矿充填开采连续曲形梁形成与岩层控制理论 被引量：34

9

作者 刘建功 赵家巍 +1 位作者 李蒙蒙 左建平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期383-391,共9页

在充填开采大量工程实践和物理相似试验基础上,提出了充填开采上覆岩层连续曲形梁理论模型,当密实充填率达到一定条件时,顶板不会产生断裂,仅发生弯曲变形,形成连续的曲形梁,能有效地控制关键层的沉降变形。阐述了连续曲形梁的几何特征... 在充填开采大量工程实践和物理相似试验基础上,提出了充填开采上覆岩层连续曲形梁理论模型,当密实充填率达到一定条件时,顶板不会产生断裂,仅发生弯曲变形,形成连续的曲形梁,能有效地控制关键层的沉降变形。阐述了连续曲形梁的几何特征和力学特征,指出了顶板形成连续曲形梁的条件。通过建立力学模型,计算得出了连续曲形梁变形的理论解和便于工程应用的工程解,进一步分析得到连续曲形梁与关键层的量化关系,为密实充填率的设计提供了理论依据。此外,对连续曲形梁的三维模型及其理论解和数值解做了一些有益的分析和探索,揭示了充填开采对岩层变形的控制机理。 展开更多

关键词 连续曲形梁 充填开采 岩层控制 弯曲变形

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煤矿矿区普适性拓展型固体改性充填采煤技术与装备 被引量：12

10

作者 刘建功 赵家巍 +4 位作者 刘扬 杨军辉 史艳楠 王毅颖 陈锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期380-399,共20页

从我国煤炭行业绿色发展趋势和要求出发,分析了煤炭企业对不同充填开采方式选择的考量因素,以及影响充填开采技术推广的制约因素,针对不同矿区地域分布特征和充填需求差异性,划分了煤矿充填开采“保护生态环境优先、保护地面建筑优先、... 从我国煤炭行业绿色发展趋势和要求出发,分析了煤炭企业对不同充填开采方式选择的考量因素,以及影响充填开采技术推广的制约因素,针对不同矿区地域分布特征和充填需求差异性,划分了煤矿充填开采“保护生态环境优先、保护地面建筑优先、处理煤矸固废优先、提高经济效益优先”4类优先原则,提出了“以充填开采作为煤矿保护生态环境的调节工具,建设全过程全息立体生态矿山”的生态开采目标。依据充填开采顶板限定变形力学模型,阐述了影响充填开采目标岩层下沉量的构成因素,构建了生态环境保护、地面建筑保护、矸石固废处置3种充填工程模式下的工作面支护强度计算及覆岩变形控制方程。介绍了我国煤矿普适性充填采煤技术发展现状及发展方向,涵盖散状原矸固体充填、类贫混凝改性充填、矸石混凝土充填、薄煤层充填、区域性保护充填、巷道充填、选充留协同等适应各类煤矿需求的充填采煤技术,详细描述了不同充填技术的材料制备、运输、充填工艺特点及适应性充填装备。为实现煤矿充填智能化,建立了全面的数据感知系统,通过空间规划及充填效果判定来实现从单元到整体充填工作面的智能化过程,结合传感器网络和人工智能算法,实时监测和控制煤矿固体充填过程,提高充填质量和充填效率。煤矿充填开采在我国绿色矿山建设的远景规划中将扮演更加重要的角色,加强基于主动充填的煤矿生产全过程生态矿山建设、普适性充填技术工艺体系构建、新型固体充填材料研制、智能化充填开采研发等4个方向的科技攻关,我国煤矿充填开采会有极为广阔的发展前景。 展开更多

