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房柱式采空区矸石似膏体充填料浆流动沉降规律
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作者 邵小平 田创 +4 位作者 刘浪 唐仁龙 李龙清 段明岸 王磊 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期202-219,共18页
榆神府矿区开发过程形成了大范围的房柱式采空区,产生了大面积悬顶区域。悬顶区域煤柱经过长时间的自然风化、蠕变等作用,支撑强度弱化,存在失稳破坏的危险,甚至引发矿震灾害。以榆神府矿区某矿房柱式采空区悬顶区域治理为背景,通过搭... 榆神府矿区开发过程形成了大范围的房柱式采空区,产生了大面积悬顶区域。悬顶区域煤柱经过长时间的自然风化、蠕变等作用,支撑强度弱化,存在失稳破坏的危险,甚至引发矿震灾害。以榆神府矿区某矿房柱式采空区悬顶区域治理为背景,通过搭建基于相似理论的房柱式采空区模拟试验平台,对矸石似膏体料浆在房柱式采空区中的流动及沉降规律进行研究。结果表明:充填结束后在充填体表面形成了自进料口至排气孔方向5°左右的自然坡面;靠近进料口处的充实率最高,充实率随流动距离的增加呈降低趋势;料浆中部和下部超声波波速随时间变化呈上升趋势,上部则先减小后缓慢上升;料浆整体具有较优的静态抗离析性能;沿流动方向粗(细)粒径占比逐渐降低(增加),相邻煤柱之间靠近排气孔侧的粒径占比略高;沿竖直方向下部粗(细)粒径占比相对较大(小),上部粗(细)粒径占比相对较小(大);充填试样强度沿流动方向表现出波浪型变化规律,在靠近排气孔侧的强度较高,竖直方向上充填试样强度随深度增加呈上升趋势;充填试样产生宏观缺陷与料浆内部产生的气泡无法顺利排出有关。研究揭示了充填料浆在房柱式采空区中的流动及沉降规律,可为榆神府矿区类似矿井的采空区治理、大面积悬顶隐患消除等提供参考。 展开更多
关键词 房柱式采空区 充填料浆 流动沉降 非均质充填体 强度分布
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承压积水作用下临空损伤煤柱宏观破坏特征与渗流规律
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作者 刘伟韬 陈东祺 +2 位作者 刘玉本 杜衍辉 赵吉园 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第8期140-153,共14页
【背景】小煤柱护巷的方式在我国得到广泛应用,临空煤柱的稳定性影响着矿井的安全生产,受多种扰动作用影响的煤柱内往往会产生不同类型的损伤裂隙,积水采空区的承压水环境可能会造成临空损伤煤柱的失稳破坏。【方法】为研究损伤裂隙结... 【背景】小煤柱护巷的方式在我国得到广泛应用,临空煤柱的稳定性影响着矿井的安全生产,受多种扰动作用影响的煤柱内往往会产生不同类型的损伤裂隙,积水采空区的承压水环境可能会造成临空损伤煤柱的失稳破坏。【方法】为研究损伤裂隙结构对煤体稳定性的影响,引入相对稳定的初始损伤裂隙概念,基于损伤力学理论建立临空煤体的“流–应力–损伤”(HMD)耦合力学模型,采用COMSOL有限元分析临空损伤煤柱受单侧压力水影响下渗流破坏过程。【结果和结论】初始损伤裂隙的力学参数会显著影响煤体产生二次损伤的时间,两者之间存在临界阈值;损伤裂隙的存在会显著影响临空煤柱的稳定性,在单侧水压的作用下呈现出非对称的破坏形态,局部突水处的流速相比损伤前提高了2个数量级;裂隙结构会影响煤体失稳过程,随着裂隙角度从30°增加到60°,煤体的失稳时间从7.0 h缩减至4.1 h,而0°裂隙模型由于应力方向的特殊性失稳时间最短,仅为3.9 h;从损伤发育的宏观过程来看,不同模型均经历了从初始损伤裂隙尖端二次发育→损伤破坏贯通边界→大面积损伤区域扩展→边界局部突水通道形成的4个阶段;从模型损伤单元数量的演化特征来看,呈现损伤发育和快速扩展2个阶段,裂隙结构对发育速度的影响主要作用在损伤发育阶段,而不同模型快速扩展阶段的时间差异并不明显。研究结果可以为采空区隔水煤体的稳定性判断与失稳过程识别提供参考。 展开更多
关键词 临空煤柱 采空区积水 初始损伤裂隙 流–应力–损伤耦合模型 失稳前兆
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淮南矿区切顶沿空留巷及无煤柱开采工程实践
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作者 程详 罗勇 +1 位作者 赵光明 肖殿才 《中国煤炭》 北大核心 2025年第8期57-65,共9页
