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考虑轴向应力作用的巷道偏应力分布与破坏特征关系 被引量:1
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作者 刘洪涛 韩子俊 +5 位作者 陈子晗 郭林峰 梁嘉璐 韩洲 刘勤裕 姬越 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期824-844,共21页
通过理论分析建立了考虑巷道轴向应力影响的全平面应变问题三维模型,推导了三维应力场下巷道围岩第二不变偏应力J_(2)隐式解析解,分析了巷道围岩在弹性状态和塑性状态时不同水平侧压和轴向侧压应力环境下的J_(2)分布大小及形态演化规律... 通过理论分析建立了考虑巷道轴向应力影响的全平面应变问题三维模型,推导了三维应力场下巷道围岩第二不变偏应力J_(2)隐式解析解,分析了巷道围岩在弹性状态和塑性状态时不同水平侧压和轴向侧压应力环境下的J_(2)分布大小及形态演化规律。基于Kastner求解法得出了三维应力场下的巷道围岩塑性区边界隐式解,并运用数学与数值分析方法研究了不同应力条件下巷道围岩塑性区分布特征。建立了第二不变偏应力J_(2)与围岩塑性区形态的相互对应关系,揭示了巷道围岩的变形破坏机制。以寸草塔二矿31205工作面回风巷为工程背景,对叠加采动作用下的巷道围岩J_(2)及塑性区分布特征展开研究,量化了非对称变形破坏特征,寻求了支护阻力与J_(2)的相互作用关系,提出了叠加采动巷道的稳定性控制技术。研究结果表明:固定轴向侧压值变化水平侧压值的情况下,J_(2)和塑性区形态分布特征呈现“圆形−类椭圆形−类蝶形”的演化过程。固定水平侧压值变化轴向侧压值的情况下,J_(2)和塑性区形态保持不变。轴向应力的改变对塑性区形态的影响较小,但会对塑性区尺寸产生较大影响。巷道围岩J_(2)的集中程度越大,围岩的变形破坏程度越大,J_(2)的分布形态一定程度上决定了塑性区的破坏形态。31205回风巷在叠加采动影响下处于高偏应力J_(2)环境,且形成了向采空区一侧旋转的应力分布特征,致使巷道形成非对称大变形破坏。支护阻力的提高对巷道围岩的偏应力J_(2)的降低作用有限,仅依靠锚杆(索)无法完全对巷道围岩进行稳定控制。基于上述研究,提出了超前强力支架+锚杆(索)支护系统的组合控制技术,现场应用效果良好。 展开更多
关键词 巷道围岩控制 偏应力第二不变量J_(2) 塑性区形态 围岩破坏机制 重复采动
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基于循环推进算法的采煤工作面围岩温度场数值模拟研究
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作者 秦跃平 郭铭彦 +4 位作者 唐飞 刘强 张冀昕 侯浩楠 赵微 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期409-420,共12页
随着浅部赋存煤炭资源的日益枯竭,深部开采已经成为煤炭资源开发的新常态。深部高温高湿的热环境将危害作业人员健康,增加机电设备故障率,极易引发井下安全事故。高温围岩作为采煤工作面的最主要热源之一,长期以来其散热量计算依赖于拟... 随着浅部赋存煤炭资源的日益枯竭,深部开采已经成为煤炭资源开发的新常态。深部高温高湿的热环境将危害作业人员健康,增加机电设备故障率,极易引发井下安全事故。高温围岩作为采煤工作面的最主要热源之一,长期以来其散热量计算依赖于拟合经验式,缺乏科学合理的计算方法。基于傅里叶定律和能量守恒定律,建立了采煤工作面二维围岩温度场非稳态数学模型,运用有限体积法对模型进行了离散,提出了以坐标间断移动来模拟实际割煤进刀过程的循环推进新算法,显著提高了动态推进条件下高温采煤工作面围岩散热的计算精度。随后以单个节点为例详细介绍了循环推进算法流程,基于Visual Studio编程平台自主开发了数值解算程序,并结合工程背景开展了采煤工作面高温围岩温度场及散热规律的数值模拟研究与实测验证工作。结果表明:模拟结果与现场实测数据变化趋势基本一致,平均相对误差为6.15%;在连续循环割煤过程中,围岩温度场呈现周期性变化特征;在一个循环周期内,各区域围岩散热强度在进刀循环开始时达到峰值,随后不稳定换热系数开始快速下降,且下降趋势逐渐减缓;传统的拟合经验式忽略了割煤循环过程中围岩散热强度随时间的改变,高估了围岩散热能力;在热害严重的采煤工作面,通过适当减缓进刀速度或采用截深更浅的采煤机刀头可有效减少围岩散热。 展开更多
