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Mode of overlying rock roofing structure in large mining height coal face and analysis of support resistance 被引量:2
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作者 吴锋锋 刘长友 杨敬轩 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第12期3262-3272,共11页
The mining space of large mining height coal face is large,the range of movement and caving of rock strata is large and the stability of supports at coal face is low and damage rate of supports is high,which significa... The mining space of large mining height coal face is large,the range of movement and caving of rock strata is large and the stability of supports at coal face is low and damage rate of supports is high,which significantly affects the safe and efficient production of coal mines.By similar simulation experiment and theoretical analysis,the mode of fractured roofing structure of large mining height coal face and the method of determination of reasonable support resistance of the support was evaluated.Analysis shows that the structural mode of "combined cantilever beam – non-hinged roofing – hinged roofing" of the large mining height coal face appears at the roofing of large mining height coal face.The supporting factor of caved gangue at the gob is introduced,the calculating equations of the fractured step distance of roofing were derived and conventional calculating method of caved height of roofing was corrected and the method of determination of the length and height of each structural area of the roofing was provided.With reference to the excavating conditions at Jinhuagong coal mine in Datong minefield,the dimensions of structural areas of the roofing of the coal face were determined and analyzed,and reasonable support resistance of the height coal face was acquired.By selecting Model ZZ13000/28/60 support and with procedures of advanced pre-cracking blasting,the safe production of large mining height coal face was assured. 展开更多
关键词 large mining height roof structure roof model roof fracturing distance support resistance
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放顶煤开采导水裂缝带高度确定的关键问题分析
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作者 崔希民 车宇航 +7 位作者 孙帅辉 李培现 孙灏 许志华 袁德宝 蒋金豹 赵玉玲 MALINOWSKA A 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期573-583,共11页
