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浅埋煤层群开采覆岩垮落及导水裂隙带发育规律研究 被引量:2
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作者 尚慧 柳思航 +2 位作者 甘智慧 苏理想 刘阳 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第2期125-137,共13页
浅埋煤层群井下开采对上覆岩层有较大影响,不仅会加剧地表沉陷,而且可能造成地表和地下水流失,影响生态环境和发展安全。为进一步掌握浅埋煤层群开采过程中覆岩垮落规律和裂隙分布特征,以宁夏石嘴山二矿2^(#)、3^(#)、5^(#)和6^(#)煤层... 浅埋煤层群井下开采对上覆岩层有较大影响,不仅会加剧地表沉陷,而且可能造成地表和地下水流失,影响生态环境和发展安全。为进一步掌握浅埋煤层群开采过程中覆岩垮落规律和裂隙分布特征,以宁夏石嘴山二矿2^(#)、3^(#)、5^(#)和6^(#)煤层为研究对象,分别采用相似材料模拟试验、数值模拟和经验公式计算,分析导水裂隙带发育规律;同时采用相似材料模拟试验方法,分析一次采动和多次采动覆岩垮落规律。研究结果表明:(1)浅埋近距离煤层群开采时,上层煤周期来压步距大于下层;(2)单层煤开采时,上覆岩层垮落以“铰接结构”和“台阶结构”形式出现,两层及多层煤开采时,“铰接结构”稳定性明显降低,垮落结构主要以“台阶结构”稳定在采空区上方;(3)一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次采动时形成“M”形裂隙区,多次采动时形成两个“等腰梯形”裂隙区;(4)导水裂隙带发育高度一次采动时呈平稳增长—缓慢变化趋势,重复采动时,导水裂隙带发育高度则呈快速增长—平稳增长趋势;(5)相似材料模拟试验值及数值模拟结果与实测值较为接近,且均符合煤矿防治水规定。该结果可为类似矿区煤层群高效开采提供参考依据。 展开更多
关键词 煤层群 覆岩垮落 导水裂隙带 相似材料模拟 数值模拟
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特厚煤层采放协调智能群组放煤工艺模型及关键技术研究
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作者 李东印 王祖洸 +5 位作者 王伸 李化敏 彭维平 李红斌 张国澎 张旭和 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期22-33,共12页
目的综放开采是特厚煤层安全高效的开采方法,放煤环境复杂多变、采放协调难度大、放煤工艺及参数受控因素多,导致智能化综放开采尤其是智能放煤控制技术发展较为缓慢。针对特厚煤层综放面群组放煤下的智能化放煤控制难题,方法采用理论... 目的综放开采是特厚煤层安全高效的开采方法,放煤环境复杂多变、采放协调难度大、放煤工艺及参数受控因素多,导致智能化综放开采尤其是智能放煤控制技术发展较为缓慢。针对特厚煤层综放面群组放煤下的智能化放煤控制难题,方法采用理论分析、实验室仿真试验、计算机控制软件研发、现场试验与示范等方法,以“智能群组放煤机理-采放协调控制理论及方法-放煤工艺决策模型-放煤软件现场应用”为主线展开深入研究。结果结果表明:提出多放煤口群组协同放煤方法,以连续群组放煤为例,揭示了多放煤口群组协同放煤下的顶煤放出体和煤岩分界面的空间关系;深入剖析综放工作面的采放协调关系及群组放煤逻辑,提出特厚煤层综放面采放协调智能放煤控制理论,构建了综放面采放时间、空间和运能协调控制模型和基于强化学习及隐马尔科夫随机场模型的群组放煤协同控制决策方法,为智能化放煤决策与精准控制提供可靠理论基础;深度融合地质信息与采放工艺参数,建立了综放面多源信息数据库,为智能决策及数字孪生提供数据基础。结论基于群组放煤条件下的采放协调特征,构建了智能放煤决策模型,自主研发智能放煤决策系统(软件),实现了智能放煤工作面年产1500万t。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 智能放煤 采放协调 群组放煤
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近距离煤层群多分支水平井井孔对接控压抽采技术
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作者 陈亮 程志恒 +4 位作者 罗欣 于宏阳 张喆睿 王朋 王向东 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期42-56,共15页
