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基于倾角效应的“支架-围岩”数字孪生模拟试验平台研制与测试 被引量：1
1
作者 解盘石 张颖异 +7 位作者 伍永平 杜玉乾 杨航 黄宝发 林伟典 易磊磊 徐辉 冯春 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2837-2852,共16页
液压支架与围岩两者间的稳定性关系是长壁工作面开采及其智能化研究的重难点内容之一。大倾角、急倾斜煤层赋存条件复杂,“支架-围岩”稳定性控制难度大,严重制约了该类复杂难采煤层矿井的安全智能开采。为此,在实验室环境下研制了三维... 液压支架与围岩两者间的稳定性关系是长壁工作面开采及其智能化研究的重难点内容之一。大倾角、急倾斜煤层赋存条件复杂,“支架-围岩”稳定性控制难度大,严重制约了该类复杂难采煤层矿井的安全智能开采。为此,在实验室环境下研制了三维大比例模拟试验平台与配套试验液压支架,可最大程度模拟复杂难采煤层工作面的开采环境,工作面“支架-围岩”系统耦合控制、顶板周期来压及冲击来压效果。基于数字孪生技术,构建了“支架-围岩”试验平台孪生系统,可实现对物理空间模拟试验工作面“支架-围岩”系统的精确感知与高效仿真。开展了试验平台性能、异型液压支架研发支撑、“支架-围岩”试验平台孪生系统优化等一系列测试试验,确定了试验平台整体结构的稳定性和性能的可靠性、孪生系统的实用性和准确性,体现了试验平台的多功能性。基于测试试验,发现工作面顶板来压期间,支架在倾角效应下易发生侧向偏转失稳,支架间侧向挤压加剧;工作面顶板、支架、煤壁及底板组成的“支架-围岩”系统是协同承载体,四者任何环节变化都会影响整体的稳定性,也会加剧另外环节的破坏。针对性提出采取液压支架防倒滑装置、加强围岩控制和实时监测预警3项改进措施,来提升复杂煤层工作面“支架-围岩”系统的整体稳定性。 展开更多
关键词 数字孪生 支架-围岩 倾角效应 大比例模拟试验平台 智能化 大倾角煤层
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公路隧道穿越小倾角高压瓦突煤层瓦斯抽排技术研究
2
作者 杨洪 曾仲毅 +1 位作者 吴铭芳 田娇 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第5期982-991,共10页
为解决小倾角高压瓦突煤层底部瓦斯抽排困难,改善瓦斯抽排效果,依托贵州正安至习水高速公路桃子垭隧道,对穿越小倾角高压瓦突煤层段瓦斯抽排进行研究。基于隧道开挖过程中开挖断面与煤层空间位置关系的变化特点,提出分步、分区的煤层瓦... 为解决小倾角高压瓦突煤层底部瓦斯抽排困难,改善瓦斯抽排效果,依托贵州正安至习水高速公路桃子垭隧道,对穿越小倾角高压瓦突煤层段瓦斯抽排进行研究。基于隧道开挖过程中开挖断面与煤层空间位置关系的变化特点,提出分步、分区的煤层瓦斯抽排方案;并利用热传导理论与瓦斯流动理论的相似性,采用热力学有限差分计算软件模拟分析隧道小倾角煤层的瓦斯防突抽排过程和实施效果。研究表明:1)分步、分区的煤层瓦斯抽排方案可避免底部煤层超长抽排钻孔打设,较整体一次性抽排方案,钻孔长度减少31%,且施工更便捷、消突更可靠;2)煤层断面抽排钻孔均匀布设时,中间钻孔抽排区域提早达到消突目标,而边缘区域滞后,采用边缘密、中间疏的抽排钻孔布设方式更合理;3)对比沿煤层倾向打设的抽排钻孔和以斜交打设穿透煤层面的抽排钻孔模拟效果,前者抽排效率较后者提高约1/3,且瓦斯压力消散更均匀;4)瓦斯抽排工期可根据抽排模拟计算进行预估,其值大致介于抽排区域平均瓦斯压力和最大瓦斯压力降至瓦斯突出临界压力的时长之间。 展开更多
关键词 瓦斯突出隧道 小倾角煤层 揭煤防突 瓦斯抽排 数值模拟
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大倾角工作面覆岩三维破断运移演化规律
3
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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大倾角煤层充填开采不同高比浆岩组合体力学特性研究
4
作者 韦忠华 杨科 池小楼 《中国矿业》 北大核心 2025年第6期184-193,共10页