关键词 采煤工作面 围岩散热 围岩温度场 循环推进算法 不稳定换热系数
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深埋大采长工作面导水裂隙带发育高度研究 被引量:2
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作者 张胜军 丁亚恒 +1 位作者 姜春露 李江 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期198-205,共8页
为研究深埋大采长工作面顶板导水裂隙带发育高度,以永城矿区城郊煤矿21106工作面为工程背景,采用钻孔注水法和成像法实测了导水裂隙带高度,采用UDEC软件探讨了埋深和采长对导水裂隙带高度的影响。研究结果表明,现场注水漏失量观测和钻... 为研究深埋大采长工作面顶板导水裂隙带发育高度,以永城矿区城郊煤矿21106工作面为工程背景,采用钻孔注水法和成像法实测了导水裂隙带高度,采用UDEC软件探讨了埋深和采长对导水裂隙带高度的影响。研究结果表明,现场注水漏失量观测和钻孔成像结果基本一致,实测得到导水裂隙带高度最大值为49.20 m,裂采比为17.14,比《三下开采规范》公式计算结果大,与《煤矿防治水手册》预计结果接近。采长增加导水裂隙带高度也增加,且埋深越大,增加幅度越大;900 m埋深时,330 m采长比160 m采长工作面的导水裂隙带高度增加10.54%。随着埋深增加,导水裂隙带发育高度也随之增加,采长越大增加幅度越大;工作面330 m采长时,900 m埋深的导水裂隙带高度比500 m埋深增加13.44%。《三下开采规范》和《煤矿防治水手册》公式中误差项范围较大,不易确定工作面煤层顶板导水裂隙带发育具体高度,对于受顶板水害威胁较大的矿井,建议采用现场实测方法准确地确定导水裂隙带高度,为煤矿顶板水害评估及治理提供依据。 展开更多
关键词 深埋矿井 大采长工作面 导水裂隙带 现场实测 数值模拟
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超深巷道围岩应力变化规律及支护技术
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作者 王胜开 刘家明 +4 位作者 朱志根 余一松 方旭刚 李华华 刘立波 《矿冶工程》 北大核心 2025年第2期54-59,共6页
以云南某矿山为背景,采用理论分析、现场监测、数值模拟相结合的方法,对埋深1 500 m巷道围岩破坏模式进行分析,研究巷道围岩应力的变化规律。结果表明:埋深1 500 m近矿体段主运输巷道及沿脉运输巷道围岩基本属于Ⅰ、Ⅱ类围岩;巷道地层... 以云南某矿山为背景,采用理论分析、现场监测、数值模拟相结合的方法,对埋深1 500 m巷道围岩破坏模式进行分析,研究巷道围岩应力的变化规律。结果表明:埋深1 500 m近矿体段主运输巷道及沿脉运输巷道围岩基本属于Ⅰ、Ⅱ类围岩;巷道地层稳定性对松动圈的影响大于巷道断面尺寸对松动圈的影响;在围岩应力、采动应力、爆破荷载等扰动作用下,巷道拱角围岩应力大于侧帮围岩应力。基于巷道围岩破坏模式,提出了锚杆+钢筋网+喷砼支护方式,3DEC数值模拟结果表明,巷道支护后,巷道两帮、拱顶、底板塑性区深度分别减小了0.5、0.8、0.6 m。 展开更多
关键词 深部开采 巷道 塑性区 围岩 围岩应力 支护方式 数值模拟 破坏模式 围岩稳定性
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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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中厚缓倾斜煤层覆岩导水裂隙带形态特征研究
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作者 田波 邓云驰 +2 位作者 杨守振 张涛 张培森 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期13-23,共11页
