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天然弱面对瓦斯抽采水平井压裂多裂缝扩展的影响
1
作者 庞涛 姜在炳 +2 位作者 王正喜 刘修刚 李浩哲 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期130-138,共9页
针对碎软低渗煤层待掘煤巷条带瓦斯高效抽采难题,提出待掘煤巷条带顶板水平井分段压裂高效预抽瓦斯技术。为实现瓦斯无空白带均衡抽采,基于分段多簇压裂的裂缝网络构建是技术成功的关键。为研究煤系地层中的多裂缝扩展形态,分析了煤系... 针对碎软低渗煤层待掘煤巷条带瓦斯高效抽采难题,提出待掘煤巷条带顶板水平井分段压裂高效预抽瓦斯技术。为实现瓦斯无空白带均衡抽采,基于分段多簇压裂的裂缝网络构建是技术成功的关键。为研究煤系地层中的多裂缝扩展形态,分析了煤系地层天然弱面发育特征,建立了天然弱面对多裂缝扩展形态的判别式,并采用有限元方法分析了单一天然弱面和多天然弱面对多裂缝扩展的影响。结果表明:煤层及顶底板岩层中发育有大量裂隙、层理、界面等天然弱面,影响着水力压裂裂缝的扩展形态;裂缝与天然弱面的相互作用受原场地应力、已形成裂缝的诱导应力和裂缝尖端应力场的共同影响;天然弱面距预置裂缝距离小时能够诱导裂缝起裂并迅速取得扩展优势,距离大时能够诱导多裂缝扩展呈复杂形态;小角度天然弱面能够诱导附近裂缝快速扩展,角度为90°时不影响缝间干扰。多天然弱面发育条件下,应力差低时易形成以天然弱面为主的缝网,应力差大时易形成较为简单的单一裂缝;天然弱面密度大、形态复杂时易形成缝网,地应力对缝网形态影响不大。工程应用表明,试验井水力压裂形成了覆盖待掘煤巷条带的缝网,日产气量已达1708 m^(3),且正处于产气量上升阶段,具有良好抽采前景。 展开更多
关键词 煤巷条带 顶板水平井 瓦斯预抽 天然弱面 多裂缝扩展
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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：2
2
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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基于运动姿态感知的综放支架主动控顶空间研究 被引量：1
3
作者 曾庆良 雷小万 +3 位作者 孟昭胜 万丽荣 班新亮 胡雨龙 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期645-660,共16页
综放支架是综放采场关键支护与主动放煤装置,其主动触支顶煤行为可有效引导顶煤智能有序破碎。为开展支架主动扰控顶煤理论及相关研究,明确综放支架对顶煤的主动触支工作空间,提出一种综放支架各部件相对空间姿态及绝对空间位姿动态感... 综放支架是综放采场关键支护与主动放煤装置,其主动触支顶煤行为可有效引导顶煤智能有序破碎。为开展支架主动扰控顶煤理论及相关研究,明确综放支架对顶煤的主动触支工作空间,提出一种综放支架各部件相对空间姿态及绝对空间位姿动态感知方法,以期提升综放支架对顶煤碎放过程可控性。首先,借助Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了综放支架空间姿态数学模型,分析得到支架顶梁和放煤机构在各关节节点坐标系与本体坐标系下坐标,明确了综放支架各关键部件之间的相对姿态及运动耦合关系;在此基础上建立了综放工作面全局感知模型并求解得到了支架的绝对空间位姿数据,获得了工作面顶板、底板倾角对综放支架空间支护姿态影响。其次,提出并计算了综放支架顶梁触支空间和放煤机构支护空间分布模型,获得了综放支架对顶煤的主动调控范围,同时使用初值优选的Levenberg-Marquardt(L-M)优化算法探究支架主动触顶姿态的调控方法与立柱的有效驱动行程。最后,搭建了支架姿态数据采集系统,依托山东省菏泽市赵楼煤矿7303综放工作面获取了支架运动过程中真实空间姿态参数数据,对比理论解算数据与传感器实测数据,验证了该空间位姿测量方法的可行性与准确性。结果表明,使用该方法解算的顶梁姿态与传感器测量结果重合率达98.26%,为进一步提高支架的空间位姿感知技术提供了研究思路。 展开更多
关键词 智能综放开采 综放支架 触支空间 顶煤调控 触顶姿态
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基于割煤循环智能检测的工作面来压判识方法
4
作者 罗香玉 康林星 +2 位作者 南添松 解盘石 伍永平 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期16-21,共6页