关键词 绿色开采 充填开采 生态保护 智能化充填 立体生态矿山

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充填开采连续曲形梁时空特性研究 被引量：11

11

作者 刘建功 赵家巍 杨洪增 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第1期41-47,共7页

为掌握充填开采采动影响范围内连续曲形梁从形成、发展到稳定过程中的时空特性,对基于力学分析得出的理论解和工程解之中与时间相关的变量进行深入研究,得到了连续曲形梁变形与时间的对数函数关系。进而采用二维相似试验模拟了不同充填... 为掌握充填开采采动影响范围内连续曲形梁从形成、发展到稳定过程中的时空特性,对基于力学分析得出的理论解和工程解之中与时间相关的变量进行深入研究,得到了连续曲形梁变形与时间的对数函数关系。进而采用二维相似试验模拟了不同充填条件下覆岩移动的时空演化过程,描述连续曲形梁位移分布特征及随时间延续的变形规律,从而确定顶板下沉量和下沉速度、充填体压缩及工作面推进速度、连续曲形梁的曲率动态变化与开采速度等各类相关参数之间的时空关系,为深入地理解连续曲形梁在时空维度的力学行为,为充填开采覆岩移动控制工艺提供优化设计依据。 展开更多

关键词 充填开采 时空特性 连续曲形梁 相似材料模拟 覆岩移动控制

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固体充填开采沿空留巷机械化挡矸装备与工艺研究 被引量：2

12

作者 刘佩情 刘建功 +4 位作者 赵家巍 王毅颖 史艳楠 张远辉 司冯淼 《煤炭技术》 CAS 2024年第1期225-228,共4页

针对沿空留巷机械化自动化程度低、工人劳动强度大等问题,设计了沿空留巷机械化挡矸装备,包括沿空留巷挡矸模板移动车和配套液压挡矸模板,并给出了具体的施工工艺。建立了留巷车机械手和液压挡矸模板的静力学模型,获得了机械手和液压挡... 针对沿空留巷机械化自动化程度低、工人劳动强度大等问题,设计了沿空留巷机械化挡矸装备,包括沿空留巷挡矸模板移动车和配套液压挡矸模板,并给出了具体的施工工艺。建立了留巷车机械手和液压挡矸模板的静力学模型,获得了机械手和液压挡杆模板的最大变形量和应力分布,得到了负载状态下机械手末端的位移及速度变化曲线。结果表明:液压挡矸模板在10 MPa的载荷下,整体结构变形较小,具备良好的抗压能力;机械手最大臂展承受2 500 kg负载,整体结构稳定,末端点位移曲线和速度曲线变化平稳并未产生突变,证明了机械手结构参数设计的合理。 展开更多

关键词 充填开采 沿空留巷 挡矸模板移动车 液压挡矸模板 机械手

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深部煤体注水过程中渗流通道演化特征 被引量：21

13

作者 周宏伟 刘泽霖 +4 位作者 孙晓彤 任伟光 钟江城 赵家巍 薛东杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期867-875,共9页

在煤炭开采中,煤层注水可有效防突降尘和防治冲击地压。为了研究深部煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道的演化过程,以平煤十二矿己15-31030工作面的深部煤体为研究对象,通过低场核磁共振成像设备在线测试了3个原煤试样在不同注水压力下... 在煤炭开采中,煤层注水可有效防突降尘和防治冲击地压。为了研究深部煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道的演化过程,以平煤十二矿己15-31030工作面的深部煤体为研究对象,通过低场核磁共振成像设备在线测试了3个原煤试样在不同注水压力下的T_(2)谱和含水量分布情况。通过对不同注水压力下的T_(2)谱进行分析,获得了煤样注水过程中的孔径分布和孔隙结构的演化过程。通过核磁共振成像技术,初步实现了煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道演化的可视化,可更直观地观测煤样注水过程中的动态演化过程,更深入地理解不同煤样T_(2)谱演化过程异同的内在原因。进一步提出了一种根据T_(2)谱进行不同孔径的孔的渗透率贡献度计算方法,定量分析了煤样注水过程中不同孔径的孔对水渗过程的贡献度。并对T_(2)谱进行了孔裂隙的分形维数计算,定量分析煤样孔裂隙的渗流空间含量和异质性。研究发现:平煤十二矿深部煤样注水过程中T_(2)谱表现出三峰特点,中孔、大孔和微裂隙的含量与连通性都大于微孔和小孔,注水过程中渗流通道主要由连通性较好的中孔、大孔和微裂隙构建。煤样注水过程中大孔和微裂隙贡献了99%以上的渗透率;微孔、小孔和连通性较差的孔主要参与储水而不参与运水。注水过程中当煤样孔隙连通性较差,不存在明显的优势渗流通道时,提高注水压力可以使更多的孔隙参与到渗流的过程中;但当煤样中部分孔隙连通性较好形成优势渗流通道时,提高注水压力也很难使更多的孔隙参与到渗流的过程中。在设计煤层注水参数时应特别关注这一现象。 展开更多