水害是制约煤矿安全开采的主要灾害之一,覆岩导水裂隙带作为地下水涌入采场的核心通道,其形态特征对矿井水害防治至关重要。本研究旨在通过定量表征导水裂隙带形态特征,为矿井水害风险防控提供理论依据。以中厚缓倾斜煤层为研究对象,通... 水害是制约煤矿安全开采的主要灾害之一,覆岩导水裂隙带作为地下水涌入采场的核心通道,其形态特征对矿井水害防治至关重要。本研究旨在通过定量表征导水裂隙带形态特征,为矿井水害风险防控提供理论依据。以中厚缓倾斜煤层为研究对象,通过数值模拟分析不同采高(1.3~3.5m)条件下覆岩应力场和塑性区演化规律,并提出基于覆岩破坏角α对导水裂隙带形态特征进行定量表征。研究结果表明:导水裂隙带高度和侧向宽度均随采高增加呈正相关性,且上山侧发育程度高于下山侧;覆岩破坏角α随采高增加逐渐减小,非对称性差异随采高增大而减弱;通过阳泉三矿K8404工作面实测数据验证显示,基于覆岩破坏角模型的侧向宽度预测误差小于3m(采高不超过6m),表明该方法具有较高的可靠性。基于覆岩破坏角α的定量表征方法,实现了导水裂隙带形态从经验判断到定量预测的转变,揭示了采高与裂隙带形态的非线性关系,为类似地质条件矿井水害防治提供了新思路。 展开更多
关键词 中厚缓倾斜煤层 导水裂隙带 覆岩破坏角 数值模拟
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中国井工煤矿区采动岩土体协同形变研究进展
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作者 陈超 胡振琪 +9 位作者 高远 王一鸣 陈庆丰 张家超 王果 康育鹏 刘闯 杨福芹 李晶晶 赵玉如 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期263-285,共23页
随着我国煤炭开采逐步转向深部以及煤炭开发战略西移,煤矿区采动岩土体形变问题更加突出,可对矿区生态及建(构)筑物安全造成严重影响,威胁矿区生态保护与高质量发展。为深入认识采动岩土体协同形变特征与机理,提升采动损害防控与土地生... 随着我国煤炭开采逐步转向深部以及煤炭开发战略西移,煤矿区采动岩土体形变问题更加突出,可对矿区生态及建(构)筑物安全造成严重影响,威胁矿区生态保护与高质量发展。为深入认识采动岩土体协同形变特征与机理,提升采动损害防控与土地生态损伤修复的有效性与针对性,根据不同覆土类型对采动岩土体协同形变研究进行分类,明确了层状结构为煤系地层结构的主要特征,阐明了采动岩土体协同形变效应与协同形变过程。系统梳理了黏质松散层、黄土、风积沙等3类覆土条件下采动岩土体协同形变研究进展,分析了采动岩土体协同形变的影响因素,指出岩层与土层厚度组合关系为采动岩土体协同形变的重要影响因素,岩土体界面为岩土体协同形变过程的关键界面。对现场实测、数值模拟、物理模拟、理论分析等技术手段进行评述,从研究方法、协同形变机理、岩土体交界面力学行为、岩土体形变空间形态、岩土体形变预测模型、新开采工艺与多煤层耦合条件下采动岩土体协同形变等方面讨论了现有研究存在的不足与关键科学问题,提出了科学研究路径,强调了应遵循的科学研究原则。分析认为,采动岩层-土层不同厚度组合以及不同土层类型组合的力学行为与机理、岩层-土层交界面的界面应力应变传递与扩展机制、构建可靠且适用性强的顾及采动岩土体协同形变效应的开采沉陷预测模型、采动岩土体协同形变空间形态演变特征、多技术方法力学原理的一致性与兼容性、西部生态脆弱矿区高强度开采与深部开采以及开采新技术引起的采动岩土体协同形变特征与机理、土层载荷传递效应定量研究等是未来研究的重点与发展方向。 展开更多
关键词 采煤沉陷 岩层破断 土体形变 协同效应 地裂缝 沉陷盆地
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多煤层开采卸压防冲效果数值模拟研究
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作者 杨贵儒 李红平 +6 位作者 周雨 杨旭 刘江 王建淇 梁洪宝 卢安良 李振雷 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期96-104,共9页
现有多煤层开采卸压防冲研究多基于简化数值模型分析多煤层采动应力分布,难以真实反映复杂地质条件与煤层间物理力学相互作用,且对采空区与遗留煤柱叠加影响机制缺乏系统性表征。针对上述问题,以宽沟煤矿4组煤层开采为工程背景,通过数... 现有多煤层开采卸压防冲研究多基于简化数值模型分析多煤层采动应力分布,难以真实反映复杂地质条件与煤层间物理力学相互作用,且对采空区与遗留煤柱叠加影响机制缺乏系统性表征。针对上述问题,以宽沟煤矿4组煤层开采为工程背景,通过数值模拟研究了多煤层采空区、遗留煤柱等复杂空间结构体对下伏煤层开采的影响,结果表明:单组煤层开采时,遗留煤柱下方有明显的应力集中,采空区下方卸压效果显著;多组煤层开采叠加影响下,多个煤层采空区边界重叠处应力集中程度进一步增大,而遗留煤柱的上下方若存在采空区,则其应力集中将显著降低,造成该遗留煤柱投影下方煤层的应力降低从而出现卸压;采空区的保护卸压和煤柱的应力集中效应随煤层间距的增加而降低。依据煤层应力集中系数划定煤层保护卸压区及应力集中区,即当煤层应力集中系数为(0,1],(1,2],(2,3],(3,∞)时,分别对应卸压区或无影响区、弱影响区、中等影响区、强影响区;使用电震矢量监测仪对划定区域的电磁辐射及声发射能量进行测试,结果验证了保护卸压区及应力集中区划定的准确性。 展开更多