导水裂缝带高度是保障水体下煤炭资源安全开采的重要指标。针对水体下厚煤层放顶煤开采引用经验公式计算导水裂缝带高度存在的条件不符问题,梳理了经验公式的产生基础,强调了经验公式的适用条件是大采场、单层采厚1~3 m、累计采厚不超过... 导水裂缝带高度是保障水体下煤炭资源安全开采的重要指标。针对水体下厚煤层放顶煤开采引用经验公式计算导水裂缝带高度存在的条件不符问题,梳理了经验公式的产生基础,强调了经验公式的适用条件是大采场、单层采厚1~3 m、累计采厚不超过15 m的厚煤层分层开采。基于放顶煤开采顶煤冒放性和采出率的现场实测结果,提出了厚煤层放顶煤开采的有效采厚概念,有效采厚与顶煤采出率密切相关,且导水裂缝带发育高度随有效采厚的增加而增大,基于有效采厚的导水裂缝带高度可以有效避免因顶煤采出率提高而引发的欠估计情况发生。基于覆岩与地表沉陷从非充分采动到充分采动的发展演化事实,引入描述采动程度与导水裂缝带发育高度关系的Boltzmann函数,给出了基于采动程度系数的导水裂缝带最大高度计算方法。 展开更多
关键词 放顶煤开采 导水裂缝带高度 顶煤采出率 采动程度 有效采厚
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大倾角工作面覆岩三维破断运移演化规律
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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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曹家滩煤矿10 m超大采高覆岩垮落结构模型及矿压作用机理 被引量:1
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作者 张震 黄志增 +5 位作者 刘晓刚 任建超 刘前进 蔺星宇 薛吉胜 马镕山 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1951-1964,共14页
曹家滩煤矿10 m超大采高工作面的成功开采标志着我国特厚煤层一次采全高开采技术进入了一个新的水平。基于压力、位移和能量传感器全方位监测超大采高工作面开采,分析10 m超大采高工作面的矿压显现特征,探究上覆岩层运移及破断规律,并... 曹家滩煤矿10 m超大采高工作面的成功开采标志着我国特厚煤层一次采全高开采技术进入了一个新的水平。基于压力、位移和能量传感器全方位监测超大采高工作面开采,分析10 m超大采高工作面的矿压显现特征,探究上覆岩层运移及破断规律,并建立多层厚硬顶板下超大空间开采覆岩结构模型,以阐述矿压作用机理。结果表明:10 m超大采高开采覆岩破断空间大,矿压显现强烈,具有“来压步距大、动载明显、支架下缩量大和安全阀开启率高”的特征,周期来压步距以10~25 m为主,平均17.8 m,较同翼综放开采增幅为5.2%~21%,周期来压最大动载系数为1.44~1.68,平均1.60,其中,周期来压最大动载系数为1.60以上的占比63%,较同翼综放开采增幅60%,支架最大下缩量聚集于0.4~1.0 m范围内,平均0.63 m,液压支架安全阀开启率为10.6%~78.9%,来压期间液压支架安全阀开启率大于50%的占比达48.1%;工作面来压区域性明显,且聚集于距机头75~250 m范围内,具有“大小周期来压、多次连续性大周期来压”的特点,大周期来压间隔距离为102~186.8 m,平均137.5 m,来压期间微震事件沿走向方向分布在工作面前后300 m范围内,大周期来压期间微震大能量事件聚集于煤层上方20、50和80 m处的层位,能量聚集层位随工作面的推采沿煤层走向呈“低—高—低”往复循环变化的波浪形分布,其上覆岩层在采空区后方处于长距悬顶状态,中上部厚硬岩层具有同步联动破断特征,进而造成工作面的大周期来压;应力拱扩展受坚硬顶板的影响,应力拱纵向发展临时中断,横向跨度增加,形成了前、后两端为半拱状、中部为梁的“拱—梁”结构;多层厚硬顶板下超大采高工作面开采上覆岩层呈叠合“拱—梁”结构,下位“拱—梁”破断造成小周期来压,破断后岩块成台阶状接触,中上部“拱—梁”破断造成大周期来压,其连贯性破断造成多次连续性大周期来压,破断后岩块呈铰接状态;中位主控承载层Ⅱ及高位主控承载层Ⅲ滑落及回转变形失稳时所需支架的支护强度分别为2.32~2.90和1.91~2.14 MPa,现有支护装备难以有效实现工作面的围岩控制。该研究成果对超大采高开采围岩控制具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 超大采高 矿压显现特征 覆岩结构 矿压作用机理
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煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及应用 被引量:1
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作者 王国法 张金虎 +4 位作者 任怀伟 杜毅博 张德生 闫汝瑜 于翔 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期43-64,共22页