针对淮南矿区接替紧张、掘巷成本高、掘巷难度大等问题,以淮南矿区煤层赋存情况为背景,分析煤巷围岩分类,明确了适宜实施切顶留巷煤巷顶板围岩条件为Ⅰ完整型、Ⅱ较完整型;提出顶板“深浅孔交替”爆破切顶卸压技术,优化了浅孔切缝爆破... 针对淮南矿区接替紧张、掘巷成本高、掘巷难度大等问题,以淮南矿区煤层赋存情况为背景,分析煤巷围岩分类,明确了适宜实施切顶留巷煤巷顶板围岩条件为Ⅰ完整型、Ⅱ较完整型;提出顶板“深浅孔交替”爆破切顶卸压技术,优化了浅孔切缝爆破、深孔预裂爆破关键技术参数;形成可缩柱网挡矸护帮体系,采用可伸缩U型钢+金属网+钢筋网+垛式支架,配合风筒布、喷浆作业联合挡矸支护;提出加固锚索+浅深孔分步多级注浆实现煤帮强化支护;采用喷涂薄喷材料解决留巷漏风问题,形成了“深浅孔交替切顶爆破巷旁支护巷内补强煤帮协同支护”的无煤柱留巷技术体系,在丁集矿1452(1)工作面进行现场应用。现场应用结果表明,“深浅孔交替”爆破技术能够缩短基本顶周期来压步距,优化留巷围岩应力环境,留巷稳定后顶板下沉量和帮部移近量为300 mm和180 mm,满足留巷复用需求。 展开更多
关键词 切顶卸压 沿空留巷 “深浅孔”爆破 无煤柱开采 淮南矿区
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坚硬顶板小煤柱沿空掘巷切顶卸压关键参数研究 被引量:3
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作者 谭雅五 赵光明 +3 位作者 程详 孟祥瑞 王艳芬 朱世奎 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第2期99-107,共9页
为了解决小煤柱沿空掘巷过程中区段煤柱矿压显现剧烈的问题。采用理论分析、数值模拟和灰色关联度相结合的方法,探讨小煤柱沿空掘巷切顶卸压应力调控机理,分析不同参数条件下小煤柱围岩应力场的分布特征。研究结果表明:在选取的切顶角... 为了解决小煤柱沿空掘巷过程中区段煤柱矿压显现剧烈的问题。采用理论分析、数值模拟和灰色关联度相结合的方法,探讨小煤柱沿空掘巷切顶卸压应力调控机理,分析不同参数条件下小煤柱围岩应力场的分布特征。研究结果表明:在选取的切顶角度范围内,巷道围岩支承压力随着切顶角度增加先减小后增大。选取不同切顶位置,通过不同切顶角度得出的支承压力对比可知,采空区侧切顶比巷道侧切顶效果好。切顶高度越高,切顶效果越好,在切顶超过27 m且随着切顶高度的增加,围岩所受支承压力会继续降低,但其降低程度将逐渐减小。通过切顶与不切顶条件下煤柱的支承压力对比,切顶后的支承压力降低,巷道变形量减小,围岩变形得到有效的控制,切顶效果明显。通过灰色关联度分析得出影响小煤柱沿空掘巷切顶卸压效果的主要因素是煤柱宽度。研究结果可为沿空掘巷围岩应力调控技术提供参考。 展开更多
关键词 沿空掘巷 切顶卸压 小煤柱 坚硬顶板 灰色关联度分析
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房式采空区煤柱群–顶板系统链式失稳机制及评价方法
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作者 李敬凯 王志强 +4 位作者 李青海 马晓川 杨长德 刘玉达 代博元 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期54-74,共21页
为了解决房式采空区内遗留煤柱群–顶板系统稳定性评价难题,以此系统整体协同作用的空间关系为切入点,在考虑不同位置煤柱与顶板作用关系差异化的基础上,建立了系统弹性地基薄板三维力学模型,从三维空间结构层面揭示了此系统的链式失稳... 为了解决房式采空区内遗留煤柱群–顶板系统稳定性评价难题,以此系统整体协同作用的空间关系为切入点,在考虑不同位置煤柱与顶板作用关系差异化的基础上,建立了系统弹性地基薄板三维力学模型,从三维空间结构层面揭示了此系统的链式失稳机制,同时考虑时间效应下煤柱片帮剥落的影响,建立了此系统链式失稳的评价方法。研究结果表明:不同位置单一煤柱承受的载荷及其失稳后引发的剩余煤柱稳定性和顶板挠度响应特征不同;四边固支顶板的挠度小于同等煤柱条件下四边简支顶板,某煤柱失稳后,顶板四边固支时剩余煤柱的荷载增加值大于四边简支顶板;对煤柱稳定性的评价需考虑时间效应下煤柱片帮剥落的影响,煤柱随时间的片帮剥落致使其有效承载尺寸和承载能力逐渐降低;将顶板简化为薄板并应用能量变分法更能精确地求得其弯曲近似解,进而优化得到的顶板破断判据误差更小;煤柱群–顶板系统的链式失稳是一个“整体稳定—局部失稳—失稳扩散—整体失稳”的动态过程,通过融合单一煤柱失稳修正判据和顶板破断优化判据建立的系统整体链式失稳评价方法可对系统的整体动态稳定性进行有效精准评价。 展开更多
关键词 房式采空区 煤柱群–顶板系统 链式失稳 时间效应 评价方法
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煤矿小窑破坏区精细勘查技术研究及应用
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作者 孙振军 孙万明 +2 位作者 刘贵 郭爱国 孙林 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期118-126,共9页