关键词 煤层注水 渗流通道 核磁共振成像 可视化 渗透率贡献度 分形维数

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深部承压水上含隐伏构造煤层底板渗流路径扩展规律 被引量：28

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作者 赵家巍 周宏伟 +3 位作者 薛东杰 苏腾 邓慧琳 杨洪增 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1836-1845,共10页

针对邯邢矿区矿井开采深度逐渐加深与采动影响下隐伏构造活化而导致底板奥灰层突水威胁日益加重的问题,研究大采深、高水压条件下含不同隐伏构造类型底板高承压水的始渗条件和渗流路径扩展规律,以确定矿井底板突水条件及重点治理区域。... 针对邯邢矿区矿井开采深度逐渐加深与采动影响下隐伏构造活化而导致底板奥灰层突水威胁日益加重的问题,研究大采深、高水压条件下含不同隐伏构造类型底板高承压水的始渗条件和渗流路径扩展规律,以确定矿井底板突水条件及重点治理区域。从开采扰动、隐伏构造、承压水共同作用角度分析,根据典型突水矿井地质条件及突水原因分析,建立了含隐伏导含水构造的概化力学模型,通过断裂力学理论得出了含水裂隙的起裂条件、抗渗透强度及由主应力表达的裂隙扩展判据,应用弹性力学边界荷载在半无限板内传播的经典求解方法推导得出了采动应力与承压水压力耦合作用下含隐伏构造煤层底板的垂直应力、水平应力和剪切应力表达式,在所得应力分量基础上通过应力张量的不变量求解应力状态方程得到含水裂隙扩展判据中的主应力表达式,以邯邢矿区典型突水矿区地质与开采参数为例进行算例分析,通过编制Matlab计算程序计算得出底板裂隙的扩展路径。进而采用可模拟岩石破裂声发射且裂隙扩展可视化效果较好的RFPA数值软件进行验证分析,再现了底板渗流路径演化过程。理论计算与数值分析结果表明:隐伏构造的局部应力扰动作用影响了渗流路径的扩展方向,使3种类型底板分别呈现出不同的渗流路径,对于完整型底板,渗流裂隙由奥灰承压水层顶界面至采空区两侧边界呈“正八字”形向采空区扩展;对于隐伏陷落柱型底板,渗流裂隙沿陷落柱顶界面呈“倒八字”形向上发散式扩,至底板28 m深度时与采动裂隙贯通而停止扩展,其延线分别指向采空区两侧边界展;而对于隐伏断层型底板,渗流裂隙则沿断层延线的反向扩展,至底板30 m深度时与采动裂隙贯通而停止扩展,其延线指向工作面后方,在底板含水裂隙自下而上与底板采动裂隙自上而下联合扩展作用下最终贯通形成底板奥灰水至采煤工作面的渗流通道。基于理论计算和数值模拟得出的底板承压水渗流路径扩展规律,在实际工程中可结合微震监测技术来实时动态捕捉煤层底板隐伏导含水构造活化的前兆信息,进而实现底板突水路径的预测预报和快速重点区域治理。 展开更多

关键词 大采深 奥灰承压水 隐伏构造 裂隙扩展 渗流路径

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煤矿固体充填采煤技术发展回顾与展望 被引量：48

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作者 刘建功 王翰秋 赵家巍 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期27-38,共12页