关键词 多煤层开采 卸压防冲 遗留煤柱 围岩应力 应力集中区
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煤矿导水裂隙带的物探方法研究进展与应用
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作者 尹耀辉 《中国矿业》 北大核心 2025年第S1期490-495,共6页
煤矿导水裂隙带是煤矿开采过程中引发水害的关键因素。本研究在深入分析其形成机制、影响因素及危害的基础上,综合运用多种物探技术开展煤矿导水裂隙带探测工作,并通过实际案例验证了这些技术的有效性和可行性。研究结果显示,导水裂隙... 煤矿导水裂隙带是煤矿开采过程中引发水害的关键因素。本研究在深入分析其形成机制、影响因素及危害的基础上,综合运用多种物探技术开展煤矿导水裂隙带探测工作,并通过实际案例验证了这些技术的有效性和可行性。研究结果显示,导水裂隙带的形成受岩层硬度、岩层组合、地质构造特征、煤层厚度、煤层倾角、含水层与隔水层分布、地下水位及水压等多种因素影响。导水裂隙带的产生与发展会引发矿井突水、瓦斯积聚、顶板坍塌等灾害,对煤矿安全生产构成严重威胁。直流电法、电磁法和岩层探测技术等多种物探手段可用于探测煤矿导水裂隙带,为煤矿安全生产提供技术支持。现有物探技术在分辨率、适用条件和数据解释方面仍存在局限性。未来随着智能化监测预警系统的发展,煤矿物探技术将更加高效地保障煤矿安全生产。 展开更多
关键词 导水裂隙带 物探技术 直流电法 电磁法 地震探测 岩层探测 煤矿安全 水害防治
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综采工作面采动覆岩导水裂隙带发育高度综合研究 被引量:5
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作者 王毅 周余 +3 位作者 张丁丁 王禹 杨珍 王伟 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第5期132-141,共10页
针对因煤层开采易导致上覆岩层产生裂隙,贯通地下含水层引发矿井水灾的问题,以盘城岭煤业150105工作面为研究背景,采用理论公式、现场井下仰孔注水测漏法和钻孔电视成像探测法,以及FLAC3D和UDEC数值模拟综合分析导水裂隙带的高度和发育... 针对因煤层开采易导致上覆岩层产生裂隙,贯通地下含水层引发矿井水灾的问题,以盘城岭煤业150105工作面为研究背景,采用理论公式、现场井下仰孔注水测漏法和钻孔电视成像探测法,以及FLAC3D和UDEC数值模拟综合分析导水裂隙带的高度和发育规律。理论计算导水裂隙带的最大高度为81.56 m;通过井下仰孔注水测漏法监测3个钻孔的注水渗透量梯度临界值为12 L/min,通过临界值判定导水裂隙带高度为78.56~79.99 m;通过钻孔电视成像探测法观测钻孔内裂隙分布判定导水裂隙带高度为78.39~79.46 m;利用FLAC3D和UDEC数值模拟,根据覆岩塑性区变化特征,当工作面推进至180 m时,裂隙发生贯通,塑性区最大高度达到76.4 m,并根据覆岩塑性区变化、垂直应力分布、垂直位移云图分析了导水裂隙带发育规律的3个阶段。对不同方法下的导水裂隙带高度进行了相互验证。 展开更多
关键词 综采工作面 采动覆岩 导水裂隙带 裂隙带最大高度 现场观测 数值模拟
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河流下综放工作面覆岩破坏特征和陷落柱防水煤柱留设研究 被引量:3
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作者 韦四江 张林超 +1 位作者 王猛 谭毅 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第6期1-10,共10页