针对郭家湾煤矿内房柱式开采形成的小窑破坏区范围不清及基础资料缺失问题,采用物探、钻探及三维空间扫描技术相结合的方法,分别对采空区范围、顶板状态、积水、内部巷道及煤柱尺寸等数据进行了精细勘查,首先通过地面瞬变电磁物性解释... 针对郭家湾煤矿内房柱式开采形成的小窑破坏区范围不清及基础资料缺失问题,采用物探、钻探及三维空间扫描技术相结合的方法,分别对采空区范围、顶板状态、积水、内部巷道及煤柱尺寸等数据进行了精细勘查,首先通过地面瞬变电磁物性解释异常区及钻探验证划定采空区范围及不同分区,再应用三维空间扫描技术分别对有水、无水采空区内部空间进行精细扫描观测,获得了钻孔底部周围一定范围内的巷道宽度、空区高度、煤柱尺寸等高精度技术数据,并通过三维建模获得空区的内外部形态。该研究方法可为小窑破坏区勘查、内部空间准确数据实测、采空区稳定性评估及灾害防治提供支撑。 展开更多
关键词 小窑破坏区 房柱式开采 瞬变电磁 钻探 扫描
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矿柱影响下复合采空区覆岩断裂冒落致灾机制
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作者 张东杰 刘伟 +1 位作者 任凤玉 曹建立 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期2450-2464,共15页
为了解决复合采空区的井下冒落冲击及地表陷落致灾问题,分析了矿柱影响下复合采空区覆岩断裂冒落特征及其致灾机制,提出了一种复合采空区协同充填治理方法。首先,通过理论分析,构建了采空区覆岩断裂冒落力学模型;其次,通过相似物理实验... 为了解决复合采空区的井下冒落冲击及地表陷落致灾问题,分析了矿柱影响下复合采空区覆岩断裂冒落特征及其致灾机制,提出了一种复合采空区协同充填治理方法。首先,通过理论分析,构建了采空区覆岩断裂冒落力学模型;其次,通过相似物理实验,分析了复合采空区覆岩断裂冒落特征;第三,通过数值模拟,分析了复合采空区覆岩断裂冒落致灾机制;最后,通过一个复合采空区工程实例,系统地验证了复合采空区协同治理方法的可靠性与有效性。研究结果表明:采空区极限冒落跨度与岩体抗压强度呈正相关,与采空区顶板埋深呈负相关;采空区上覆岩层冒落区上方会形成高应力承载区、应力卸荷区、较高应力承载区与低应力区4个应力承载区域,其中高应力承载区与较高应力承载区对于限制覆岩冒落发展起着重要的作用;形成复合采空区后,保安矿柱所受应力逐渐由两端边界向矿柱内部转移,应力分布更加集中在采空区面积较大的一侧,保安矿柱下部所受应力普遍高于上部;受到顶板倾角影响,覆岩沉降中心会朝向上盘侧发生偏转,边坡下方岩层表现出台阶式沉降特征。提出了复合采空区“井下废石充填+地表钻孔废石充填+塌陷坑集中废石充填”协同治理方法,实现了复合采空区的有效治理。 展开更多
关键词 复合采空区 冒落特征 致灾机制 协同治理 矿柱
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遗留煤柱扰动下薄间距动压巷道压裂卸压护巷技术研究
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作者 陈学亚 张宁波 +2 位作者 刘立明 陈宝宝 付世雄 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期42-51,共10页
针对遗留煤柱扰动与薄间距岩层条件下动压巷道高应力承载引发的大变形难题,以黄家沟煤矿10102运输平巷为工程背景,建立了遗留煤柱-多状态薄层间岩层作用下的底板应力传递模型,阐述了目标巷道内不同压裂角下应力转移与煤体滑移特征,确定... 针对遗留煤柱扰动与薄间距岩层条件下动压巷道高应力承载引发的大变形难题,以黄家沟煤矿10102运输平巷为工程背景,建立了遗留煤柱-多状态薄层间岩层作用下的底板应力传递模型,阐述了目标巷道内不同压裂角下应力转移与煤体滑移特征,确定了基于应力源头和传递路径控制的压裂参数,并在现场进行压裂切顶卸压。研究表明:遗留煤柱对底板影响以垂直应力为主,其增压在采空区裂隙岩体劣化承载与碎胀岩体阻隔传载效应下形成了8+9煤底板施载区,并对10煤回采巷道产生附加应力,确定了应力集中边界线敏感角。层间岩层压裂弱化改善了切顶线下方应力环境,降低了遗留煤柱承载与采动应力向10煤煤柱传递程度,确定了等效压裂弱化宽度7.5 m。切顶角45°压裂对应层间岩层水平压裂距离12.5 m,目标巷道围岩的垂直应力、变形量及煤柱滑移程度达到最小。在现场以45°压裂角实施压裂后,压裂缝网贯通发育,有效实现了预裂切顶。顶底板与两帮变形量较常规条件分别下降了60.1%和65.5%,提高了围岩稳定性,保障了工作面高产高效。 展开更多
关键词 遗留煤柱 薄间距 动压巷道 采空区阻隔效应 切顶卸压