总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、... 总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、云计算、大数据分析和高精度惯导等先进信息技术与煤矿开采技术深度融合,实现了对采煤设备的状态监测和数据集成管理,通过精准感知、实时数据分析和智能控制,改善了煤矿开采过程中对设备的监测、管理和决策效率,提高了开采成套装备对不同煤层赋存条件的适应性。为解决中厚煤层超长工作面装备群一体化推进、协同控制等难题,通过地理信息动态感知与模型实时更新技术,实现了回采前方地质信息的同步映射,研发了适应超长工作面的大功率快速推进设备,构建了涵盖支-采-运各个环节的多区域同步推进工艺体系,形成了超长工作面支护装备群的联动机制,实现了装备群之间协同控制,显著提升中厚煤层开采效率和资源回收率。针对深部厚煤层复杂地质条件,研发了支架控制精细化、装备群组智能协同控制技术,实现了设备之间感知协调和自适应精准控制,提高了系统的可靠性和效率。针对8~10 m超大采高工作面超大开采空间煤壁防护、工作面围岩动载强烈、煤流载荷变化大等难题,提出了液压支架与围岩耦合自适应控制技术,增强了设备对超大采高工作面环境的适应性,研发了护帮板监测系统、采煤机稳定性自适应截割技术以及煤流负荷平衡和链条动态张紧控制等关键技术,使得设备能够在煤层厚度变化较大和强矿压条件下实现高效开采。针对煤矿高效开采数智化成套装备在海外的推广过程中,煤矿条件、安全要求、技术标准存在差异等难题,通过对技术装备的定制化调整,研发了集成监控和大数据分析系统,提高了对异常情况的响应能力,实现了工作面内设备群的自主感知、高可靠数据传输、智能分析决策、精准控制与执行。建立了适应不同工况的煤炭高效开采数智化成套装备技术体系,并在工程实践中取得了良好的效果,为煤矿智能化高质量发展提供支撑,为解决煤矿智能化建设的关键技术难题提供了解决方案。 展开更多
关键词 煤矿智能化 煤炭高效开采 数智技术 开采成套装备 超长工作面 超大采高
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神东矿区浅埋大采高工作面支架-围岩耦合关系及支架适用性研究 被引量:2
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作者 王巍 王文 张广杰 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期32-41,共10页
目的为有效解决神东矿区浅埋大采高工作面开采强度大导致的采场围岩控制困难问题,方法通过理论分析和现场实测方法,结合采场覆岩砌体梁力学模型,阐释了大采高工作面开采支架-围岩耦合关系,并对该矿区特殊条件下采场矿压规律、支架合理... 目的为有效解决神东矿区浅埋大采高工作面开采强度大导致的采场围岩控制困难问题,方法通过理论分析和现场实测方法,结合采场覆岩砌体梁力学模型,阐释了大采高工作面开采支架-围岩耦合关系,并对该矿区特殊条件下采场矿压规律、支架合理工作阻力及其适用性进行了研究。结果结果表明:断裂的老顶及其随动岩体自重、旋转空间对顶板动载荷产生影响较大,直接顶、支架及底板整体刚度对老顶的破断位置产生影响,使老顶来压时对支架的作用力变小、作用时间变短;支架-围岩间存在刚度、强度、稳定性等耦合关系。结论提出基于支架实用效果的“支、护、采”三因素法并对其适用性进行评价,采用岩石自重估算、实测支架循环末工作阻力加1倍均方差及传递岩梁理论等方法对支架工作阻力进行验算,并得到了合理的支架工作阻力。为相似条件下支架选型及其适用性评价工作提供科学指导。 展开更多
关键词 大采高工作面 支架-围岩耦合 矿压规律 工作阻力 适用性分析
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曹家滩煤矿10 m超大采高工作面采场围岩控制技术 被引量:1
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作者 王锐 徐刚 +11 位作者 康红普 张震 雷亚军 冯彦军 马英 黄志增 刘前进 刘晓刚 蔺星宇 马镕山 赵振 李正杰 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1935-1950,共16页
曹家滩煤矿10 m超大采高开采一次开采高度及开采强度为世界首创,采场围岩的有效控制为工作面能否安全高效开采的关键。在分析煤层赋存条件及已采工作面矿压显现特征的基础上,结合工作面超大开采空间、超高煤壁的特点,明确了10 m超大采... 曹家滩煤矿10 m超大采高开采一次开采高度及开采强度为世界首创,采场围岩的有效控制为工作面能否安全高效开采的关键。在分析煤层赋存条件及已采工作面矿压显现特征的基础上,结合工作面超大开采空间、超高煤壁的特点,明确了10 m超大采高开采围岩控制难点,建立了超大采高采场“叠合拱-梁”结构模型,提出了“主动支撑防护+区域卸压弱化+全方位监测预警”三位一体围岩控制策略,验证了10 m超大采高开采围岩控制效果。研究表明:多层厚硬顶板的赋存特征致使工作面矿压显现异常强烈,初采期间大面积悬顶,正常开采期间长悬顶顶板煤壁前方断裂及架后弯曲下沉造成工作面强动载来压明显。