目的长平矿Ⅲ2317工作面在开切巷处揭露陷落柱,地表丹河流向与工作面推进方向一致,受采动影响,陷落柱内部水体及河水可能通过开采裂隙导入回采空间,从而造成工作面突水。针对以上问题,方法本文采用理论分析、数值模拟和现场观测等方法,... 目的长平矿Ⅲ2317工作面在开切巷处揭露陷落柱,地表丹河流向与工作面推进方向一致,受采动影响,陷落柱内部水体及河水可能通过开采裂隙导入回采空间,从而造成工作面突水。针对以上问题,方法本文采用理论分析、数值模拟和现场观测等方法,对回采工作面覆岩“两带”高度、覆岩破坏特征和陷落柱煤柱留设宽度进行研究。结果结果表明:工作面顶板垮落带与导水裂隙带最大发育高度分别为18.38,93.85 m,河水对工作面不构成突水威胁;无煤柱开采时,陷落柱一侧顶板裂隙沿陷落柱胶结面向上高度发育;结合理论计算和数值模拟分析,确定煤柱宽度为35 m。工作面在留设35 m煤柱条件下安全完成回采,地表变形特征符合预期,最大下沉量达到4000 mm,回采过程中工作面未发生突水事故。结论研究结果可为类似条件下的煤层安全开采提供理论和经验支撑。 展开更多
关键词 水下采煤 覆岩破坏特征 “两带”高度 陷落柱活化 防水煤柱
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综放工作面围岩控制与智能化放煤技术现状及展望 被引量:4
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作者 庞义辉 关书方 +2 位作者 姜志刚 白云 李鹏 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第9期20-27,共8页
分析了厚及特厚煤层智能化综放工作面围岩控制技术与智能化放顶煤技术发展现状及存在的问题,从巷道围岩高效支护、工作面超前支护、坚硬特厚顶煤冒放性、液压支架位姿监测及智能化放顶煤5个方面提出了工程实际需求。针对综放工作面实现... 分析了厚及特厚煤层智能化综放工作面围岩控制技术与智能化放顶煤技术发展现状及存在的问题,从巷道围岩高效支护、工作面超前支护、坚硬特厚顶煤冒放性、液压支架位姿监测及智能化放顶煤5个方面提出了工程实际需求。针对综放工作面实现安全、高效、智能化开采存在的技术难题与工程需求,对综放工作面围岩控制技术、智能化放煤技术进行了研究:构建了坚硬特厚煤层顶煤悬臂梁力学模型,研发了提高顶煤冒放性及放出率关键技术,实现了坚硬特厚煤层超大采高综放开采;研发了单元式超前液压支架顶梁可旋转自复位装置,实现了液压支架顶梁根据巷道顶板倾斜角度自动旋转支护,有效提高了单元式超前液压支架对巷道顶底板的适应性;提出了采用巷道支护液压支架替代传统锚网支护结构的思路,具有支护效率高、成本低、节省工作面超前支护等优点;开发了基于立柱与尾梁千斤顶行程的综放液压支架支护姿态监测装置与算法,提高了液压支架支护姿态解算效率与精度;提出了基于透明地质模型、煤量监测装置与煤矸识别装置融合的智能放煤控制方法,可有效解决多夹矸层特厚顶煤智能化放煤技术难题。提出智能地质保障技术、机器视觉精准测量与智能感知技术、综放工作面设备智能精准自适应控制技术、综放工作面数字孪生技术等是智能化综放开采技术与装备的发展趋势。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 综放工作面 围岩控制 智能化放煤
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两次采动影响下小煤柱巷道切顶卸压围岩控制技术 被引量:20
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作者 李汉璞 张百胜 +2 位作者 郭俊庆 杨依卓 崔俊彪 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第2期90-97,共8页
为解决多次采动影响下留小煤柱巷道矿压显现剧烈、围岩变形量大的问题,提出了“切顶卸压+顶、帮锚索补强”联合控制技术。以贾家沟煤矿10115运输巷为工程背景,分析了切顶卸压位置、高度与巷道围岩垂直应力分布的关系,给出切顶卸压关键参... 为解决多次采动影响下留小煤柱巷道矿压显现剧烈、围岩变形量大的问题,提出了“切顶卸压+顶、帮锚索补强”联合控制技术。以贾家沟煤矿10115运输巷为工程背景,分析了切顶卸压位置、高度与巷道围岩垂直应力分布的关系,给出切顶卸压关键参数,并研究了留小煤柱巷道在切顶卸压后受两次采动影响下的矿压显现规律。结果表明:切顶卸压后,煤柱上的应力峰值随切顶深度的增加呈指数降低;10115运输巷在邻近工作面一次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出无变形、缓慢变形、快速变形和围岩稳定的变化规律,本工作面二次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出明显变形和剧烈变形的规律;巷道围岩在受二次采动影响时变形更加剧烈,巷道变形量为一次采动时的3.0~7.5倍。 展开更多