针对大倾角厚煤层分层开采再生顶板稳定性控制工程问题,对加工制作而成的不同高比浆岩组合体进行单轴压缩试验,探明浆岩组合体的力学特性及变形演化规律,结合数字图像、声发射检测等相关技术对试件破坏形态及力学损伤特性进行分析。研... 针对大倾角厚煤层分层开采再生顶板稳定性控制工程问题,对加工制作而成的不同高比浆岩组合体进行单轴压缩试验,探明浆岩组合体的力学特性及变形演化规律,结合数字图像、声发射检测等相关技术对试件破坏形态及力学损伤特性进行分析。研究结果表明,组合体试件整体抗压强度与煤体部分占比呈负相关关系。不同高比浆岩组合体试件的破坏形态主要有两种类型,高比为3∶7、7∶3浆岩组合体为类型Ⅰ,破坏扩展方向主要沿浆岩组合体加载方向;高比为6∶4、5∶5、4∶6岩浆组合体为类型Ⅱ,破坏沿浆岩组合体试件界面方向和加载方向扩展。其破坏机制表现为:Ⅰ类破坏,煤体部分率先达到界面抗压强度并出现拉伸破坏,随后浆体所受载荷也达到自身强度,形成与加载方向一致的贯穿型拉伸破坏。Ⅱ类破坏,煤体部分所受载荷先超过了其抗拉强度,从而形成拉伸裂纹。随着持续加载,先后或同时超过了结构面强度和浆体的抗拉强度,产生界面裂纹和拉伸裂纹共同组成的贯穿型裂纹。研究结果为大倾角煤层充填开采中浆岩组合体破坏失稳防控提供理论依据。 展开更多
关键词 大倾角煤层 浆岩组合体 分层开采 浆岩高度比 变形破坏
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大倾角下行风综采工作面采空区瓦斯积聚特征与高位钻孔参数优化
5
作者 姚运泉 王兴华 +1 位作者 王天伟 杨胜强 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期76-81,共6页
为了解决大倾角下行通风综采工作面采空区瓦斯大量涌出所引起的回风流瓦斯浓度超限问题,采用单元测定法,从进风到回风将综采工作面分为若干单元,得出每个单元与采空区之间的漏风量、瓦斯涌出量及瓦斯浓度,分析评判采空区瓦斯异常积聚区... 为了解决大倾角下行通风综采工作面采空区瓦斯大量涌出所引起的回风流瓦斯浓度超限问题,采用单元测定法,从进风到回风将综采工作面分为若干单元,得出每个单元与采空区之间的漏风量、瓦斯涌出量及瓦斯浓度,分析评判采空区瓦斯异常积聚区分布特征;利用数值模拟软件,分析不同布置条件下高位钻孔的瓦斯抽采效果,优化高位钻孔抽采参数。研究结果表明:在采空区两端全风压压差、高位钻孔抽采负压、采空区热风压及瓦斯浮升力作用影响下,靠近进风侧平距10~30 m、距离煤层顶板10~25 m的采空区,形成瓦斯异常积聚区,将高位钻孔终孔布置在瓦斯异常积聚区且抽采流量为60 m^(3)/min时,瓦斯抽采效果最佳,回风流的瓦斯浓度超限隐患被消除。 展开更多
关键词 大倾角 下行通风 综采工作面采空区 瓦斯积聚 高位钻孔 瓦斯抽采 数值模拟
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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
6
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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超大采高工作面厚硬顶板压裂卸压技术研究及应用
7
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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急倾斜煤层长壁采场底板应力传递路径倾角效应研究
8
作者 朱开鹏 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期107-116,共10页