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坚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度及稳定控制研究 被引量:1
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作者 陈云 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期23-31,40,共10页
坚硬顶板下沿空掘巷围岩大变形控制是目前煤炭地下安全高效开采的技术难题。目前针对厚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度确定及围岩稳定控制的研究未能充分探讨煤柱稳定性影响因素,尤其忽略了基本顶关键块B回转变形压力的传递效应。针对该问题... 坚硬顶板下沿空掘巷围岩大变形控制是目前煤炭地下安全高效开采的技术难题。目前针对厚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度确定及围岩稳定控制的研究未能充分探讨煤柱稳定性影响因素,尤其忽略了基本顶关键块B回转变形压力的传递效应。针对该问题,以利民煤矿90302工作面运输巷为工程背景,建立了厚硬顶板下煤柱宽度力学模型,推导得出煤柱合理宽度为6.93 m,考虑工程地质条件及施工因素,确定90302运输巷沿空掘巷煤柱宽度为7 m。分析了基本顶关键块B长度,直接顶稳定系数、厚度、回转角度等对煤柱稳定性的影响规律:煤柱稳定性系数随基本顶关键块B长度的增大而减小,随直接顶稳定性系数及其厚度的增大而增大,随煤层内摩擦角和黏聚力的增大而增大。建立UDEC数值计算模型,进一步分析基本顶关键块B长度对7 m煤柱变形、裂隙损伤程度及巷道破坏特征的影响规律:当基本顶关键块B长度为16 m时,90302运输巷两帮及顶板近似呈现对称变形,两帮无明显裂隙产生,围岩稳定程度高。为确保90302运输巷围岩稳定及安全使用,对基本顶关键块B采空区侧悬顶采取水压致裂切顶卸压控制技术,实际应用结果表明:巷道掘进完成28 d后围岩变形趋于稳定,回采期间顶底板移近量最大值为148 mm,两帮收敛量最大值为196 mm,确保了工作面安全高效回采。 展开更多
关键词 小煤柱沿空掘巷 坚硬顶板 煤柱宽度 围岩稳定控制 水压致裂切顶卸压 基本顶关键块
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基于LS-DYNA的楔形切割拉槽爆破数值模拟研究及应用
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作者 陈帮洪 陈星明 +1 位作者 武尚荣 费志文 《矿冶工程》 北大核心 2025年第2期47-53,59,共8页
某矿西二采区采用无底柱分段崩落法开采,1 546 m分段楔形切割拉槽存在拉槽高度过大导致爆破效果不佳的问题。针对该问题进行了楔形切割拉槽爆破研究。基于RHT本构模型标定矿岩参数,采用LS-DYNA软件,运用流固耦合算法,确定矿岩损伤阈值为... 某矿西二采区采用无底柱分段崩落法开采,1 546 m分段楔形切割拉槽存在拉槽高度过大导致爆破效果不佳的问题。针对该问题进行了楔形切割拉槽爆破研究。基于RHT本构模型标定矿岩参数,采用LS-DYNA软件,运用流固耦合算法,确定矿岩损伤阈值为0.4;对比分析不同拉槽宽度方案的爆破成槽效果,结果表明:拉槽高度固定为23 m时,矿岩有效损伤率随着拉槽宽度增加呈单峰曲线变化;最佳拉槽宽度为24 m,此时矿岩有效损伤率达到峰值0.692 5。基于该参数设计拉槽方案,现场试验结果表明,爆破成形空间达标率超过85%,爆堆块度分布合理,安息角约40°。 展开更多
关键词 无底柱分段崩落法 切割拉槽 RHT 本构模型 数值模拟 损伤 拉槽爆破
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大直径钻孔穿越保护煤柱损伤演化与采空区瓦斯抽采运移规律 被引量:1
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作者 石光 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期111-121,128,共12页
通过在Abaqus软件中引入Concrete Damage Model屈服准则,探究了钻孔开挖与采动过程中的煤柱损伤状态。以平舒煤矿81117工作面为例,运用Fluent软件分析了采空区瓦斯流动状态及钻孔布置间距、钻孔数量、抽采排量对瓦斯治理效果的影响。结... 通过在Abaqus软件中引入Concrete Damage Model屈服准则,探究了钻孔开挖与采动过程中的煤柱损伤状态。以平舒煤矿81117工作面为例,运用Fluent软件分析了采空区瓦斯流动状态及钻孔布置间距、钻孔数量、抽采排量对瓦斯治理效果的影响。结果表明,钻孔开挖过程中煤柱不会发生明显的损伤。在回采过程中,巷道顶板与钻孔围岩的高应力区存在连通趋势,应提前加大钻孔附近的巷道支护强度。当钻孔数目为4个时,最优的钻孔间距为30 m。钻孔间距的增加在提升瓦斯抽采范围的同时会降低抽采效率。但抽采钻孔的数量不宜大于4个,继续增加钻孔将导致施工成本与抽采效率不匹配。有效抽采排量的上限为30 m^(3)/min,最优抽采排量为20 m^(3)/min。采用大直径钻孔抽采技术后,上隅角CH 4体积分数由0.60%~1.05%降低至0.3%~0.8%,验证了该技术的可靠性。 展开更多