为解决近距离煤层群准备区地面井抽采时间长、井下钻孔难以衔接导致矿井抽-掘-采整体失衡、产能受限的问题,以山西吕梁沙曲井田为例,通过理论分析、数据统计得出井田地质构造、水动力条件对煤层气成藏的影响,煤层气储层特征及含气性分... 为解决近距离煤层群准备区地面井抽采时间长、井下钻孔难以衔接导致矿井抽-掘-采整体失衡、产能受限的问题,以山西吕梁沙曲井田为例,通过理论分析、数据统计得出井田地质构造、水动力条件对煤层气成藏的影响,煤层气储层特征及含气性分布。基于不同条件下多分支水平井抽采效果数值模拟分析确定了分支形态、长度、间距、数量及角度的合理参数;建立了多分支水平井与井下钻孔对接的三维数学模型,给出二者相对距离及角度的解析解,并根据钻井测斜、综合录井保障井身轨迹控制和精准钻进,结合井下深孔固孔工艺及装置,确立了井孔高效对接的整套流程,进而提出先正压后负压的控压抽采工艺,且研发了孔口高压缓冲罐、多级气渣分离罐成套装置,并阐明其关键参数及工作原理。同时,构建了该技术应用转化效果的综合评价函数,确立由准备区转向生产区过程的安全、效益及转化三维动态评价指标及临界值。研究结果表明:①确定羽状、混合型分支井分别适用于准备区和生产区,分支长度300~400 m,分支数量为4~8个、分支与主支夹角30°为宜;对接抽采前期正压为0.5 MPa,后期抽采负压为20 kPa;②五采区试验区内井孔对接抽采的单井日产量达到1.3万m^(3)/d,是常规井的3.3倍;区内安全指标均降至临界值以下,3+4号与5号煤层同步消突;吨煤钻孔量较原来降低55%,准备区πz和生产区转化率πs分别为93%、90%,整体转化率为83.7%,煤层气产能提高了465万m^(3)/a,解放优质煤量50万t。 展开更多
关键词 近距离煤层群 多分支水平井 井孔对接 控压抽采 综合评价
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十二烷基型表面活性剂亲水基团对含瓦斯煤润湿的调控行为及机制 被引量:1
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作者 岳基伟 李文琪 +8 位作者 王辰 石必明 尚政杰 申晓静 娄振 郑梦浩 李永鹏 梁跃辉 李阳 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期975-989,共15页
瓦斯和煤尘是制约煤矿安全生产、危害矿工生命健康的两大杀手。煤层注水被广泛用于煤尘防治和瓦斯治理,高瓦斯煤层中瓦斯严重干扰着水分对煤体的润湿,导致含瓦斯煤润湿效果差。十二烷基型表面活性剂(C_(12)H_(25)−[HG])常被用于不含瓦... 瓦斯和煤尘是制约煤矿安全生产、危害矿工生命健康的两大杀手。煤层注水被广泛用于煤尘防治和瓦斯治理,高瓦斯煤层中瓦斯严重干扰着水分对煤体的润湿,导致含瓦斯煤润湿效果差。十二烷基型表面活性剂(C_(12)H_(25)−[HG])常被用于不含瓦斯煤的增润研究,C_(12)H_(25)−[HG]常见的亲水基团([HG])有—OH、—COOH及—SO_(3)H,但其对含瓦斯煤润湿的调控行为及机制不清楚。采用试验及分子动力学模拟的方法展开了研究,C_(12)H_(25)−[HG]溶液与瓦斯之间的表面张力、与含瓦斯煤之间的接触角、界面能,C_(12)H_(25)−[HG]溶液及纯水浸润煤样后官能团的演化规律,疏水位点与水分子的电势差表明,—OH、—COOH及—SO_(3)H亲水基团对含瓦斯煤润湿的调控效果逐渐增加;在表面活性剂溶液−含瓦斯煤微观分子结构模型中,—OH、—COOH及—SO_(3)H亲水基团分别与水分子中氧原子之间的相互作用逐渐增强,其径向分布函数及配位数逐渐增加;—OH、—COOH及—SO_(3)H亲水基团的存在,使得疏水基团与煤分子之间的径向分布函数及配位数呈现出增加的趋势;对于含有—OH、—COOH及—SO_(3)H基团的C_(12)H_(25)−[HG]溶液,水分子的吸附程度逐渐增强、扩散系数逐渐降低,而聚集程度逐渐提高,甲烷分子被置换的程度逐渐增加、甲烷分子扩散系数逐渐增加;水中引入—SO_(3)H亲水基团有助于提升含瓦斯煤的润湿效果。研究结果为高效筛选适用于煤矿瓦斯灾害防治的表面活性剂及揭示煤层注入表面活性水治理瓦斯的机制提供理论指导。 展开更多
关键词 含瓦斯煤 煤层注水 润湿调控 亲水基团 电势
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薄至中厚煤层群矿区采动卸压煤层气抽采井优化设计 被引量:1
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作者 徐昂 桑树勋 +6 位作者 周效志 韩思杰 陈捷 冯云飞 娄毅 颜智华 高为 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期385-399,共15页