介绍了我国煤矿充填开采现状。分析了充填开采上覆岩层运移规律和连续曲形梁形成的基本条件,得出了连续曲形梁和充填密实度与关键层的量化关系;描述了充填材料的制备及运输、固体充填装备、巷道固体充填及工作面固体充填技术的特点及其... 介绍了我国煤矿充填开采现状。分析了充填开采上覆岩层运移规律和连续曲形梁形成的基本条件,得出了连续曲形梁和充填密实度与关键层的量化关系;描述了充填材料的制备及运输、固体充填装备、巷道固体充填及工作面固体充填技术的特点及其工艺。分析了固体充填开采采充平行作业、充填自动控制和煤矿井下"采选充留"一体化的技术装备体系。提出了保证充填长期效果的散装固体改性充填技术方法。认为充填开采要向精准充填开采,建设全过程生态矿山努力。 展开更多

关键词 固体充填 巷道充填 自动化充填 充填体改性 采选充留一体化

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固体充填开采顶板多跨超静定结构分析与充填支架控制作用研究 被引量：15

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作者 刘建功 赵家巍 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期85-93,共9页

为解决不同地质与开采条件下充填支架的关键参数确定问题,以充填开采条件下岩层移动的实际变形形态为基础,将基本顶作为研究对象,建立了基于多跨超静定结构的"顶板-支架-充填体"相互作用力学模型,煤壁和充填体为主要承载体,... 为解决不同地质与开采条件下充填支架的关键参数确定问题,以充填开采条件下岩层移动的实际变形形态为基础,将基本顶作为研究对象,建立了基于多跨超静定结构的"顶板-支架-充填体"相互作用力学模型,煤壁和充填体为主要承载体,充填支架对顶板起限定变形作用,据此建立了连续顶板的力学平衡方程和变形协调方程,在充填支架支撑载荷未知的情况下进行问题的求解,将充填体分布弹性地基支承离散为若干跨等效弹性支承,取单跨隔离体进行分析,建立截面切口形变分量方程,进而推导得出跨间截面切口形变分量的矩阵表达式,得到的n+2个变形协调方程与3个平衡方程构成n+5个求解方程,对应n+5个未知约束,所求问题全部得解;为了更真实地反映顶板载荷的分布,更合理地分析顶板、支架和充填体的相互作用关系,尝试将力学模型与数值模型相结合,改变以往力学模型中将顶板载荷作为均布载荷的简化分析方法,建立与力学模型中充填支架作用和充填体参数一致的数值模型,将数值计算得出的覆岩应力曲线作为顶板载荷q(x),代入"顶板-支架-充填体"相互作用力学模型,由此解出模型中所有支座的反力、梁体内力、梁端弯矩等未知量,从而得出顶板载荷、支架和充填体支撑作用力的相互作用关系,通过具体算例分析了不同充填体弹性地基系数和不同顶板限定变形量条件下双顶梁结构充填支架前顶梁和后顶梁支护强度的变化规律,为充填支架关键参数的确定提供有效依据。 展开更多

关键词 充填开采 连续曲形梁 充填支架 充填体 相互作用

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卸荷煤体分数阶渗透率模型参数探讨及其在渗流模拟中的应用 被引量：6

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作者 赵家巍 周宏伟 +5 位作者 刘泽霖 谢森林 赵文慧 钟江城 史艳楠 王毅颖 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2386-2395,共10页