为探究急倾斜煤层长壁采场底板采动应力传递路径的倾角效应,以新疆2130煤矿急倾斜长壁综采工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值计算相结合的研究方法,在全面厘定并分析底板非对称变形破坏一般规律的基础上,对底板采动应力的传递路... 为探究急倾斜煤层长壁采场底板采动应力传递路径的倾角效应,以新疆2130煤矿急倾斜长壁综采工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值计算相结合的研究方法,在全面厘定并分析底板非对称变形破坏一般规律的基础上,对底板采动应力的传递路径及其倾角效应进行了研究,量化表征了急倾斜煤层底板主应力大小渐变以及方向偏转的演化特征。结果表明:在急倾斜煤层开采过程中,受煤层倾角影响,底板采动应力传递路径呈非对称反拱形态;在应力拱内部,直接底以及工作面倾向中下部区域的基本底处于受拉状态;在应力拱外部,以应力偏转界线为界限,底板主应力向倾向两侧煤体传递。并且,随着煤层倾角的增大,底板应力拱的拱高以及工作面倾向下侧煤体底板的应力集中系数均呈“减—增—减”的演化趋势;底板第一主应力的大小和卸荷系数逐渐降低,最大卸荷位置向工作面倾向下侧煤体迁移;第一主应力向x轴正方向偏转,使得底板破坏深度逐渐减小。受此影响,底板的最大破坏深度位于工作面倾向中下部区域;同时,在采空区矸石的非均衡约束作用下,工作面倾向中上部区域的底板块体结构更易出现失稳滑移,且在持续的采动影响下底板滑移区易向上扩展。基于此,可通过对底板易破坏滑移区域采取“重点关注、区域治理”的防治措施,改善该区域底板的应力环境和结构特征,以期实现对急倾斜煤层长壁采场底板的稳定性控制。 展开更多
关键词 急倾斜煤层 底板 采动应力 倾角效应
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特厚煤层10 m超大采高综采关键技术及装备
9
作者 康红普 雷亚军 +15 位作者 赵福堂 徐刚 李增林 李明忠 王锐 黄志增 刘江斌 马英 韩存地 冯彦军 张震 张金虎 任建超 宋业杰 曾明胜 程利兴 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1849-1875,共27页
超大采高综采技术是我国6~10 m特厚煤层实现高产、高效、高回收率开采的有效途径。在分析国内超大采高综采技术及装备研究现状的基础上,围绕陕煤集团曹家滩煤矿10 m特厚煤层超大采高工作面开采地质条件,从超大采高采场围岩控制、关键开... 超大采高综采技术是我国6~10 m特厚煤层实现高产、高效、高回收率开采的有效途径。在分析国内超大采高综采技术及装备研究现状的基础上,围绕陕煤集团曹家滩煤矿10 m特厚煤层超大采高工作面开采地质条件,从超大采高采场围岩控制、关键开采装备、智能协同控制3个方面分析了存在的难题,并提出了解决路径。经过5 a的技术攻关,取得一系列创新成果:(1)提出“主动强力支撑与防护+区域压裂弱化卸压”的支-卸协同超大采高工作面围岩控制策略,研发出5 m^(3)/min大流量井下水力压裂成套技术与设备,实现了超大采高工作面强矿压的有效防控。(2)研发出10 m超大采高强力液压支架,创新设计了“双层伸缩梁+三级护帮”机构,实现了超大采高工作面顶板和超高煤壁的安全防控;采煤机分区润滑与分布式冷却方案提高了大仰角长摇臂采煤机截割可靠性;高可靠中部槽、下链道悬链及慢变动力启动提高了超大运量刮板输送机对超大采高工作面煤流运输的适应性。系统集成世界首套特厚煤层10 m超大采高综采成套装备。(3)提出10 m超大采高液压支架运行状态智能控制策略,采煤机自动控制策略,通过应用粗糙神经网络技术,构建了超大采高采煤机与刮板输送机的协调控制系统。形成了超大采高重型开采装备群智能控制模式及控制逻辑。(4)构建了基于“微震-岩层移动-应力-水文”的超大采高工作面多场多参量协同监测融合分析系统,实现了工作面覆岩破坏、地表移动变形、地下水流场和矿压显现间的多元异构数据融合分析。研究成果在曹家滩煤矿得到成功应用,实现了10 m特厚煤层高产、高效、高回收率开采,取得了显著经济效益,引领了国内外特厚煤层高效智能开采技术的发展方向。 展开更多
关键词 特厚煤层 10 m超大采高 围岩控制 支-卸协同 关键开采装备 智能控制 多参量监测
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我国大倾角煤层开采技术变革与展望 被引量：14
10
作者 伍永平 郎丁 +14 位作者 贠东风 解盘石 王红伟 高喜才 罗生虎 曾佑富 吕文玉 张艳丽 胡博胜 皇甫靖宇 周邦远 黄国春 王丽 李俊明 刘斌 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期25-51,共27页