利用煤层气井对采煤过程中邻近煤层卸压煤层气抽采是一种高效的瓦斯综合治理与煤层气开发手段。查明采动覆岩应力−裂隙场演化特征,并据此开展煤层气井优化设计是提高卸压煤层气抽采效率的关键。以黔西山脚树煤矿221015工作面为工程场景... 利用煤层气井对采煤过程中邻近煤层卸压煤层气抽采是一种高效的瓦斯综合治理与煤层气开发手段。查明采动覆岩应力−裂隙场演化特征,并据此开展煤层气井优化设计是提高卸压煤层气抽采效率的关键。以黔西山脚树煤矿221015工作面为工程场景和实例,基于地质−工程模型构建与工程数据分析,阐明了覆岩层内及层间应力演化特征,探讨了覆岩裂隙与增渗区分布形态,优化了煤层气井井位部署、井身结构设计及增产措施。研究表明:研究区煤系岩石力学性质频繁强弱交互的地质特征提高了卸压煤层气抽采效果。关键层逐次破断后,工作面上方5~20 m层段为贯通裂隙带,带内富集的大量游离态甲烷可跨层运移产出,为煤层气井主气源带。工作面上方20~45 m层段属弯曲下沉带内微裂隙发育带,具有近2000 m^(3)/d的单层煤产气潜力。该带卸压煤层气以层内运移为主,并积聚了裂隙带煤层气。压实区沿工作面走向的边界切线、压实区沿工作面走向的边界切线与回风巷间的中轴线、裂隙区边界线围成的区域是最有利的井位部署位置。采用高强度水泥固井与扩孔完井的“二开”井或采用筛管悬挂完井的“三开”井井筒稳定性好,可保障煤层气井长期抽采工作。优化方案为黔西地区煤矿采动区卸压煤层气抽采井日产气35000 m^(3)的突破提供了技术支撑,显著减弱了工作面瓦斯突出风险。基于多层叠置含煤层气系统的地质特点,“合层压裂排采+采动卸压抽采”的“一井多用”模式可作为“提产增效”的重点研究方向。 展开更多
关键词 薄至中厚煤层群 采动区 覆岩“三带”分布 煤层气井优化设计
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废弃矿井可采煤层群瓦斯资源特征及其应用
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作者 陶雪峰 石必明 +7 位作者 岳基伟 梁跃辉 钟珍 张海卿 梅文强 薛勇林 彭杰 张铖铖 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期161-173,共13页
受产能过剩、资源保护、国际环境等因素影响,两淮地区关闭煤矿数量较多,但废弃矿井可利用资源丰富多样,废弃矿井瓦斯资源二次开发利用对当前社会发展具有现实意义。针对废弃矿井瓦斯资源开发中的瓦斯资源量准确预测问题,通过分析废弃矿... 受产能过剩、资源保护、国际环境等因素影响,两淮地区关闭煤矿数量较多,但废弃矿井可利用资源丰富多样,废弃矿井瓦斯资源二次开发利用对当前社会发展具有现实意义。针对废弃矿井瓦斯资源开发中的瓦斯资源量准确预测问题,通过分析废弃矿井瓦斯的储集空间和含量特征,提出邻近上下采空区覆岩垮落裂隙空间分布形态近似2个“上下串联梯形体”;构建“先固后气−双源分步”理念(首先分水平、分块段预测剩余煤炭资源量和可采煤炭储量;其次利用分水平、分块段的煤炭资源量结合煤层瓦斯含量,预测瓦斯资源量)的废弃矿井瓦斯资源量评估模型和方法。运用建立的评估模型和方法,对淮南潘一矿废弃矿井13个可采煤层进行了剩余煤炭资源量、可采煤炭储量和瓦斯资源量的分水平、分块段的评估,采空区游离瓦斯资源量采用瓦斯卸压运移“新三带”理论,计算了13–1煤层部分采空区工作面的采空区、垮落带、导气裂隙带的游离态瓦斯资源量,采用地面L型试验井抽采了采空区下部瓦斯。研究表明:“上下串联梯形体”贯通的采空区体积大于未贯通的采空区体积;该矿剩余煤炭资源量为85981×10^(4)t,可采煤层煤炭资源量44499×10^(4)t,剩余煤炭资源量下的瓦斯资源量为42.690334×10^(8)m^(3),可采煤炭储量下的瓦斯资源量为22.397501×10^(8)m^(3),采空区游离态瓦斯资源量为5612.868585×10^(4)m^(3),抽采瓦斯总量为1209.5×10^(4)m^(3),潘一矿瓦斯资源规模较大,瓦斯资源丰富,抽采效果良好,为废弃矿井瓦斯资源利用提供方向。 展开更多
关键词 废弃矿井 可采煤层群 煤炭资源 瓦斯资源 资源量预测
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基于地震槽波多频联合应用的煤层厚度预测方法
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作者 仇念广 焦文杰 +4 位作者 金明方 赵红利 姚小帅 张万鹏 李庆斌 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期265-276,共12页