关键词 切顶卸压 小煤柱 矿压显现 二次采动 综放工作面 围岩控制
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坚硬顶板切顶卸压技术对巷道围岩变形规律影响 被引量:15
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作者 赵常辛 李晓旭 +2 位作者 石蒙 冀瑞锋 张焱 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第1期147-154,共8页
针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运... 针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运输巷实施不同切顶卸压方案时,临近采空区的16403回风巷侧向顶板采动应力传递规律,并在现场施工水力压裂钻孔进行切顶卸压,实现临空巷道围岩变形控制。研究结果表明:“低位坚硬岩层悬臂梁+高位坚硬岩层砌体梁”破断结构是特厚煤层宽煤柱临空巷道大变形的主要原因,可采用切顶卸压技术破坏宽煤柱顶板侧向破断结构来控制临空巷道围岩大变形;切顶角变化可使关键块B长度发生改变,切顶角越大,则关键块B长度越小,临空侧顶板载荷向煤柱传递的程度越弱,临空巷道围岩承受的采动应力越小,切顶角为100°时临空巷道围岩垂直应力与变形量最小;在16402运输巷以切顶角100°施工水力压裂钻孔后,16403回风巷顶底板变形量较未实施切顶卸压的16402回风巷减小86.5%,两帮变形量减小87.1%,临空巷道围岩稳定性得到极大提高。 展开更多
关键词 综放工作面 留煤柱护巷 临空巷道 围岩变形控制 切顶卸压 水力压裂
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深部向斜构造区煤泥岩巷道围岩变形特征与控制技术 被引量:3
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作者 李生亚 严红 +3 位作者 裴晖 孟辉 吴林 邓飞 《煤炭工程》 北大核心 2024年第7期67-72,共6页
针对深部向斜构造区煤泥岩大巷围岩控制难题,以水峪煤业采区运输巷为研究对象,采用现场调研、数值模拟和理论分析方法,分析了深部煤泥岩巷道围岩位移和应力分布特征,研究了适用于深部煤泥岩巷道围岩的内外承载体环形协同控制技术主要结... 针对深部向斜构造区煤泥岩大巷围岩控制难题,以水峪煤业采区运输巷为研究对象,采用现场调研、数值模拟和理论分析方法,分析了深部煤泥岩巷道围岩位移和应力分布特征,研究了适用于深部煤泥岩巷道围岩的内外承载体环形协同控制技术主要结构和原理,构建了约束混凝土支架和围岩耦合模型,分析了内外承载结构体作用下深部煤泥岩巷道围岩位移和塑性区分布特征,并在现场进行了工业性试验,应用效果良好,对类似大巷围岩稳定性控制提供一定参考。 展开更多
关键词 煤泥岩巷道 向斜构造区 深部矿井 内外承载体结构 围岩控制
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葫芦素煤矿上覆岩体运移规律及“上三带”发育高度 被引量:2
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作者 吴访 苏士杰 +2 位作者 姜坤 郝英豪 王超勇 《中国矿业》 北大核心 2024年第S02期283-288,共6页
为研究大采宽条件上覆岩体运移与离层空间发育规律及“上三带”的关系,以内蒙葫芦素煤矿21406工作面与21101工作面为研究对象。采用多种方法如理论预测、建立模型进行数值模拟、钻探取芯观测岩性与裂隙发育、注水测量漏失量与窥视等方... 为研究大采宽条件上覆岩体运移与离层空间发育规律及“上三带”的关系,以内蒙葫芦素煤矿21406工作面与21101工作面为研究对象。采用多种方法如理论预测、建立模型进行数值模拟、钻探取芯观测岩性与裂隙发育、注水测量漏失量与窥视等方法研究了回采面开采后上覆岩层移动与变形规律与“上三带”发育关系。21406工作面位移呈“中间大、两边小”的分布态势,其运动速度先增加后减小,并在推过钻孔138 m处取得极大值;工作面推过138~178 m的范围内,为离层演化和发育的核心区间,并在322 m开始减弱并发生闭合;离层空间分布在距离煤层约260 m向上区域。21101工作面随着推进距离的增加,裂隙发育范围由“拱形”逐步演化为“马鞍形”,其发育的高度在推进80 m时达到61.6 m的最大值;注水实测导水裂隙带高度为65.39 m,裂采比为22.54倍。离层空间含水层发育在煤层上方260 m以上,远离导水裂隙带范围。本文研究结果为离层注浆与顶板疏放水提供了较为扎实的设计依据。 展开更多