关键词 大直径钻孔 采空区 瓦斯治理 瓦斯抽采 数值模拟 煤柱损伤
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沿空巷道侧向结构切顶卸压高度研究
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作者 张陶香 涂敏 +1 位作者 赵庆冲 党嘉鑫 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第12期4938-4946,共9页
煤层回采过程中易造成顶板悬露面积大、垮落步距长,影响巷道围岩破坏形态及支护体劣化失效等问题。针对泊江海子矿113105工作面厚硬顶板赋存及沿空掘巷窄煤柱失稳问题,采用切顶卸压是有效解决顶板悬顶问题的一种有效途径,其关键参数的... 煤层回采过程中易造成顶板悬露面积大、垮落步距长,影响巷道围岩破坏形态及支护体劣化失效等问题。针对泊江海子矿113105工作面厚硬顶板赋存及沿空掘巷窄煤柱失稳问题,采用切顶卸压是有效解决顶板悬顶问题的一种有效途径,其关键参数的设计对于卸压效果有着重要的影响。为探究不同切顶卸压高度对沿空掘巷窄煤柱上方顶板应力演化规律的影响,采用理论分析、数值模拟与现场观测相结合的手段对巷道侧向切顶效果进行研究。基于砌体梁的滑落和回转变形稳定性理论构建不同切顶高度下煤柱顶板力学模型,得出不同切顶高度后煤柱承载应力分布方程。运用FLAC3D软件模拟不同切顶高度条件下煤柱顶板应力分布及位移演化特征。模拟结果显示:在顶板实施切顶技术后形成的切缝面有效阻断了应力的传播路径,巷道两侧煤体内的垂直应力峰值有所降低,伴随切顶高度增加其卸压的效果逐步增加,当切顶高度达到19 m时,煤柱顶板应力下降17.22 MPa,卸压率为43.4%。煤柱顶板位移量随切顶高度增加逐渐减少,减少速率逐渐降低。现场试验表明,依照所设计的切顶高度,围岩应力明显降低,巷道变形程度满足正常开采需求。 展开更多
关键词 切顶卸压 煤柱失稳 切顶高度 厚硬顶板 砌体梁
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露天矿复杂采空区灾害风险评价分析及治理措施
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作者 郭文砚 李伟 +2 位作者 张秋园 陈清通 姚恒 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期164-173,共10页
针对元宝山露天矿工作帮前方巷柱式与长壁采空区灾害问题,通过现场实测、理论分析和经验类比相结合的研究方法,评价分析了不同采空区类型顶板塌陷、积水、自燃和边坡失稳灾害风险,提出了采空区灾害治理措施和治理时序,划分了采空区灾害... 针对元宝山露天矿工作帮前方巷柱式与长壁采空区灾害问题,通过现场实测、理论分析和经验类比相结合的研究方法,评价分析了不同采空区类型顶板塌陷、积水、自燃和边坡失稳灾害风险,提出了采空区灾害治理措施和治理时序,划分了采空区灾害危险性类型,并提出了区域灾害防治重点。结果表明:巷柱式采空区煤柱失稳与顶板突发塌陷、残煤自燃灾害风险较高,计算的巷柱式采空区初始顶板安全厚度为60 m,煤柱稳定性系数为1.36~1.89;长壁采空区积水疏排量大,地表大型设备倾覆与局部陷落、工作帮侧向突水、残煤自燃及边坡失稳灾害风险较高,计算的长壁采空区侧向防隔水煤岩柱厚度为58 m;结合工作帮采剥进度、采空区条件和灾害风险程度,可将采空区划分为7个区域和一般危险、较危险和严重危险共3种类型,并提出了相应的区域灾害治理措施。 展开更多
关键词 露天矿 巷柱式与长壁采空区 灾害风险 危险性分区 治理措施
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切顶留巷贯通相邻采空区覆岩破断特征研究及应用
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作者 林海飞 刘思博 +5 位作者 李树刚 双海清 田雨 罗荣卫 陈志恒 苟锐 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期152-165,共14页