大倾角煤层是我国煤炭资源的主要赋存样式之一。在地域分布上呈现出广泛性与区域性,据不完全统计,全国25个省、自治区、直辖市均涉及该类煤层开采,在中西部地区储量丰富、产量大、生产集中程度高。在赋存条件上呈现出多样性与复杂性,不... 大倾角煤层是我国煤炭资源的主要赋存样式之一。在地域分布上呈现出广泛性与区域性,据不完全统计,全国25个省、自治区、直辖市均涉及该类煤层开采,在中西部地区储量丰富、产量大、生产集中程度高。在赋存条件上呈现出多样性与复杂性,不同区域成煤时期不一,构造控煤过程迥异,形成了多样且复杂的开采条件,催生了不同的开采技术要求。大倾角煤层开采的技术难度大。煤层倾角导致采场围岩运动破坏呈现非对称性显现特征,支护系统稳定性控制与“三机”配套与协同、采准巷道布置与支护、工作面“人-机”环境安全保障等工作的难度显著加剧,严重制约了矿井安全高效开采。大倾角煤层开采的区域经济需求强,该类煤层赋存与生产较集中的区域多见以煤炭工业为主的资源型城市,经济结构相对单一,煤炭资源安全高效开发利用对区域能源保供、民生保障、经济保稳具有兜底作用。长期以来,大倾角煤层开采技术变革聚焦于解决“难”与“需”的矛盾,在采煤方法与工艺、岩层控制理论与技术、成套装备研制与应用3个方面不断完善、创新、发展,实现了由非机械化向机械化开采的转变,安全产效水平大幅提升,人员劳动强度大幅下降,作业环境显著改善。20世纪90年代中期,川煤集团绿水洞煤矿首次成功实现了大倾角中厚煤层长壁综采,冲破了大倾角煤层机械化开采技术“禁区”。在此示范作用下,大倾角厚煤层长壁综放开采、大采高综采、薄煤层伪俯斜长壁综采三项首创性工程实践先后取得成功。这一过程中创新了工作面非线性限位布置与调斜方式,确立了“支架-围岩”系统稳定性多维交互控制模式,研发了工作面成套装备,取得良好收效,综合机械化开采技术适用范围进一步拓宽。与此同时,大倾角煤层开采仍存在许多亟待突破的关键科学问题与技术瓶颈,导致自动化、智能化水平提升与近水平/缓倾斜煤层相较仍存在较大差距。需进一步强化倾斜层状煤系地层煤岩体采动力学行为研究,揭示其对采场围岩灾变的控制机制,并实现量化表征;需进一步阐明岩体承载结构-采场装备群组系统间的多维动态作用过程与规律,完善装备与围岩多维动态多目标协同控制理论与技术基础,实现技术转化应用。在科学问题取得突破的基础上进行采煤方法、回采工艺、岩层控制、成套装备的系统性技术创新与研发,破解大倾角煤层开采安全-产效双提升的制约技术瓶颈,使大倾角煤层综合机械化开采倾角上限在有可靠技术保障的前提下向上延伸(扩展),为实现自动化、智能化开采奠定基础。 展开更多
关键词 大倾角煤层 机械化开采 岩层控制 技术变革
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大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采理论与技术 被引量：10
11
作者 伍永平 皇甫靖宇 +2 位作者 王红伟 胡博胜 罗生虎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期280-297,共18页
大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工... 大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术构想,工作面走向推进过程中沿倾向对采空区下部进行局部充填,充填体既与巷旁支护作用形成沿空巷道,取消区段保护煤柱,实现大倾角煤层无煤柱开采,又增大了工作面倾向下部充填压实区长度,加强了工作面“支架-围岩”系统稳定性。根据大倾角走向长壁采场特点,优选确定了大倾角膏体局部充填工艺,设计了大倾角局部充填回采系统、采充工艺。并采用理论分析、模拟实验、数值计算等相结合的方法,分析了局部充填对大倾角走向长壁采场围岩采动力学行为的调节机制。结果表明:充填体影响基本顶岩梁的变形破坏及采场倾向下侧煤岩体承载特征,基本顶、运输巷顶板变形量及运输巷倾向下侧煤岩体所受约束均随充填长度的增大而减小;为防止采空区未充填区悬顶灾害,充填长度不应超过工作面长度的1/3。局部充填体限制了工作面下部区域顶板破断,降低覆岩关键域形成层位,形成稳定的巷帮,减小沿空留巷围岩变形量;同时工作面倾向下部充填区长度增大,中、上部围岩结构不稳定区域的长度缩小,“支架-围岩”系统稳定性提升。充填体改变了采场围岩应力传递路径,承担了部分覆岩载荷,工作面下侧支承压力及超前支承压力均随充填长度的增大而减小,工作面倾向下部充填区域的超前支承压力降幅最大,沿空巷道及工作面应力状态得到改善。大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术具有提高资源采出率、降低掘进率、缓解采掘接替紧张、加强工作面“支架-围岩”系统稳定性等优势。 展开更多