关键词 葫芦素煤矿 采动覆岩体运移 覆岩离层 上三带 导水裂隙带
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巨厚煤层分层开采覆岩导水裂隙带高度演化及其预测研究 被引量:3
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作者 孟海伦 程香港 乔伟 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第12期67-75,共9页
目前导水裂隙带发育高度的研究大多针对的是单一煤层开采导水裂隙带高度,而对于巨厚煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度预测研究较少。基于新疆侏罗系煤田巨厚煤层地质条件,选取新疆准南煤田硫磺沟煤矿(9−15)08典型工作面参数,通过数值模... 目前导水裂隙带发育高度的研究大多针对的是单一煤层开采导水裂隙带高度,而对于巨厚煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度预测研究较少。基于新疆侏罗系煤田巨厚煤层地质条件,选取新疆准南煤田硫磺沟煤矿(9−15)08典型工作面参数,通过数值模拟和分形几何理论分析,定量评价巨厚煤层在综放分层开采条件下覆岩裂隙场的发育特征和演化规律,并构建了基于粒子群优化支持向量机回归(PSO−SVR)的巨厚煤层分层开采导水裂隙带高度预测模型。研究结果表明:①巨厚煤层分层开采时,老顶范围内坚硬岩层和亚关键层呈铰接结构,整体上覆岩变形破坏呈拱式结构。②受采动影响,顶板覆岩破断垮落,横向裂隙不断发育生成,且垂向裂隙向上发育,导水裂隙带持续上升,分形维数快速上升。而随着工作面的持续推进,上覆岩层裂隙中横向裂隙被上覆岩层压实,裂隙开度降低,分形维数逐渐降低。③分层开采时裂隙分形维数总体呈现为升维、降维、稳定和波动4个阶段。④选用平均绝对误差(MAE)、平均偏差(MBE)和相关指数R2等指标对PSO−SVR模型进行了评估,其相关指数R^(2)>0.90,MAE<6.5 m,−0.5 m<MBE<0.5 m,表明建立的PSO−SVR模型能够用于分层综放开采导水裂隙带高度预测。⑤将9−15(08)工作面数据代入PSO−SVR模型中,预测值与实测值绝对误差为12.52 m,相对误差为4.86%,表明PSO−SVR能够有效、准确地进行巨厚煤层开采导水裂隙带高度预测。 展开更多
关键词 巨厚煤层 导水裂隙带高度 分层开采 分形维数 覆岩裂隙演化 粒子群优化支持向量机回归
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近距离煤层采掘关系对下位巷道围岩变形规律影响研究 被引量:3
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作者 张小军 孙佳瑞 马扬 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第8期61-68,共8页
近距离煤层上煤层工作面与下位煤层巷道采掘关系发生变化时,巷道围岩变形失稳机理会更加复杂,而目前针对上煤层工作面与下位煤层巷道推进方向不同时巷道受载动态演化规律及失稳特征的研究较少。以陕北能东煤矿近距离煤层为研究对象,采... 近距离煤层上煤层工作面与下位煤层巷道采掘关系发生变化时,巷道围岩变形失稳机理会更加复杂,而目前针对上煤层工作面与下位煤层巷道推进方向不同时巷道受载动态演化规律及失稳特征的研究较少。以陕北能东煤矿近距离煤层为研究对象,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,对上煤层工作面回采后下位煤层巷道的稳定性进行了研究。理论分析得出,上煤层工作面开采后所产生的底板裂隙深度为22.5 m,未发育至下位煤层巷道。按采掘空间位置关系将回采工作面与巷道分为相向、相交、背向3个状态,数值模拟当巷道与工作面的空间位置关系发生变化时下位煤层巷道围岩的变形情况,结果表明:①上煤层工作面与下位煤层巷道的采掘关系为相交与背向推进时,巷道围岩应力呈先增后减再增的趋势,在推进距离为90 m时,最大应力为6.5 MPa,应力集中系数为1.49,在推进距离为100~110 m时,巷道围岩应力降低幅度最大,降低了53.2%,在推进距离为150 m时应力最小,为0.95 MPa,之后不断增大,直到恢复至原岩应力。