超大采高采场“叠合拱-梁”结构力学模型计算结果及已采工作面矿压数据表明,超大采高开采所需支架支护强度将达到2 MPa以上,现有支护装备难以有效实现工作面围岩控制,降低来压步距、弱化来压动载、防止煤壁片帮及防止工作面压架是10 m超大采高采场围岩控制的关键;液压支架“双层伸缩梁+三级护帮”结构实现了对架前空顶及超高煤壁防护的独立运行,解决了原有分体式护帮煤壁防护不全面的问题,高初撑力高工作阻力液压支架明显降低了工作面煤壁片帮冒顶概率,有效缓解了来压期间顶板下沉量;井下深孔5.0 m^(3)/min大流量定向压裂弱化技术实现了多层厚硬顶板弱化,有效降低了工作面来压强度,控制了来压期间煤壁片帮量及顶板大幅度下沉,防止工作面压架;全方位监测预警有效保障了工作面开采期间支架支撑效率,实现了顶板破断的实时跟踪及强矿压的实时分析;超大采高工作面初采期间大面积悬顶及小型飓风问题得以解决,初次来压步距为49.35 m,来压持续距离为5.75 m,支架立柱安全阀开启比例为24.81%,周期来压期间矿压显现程度得到了明显缓解,液压支架立柱平均下缩量均值由0.48 m降至0.32 m,降幅达33.3%,最大下缩量由1.88 m降至1.44 m,降幅达23.4%,工作面周期来压平均动载系数大于1.5的占比由39.6%降至14%,工作面正常生产期间煤壁片帮处于可控范围内,煤壁片帮量集中于0.2~0.5 m。该研究成果对超大采高开采围岩控制具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 10 m超大采高 矿压显现 水力压裂 围岩控制 灾害防治
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10 m超大采高液压支架关键结构及其承载特性
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作者 韩会军 雷亚军 +2 位作者 张金虎 韩存地 曾明胜 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1993-2004,共12页
针对10 m超大采高综采工作面围岩控制需求,研发了ZYA29000/45/100D两柱掩护式超大采高液压支架。阐述了超大采高采场围岩垮落及矿压显现特点,总结了10 m超大采高工作面注重顶板、煤壁防护及承受强动载的支护需求;在此基础上研发了10 m... 针对10 m超大采高综采工作面围岩控制需求,研发了ZYA29000/45/100D两柱掩护式超大采高液压支架。阐述了超大采高采场围岩垮落及矿压显现特点,总结了10 m超大采高工作面注重顶板、煤壁防护及承受强动载的支护需求;在此基础上研发了10 m超大采高液压支架,给出液压支架结构关键参数,配套双层伸缩梁+三级协动护帮、?630 mm大缸径抗冲击立柱等创新结构,具备断面全防护、结构抗冲击、架体自稳定等技术特点;以结构稳定性为切入点,在分析工作面倾角及采高对支架稳定性影响的基础上,研究了液压支架对不同工作面倾角及采高的适应性,分析得出支架横向临界倾倒角度为12°,适应采高7~10 m,液压支架在正常工作区域内,其理论支护效率并不会有较大变化,而掩护梁受载是超大采高液压支架与小采高支架的最大区别;针对两柱掩护式支架承载特点,分析了不同支架参数下顶梁力平衡承载区域及其迁移特性,两柱式掩护式支架力平衡区主要集中于立柱部位,立柱与顶梁铰接点位置的变化对力平衡区影响显著,平衡千斤顶参数的变化对力平衡区的影响有限;分析了不同型式护帮结构的煤壁防护性能,阐明双层伸缩梁+三级协动护帮结构在防护力度、防护面积等方面具有明显的优势;通过分析支架在增阻状态下的等效刚度,建立了液压支架动载力学仿真模型,通过模拟试验方法研究了其在“给定变形”工作状态下承受动态载荷的响应过程,得出顶梁承受动载主要通过立柱传递、掩护梁承受动载主要通过四连杆机构进行传递的特点;分析了支架在曹家滩煤矿122104工作面的使用情况,说明ZYA29000/45/100D对10 m超大采高工作面有较好的适应性,且满足工作面超大采高围岩控制需求。 展开更多
关键词 超大采高 液压支架 围岩控制 工作面支护 支护技术及装备
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超大采高土-基型覆岩采动导水裂缝发育规律及控水开采策略
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作者 张玉军 华照来 +2 位作者 宋业杰 胡皓宇 李嘉伟 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期112-127,共16页
【背景】导水裂缝带发育高度是煤矿顶板水害防控与水资源保护的关键,不同覆岩岩性及结构是导水裂缝带发育高度及特征差异性的主要控制因素。【方法】以陕西曹家滩煤矿10m超大采高工作面开采为工程背景,在实测土-基型覆岩采动导水裂缝发... 【背景】导水裂缝带发育高度是煤矿顶板水害防控与水资源保护的关键,不同覆岩岩性及结构是导水裂缝带发育高度及特征差异性的主要控制因素。【方法】以陕西曹家滩煤矿10m超大采高工作面开采为工程背景,在实测土-基型覆岩采动导水裂缝发育高度的基础上,采用应力-渗流耦合数值模拟方法研究土-基型覆岩采动响应差异性规律,并提出顶板复合含水体下控水开采策略,分析控水开采效果。【结果与结论】(1)曹家滩煤矿10m超大采高工作面顶板属于典型的土-基型覆岩结构,受红土层遇裂缝可弥合再生隔水特性与对采动裂缝抑制作用的影响,裂采比为22.56倍,采动裂隙基本发育至红土层下部,只有极少数裂隙扩展到红土层,但红土层的整体隔水性未受破坏,基岩和土层内显现传统导水裂缝带变异规律。(2)基于超大采高土-基采动破坏演化与顶板含水层充水规律分析的基础上,提出“静储量精准疏放+动补给增排分流+全空间流场监测+局部防切顶漏顶”的控水开采策略。(3)综合开采过程中长观孔水位、工作面涌水量及水化学等多因素,采动裂缝仅导通基岩裂隙及风化带含水层,第四系含水层未受采动影响,实现了超大采高工作面控水安全高效开采。研究成果可为国内超大采高高强度开采覆岩破坏、水害防控与水资源保护提供依据。 展开更多