关键词 大倾角煤层 无煤柱开采 局部充填 沿空留巷 采动应力
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大倾角大采高工作面煤壁失稳机理分析 被引量：2
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作者 张浩 伍永平 解盘石 《中国矿业》 北大核心 2024年第8期107-114,共8页
大倾角大采高工作面煤壁灾变易诱使支架-围岩系统失衡,导致围岩稳定性控制复杂化,故煤壁灾变防控对保障工作面安全生产十分关键,而科学化防控技术的前提是明晰煤壁失稳孕育机制,为此采用数值计算及理论分析法展开研究。研究结果表明:大... 大倾角大采高工作面煤壁灾变易诱使支架-围岩系统失衡,导致围岩稳定性控制复杂化,故煤壁灾变防控对保障工作面安全生产十分关键,而科学化防控技术的前提是明晰煤壁失稳孕育机制,为此采用数值计算及理论分析法展开研究。研究结果表明:大倾角大采高工作面煤壁承压倾向分区异化,下部区域应力集中程度较中部、上部高,集中区范围由下至上减小,垂向中部应力值较低,应力极值及走向位置与回采距具有正相关性,煤壁揭露前后邻域承压环境会突变,且承压态随煤体破坏演变异化,煤体承压结构会由非连续态经压实过渡为类连续状,而后整体移动至阈值后发生破断结构离散化。煤壁前方塑性区随采动作用不同幅度扩展,其稳定性受制于回采距及速度,低速回采、回采距离增加时煤壁稳定性逐步降低,塑性破裂发育区煤体为支承压力等动载、静载主承体,煤壁失稳是支承压力与扰动区内煤体自身抗压性能动态失衡,由运移、变形等承压行为量变诱发煤体结构质变而破断失稳,承压非对称性及多向耦合造成煤壁失稳分区及范围倾向扩展。 展开更多
关键词 大倾角 大采高 煤壁 塑性区 失稳机理
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松软煤层大采高工作面煤壁片帮机理及深浅孔交替超前预注浆加固技术研究 被引量：3
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作者 陈晓祥 韩文宇 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第3期11-22,共12页
目的为探究松软煤层大采高工作面煤壁片帮机理,并对片帮严重的松软煤层大采高工作面煤壁进行有效控制,方法利用材料力学理论得到煤壁片帮的频发位置,引入煤壁剪切破坏准则,得出松软煤体煤壁片帮的主控因素。并以李村煤矿1305工作面为例... 目的为探究松软煤层大采高工作面煤壁片帮机理,并对片帮严重的松软煤层大采高工作面煤壁进行有效控制,方法利用材料力学理论得到煤壁片帮的频发位置,引入煤壁剪切破坏准则,得出松软煤体煤壁片帮的主控因素。并以李村煤矿1305工作面为例,通过FLAC3D建立数值模型,以煤壁最大位移、煤体破坏深度、支承压力大小和支承压力峰值位置4个因素作为参考比较对象,通过引入正交试验法,研究了煤层埋深、内摩擦角、黏聚力、抗拉强度以及支护强度对煤壁片帮的影响程度。结果结果表明:煤体自身的物理力学性质(内摩擦角和黏聚力)是影响煤壁片帮的主要因素,其次煤体的赋存条件(埋深)也是一个较为关键的影响因素。结论工业性试验基于正交试验结果提出了大采高综采工作面深浅孔交替超前预注浆加固技术,有效控制了李村煤矿1305工作面煤壁片帮严重情况,为其他类似地质条件大采高综采工作面煤壁片帮控制提供了借鉴。 展开更多
关键词 大采高 松软煤层 煤壁片帮 正交试验 数值模拟
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以煤层倾向为参考方向的锐角优化垂线法煤柱设计方法 被引量：1
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作者 蔡音飞 刘健松 +1 位作者 冀哲 李晓静 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第4期127-132,138,共7页