采动煤体卸荷过程中,因原始及新生裂隙持续扩展而产生损伤破坏,导致渗透率急剧升高,经典煤储层应力-渗透率模型适用范围仅限于煤体线弹性变形阶段,无法反映煤体峰后渗透率的变化规律。借助在描述非线性力学行为方面具备独特优势的分数... 采动煤体卸荷过程中,因原始及新生裂隙持续扩展而产生损伤破坏,导致渗透率急剧升高,经典煤储层应力-渗透率模型适用范围仅限于煤体线弹性变形阶段,无法反映煤体峰后渗透率的变化规律。借助在描述非线性力学行为方面具备独特优势的分数阶导数,通过已有试验和理论分析,基于现有应力-渗透率模型提出的适应于采动卸荷煤体的双参数分数阶渗透率模型,当阶数γ=0时,分数阶渗透率模型退化为经典的S-D模型,表明S-D模型是分数阶渗透率模型的一种特殊情形,当阶数γ=1时,分数阶渗透率模型表现为S-D模型的幂函数形式,展现峰后渗透率的强非线性变化特征,从而将经典S-D渗透率模型的适用范围拓展至峰后阶段。然而,双参数分数阶渗透率模型参数的物理意义不尽明确,为此,根据改进的Mazars损伤准则,获得了煤体卸荷过程中损伤变量的演化规律,借此探讨了所建渗透率模型中2个参数的关系,得到了只含损伤变量D的单参数分数阶渗透率模型,将模型中的静态参数修正为动态参数,符合损伤扩容过程中煤体割理压缩系数不断变化的事实,弥补了现有应力-渗透率模型中所引入的静态参数与损伤变量不关联的缺陷,使其物理意义更加清晰。将分数阶渗透率模型应用于充填采动煤体瓦斯渗流规律数值模拟,获得了充填采动煤体瓦斯渗流规律,提高充填体弹性地基系数,加剧了本层煤的瓦斯突出风险而减小了下层煤向本层煤涌入的采煤工作面瓦斯体积分数。因此,实施充填开采以后,存在利害两面性,特别是对于瓦斯突出矿井,充填前需加强瓦斯突出风险的评估工作。 展开更多

关键词 卸荷煤体 分数阶导数 损伤演化 渗透率模型 充填开采

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煤矿充填开采生态保护绩效测度研究 被引量：4

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作者 王毅颖 顾英 +3 位作者 刘宇轩 赵家巍 李亚鹏 史艳楠 《中国煤炭》 2022年第1期21-26,共6页

充填开采是从源头防治地表沉陷,实现以最小的生态扰动获取煤炭资源的开采方法,但目前尚缺乏对充填开采环境保护效果进行系统评价的方法。为系统评价煤矿充填开采生态环境保护及治理效果,量化环保绩效,以河北省邢东矿充填开采效果为研究... 充填开采是从源头防治地表沉陷,实现以最小的生态扰动获取煤炭资源的开采方法,但目前尚缺乏对充填开采环境保护效果进行系统评价的方法。为系统评价煤矿充填开采生态环境保护及治理效果,量化环保绩效,以河北省邢东矿充填开采效果为研究对象,以AHP和FCE方法为基础,构建出符合地区特色的煤矿充填开采环境保护绩效测度,并采用“需求压力效果响应”思路,设立了含目标层、准则层、评价因素层和指标层4个级别的相关测度指标体系。通过分析结果表明,邢东矿充填开采后的生态环境保护评价结果为优,同时根据评价结果提出了相关的建议。 展开更多

关键词 煤矿充填开采 生态保护 绩效测度 层次分析法 模糊综合评价法

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基于CT三维重构的深部煤体损伤演化规律 被引量：29

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作者 钟江城 王子辉 +3 位作者 王路军 赵家巍 任伟光 周宏伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1482-1494,共13页