关键词 超大采高 导水裂缝带 土-基型覆岩 耦合数值模拟 采动响应 控水开采
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10 m超大采高工作面煤壁片帮“支-卸”协同防控原理
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作者 刘江斌 黄志增 +5 位作者 刘前进 张震 韩存地 蔺星宇 马镕山 赵振 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1965-1978,共14页
煤壁片帮是制约10 m超大采高工作面安全生产的主要因素之一,针对10 m超大采高工作面片帮机制不清、围岩控制难度大的问题,实测统计分析超大采高工作面煤壁片帮特征,研究水平应力卸荷对脆性煤体超高煤壁破坏失稳的影响规律和作用机制,提... 煤壁片帮是制约10 m超大采高工作面安全生产的主要因素之一,针对10 m超大采高工作面片帮机制不清、围岩控制难度大的问题,实测统计分析超大采高工作面煤壁片帮特征,研究水平应力卸荷对脆性煤体超高煤壁破坏失稳的影响规律和作用机制,提出了超大采高工作面围岩“支-卸”协同防控原理。结果表明:10 m超大采高工作面煤壁片帮形态以“半月”状和“斜台”状为主,工作面周期来压强矿压显现加剧了煤壁的片帮;煤壁片帮是采动应力作用的结果,煤壁前方煤体塑性损伤破坏主要发生在超前支承压力的峰后卸荷阶段,在该阶段,煤体水平应力和侧压系数呈梯度衰减变化,由于煤壁中部受顶底板夹持作用弱,水平应力衰减程度最大,且随着采高的增大,煤壁前方水平应力卸荷程度显著增强;水平应力卸荷导致的围压降低是脆性裂隙煤岩体超高煤壁破坏失稳的主控因素,煤壁破坏优先朝向水平应力卸荷程度最大和侧压系数最小的方向发展,据此得出了煤壁微裂隙群贯通轨迹,解释了煤壁“半月”状和“斜台”状片帮的机制。可通过减小作用在煤壁上的顶板载荷和增大煤壁水平支护力2方面来减轻超大采高工作面煤壁损伤破坏,形成了“高强度支护-大流量压裂卸压”协同控制技术,10 m超大采高工作面强矿压显现和煤壁片帮问题得到有效管控。 展开更多
关键词 10 m超大采高 煤壁片帮 水平应力卸荷 脆性煤体 “支-卸”协同控制
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软破矿岩崩落法采场大高跨切割槽形成技术研究与应用
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作者 秦国玉 龚臻 +5 位作者 谭宝会 张刚刚 粟登峰 陈帮洪 王惠芬 张志贵 《金属矿山》 北大核心 2025年第1期37-47,共11页
在采场中形成质量合格的切割槽是保障无底柱分段崩落法矿石回采效果的重要基础。以龙首矿西二采区需要在软破矿岩条件下形成切割槽为工程背景,提出了一种在切割平巷中先借助楔形炮排掏槽再利用直立平行炮排扩槽的无井成槽方案,并在现场... 在采场中形成质量合格的切割槽是保障无底柱分段崩落法矿石回采效果的重要基础。以龙首矿西二采区需要在软破矿岩条件下形成切割槽为工程背景,提出了一种在切割平巷中先借助楔形炮排掏槽再利用直立平行炮排扩槽的无井成槽方案,并在现场进行了前期应用。应用结果表明:楔形掏槽爆破质量对于整个切割槽形成效果起决定性作用,当楔形掏槽跨度一定时,楔形掏槽高度越大,所受的爆破夹制作用越明显;在西二采区矿岩条件下,当楔形掏槽跨度为15 m时,有效掏槽高度为15~18 m,无法满足崩落法采场最末分段需要形成高度27.3 m、跨度75 m切割槽要求。为此,针对该成槽方案展开进一步研究,提出了加大楔形掏槽跨度、分次完成楔形掏槽以及加大排间微差爆破间隔等关键性改进技术。并采用ANSYS/LS-DYNA软件对改进后的成槽方案进行了数值模拟研究,验证了改进方案的有效性和可行性。最后在矿山开展了工程实践,顺利在崩落法采场形成了达到设计要求的切割立槽。 展开更多
关键词 软破矿岩 无底柱分段崩落法 大高跨切割槽 无井成槽 楔形掏槽
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千米深井大采高工作面超前切顶卸压软岩大巷防护技术
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作者 石智涵 刘学生 +4 位作者 高宇栋 李虎 李学斌 孔令哲 卢文龙 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期163-175,共13页