垂线法广泛应用于我国矿区地表建(构)筑物的保护煤柱的设计,但其原理中存在走向方向不明确导致计算时需人工干预和小角值拐角处保护煤柱过估等问题。针对村庄尺度的建筑物群,提出应按位置给出不同的开采参数和松散层参数;用煤层倾向作... 垂线法广泛应用于我国矿区地表建(构)筑物的保护煤柱的设计,但其原理中存在走向方向不明确导致计算时需人工干预和小角值拐角处保护煤柱过估等问题。针对村庄尺度的建筑物群,提出应按位置给出不同的开采参数和松散层参数;用煤层倾向作为垂线法的参考方向,代替指向不明确的走向,实现垂线计算公式选择、垂线长度计算的自动化;提出锐角优化算法,解决煤柱角点角值较小时出现的煤柱留设尺寸过大问题。基于上述优化,通过MATLAB编程实现煤柱自动化计算,并一定程度上减小了煤柱的尺寸。优化后的垂线法能够更好地应用于矿山保护煤柱设计。 展开更多
关键词 保护煤柱设计 垂线法 煤层倾向 锐角优化法 村庄尺度
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急倾斜中厚煤层双斜开采顶板垮落堆积与应力演化特征
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作者 伍永平 许英瑞 +8 位作者 解盘石 王红伟 郎丁 皇甫靖宇 强旭博 杜玉乾 王乐辰 茹笑辉 王正富 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第12期18-26,75,共10页
俯伪斜开采降低工作面倾角能力有限,倾角60°以上急倾斜中厚煤层长壁综合机械化开采方法亟待突破。以华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿3212工作面为工程背景,在俯伪斜开采的基础上提出了双斜开采的采煤方法,并采用物理相似模拟、... 俯伪斜开采降低工作面倾角能力有限,倾角60°以上急倾斜中厚煤层长壁综合机械化开采方法亟待突破。以华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿3212工作面为工程背景,在俯伪斜开采的基础上提出了双斜开采的采煤方法,并采用物理相似模拟、数值模拟等方法,分析了双斜开采顶板破断矸石充填滑移堆积规律及应力演化过程。结果表明:双斜开采工作面布置需要与矿井开采设计相协调,工作面两巷维护难度大,其中回风巷侧受采动应力影响大,而运输巷与工作面支架的协调配合难度大;双斜开采由于其异形采空区顶板结构,垮落步距更大,其矸石垮落堆积呈倒三角形且存在周期性滑移特征,并且由于大块矸石堆积造成工作面上部和中部的非均匀来压现象;双斜开采原岩应力随工作面的推进逐渐增大,工作面倾斜上部、中部、下部来压强度不同,一般倾斜中上部来压大于下部,但倾斜下部支承压力应力集中系数大于工作面中上部,双斜开采顶板应力演化特征受工作面形状和推进距离的影响,并由于巷道调斜角作用,应力释放范围呈现由倾斜上部至下部逐渐变小的非对称特征。 展开更多
关键词 双斜开采 急倾斜煤层 中厚煤层 顶板垮落 顶板应力 巷道调斜角 支承压力
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6~10 m厚煤层超大采高液压支架及其工作面系统自适应智能耦合控制 被引量：19
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作者 韩会军 王国法 +3 位作者 许永祥 张金虎 雷声 李艳鹏 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期276-288,共13页
厚煤层储量及产量占我国原煤总储量及产量的一半,通过梳理厚煤层开采历史沿革,总结了我国厚煤层开采40年来的技术及装备研发实践,系统分析了以高端大采高液压支架及围岩智能耦合理论为代表的6~10 m大采高综采高效智能化综采技术及装备... 厚煤层储量及产量占我国原煤总储量及产量的一半,通过梳理厚煤层开采历史沿革,总结了我国厚煤层开采40年来的技术及装备研发实践,系统分析了以高端大采高液压支架及围岩智能耦合理论为代表的6~10 m大采高综采高效智能化综采技术及装备研究进展,提出了大采高支护理论及围岩智能耦合控制的突破是厚煤层一次开采高度突破的首要因素,完善的感知体系建立是液压支架自适应支护的前提,数字技术的应用为大采高工作面高效推进及装备智能协同控制提供了新的技术途径;阐明了大采高综放液压支架与围岩耦合关系,剖析了采高增加对硬煤层冒放性的有利影响,提出了基于煤矸识别、放煤机构控制的“纯煤段记忆放煤+煤岩分界模糊段人工反馈式干预放煤”的智能放煤控制策略;分析了大采高开采“采–运”协同智能耦合控制关键技术,构建了基于采煤机牵引速度与刮板输送机链速间联动调节的工作面装备间多机异构耦合自适应协同控制模型;研发了厚煤层开采中10 m超大采高液压支架,分析了厚煤层开采不断突破开采高度极限的新认识,从开采装备、控制系统等方面提出厚煤层一次开采高度的突破的研发方向。 展开更多