为研究切顶留巷工作面覆岩裂隙演化特征,通过物理相似模拟分析了采动裂隙发育高度、离层量及应变分布规律,探讨了切顶留巷开采顶板结构演变特征及覆岩非对称断裂模式。基于虚功原理与塑性铰相关理论,给出了切顶留巷开采不同阶段顶板破... 为研究切顶留巷工作面覆岩裂隙演化特征,通过物理相似模拟分析了采动裂隙发育高度、离层量及应变分布规律,探讨了切顶留巷开采顶板结构演变特征及覆岩非对称断裂模式。基于虚功原理与塑性铰相关理论,给出了切顶留巷开采不同阶段顶板破断块体尺寸计算公式。研究结果表明:①首采工作面切顶侧垮落带裂隙较为发育;未切顶侧裂隙带裂隙较为发育。②非首采工作面贯通相邻采空区后,覆岩裂隙及离层量曲线均呈非对称分布特征,未切顶侧裂隙被压实闭合,切顶侧裂隙稳定存在;相较于未切顶侧,切顶侧离层量小0.46~8.50 mm,裂隙发育程度低。③首采工作面低位岩层初次断裂形态呈“U+Y”状,切顶侧断裂线平行于切顶方向;非首采工作面低位岩层破断呈“矩形”,高位岩层初次破断形态呈非对称“O+X”状,周期破断呈“U+Y”状,断裂迹线偏向于未切顶侧。④非首采工作面高位岩层破断步距增加,破断块体尺寸增大,单位体积内裂隙数量减少,瓦斯向上运移难度增大。⑤非首采工作面卸压瓦斯治理,需适当降低抽采钻孔布置高度;确定了切顶留巷工作面卸压瓦斯高效抽采区域,现场试验钻孔瓦斯抽采效果验证了区域划分的准确性。 展开更多
关键词 切顶留巷 采动裂隙 贯通采空区 卸压瓦斯抽采 破断形态
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厚煤层大采高坚硬顶板巷道大变形控制方法
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作者 王绍威 倪学宁 +3 位作者 徐敬帅 李亚运 王云峰 李亚辉 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期32-40,共9页
针对厚煤层大采高坚硬顶板围岩控制,传统留煤柱的巷道布置方式会引起巷道强矿压显现,导致巷道围岩大变形、冲击地压等破坏性问题。基于开挖理论,介绍了对应的开挖补偿理论,构建了切顶卸压与高预应力吸能相耦合的支护体系:通过定向预裂... 针对厚煤层大采高坚硬顶板围岩控制,传统留煤柱的巷道布置方式会引起巷道强矿压显现,导致巷道围岩大变形、冲击地压等破坏性问题。基于开挖理论,介绍了对应的开挖补偿理论,构建了切顶卸压与高预应力吸能相耦合的支护体系:通过定向预裂切缝切断巷道顶板与采空区顶板间的应力传递,减小巷道围岩积聚的弹性应变能;研发了NPR高预应力锚索,利用NPR高预应力锚索支护构件对巷道围岩进行控制,当煤岩体产生的荷载超过某一阈值时,支护构件通过变形吸收冲击能,削弱煤岩体积聚的能量。为满足切顶卸压无煤柱开采技术需求,提出了顶板定向切缝和矸石巷帮挡矸2项关键技术。现场工程试验结果表明,该技术卸压效果显著,切缝侧卸压比最高可达19.5%,显著减小了巷道围岩变形速率及变形量,最大围岩变形量仅为52 mm,取得了较好的围岩控制效果。 展开更多
关键词 围岩控制 开挖补偿理论 切顶卸压 NPR高预应力锚索 无煤柱开采 顶板定向切缝 矸石巷帮挡矸
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高瓦斯矿井专用瓦斯治理巷布置与围岩协同控制技术
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作者 樊海亮 李明 《煤炭工程》 北大核心 2025年第9期67-75,共9页
针对高瓦斯矿井回采工作面采用“U+U”通风方式下复用巷道存在维护成本高、工期长、安全风险大等问题,以王坡煤矿3号煤层开采为工程背景,研究典型复用巷道全周期矿压显现规律,分析其围岩变形破坏机理及控制原则,提出专用瓦斯治理巷新型... 针对高瓦斯矿井回采工作面采用“U+U”通风方式下复用巷道存在维护成本高、工期长、安全风险大等问题,以王坡煤矿3号煤层开采为工程背景,研究典型复用巷道全周期矿压显现规律,分析其围岩变形破坏机理及控制原则,提出专用瓦斯治理巷新型布置方案。结合理论分析、数值模拟及现场煤柱应力监测,论证15 m煤柱的合理性;在3307工作面开展工业试验,构建“主动支护—切顶卸压—动态调整”三位一体围岩控制技术并完成参数设计。结果表明,掘进专用瓦斯治理巷可有效规避复用巷道维护的不利影响,在施工工期、安全保障及经济效益等方面优势显著。 展开更多
关键词 巷道布置优化 瓦斯治理巷 全锚索支护 切顶卸压 煤柱留设
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神东矿区复合顶板无煤柱自成巷技术的研究及应用
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作者 白雪亮 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期146-157,共12页