千米深井大巷受“三高一扰动”影响,围岩控制困难,其中,厚煤层采动影响下软岩大巷变形破坏问题尤为突出,影响工作面安全回采。本文以口孜东煤矿14采区为工程背景,得到140502工作面回采末期软岩大巷变形破坏规律,进行大巷变形破坏原因力... 千米深井大巷受“三高一扰动”影响,围岩控制困难,其中,厚煤层采动影响下软岩大巷变形破坏问题尤为突出,影响工作面安全回采。本文以口孜东煤矿14采区为工程背景,得到140502工作面回采末期软岩大巷变形破坏规律,进行大巷变形破坏原因力学分析,提出围岩破坏能量判据,得出悬臂长度L3越长,大巷围岩内能量U越大,获得大巷严重变形破坏原因,即大巷围岩长期承受高静应力作用,对于动载扰动作用影响更为敏感,极易变形破碎。进一步建立工作面悬臂楔形结构力学模型,发现悬臂角度与超前支承应力的峰值呈现负相关,即悬臂角度愈大,超前支承应力的峰值愈小。据此提出停采线超前爆破切顶卸压巷道控制技术,通过理论分析设计了钻孔角度、高度、位置等切顶卸压参数,利用FLAC3D比选切顶范围,降低了爆破施工量。制定140504工作面爆破切顶卸压方案,即在140504工作面风巷内停采线外17 m、23 m处分别布置一组相同的爆破面,超前工作面回采150 m起爆,每组断面斜向上穿层设计5个钻孔,呈扇形分布,布置钻孔时应避开工作面顶板上方存在的140504工作面高抽巷。在工作面回采期间对三条大巷展开监测,结果表明,140504工作面回采后西翼回风大巷、西翼主运胶带机大巷及西翼轨道大巷两帮移近量分别为17.6 cm、13.4 cm和8.4 cm。相较于140502工作面回采期间两帮移近量分别减小64.08%、60.59%和30.00%,控制效果较好,保障了工作面安全回采。 展开更多
关键词 千米深井 大采高 切顶 软岩大巷 防护技术
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大采高坚硬顶板工作面关键层破断结构及强矿压防治技术研究 被引量:1
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作者 李建辉 郑凯歌 +6 位作者 李军 王林涛 王雄 张彦军 蔡鹏 曲浩铭 樊建 《中国煤炭》 北大核心 2025年第3期59-69,共11页
以神东矿区鑫臻煤矿15103工作面为工程背景,对大采高坚硬顶板条件下强矿压灾害发生机理及控制技术进行研究。采用理论分析、数值模拟、现场实践等方法分析了坚硬顶板破断特征及破断结构,揭示了强矿压产生的主要原因,提出了定向长钻孔水... 以神东矿区鑫臻煤矿15103工作面为工程背景,对大采高坚硬顶板条件下强矿压灾害发生机理及控制技术进行研究。采用理论分析、数值模拟、现场实践等方法分析了坚硬顶板破断特征及破断结构,揭示了强矿压产生的主要原因,提出了定向长钻孔水力压裂超前区域弱化治理思路并应用于现场实践。研究结果表明,直接顶能够及时垮落,而基本顶滞后于直接顶垮落,坚硬顶板破断呈现“台阶岩梁”结构特征,且在直接顶垮落后与基本顶离层空间可达2.84 m,此较大离层空间也是工作面矿压强度大的主要原因,计算得到未弱化顶板条件下支架阻力为20.075 MN;基于坚硬顶板破断特征,提出了定向长钻孔区域弱化治理技术。实践表明,压裂区域支架强度范围最小在10 MPa左右,而在未压裂区域几乎未出现低应力区,压裂区应力集中范围降幅约47.6%;在集中系数大于1.02范围内,未压裂区域集中系数大于1.21的高应力集中区出现14处,而压裂区域出现7次,降低约1/2,压裂效果良好。 展开更多
关键词 坚硬顶板 大采高 强矿压灾害 顶板结构 定向长钻孔 水力压裂
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10 m超大采高工作面过超高断面空巷技术研究
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作者 刘茂福 刘晓刚 +3 位作者 白荣财 肖琦 刘前进 马镕山 《中国煤炭》 北大核心 2025年第5期63-75,共13页
针对以陕西榆林地区为代表的煤气共采区特厚煤层工作面过超高空巷问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测的手段分别对空巷合理支护强度及过空巷期间的围岩变形规律展开了分析研究。研究结果表明,当采用“煤矸充填+混凝土立柱”联合支护... 针对以陕西榆林地区为代表的煤气共采区特厚煤层工作面过超高空巷问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测的手段分别对空巷合理支护强度及过空巷期间的围岩变形规律展开了分析研究。研究结果表明,当采用“煤矸充填+混凝土立柱”联合支护时,10 m超大采高工作面过7.5 m超高空巷的支护强度应不小于2.1 MPa;受采动影响下,空巷围岩在超前工作面60 m处开始加速变形,采动强度随着工作面距离的缩短而增大;空巷顶板在合理支护载荷作用下,顶板变形量远小于两帮,垂向顶板稳定性较好。在现场工程实践中,结合工作面来压规律对不同区段空巷的充填必要性进行了等级划分,确定了空巷合理充填范围,并根据理论计算结果确定了“混凝土立柱”支护具体施工参数。结果表明,在工作面过空巷期间内,巷道及工作面架前顶板范围内围岩基本完好,工作面未出现局部冒顶及大面积来压情况,过空巷期间的顶板围岩控制取得了理想的效果。 展开更多
关键词 榆神矿区 10 m超大采高 超高空巷 充填支护
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超大采高工作面厚硬顶板压裂卸压技术研究及应用
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作者 雷亚军 冯彦军 +9 位作者 康红普 赵福堂 尚晓光 王锐 王鹏 张震 任建超 赵凯凯 郑仰发 刘晓刚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1907-1934,共28页