地震槽波基于频散理论,利用某一频率或带通滤波的频段,在一定程度上虽然可以反演回采工作面的煤层厚度分布情况、圈定薄煤区,但是工作面煤层厚度的复杂多变,使得地震槽波实际与理论频散特征之间存在明显差异,进而降低了预测煤层厚度的... 地震槽波基于频散理论,利用某一频率或带通滤波的频段,在一定程度上虽然可以反演回采工作面的煤层厚度分布情况、圈定薄煤区,但是工作面煤层厚度的复杂多变,使得地震槽波实际与理论频散特征之间存在明显差异,进而降低了预测煤层厚度的准确性与精度。为进一步提升地震槽波预测煤层厚度的水平,基于“群速度–煤层厚度–频率”的理论关系,利用群速度随频率的变化、各阶导数及其曲线,由二阶、三阶和四阶导数分别计算出不同煤层厚度的敏感频率、窄频带敏感频段和宽频带敏感频段,并反算出不同敏感频率可预测的煤层厚度及其范围。利用多个敏感频率加权重构和敏感频段,提出了基于地震槽波多频联合应用的煤层厚度预测方法。针对试验工作面,以巷道揭露平均煤层厚度所对应的147 Hz敏感频率、123~172 Hz窄频带敏感频段和103~188 Hz宽频带敏感频带的群速度,反演工作面的煤层厚度;同时结合槽波有效频段和巷道主要揭露煤层厚度的范围,以各煤层厚度的占比为权重因子,将各煤层厚度敏感频率的群速度进行加权重构,再以此多频加权重构群速度预测工作面煤层厚度;单一敏感频率、窄频带敏感频段、宽频带敏感频段和多频加权重构预测的煤层厚度分布趋势与实际回采情况基本一致,较好地圈定出厚煤区与薄煤区;4种方法对于偏差不超过20%煤层厚度(0.50 m)的预测精度可分别达到76.15%、83.68%、81.17%和86.62%。结果表明:随煤层厚度的增加,敏感频率与敏感频段均降低,且敏感频段的范围也缩小;随着频率的增加,可预测的最佳煤层厚度变薄,且厚度范围也变小;单一敏感频率、窄频带敏感频段、宽频带敏感频段和多频加权重构均可有效预测工作面煤层厚度,但多频联合应用的敏感频带和多频加权重构相对于单一敏感频率,预测准确率和精度得到了提升,其中多频加权重构的效果最佳。因此,在开展地震槽波预测煤层厚度时,可首选多频加权重构,其次为窄频带敏感频段和宽频带敏感频段,最后为单一的敏感频率。 展开更多
关键词 地震槽波 煤层厚度 频散 群速度 多频 敏感频率 敏感频段
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吐哈盆地台北凹陷水西沟群成烃环境演变对煤系烃源岩分布及煤岩气保存的影响
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作者 赵振宇 张华 +3 位作者 林潼 李攀 尤帆 杨润泽 《石油与天然气地质》 CSCD 北大核心 2024年第6期1755-1771,共17页
吐哈陆相聚煤盆地是中国西部重要的含油气盆地。侏罗系水西沟群发育多套含煤优质烃源岩层,具有多套优质的砂岩储层和煤岩储层,是盆地主要的油气勘探目的层和深层煤岩气战略突破领域。通过研究盆地构造-沉积演化对烃源岩形成的影响以及... 吐哈陆相聚煤盆地是中国西部重要的含油气盆地。侏罗系水西沟群发育多套含煤优质烃源岩层,具有多套优质的砂岩储层和煤岩储层,是盆地主要的油气勘探目的层和深层煤岩气战略突破领域。通过研究盆地构造-沉积演化对烃源岩形成的影响以及微量元素对沉积环境的响应特征,分析了不同类型烃源岩的发育和分布规律,指出了煤岩储层中天然气(煤岩气)保存的有利空间位置。研究认为:①水西沟群沉积时期,构造抬升与沉降作用控制了台北凹陷沉积中心的形成与演化,沉积中心由北向南逐渐迁移;在晚侏罗世末期,北部发生强烈构造抬升,沉积中心继续向腹部迁移并造成东高、西低的地势特征,形成了现今胜北、丘东和小草湖洼陷3个逐渐向东抬升变浅的沉降中心。②沉积中心演化控制凹陷内不同次洼水体深度和盐度的变化。水西沟群八道湾组—三工河组沉积时期水体加深,盐度变小,三工河组—西山窑组沉积时期水体逐渐变浅,盐度增大。泥岩主要位于盆地的北部,具有自西向东加厚的特征。纵向上受古水体盐度的影响,八道湾组—西山窑组有机质类型和丰度具有逐渐变好的趋势。③水西沟群沉积期发生频繁的水体变动,煤形成于水体相对较浅的沉积环境。在八道湾组早期的水进初期阶段、八道湾组晚期和西山窑组早-中期的水退晚期阶段,水体相对较浅,为有利的聚煤环境,是吐哈盆地煤岩发育的主要层段。④在煤的发育区划分了10种不同类型的煤层顶-底板组合,提出了5个有利于煤岩气保存的煤层顶-底板组合类型及其分布位置,这些分布区是下一步煤岩气勘探方向。 展开更多
关键词 成烃环境 微量元素 煤岩顶-底板组合 煤系烃源岩 煤岩气 水西沟群 台北凹陷 吐哈盆地
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倾斜煤层群覆岩“三场”非对称特征及靶向抽采机制 被引量:15
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作者 冉启灿 梁运培 +1 位作者 邹全乐 张碧川 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期177-192,共16页
倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获... 倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获得了覆岩应力演化特征,分析了覆岩位移分布和移动方向特征,阐明了采动裂隙分布特征。进而探究了三场演化规律对瓦斯运移的影响,并开展了定向钻孔瓦斯抽采现场试验进行验证。研究结果表明:倾斜煤层群多重采动下,采动裂隙矩形梯台呈现明显的非对称特征。低位侧覆岩应力变化较大,随开采次数增加,卸压效应更为明显,而高位侧覆岩应力变化较小;结合重力−倾角效应,高位侧覆岩更易破坏,垮落次序优先,呈非对称特征。覆岩位移分布呈非对称特征,高位侧位移显著且移动方向变化较大。高位侧裂隙区网格内采动裂隙频数明显高于低位侧;高位侧裂隙区破断裂隙分布更多,且开度较大;采动裂隙呈“高位扩展−低位压缩”的非对称特征。多重采动使得“三场”非对称特征更为显著。此外,覆岩贯通度存在“慢速减小−快速减小”的现象。基于“三场”演化特征和瓦斯运移的关系,揭示了瓦斯抽采靶向优选机制。结合试验结果,构建了基于“三场”演化规律的裂隙带瓦斯抽采靶点区判定流程。现场瓦斯抽采效果良好,保证了工作面安全高效回采。研究结果为倾斜煤层群卸压瓦斯精准抽采提供了理论参考,旨在提高倾斜煤层群瓦斯抽采量,防止上隅角瓦斯超限,实现倾斜煤层群安全高效开采。 展开更多
关键词 倾斜煤层群 覆岩移动 采动裂隙 非对称特征 瓦斯抽采
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煤层群采动下围岩应力演化规律及协同控制技术研究 被引量:17
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作者 吴少康 张俊文 +6 位作者 徐佑林 宋治祥 张杨 范文兵 董续凯 张际涛 陈志松 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期24-37,共14页
针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸−转−固”协同控制技术。研究结果表明:212回风石门遭... 针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸−转−固”协同控制技术。研究结果表明:212回风石门遭受破坏的主要原因是煤层群采动过程中存在的地质力学问题导致了围岩失稳。巷道底板及两帮在采动过程中产生不同程度的应力集中。当遭受垂直应力挤压时,巷道底部承受的挤压力较大,而顶部围岩承受的拉伸力较大,由于力学不平衡导致围岩的破坏。基于此提出了“卸−转−固”协同控制技术。通过爆破卸压的方式,利用爆破产生的冲击波引起围岩的震动和应力波动,使表层围岩中原本集中的应力分散到更深的围岩区域,降低表层围岩的应力集中程度。同时,利用爆轰和封孔工艺进一步加固卸压孔周围的围岩,形成两个承载结构。即由巷道支护体形成的内承载体和由深部围岩形成的外承载体。两者相互作用有效承受巷道浅部及深部围岩的应力,并转移到支护结构,起到保护和稳定围岩的作用。利用该技术在212回风石门现场试验,结果显示:使用该技术区域应力长期趋于稳定甚至缓慢降低,巷道顶底板及两帮移近速率分别降低了74.49%及47.67%,底鼓量降低了77.2%。而未使用该技术区域应力出现不同程度的上升,表面位移收敛严重。由此可得,围岩控制效果显著。该技术已成功推广到贵州其他不同地质环境的煤矿,均取得了显著效果。 展开更多
关键词 煤层群 采动应力 底鼓 巷道支护 “卸−转−固”协同控制技术
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煤层群叠加开采覆岩裂隙演化及卸压瓦斯抽采研究 被引量:2
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作者 侯建军 程志恒 +5 位作者 赵哲辰 陈亮 康宁 王恩 杨正凯 李春元 《煤炭工程》 北大核心 2024年第9期78-85,共8页
针对采动裂隙带卸压瓦斯抽采效果不佳导致的工作面上隅角瓦斯超限的问题。以赵家寨煤矿11210工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验方法,研究了煤层群叠加开采对上覆岩层采动裂隙的演化特征,并通过现场验证确定了瓦斯抽采的最优层位。... 针对采动裂隙带卸压瓦斯抽采效果不佳导致的工作面上隅角瓦斯超限的问题。以赵家寨煤矿11210工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验方法,研究了煤层群叠加开采对上覆岩层采动裂隙的演化特征,并通过现场验证确定了瓦斯抽采的最优层位。结果表明:煤层群叠加开采过程中,在卸压区域外,形成了较大的应力集中,在卸压保护范围内,应力集中现象不明显,且应力峰值小于二1煤层原始应力;煤层群叠加开采引起了采场上覆岩层的叠加卸压,使上覆岩层的位移场发生了叠加变化,岩层最大下沉量进一步增加;煤层群叠加开采结束后,采空区上覆岩层中部岩层被压实,两端岩层裂隙较为发育,形成了一定范围的裂隙发育区。通过现场试验,确定了裂隙带定向长钻孔合理层位的选择,并在现场进行钻孔监测,验证了物理相似模拟结果的合理性。 展开更多