针对浅埋复合顶板邻空巷道围岩变形大等难题,以哈拉沟煤矿12201工作面为研究背景,引入无煤柱自成巷技术,从沿空掘巷与无煤柱自成巷条件下邻空侧巷道顶板破断结构的力学模型差异性分析2种留巷方式对巷道围岩传递机制及围岩变形规律的影响... 针对浅埋复合顶板邻空巷道围岩变形大等难题,以哈拉沟煤矿12201工作面为研究背景,引入无煤柱自成巷技术,从沿空掘巷与无煤柱自成巷条件下邻空侧巷道顶板破断结构的力学模型差异性分析2种留巷方式对巷道围岩传递机制及围岩变形规律的影响,研究浅埋复合顶板无煤柱自成巷切顶卸压控制巷道围岩变形作用机理,采用FLAC模拟了切顶角度、高度对12201工作面采动后和接续面12202工作面超前区域2个阶段留巷变形及围岩应力的影响,得出最合理的切顶优化参数,结合现场施工效果进行验证。研究结果表明,通过分析邻空巷道侧顶板切顶条件下“短臂梁”结构与未切顶条件下“砌体梁”结构载荷传递的差异性,得出影响侧向载荷传递的关键因素为切顶高度与角度;对切顶高度、角度采用数值模拟正交试验后得出巷道切顶角度10°、切顶高度8 m时围岩应力及变形量最小,结合现场切顶施工条件得出10°/8 m切顶参数留巷后稳定性最佳,为神东矿区浅埋、含煤复合顶板大变形巷道围岩控制技术提供了理论指导。 展开更多
关键词 浅埋复合顶板 无煤柱自成巷 沿空掘巷 切顶卸压 “短臂梁” 数值模拟
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Ground subsidence induced by pillar deterioration in abandoned mine districts 被引量:8
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作者 LUO Rong LI Guang-yue +3 位作者 CHEN Lu YANG Qi-yi ZANG Chuan-wei CAO Wen-zhuo 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第7期2160-2172,共13页
When roadways are constructed above or adjacent to heavily mined regions, the ground subsidence caused by pillar collapse inflicts severe damage on these roadways. In this study, some surface subsidence events were fi... When roadways are constructed above or adjacent to heavily mined regions, the ground subsidence caused by pillar collapse inflicts severe damage on these roadways. In this study, some surface subsidence events were first reviewed to present roof caving characteristics caused by pillar failure. The bearing characteristic and failure pattern of a single pillar with or without effect of discontinuity were further numerically simulated using distinct element code(3 DEC). It was found that the spalling of pillar or slippage of discontinuity would damage the bearing capacity of pillar during the failure process. The stress at the pillar core could be greater than uniaxial compressive strength of the pillar. However, when a discontinuity runs through a pillar, the slippage of discontinuity would significantly degrade the bearing capacity of the pillar. In pillar support system, if any pillar unexpectedly degrades or loses its bearing capacity, the load transferred from the degraded pillar acts on neighboring pillars, and the shear force also increases at relevant positions. However, the roof cutting and surface subsidence characteristics would perform in different patterns. In some cases, surface subsides slowly;in the worst scenario, shock bump may be induced by pillar and roof collapse. 展开更多