针对超大采高厚硬顶板综采工作面面临的超大开采空间、强矿压显现及超高煤壁稳定性控制等难题,以世界首个10 m超大采高综采工作面——曹家滩煤矿122104工作面为研究背景,系统开展了厚硬顶板压裂卸压机制、真三轴水力压裂裂缝重构试验、... 针对超大采高厚硬顶板综采工作面面临的超大开采空间、强矿压显现及超高煤壁稳定性控制等难题,以世界首个10 m超大采高综采工作面——曹家滩煤矿122104工作面为研究背景,系统开展了厚硬顶板压裂卸压机制、真三轴水力压裂裂缝重构试验、三维裂缝扩展流固耦合数值模拟、大流量复合压裂技术与工艺、水力压裂效果监测与评价等方面的研究。研究结果表明:厚硬顶板水力压裂卸压作用机制主要体现在结构调控、应力转移、能量释放、强度劣化等方面;延安组相较于直罗组脆性矿物含量更高,易形成复杂裂缝网络;排量由1 m^(3)/min增至5 m^(3)/min,裂缝平均半径由21.9 m增至32.5 m,增幅约为48.40%,排量越大水力裂缝尺度越大。研发了井下厚硬顶板水力压裂卸压技术及大流量压裂装备,开发了磨料射流预切缝与5 m^(3)/min大流量复合压裂技术工艺,提出了一种井下长水平钻孔定向水力压裂“一场一策”分区设计理念,形成了一种动态更新压裂层位和压裂方案的井下长水平钻孔定向水力压裂方法,并在曹家滩煤矿开展了工程应用试验,实现了10 m超大采高工作面矿压显现的科学有效防控。通过地面微震实时监测技术实时捕捉缝网扩展轨迹,有效指导了水力压裂方案的优化,并获得了顶板水力裂缝空间展布特征。开展了水力压裂实施效果的多因素综合评价,对液压支架工作阻力、工作面周期来压步距和持续距离、来压动载系数、微震事件及能量等进行综合分析,综合评价了水力压裂效果。井下试验结果表明:曹家滩煤矿井下水力裂缝以水平裂缝为主,沿钻孔两侧扩展平均距离约为80 m,有效弱化了工作面范围内上覆厚硬、完整顶板,实现了区域顶板结构有效调控;通过区域压裂技术将厚硬岩层组提前预裂,减小了来压步距和动载系数,保障了10 m超大采高工作面安全高效生产。 展开更多
关键词 特厚煤层 10 m超大采高 厚硬顶板 复合压裂 区域卸压
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“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力运移规律实验研究 被引量:1
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作者 康志鹏 任波 +2 位作者 罗勇 段昌瑞 任帅 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期158-164,共7页
针对“三软”厚煤层大采高工作面开采覆岩非线性、非对称破坏问题以及保护煤柱宽度不合理造成的资源浪费、巷道围岩稳定性差等问题,以新景煤矿15028工作面为工程背景,通过物理相似模拟实验对“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力... 针对“三软”厚煤层大采高工作面开采覆岩非线性、非对称破坏问题以及保护煤柱宽度不合理造成的资源浪费、巷道围岩稳定性差等问题,以新景煤矿15028工作面为工程背景,通过物理相似模拟实验对“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力运移规律进行实验研究。结果表明:“三软”厚煤层大采高工作面在回采开始时,顶板未发生大面积垮落,但产生较多水平裂隙;初次垮落时,塌落岩体与上部形成较大自由空间;当继续回采达到关键层极限破断距时,上覆岩层迅速大面积垮落,形成类似冲击地压的顶板“强烈垮塌”,采空区边缘悬臂梁结构发生“裂隙孕育快速发育回转下沉”变化,顶板垮落岩石由于碎胀充填作用,并未完全冒落;随着煤层持续开采,只在上覆岩层作用力的情况下,采空区底板未产生明显变形,即底板变形的主要原因为水平应力因素,采空区上覆岩层整体发生下沉,其中靠近煤层顶板越近,下沉量越大,最大下沉量为750 mm;采空区中部岩层位移最大,向两侧实煤体帮逐渐减小到0,整体位移曲线呈“V”字形;厚煤层大采高工作面侧向支承压力具有“双峰”特性,先小幅增加,达到第1个峰值点后小幅回落,应力降低区距离采空区10 m左右,而后到达第2个峰值点,此时距离采空区边缘19.2 m,应力最大值为27.5 MPa,随后持续回落,在72 m处趋于稳定,即采动侧向支承压力影响范围在60 m左右。 展开更多
关键词 “三软”厚煤层 大采高工作面 破断失稳 应力运移规律
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厚硬岩层下大采高孤岛面煤柱宽度优化及控制技术研究
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作者 张童 张宁波 +3 位作者 李廷 刘起源 陈宝宝 吴东园 《煤炭工程》 北大核心 2025年第3期103-114,共12页
大采高孤岛面煤柱留设的合理尺寸确定是影响煤炭回采率与安全回采的关键因素之一,以黄岩汇矿15115大采高孤岛面为研究对象,运用理论计算与数值模拟方法,构建了厚硬岩挠曲-煤体协同压缩与硬岩悬臂附加应力耦合作用的煤柱叠加承载模型,确... 大采高孤岛面煤柱留设的合理尺寸确定是影响煤炭回采率与安全回采的关键因素之一,以黄岩汇矿15115大采高孤岛面为研究对象,运用理论计算与数值模拟方法,构建了厚硬岩挠曲-煤体协同压缩与硬岩悬臂附加应力耦合作用的煤柱叠加承载模型,确定了合理柱宽。主要结论如下:煤柱帮荷载主要由厚硬岩层挠曲与煤体自重压缩变形效应决定,而采空区侧荷载来源于悬臂岩层附加应力。煤柱荷载与极限承载力在其宽度上变化呈反向趋势,得到了煤柱最小宽度9.4 m,确定了等效断裂角对降低煤柱荷载强度的作用敏感点为82°。模拟中随煤柱宽度增加,煤柱塑性破坏范围占比与煤体扩容程度降低,中部应力集中程度趋于稳定,整体承载性能增强,综合考虑宽度设置为10.0 m。现场表明,巷道两侧实施压裂后,岩层裂缝贯通弱化了厚硬岩层的完整性。煤柱保留了中部2.0 m弹性区,顶底板及两帮变形量均控制在520 mm内,有效实现了孤岛面安全护巷。 展开更多