为研究不同应力条件下深部煤体损伤演化规律及破坏机理,以平煤十二矿己15-17220工作面的深部煤体为研究对象,进行了单轴压缩的实时CT扫描实验,结合细观统计损伤力学,提出了一种基于CT图像灰度值定义损伤变量的方法,定量分析了煤样单轴... 为研究不同应力条件下深部煤体损伤演化规律及破坏机理,以平煤十二矿己15-17220工作面的深部煤体为研究对象,进行了单轴压缩的实时CT扫描实验,结合细观统计损伤力学,提出了一种基于CT图像灰度值定义损伤变量的方法,定量分析了煤样单轴压缩过程中损伤演化规律。通过CT扫描实验、压汞实验和室内基本力学实验,建立了能够反映固体基质分布的深部非均质煤样的三维数值几何模型,进行了合理的网格划分,确定了不同材料组分的本构模型及其物理力学参数,在位移控制加载条件下开展了煤样单轴压缩的数值模拟,定性研究了煤样单轴压缩过程中的损伤演化规律及破坏机理。进一步,在单轴压缩数值模拟基础上,通过对煤样施加不同的环向应力,进行了5种不同围压条件下煤样三轴压缩的数值模拟,从应力-应变曲线形态、煤样破裂形态及破裂角大小等方面定性分析了三轴压缩条件下深部煤体损伤演化规律。结果表明:单轴压缩数值模拟的应力-应变曲线及损伤演化特征与CT实时扫描实验得到的结果具有较好的一致性。随着轴向应力的逐渐增加,煤样损伤依次经历了零损伤阶段、局部损伤产生阶段、损伤线性和非线性稳定增长阶段和损伤加速增长致使完全破坏阶段。试件最终破坏时其最大剪切应变率区域及塑性区都近似平行或垂直于煤基质和煤杂质的交界面,且损伤发生的两个主破坏面相互垂直。单轴压缩的整个过程煤样主要发生拉伸破坏,屈服应力后由于煤样的不均匀变形才发生剪切破坏。基于CT重构的煤样三轴压缩的数值模拟得到的损伤演化特征和经典的岩石损伤演化的6个阶段能够很好的吻合,煤样主要发生剪切破坏;随着围压的增大,峰值强度、扩容点应力和残余强度均逐渐增大,破裂角逐渐减小,破裂角与围压之间近似呈负线性相关。在数值模拟的网格划分、几何模型建立、材料参数和本构模型的选取以及应力应变的计算方法等方面做出了优化,取得了较好的数值模拟效果,能够消除实验样品差异性带来的影响,且能够直观准确地定性描述单轴和三轴压缩过程中的损伤演化规律。 展开更多

关键词 深部煤体 损伤演化 损伤变量 CT实时实验 单轴压缩 三轴压缩

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邯邢矿区承压水上充填采煤底板渗流规律研究 被引量：2

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作者 王春娟 刘建功 +4 位作者 王金喜 赵家巍 王毅颖 史艳楠 闫善飞 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期140-148,共9页

为了掌握开采参数和充填参数对承压水上采煤工作面底板渗透破坏的影响机制,针对邯邢矿区承压水上安全采煤问题开展研究,基于典型矿井煤层地质赋存特征,建立了承压水上开采水岩耦合概化地质模型,分析了承压水上采场底板力学行为。根据半... 为了掌握开采参数和充填参数对承压水上采煤工作面底板渗透破坏的影响机制,针对邯邢矿区承压水上安全采煤问题开展研究,基于典型矿井煤层地质赋存特征,建立了承压水上开采水岩耦合概化地质模型,分析了承压水上采场底板力学行为。根据半无限板集中荷载和均布条形荷载传播的求解方法及弹性力学叠加原理,获得了采动与水压共同作用下底板应力分布表达式。进而借助MATLAB计算程序,以邯邢矿区开采条件及实测数据为例,得到了有无水压条件下底板应力分布规律,采动应力等值线与奥灰水压力等值线相互交织、互相影响,加剧了对底板变形破坏的影响。进一步计算出了水岩共同作用下底板应力分布和主应力差分布,揭示了承压水上采场底板破坏与充填控制机理。通过散体矸石固体改性试验,得出了掺入自主研发的胶结料后改性充填材料力学性质,其弹性模量范围为30~50 MPa。岩石破裂数值模拟结果显示,当充填体弹性模量增加至50 MPa时声发射事件和累积释放能量明显减少,且采煤工作面底板仅出现少量裂隙并最终被控制在局部范围,不会出现失稳性扩展,充填体的抑制作用与承压水的破坏作用达到平衡状态。研究结果为邯邢矿区准备开展的30 m以内隔水层间距煤层开采提供了前瞻性理论基础。 展开更多

关键词 邯邢矿区 承压水 底板破坏 充填开采 突水

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