关键词 SUBSIDENCE deteriorating pillar failure process roof cutting
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弹−塑性基础边界两侧采空(留煤柱)基本顶板结构初次破断特征 被引量:2
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作者 陈冬冬 李子健 +5 位作者 谢生荣 何富连 罗昱 蒋再胜 马翔 李辉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2195-2211,共17页
为了研究两侧采空留煤柱工程条件下基本顶板结构的断裂位态及工程指导意义,构建考虑实体煤弹塑性变形与两侧煤柱宽度及支撑能力弱化的基本顶板结构双塑化基础边界力学模型,基于有限差分算法与主弯矩破断准则系统计算了在非对称煤柱区和... 为了研究两侧采空留煤柱工程条件下基本顶板结构的断裂位态及工程指导意义,构建考虑实体煤弹塑性变形与两侧煤柱宽度及支撑能力弱化的基本顶板结构双塑化基础边界力学模型,基于有限差分算法与主弯矩破断准则系统计算了在非对称煤柱区和长边实体煤区的断裂线形态、区位属性及整体位态特征,并从7个层面、横纵向4对区域与传统模型对比,阐明新模型所得新结论及工程意义。结论如下:(1)两侧非对称煤柱参数对长边实体煤区域的基本顶主弯矩及破断位置影响小,但分别显著影响煤柱区的主弯矩大小、位置及断裂形态。两侧煤柱区(较强/宽煤柱区+较弱/窄煤柱区)基本顶断裂线形态有3类演化模式,随基本顶厚度及弹模增大而煤柱宽度、支撑能力及悬顶跨度减小,其变化规律为:非对称的“连续单弧形+连续单弧形”→“连续单弧形+开口间断双短弧形”→非对称的“开口间断双短弧形+开口间断双短弧形”。(2)长边实体煤区基本顶的断裂线主要有3类区位属性,随基本顶厚度及弹模增大而实体煤的塑性区宽度、塑化程度及悬顶跨度减小,其演变规律为:断裂线在塑性煤体区(C-S式)→弹塑性煤体分界区(C-TS式)→弹性煤体区(C-T式);(3)考虑断裂线区位属性,随基本顶厚度和弹模增大而煤柱宽度、支撑能力及悬顶跨度减小的基本顶全区域破断模式及演变规律为:C-S式的■→C-TS式的■→C-T式的■→C-T式的■→C-T式的■。针对研究两侧采空(煤柱)基本顶板结构破断的3类力学模型,从7个层面对比了3类模型的重要区别,从横向4个区域(开采区域的前方与后方、两侧煤柱区)与纵向4个区域(非对称遗留煤柱下伏、下伏开采空间出/进煤柱/体)阐明了其重要工程作用。 展开更多
关键词 遗留煤柱 基本顶 两侧采空 弹−塑性基础 板结构
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倾斜矿体采空区非对称顶板-矿柱结构体协同承载机理 被引量:7
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作者 姜立春 李金柱 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期329-343,共15页
为解决倾斜矿体回采后大倾角顶板和非对称空区可能引发的采空区支撑结构体变形及破坏失稳问题,以某石灰石矿非对称顶板-矿柱支撑结构体为研究对象,构建结构体承载力学模型,求解顶板挠曲变形值及矿柱安全系数,分析不同倾角、跨度比下顶... 为解决倾斜矿体回采后大倾角顶板和非对称空区可能引发的采空区支撑结构体变形及破坏失稳问题,以某石灰石矿非对称顶板-矿柱支撑结构体为研究对象,构建结构体承载力学模型,求解顶板挠曲变形值及矿柱安全系数,分析不同倾角、跨度比下顶板变形特征及矿柱失稳破坏模式,研究其协同承载机理。结果表明:顶板变形、矿柱失稳破坏模式受采空区倾角θ和跨度比λ的双重影响,顶板变形大小随着θ的增加表现为双增长率,与λ的关系伴随着θ的变化而变化。矿柱失稳破坏模式受θ的影响程度随着λ的增加而减小,当0°<θ≤30°时,矿柱主要为小偏心受压破坏;当θ=0°和30°<θ≤60°时,随着λ值的增加,矿柱破坏模式从大偏心受压破坏向小偏心受压破坏转变。顶板维系采空区稳定的能力随着θ的增加逐渐降低,矿柱维系采空区稳定的最优λ值随着θ的增加逐渐减小,矿柱约束顶板变形作用大小随着λ的增加而降低。数值模拟和工程实例验证了理论计算结果的可靠性,为地下空场法矿山安全开采提供一定的理论支撑。 展开更多
关键词 非对称空区 顶板-矿柱 倾斜矿体 偏心载荷 协同作用
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