关键词 煤层群开采 覆岩裂隙 相似模拟 定向长钻孔
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强突煤层群非连续开采应力叠加特征与瓦斯分区精准防治 被引量:3
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作者 王亮 郑思文 +2 位作者 陆壮 蒋长宝 刘超 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期934-945,共12页
随着浅部煤层及易开采煤层资源的日渐枯竭,许多老旧矿井由于煤层复杂瓦斯赋存情况及前期不合理的采掘规划,后续开采的邻近层工作面受应力叠加影响,瓦斯治理困难。以芦岭煤矿Ⅱ944工作面为研究对象,利用数值模拟方法分析了上下突出邻近... 随着浅部煤层及易开采煤层资源的日渐枯竭,许多老旧矿井由于煤层复杂瓦斯赋存情况及前期不合理的采掘规划,后续开采的邻近层工作面受应力叠加影响,瓦斯治理困难。以芦岭煤矿Ⅱ944工作面为研究对象,利用数值模拟方法分析了上下突出邻近层非连续回采后遗留煤柱形成的工作面叠加应力分布状态,通过理论分析获得应力集中区渗透率分布特征,基于此提出了“灾害分区,精准防治”关键技术。研究结果表明:Ⅱ944工作面应力分布呈现非连续时空分区分布状态,上下邻近层先后回采留设煤柱的时空顺序发生变化时,会导致中间煤层的低应力集中区转变为强显现的应力集中区、卸压区转变为应力集中区,因此,可将这些区域划分为卸压区、局部卸压区和应力集中区。应力集中区的最大垂直应力达到102MPa,渗透率大幅降低。瓦斯治理前最大煤层瓦斯压力3MPa、最大瓦斯含量16.72m^(3)/t。依据应力分布、渗透率及瓦斯赋存特征,制定了针对性的分区精准瓦斯治理技术,形成保护层卸压-水力造穴-网格式预抽协同治理的工作面瓦斯精准治理模式;局部卸压区域通过网格式穿层钻孔预抽后瓦斯压力降低至0.18MPa,瓦斯含量降低至2.45m^(3)/t。应力集中区域通过水力造穴及网格式穿层钻孔预抽后瓦斯压力降低至0.15MPa,瓦斯含量降低至2.50m^(3)/t。整个回采期间未发生瓦斯超限事故,实现了非连续开采诱致叠加应力分布下的安全高效开采。上述研究对指导突出煤层群复杂工程条件的瓦斯精准治理工作具有重要意义。 展开更多
关键词 煤层群 应力集中 瓦斯抽采 瓦斯分区治理 煤与瓦斯突出
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低透气性突出煤层群首采层水力割缝卸压抽采技术研究 被引量:5
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作者 邹军 《中国煤炭》 北大核心 2024年第6期52-58,共7页
针对中近距离松软低透气性突出煤层群抽采防突难题,以皖北矿区任楼煤矿突出煤层群瓦斯地质条件为工程背景,在对松软煤层水力割缝卸压增透机制、首采层割缝工艺参数等研究的基础上,提出了首采层煤巷条带水力割缝卸压增透、煤层群瓦斯联... 针对中近距离松软低透气性突出煤层群抽采防突难题,以皖北矿区任楼煤矿突出煤层群瓦斯地质条件为工程背景,在对松软煤层水力割缝卸压增透机制、首采层割缝工艺参数等研究的基础上,提出了首采层煤巷条带水力割缝卸压增透、煤层群瓦斯联合抽采的综合治理技术,优化了钻孔布置方式,并进行了工程应用。结果表明:割缝实施后钻孔的瓦斯抽采浓度、单孔日均抽采纯量分别是常规钻孔的4.27倍、3.94倍,煤层透气性提高了22~31倍,首采层72号煤层割缝后的防突有效半径可提高至5 m以上,检验抽采半径5 m处的瓦斯含量指标为4.13 m 3/t,在有效解决首采层煤巷条带瓦斯灾害的同时,钻孔工程量降低了2/3以上。 展开更多
关键词 中近距离突出煤层群 水力割缝 卸压增透 高效抽采
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近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究 被引量:5
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作者 倪廉钦 李忠备 +3 位作者 高杰 付光胜 张晓玉 袁安营 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期70-77,共8页