关键词 厚煤层开采 高端开采装备 支架–围岩耦合 大采高综采 大采高综放
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大倾角煤层覆岩应力非对称传递时空演化特征 被引量：3
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作者 朱开鹏 李志林 +5 位作者 罗生虎 解盘石 樊娟 王同 田程阳 闫壮壮 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期129-140,共12页
【目的】大倾角煤层安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而发现并揭示覆岩应力传递路径的时空演化特征是围岩稳定性控制的基础。【方法】以新疆某矿25221工作面为例,采用现场实测、物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究方法,在综... 【目的】大倾角煤层安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而发现并揭示覆岩应力传递路径的时空演化特征是围岩稳定性控制的基础。【方法】以新疆某矿25221工作面为例,采用现场实测、物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究方法,在综合厘定工作面矿压显现特征、覆岩变形破坏规律基础之上,构建以切应力与正应力为主的应力特征量,研究覆岩应力传递路径时空演化特征。【结果和结论】结果显示:工作面回采过程中,顶板倾向围岩结构呈中上部垮落高度较大、下部垮落高度较小的非对称分布特征,顶板走向围岩结构则随工作面推进呈周期性演化规律。受此影响,顶板采动应力随工作面推进呈现倾向非对称、走向对称的传递演化特征。在工作面倾向与走向剖面内,顶板应力特征量以切应力分界线为界沿采空区四周煤体传递,其传递路径呈现出“m”形分布特征。随着工作面推进距离的增加,应力传递路径由“m”形向中部相连的双“n”形转变,采空区两侧煤体支承压力峰值呈现增大→稳定的演化趋势。在平行煤层剖面内,顶板应力分界线为“w”形分布特征,应力分界线至采空区中心处,顶板应力呈单向传递特征,分界线至煤壁处,顶板应力呈双向传递特征。且随着顶板层位的增加,应力分界线演化至“v”形,研究结果揭示了大倾角煤层顶板应力非对称传递时空演化特征,对丰富大倾角煤层岩层控制理论具有重要意义。 展开更多
关键词 大倾角煤层 采动应力 切应力 应力方向 传递路径
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深部特厚煤层综放沿空掘巷煤柱优化及巷道支护 被引量：8
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作者 彭林军 吴家遥 +3 位作者 何满潮 宫凯旋 陈东旭 徐顺钰 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第3期563-574,共12页
为研究深部大采高综放工作面窄煤柱沿空掘巷巷道矿压控制问题,以国能宁煤集团枣泉煤矿2^(-2)特厚煤层130203大采高综放工作面回风巷道为背景,基于实用矿山压力理论,建立了巷道围岩内、外应力场动态结构力学模型,运用理论计算和数值计算... 为研究深部大采高综放工作面窄煤柱沿空掘巷巷道矿压控制问题,以国能宁煤集团枣泉煤矿2^(-2)特厚煤层130203大采高综放工作面回风巷道为背景,基于实用矿山压力理论,建立了巷道围岩内、外应力场动态结构力学模型,运用理论计算和数值计算针对不同尺寸煤柱煤体应力对比分析,将原留设15 m护巷煤柱缩小至5 m进行了煤柱优化。结果表明:在稳定的内应力场掘巷有利于巷道的稳定性,避免了顶板事故及冲击地压相关灾害的发生,现场5 m小煤柱护巷工程应用中,130203回风巷道小煤柱侧变形量为1050 mm,实体煤帮变形量为400 mm,两帮呈现不对称性变形,底板局部底鼓量为1400 mm;深部特厚煤层综放开采沿空掘巷采用5 m小煤柱护巷方案设计正确,极大改善了巷道围岩的应力环境,整体设计满足生产要求,现场应用良好。130203工作面小煤柱沿空掘巷技术成功应用,为矿井开采提供了可靠的科学依据。 展开更多