②巷道围岩位移量在推进距离为100~150 m时增长幅度较大,在150 m时顶板位移量达到最大,为0.036 m,随着巷道越接近边界煤柱,其巷道位移量越小。现场实测结果表明:上煤层工作面过下位煤层巷道时,巷道位移量显著增长,顶板最大位移量为3.41 cm,与数值模拟结果一致;相交推进过程中若地质条件简单可以适当加快推进速度,减小上煤层工作面开采对下位煤层巷道的影响。 展开更多
关键词 近距离煤层 巷道围岩 下位煤层巷道 上煤层工作面 底板破坏 辅运巷道 主运巷道 回采工作面
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基于覆岩破断特征的极薄煤层工作面支架工作阻力确定 被引量:3
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作者 童应山 王森 +3 位作者 张连东 王永安 李培煊 李帅 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第1期64-73,共10页
延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值... 延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值模拟、理论分析等研究了极薄煤层综采工作面顶板覆岩结构破断特征及其演化过程,建立了采场顶板岩梁断裂前后力学解析模型,获得了极薄煤层综采工作面直接顶周期破断距,确定了合理支架工作阻力。结果表明:极薄煤层工作面开采初期顶板垮落后会较快的对上覆岩层形成支撑,至顶板极限跨距后,直接顶与基本顶周期破断,且基本顶破断位置位于直接顶破断线前方,两者间存在离层空间,共同回转下沉;工作面液压支架主要受直接顶回转载荷作用,其作用载荷为3 980.89 kN,确定支架选型为ZZ4000/6.5/13D四柱支撑掩护式液压支架;现场应用后,可以有效发挥支架支护性能,满足采场围岩控制要求。研究成果为国内极薄煤层开采工作面支架选型提供了一定的参考。 展开更多
关键词 极薄煤层 综采工作面 顶板结构演化 支架-围岩作用 支架工作阻力
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孤岛工作面回采巷道围岩破坏机理及差异化控制技术 被引量:1
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作者 王鹏 王虎伟 +1 位作者 王帅 王鹏程 《金属矿山》 北大核心 2024年第12期96-105,共10页
针对孤岛工作面回采巷道围岩稳定性控制难题,以常村煤矿S5-18孤岛工作面轨道运输巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测的研究方法,获得采空区侧向轨道运输巷道围岩应力场分布规律,以及孤岛工作面开采前后巷道围岩塑性区形态... 针对孤岛工作面回采巷道围岩稳定性控制难题,以常村煤矿S5-18孤岛工作面轨道运输巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测的研究方法,获得采空区侧向轨道运输巷道围岩应力场分布规律,以及孤岛工作面开采前后巷道围岩塑性区形态和演化规律,以阐明巷道围岩破坏特征,揭示塑性区非对称扩展机理,并基于巷道围岩塑性区扩展特征提出分区差异化控制方案。结果表明:轨道运输巷受邻近采空区侧向支承压力扰动影响,围岩偏应力集中,塑性区非对称分布明显。采动影响下,轨道运输巷塑性区剧烈扩展范围约为工作面超前25 m,顶板、底板及煤柱帮塑性区扩展范围明显大于煤壁帮。偏应力大小使塑性区范围扩展,主应力角度偏转使塑性区扩展角度发生变化,偏应力大小及主应力角度共同作用致使塑性区扩展范围呈现明显的非对称扩展。根据巷道围岩塑性区分布特征,提出孤岛工作面回采巷道差异化控制方案及具体参数,并进行支护效果分析及工业验证。支护效果数值模拟分析显示,补强支护后巷道围岩承压能力增强,塑性区范围减小;工程现场巷道围岩变形量均小于250 mm,围岩控制效果良好,保证了孤岛工作面安全高效回采。 展开更多
关键词 孤岛工作面 回采巷道 围岩破坏 差异化控制
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