为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究... 为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。 展开更多
关键词 近距离薄煤层群 裂隙发育 协同抽采 超大直径顺层钻孔 顶板定向长钻孔 埋管抽采
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覆岩应力-漏风综合影响下浅埋煤层群下煤层开采巷道布置研究 被引量:1
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作者 高奎英 张翔 +2 位作者 王乙桥 罗国栋 李兆熙 《中国煤炭》 北大核心 2024年第8期62-71,共10页
针对浅埋近距离煤层群上部遗留煤柱影响下的下部工作面巷道合理布置位置确定问题,以活鸡兔井为例,采用离散元方法(DEM)模拟研究了遗留煤柱底板应力分布与上、下煤层开采采空区裂隙发育特征。结果表明:12号煤层开采过后,22号煤层水平距... 针对浅埋近距离煤层群上部遗留煤柱影响下的下部工作面巷道合理布置位置确定问题,以活鸡兔井为例,采用离散元方法(DEM)模拟研究了遗留煤柱底板应力分布与上、下煤层开采采空区裂隙发育特征。结果表明:12号煤层开采过后,22号煤层水平距上覆煤柱20 m内为垂向应力与主应力差增高区,22号煤层水平应力在区段煤柱内侧较低;下煤层巷道布置采用外错式与重叠式时,巷道两侧围岩主应力差较大,且外错式与重叠式布置方式下22号煤层工作面开采时夹层与上部老空区覆岩二次运移剧烈,采空区两侧斜向裂缝带发育与贯通较好;采用内错式,巷道两侧围岩主应力差随与煤柱距离增大先降低、后升高,在距煤柱25~35 m处主应力差达到最低,且该布置方式下上部采空区覆岩沉降均衡,裂缝带闭合性较好,极大阻止了地表与层间贯通漏风通道的发育。 展开更多
关键词 近距离煤层群 浅埋煤层 离散元方法 巷道布置 漏风通道 裂隙发育
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缓倾斜煤层群开采辅助运输系统改造及开拓优化设计 被引量:1
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作者 郭振亮 李树峰 《煤炭工程》 北大核心 2024年第8期7-11,共5页
针对缓倾斜煤层群开发过程中由于辅助提升及运输系统复杂引起的一系列问题,提出以无轨化辅助运输系统为改造目标,以新建缓坡斜井为改造方式,对沙吉海一号矿井进行辅助提升及运输系统改造。结合井筒布置情况,对矿井进行开拓优化设计,采... 针对缓倾斜煤层群开发过程中由于辅助提升及运输系统复杂引起的一系列问题,提出以无轨化辅助运输系统为改造目标,以新建缓坡斜井为改造方式,对沙吉海一号矿井进行辅助提升及运输系统改造。结合井筒布置情况,对矿井进行开拓优化设计,采用缓坡斜井兼做采区辅助运输上山的方式开发煤层群,减少采区个数,延长各采区服务年限,有利于缓解矿井采掘接续紧张的局面。对于新疆地区煤层群开发,沙吉海一号矿井开拓优化思路有一定的借鉴意义。 展开更多
关键词 缓倾斜煤层群 辅助运输 开拓优化 采区接续
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浅埋近煤层群采动“三区”漏风裂隙场时空演化规律数值模拟 被引量:1
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作者 马亮 孟威 +4 位作者 高亮 张壮壮 宋涛 冯雄 夏同强 《中国煤炭》 北大核心 2024年第3期69-79,共11页
浅埋近煤层群采动下,地面采空区工作面“三区”之间易形成连通的漏气通道引发工作面低氧和采空区煤自燃,如何厘清采动效应下浅埋煤层群“三区”漏气通道的时空分布演化规律是有效防控煤自燃和低氧的关键。以陕煤柠条塔煤矿S1232工作面... 浅埋近煤层群采动下,地面采空区工作面“三区”之间易形成连通的漏气通道引发工作面低氧和采空区煤自燃,如何厘清采动效应下浅埋煤层群“三区”漏气通道的时空分布演化规律是有效防控煤自燃和低氧的关键。以陕煤柠条塔煤矿S1232工作面为研究背景,采用理论与数值模拟相结合的方法,研究了单一煤层、复合煤层重复开采下覆岩破坏特征,分析了煤层间距与采厚对裂隙二次发育的影响规律。结果表明:浅埋近煤层群开采下上覆岩层裂隙仅存在垮落带与裂缝带,主关键层破断后裂缝带快速发育至地表,关键层周期破断控制地表裂隙周期生成与下沉;上煤层裂隙密度发育由原始阶段先后经历快速增长、稳定和二次增长3个阶段;随采厚增大,各区间裂隙密度增大,大裂隙发育更充分,裂隙宽度整体增大;随煤层间距增大,小于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,且增加的速度逐渐加快,大于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,但增加速度逐渐变缓;采厚相同时,裂隙宽度大于0.2 m的裂隙密度随着煤层间距的增大逐渐减小。 展开更多