关键词 深部特厚煤层 大采高综放开采 沿空巷道 煤柱优化 巷道支护
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大倾角近距离煤层综采运输巷断面形状与支护参数优化 被引量：2
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作者 潘坤 鞠文君 +4 位作者 王俊超 贾后省 侯彪 王银伟 张志明 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第12期12-22,共11页
针对大倾角近距离煤层巷道在多次剧烈采动作用下,巷道围岩频繁出现非对称变形破坏致使围岩控制困难的问题,以代池坝煤矿31233运输巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟、现场监测等综合研究方法,研究了大倾角近距离煤层开采下3种断面形... 针对大倾角近距离煤层巷道在多次剧烈采动作用下,巷道围岩频繁出现非对称变形破坏致使围岩控制困难的问题,以代池坝煤矿31233运输巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟、现场监测等综合研究方法,研究了大倾角近距离煤层开采下3种断面形状巷道围岩变形破坏机理,进一步确定并优化了最佳非对称屋顶形巷道断面形状。研究结果表明:在大倾角近距离煤层剧烈采动情况下,无论巷道断面形状如何变化,其围岩破坏形态均呈现为最大破坏深度位置朝向顶板,且由于靠近上层工作面区域内塑性区扩展应力敏感性较强,导致该区域塑性区范围和深度达到最大,但3种断面形状巷道整体围岩破坏规律和塑性区分布范围有着明显差别;与拱形巷道、斜顶直角梯形巷道不同的是,非对称屋顶形巷道可根据巷道围岩条件变化来改变左帮、右帮高度以及左坡顶、右坡顶角度,使得巷道围岩整体应力分布趋于合理化,提升围岩破坏可控性的同时提高了巷道断面利用率。据此,提出了基于巷道围岩塑性区分布的非均匀控制方法,并进行了现场工程应用,优化断面形状前后技术经济指标对比结果表明非均匀支护方式对控制围岩变形效果明显,研究结果可为同类型大倾角近距离煤层巷道断面形状选择与支护设计优化提供有效科学依据。 展开更多
关键词 大倾角 近距离煤层 回采巷道 巷道断面形状 巷道支护
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大倾角大采高软弱顶底板工作面分区矿压规律研究 被引量：3
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作者 房万伟 李鹏杰 +4 位作者 李明鑫 赵瑞 时套套 孙强 姬长兴 《中国矿业》 北大核心 2024年第4期182-191,共10页
为研究内蒙古长城二矿大倾角大采高软弱顶底板复杂开采地质条件下,1305S工作面正常区、过渡区、卸压区的矿压显现规律及特征,建立了倾斜煤层采空区冒落矸石滑移充填数值模拟模型,采用数值模拟和现场实测相结合的研究方法进行研究。研究... 为研究内蒙古长城二矿大倾角大采高软弱顶底板复杂开采地质条件下,1305S工作面正常区、过渡区、卸压区的矿压显现规律及特征,建立了倾斜煤层采空区冒落矸石滑移充填数值模拟模型,采用数值模拟和现场实测相结合的研究方法进行研究。研究结果表明:沿倾斜方向,1305S工作面中上部所受垂直应力呈现出过渡区>正常区>卸压区的特点,工作面下部呈现出卸压区>过渡区>正常区的特点;1305S工作面推进过程中,平均周期来压步距为13.3 m,周期来压时支架工作阻力在26.75~33.05 MPa之间,沿工作面倾斜方向顶板所受垂直应力总体呈现出工作面上部>中部>下部的特点;巷道工作面一侧的边帮变形量较大。现场实测结果表明,回风巷顶板监测最大移进量为860.18 mm,运输巷顶板监测最大移进量为367.84 mm,两巷围岩移进量呈现出回风巷>运输巷的特点。 展开更多
关键词 大倾角煤层 大采高开采 岩块滑移充填 分区矿压规律 复合煤层
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