关键词 大采高 孤岛工作面 硬岩层 煤柱宽度 岩-煤柱压缩 协同变形 压裂卸压
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保德煤矿大采高综放面覆岩结构及支架阻力确定
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作者 翁海龙 《中国矿业》 北大核心 2025年第S1期389-392,共4页
保德煤矿采用大采高综放技术回采8号煤层,割煤3.8 m,放煤3.5 m,回采过程中,工作面液压支架阻力大、发生过支架被压死的现象。本文从保德煤矿三盘区81305工作面覆岩岩层层序入手,通过现场实测和相似模拟研究工作面矿压规律,并根据岩层层... 保德煤矿采用大采高综放技术回采8号煤层,割煤3.8 m,放煤3.5 m,回采过程中,工作面液压支架阻力大、发生过支架被压死的现象。本文从保德煤矿三盘区81305工作面覆岩岩层层序入手,通过现场实测和相似模拟研究工作面矿压规律,并根据岩层层序研究覆岩结构,分析覆岩结构的稳定性。研究表明,多层厚硬覆岩层序下,工作面回采过程中上覆岩层形成不同的覆岩结构,根据岩层层序将覆岩结构分为短悬臂梁结构和砌体梁结构,短悬臂梁对工作面矿压显现起主导作用,直接覆存于煤层上方,厚硬岩层破断后形成短悬臂梁失稳是造成支架压死的原因。通过对覆岩结构的分析,给出了支架工作阻力确定的解析式,确定了支架阻力应不低于18 000 kN。 展开更多
关键词 大采高综放技术 覆岩结构 短悬臂梁结构 液压支架阻力 保德煤矿
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煤矿大采高综采工作面过断层开采关键技术探析
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作者 宋成鹏 《中国矿业》 北大核心 2025年第S1期349-352,共4页
大采高综采工作面过断层开采是煤矿开采中的关键难题,断层的存在使得开采过程面临复杂应力变化和顶板稳定性问题。本文结合最新研究成果,深入分析大采高综采工作面过断层开采的关键技术,包括断层加固技术、应力演化规律、开采工艺优化... 大采高综采工作面过断层开采是煤矿开采中的关键难题,断层的存在使得开采过程面临复杂应力变化和顶板稳定性问题。本文结合最新研究成果,深入分析大采高综采工作面过断层开采的关键技术,包括断层加固技术、应力演化规律、开采工艺优化。研究表明,通过注浆加固、卧底法等技术手段,可以有效控制断层附近应力集中,确保顶板稳定性,提高开采效率。研究成果为大采高综采工作面过断层开采提供了科学依据和技术支持。 展开更多
关键词 大采高 综采工作面 断层 应力演化 顶板稳定性
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大采高工作面生命周期内坚硬厚顶板破断机制
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作者 雷照源 李峰 +2 位作者 赵子葵 李磊 黄兴利 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第7期25-34,共10页
坚硬厚顶板作为大采高工作面的力源层,不同大采高工作面生命周期内的顶板边界条件不同,导致顶板的破断形态发生改变,进一步引发了各大采高工作面矿压显现的不同。因此,分析不同空间位置大采高工作面生命周期内坚硬厚顶板破断机制是研究... 坚硬厚顶板作为大采高工作面的力源层,不同大采高工作面生命周期内的顶板边界条件不同,导致顶板的破断形态发生改变,进一步引发了各大采高工作面矿压显现的不同。因此,分析不同空间位置大采高工作面生命周期内坚硬厚顶板破断机制是研究矿压防治的基础。以黄陵二矿深埋大采高工作面为背景,采用地质条件调查、理论分析、现场监测等手段,从单一与相邻工作面生命周期内坚硬厚顶板边界条件出发,凭借虚功原理分析坚硬厚顶板的破断机制;并以21422相邻工作面临空侧坚硬厚顶板三维空间轴转动模型为例,分析其失稳机理。研究结果表明:(1) 21421与21422工作面生命周期内各存在2种顶板破断铰接类型,21422工作面作为接续工作面,顶板临空侧的铰接边界为简支,导致顶板呈非对称破断。利用虚功原理推导出各顶板类型的破断极限条件及解析方程,得出21422工作面来压步距小于21421工作面,且沿工作面倾向两侧破断块体的水平破断距分别为108.41 m和191.59 m。(2)通过建立坚硬厚顶板在21422工作面倾向临空一侧铰接模型,认为顶板的破断过程呈回转运动,根据稳定系数(ξ)可知工作面倾向临空侧顶板不稳定,更易引发工作面矿压的发生。(3)统计各工作面充分采动后一个自然月的支架压力分布特征,验证了21421及21422工作面坚硬厚顶板的对称破断和非对称破断的特征,同时21422工作面的来压强度及步距的密集程度均大于21421工作面。 展开更多
关键词 大采高工作面 生命周期 坚硬厚顶板 矿压显现
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