关键词 浅埋近煤层群 重复采动 漏气通道 裂隙宽度 煤层间距 采厚 数值模拟
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近距离下层煤开采区段煤柱合理错距研究 被引量:5
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作者 毛华晋 《煤炭工程》 北大核心 2024年第5期24-30,共7页
为了研究近距离煤层群开采形成的煤柱群合理错距问题,以山西甘庄煤矿8~#和11~#煤层为研究背景,采用理论计算的方法,构建了煤柱群合理错距的力学计算模型,利用数值模拟研究了区段煤柱的应力扰动特征和合理错距长度,并通过现场应用验证了... 为了研究近距离煤层群开采形成的煤柱群合理错距问题,以山西甘庄煤矿8~#和11~#煤层为研究背景,采用理论计算的方法,构建了煤柱群合理错距的力学计算模型,利用数值模拟研究了区段煤柱的应力扰动特征和合理错距长度,并通过现场应用验证了研究的科学合理性。研究表明,煤柱群应力扰动范围可分为3个区,分别为应力集中区、应力扰动区、应力叠加区,应力分布范围受煤柱应力传递角、层间距和上煤柱留设宽度影响,且与层间距成线性关系,与煤柱应力传递角成三角函数关系,层间距对煤柱合理错距长度的影响最大。由数值模拟和理论计算得到,区段煤柱的合理错距长度为40 m,同时采用YHY30本安型钻孔应力计对现场展开监测,监测数据与理论分析结果接近,验证了研究的准确性。 展开更多
关键词 近距离煤层群 区段煤柱 合理错距 应力传递 煤柱群
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浅埋近距离煤层群上覆采空区火灾及气体下泄防治研究 被引量:4
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作者 任仲久 《中国煤炭》 北大核心 2024年第1期59-66,共8页
针对沙坪煤矿13103工作面浅埋近距离煤层上覆采空区煤层自燃和气体下泄问题,综合利用地面红外探测和同位素测氡等多种方法探测13103工作面上覆采空区自然发火状态,在此基础上用SF6气体进行漏风通道测定,并采用数值模拟方法分析了CO气体... 针对沙坪煤矿13103工作面浅埋近距离煤层上覆采空区煤层自燃和气体下泄问题,综合利用地面红外探测和同位素测氡等多种方法探测13103工作面上覆采空区自然发火状态,在此基础上用SF6气体进行漏风通道测定,并采用数值模拟方法分析了CO气体的下泄机理。研究结果表明:煤层自燃倾向性、复杂埋藏条件和老窑火区是发生煤层自燃的主要原因,在标定12个火区中心点和39 077 m2隐患区域基础上,发现地面、采空区火区和工作面三者裂隙相互连接是导致CO气体在工作面后半部分涌入工作面并在回风隅角处聚集的主要原因。同时,研究发现,采用井上下联防联控手段可消除上覆采空区内高温点,使得CO气体浓度稳定在0.05%以下,有效控制了采空区自燃和气体下泄问题,保障了13103工作面安全生产。 展开更多
关键词 近距离煤层群 采空区 煤层自燃 气体下泄 数值模拟 井上下联防联控
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煤层群上下保护层开采围岩应力及裂隙演化规律研究 被引量:4
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作者 刘军 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第4期56-63,73,共9页
为实现煤层群上下保护层开采过程中被保护层卸压瓦斯的高效抽采,采用数值模拟方法研究上下保护层开采后围岩应力、裂隙分布及演化规律,探明上下保护层开采的卸压瓦斯富集区。研究结果表明:下保护层开采后,被保护层工作面上侧覆岩卸压高... 为实现煤层群上下保护层开采过程中被保护层卸压瓦斯的高效抽采,采用数值模拟方法研究上下保护层开采后围岩应力、裂隙分布及演化规律,探明上下保护层开采的卸压瓦斯富集区。研究结果表明:下保护层开采后,被保护层工作面上侧覆岩卸压高度明显大于下侧覆岩卸压高度,次采上保护层后,增大了被保护层卸压范围。下保护层开采后被保护层走向卸压角为63°,倾斜上下边界卸压角为87°、72°。上保护层开采后被保护层走向卸压角为59°,倾斜上下边界卸压角为76°、79°。经过保护层卸压后,被保护层抽采卸压瓦斯纯流量相比卸压前呈现10余倍增大,卸压瓦斯抽采具有明显的时空效应。 展开更多
关键词 煤层群 保护层 围岩应力 采动裂隙 演化规律 卸压瓦斯
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