基于液压支架工作阻力数据进行工作面来压判识需解决2个问题:一是如何从海量的工作阻力数据中提取循环末阻力数据,二是如何有效利用提取出的循环末阻力数据对工作面是否来压实现有效判断。现有的循环末阻力提取方法大多依赖固定规则和... 基于液压支架工作阻力数据进行工作面来压判识需解决2个问题:一是如何从海量的工作阻力数据中提取循环末阻力数据,二是如何有效利用提取出的循环末阻力数据对工作面是否来压实现有效判断。现有的循环末阻力提取方法大多依赖固定规则和经验值参数,在复杂工作面环境下准确性低且适应性差。针对该问题,提出一种基于割煤循环智能检测的工作面来压判识方法。将割煤循环检测转化为二分类问题,使用支持向量机分类器对割煤循环结束时刻进行智能检测,以自动判别割煤循环的结束时刻;在获取所有割煤循环结束时刻的基础上,提取各支架循环末阻力数据;通过数据融合生成能够反映工作面整体压力状态的单序列数据,并基于来压判定公式进行工作面来压判识。基于不连沟煤矿某工作面的液压支架工作阻力数据进行实验,结果表明,该方法割煤循环检测的精确率、召回率、F_(1)分数分别为85.91%,81.84%,83.83%,来压判识的精确率、召回率、F_(1)分数分别为79.43%,78.76%,79.09%,均优于滑动窗口极值法和阈值法,在识别循环末阻力和工作面来压判识方面具有显著优势。 展开更多
关键词 顶板灾害防控 来压判识 割煤循环智能检测 支持向量机 循环末阻力
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多层厚硬顶板大采高综放工作面强动载矿压特征及机理
5
作者 张震 黄志增 +4 位作者 徐刚 刘晓刚 刘前进 赵铁林 蔺星宇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3369-3387,共19页
针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特... 针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特征、近远场覆岩运移与矿压的联动性进行了分析,明确了多层厚硬顶板大采高综放开采工作面矿压显现特征,得到了多层厚硬顶板破断的空间形态及覆岩结构演化规律;阐述了矿压作用机制,建立了考虑煤壁前方弯曲变形、多层厚硬顶板各层位间受力关联下的低、中、高不同层位覆岩结构力学模型,给出了不同层位岩层破断失稳判据及支架临界支护强度。结果表明:多层厚硬顶板大采高综放开采工作面除具有“来压区域性明显、来压急增阻、大小周期来压、周期性强动载来压”的特点外,还呈现出强动载来压期间多次连续性或短距间断性大周期来压的新特征;强动载期间连续性大周期来压矿压显现程度总体呈先增大后减缓的趋势,工作面周期性强动载来压呈不规律性,每隔4~10个小周期来压,间隔120.9~241.9 m,平均161 m发生1次强动载来压,强动载来压期间矿压显现异常强烈;上覆岩层呈现“低位悬臂梁+中位非铰接梁+高位联贯破断叠合铰接梁结构”,低位悬臂梁结构位于煤层上方20 m以内,该结构的周期性回转破断造成工作面小周期来压,中位非铰接梁位于煤层上方20~70 m范围,该范围内岩层的架前拉伸破断或架后剪切破断导致工作面发生大周期来压,高位岩层位于煤层上方70 m以上,中部厚硬岩层破断后,对高位铰接梁有效接触及支撑力减小,造成高位铰接梁相继破断失稳,继而导致工作面多次连续性或短距间断性大周期来压的强动载来压;中位非铰接梁结构破断失稳时支架合理支护强度为1.897 MPa,高位联贯破断铰接梁回转变形失稳对应的支架合理支护强度为2.470 MPa,滑落失稳对应的支架合理支护强度为3.180 MPa,现有的高强度支架难以对顶板的强矿压进行有效控制,须采取顶板弱化的手段进行采场围岩控制。研究成果对特厚煤层多层厚硬顶板开采围岩控制具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 多层厚硬顶板 矿压显现特征 破断结构 矿压作用机理
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厚硬顶板10 m超大采高工作面煤壁片帮特征及影响因素
6
作者 马镕山 徐刚 +3 位作者 任建超 张震 刘前进 蔺星宇 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期191-205,共15页
针对超大采高工作面易发生煤壁片帮的问题,以曹家滩煤矿122104超大采高工作面为背景,综合运用现场监测、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同顶板压力条件下超大采高工作面煤壁塑性区、应力及位移分布特征,建立了煤壁片帮力学模型,确... 针对超大采高工作面易发生煤壁片帮的问题,以曹家滩煤矿122104超大采高工作面为背景,综合运用现场监测、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同顶板压力条件下超大采高工作面煤壁塑性区、应力及位移分布特征,建立了煤壁片帮力学模型,确定了煤壁挠度最大点位置,揭示了顶板压力变化对煤壁稳定性作用机理。研究结果表明:煤壁破坏以拉裂为主,且多发生在中部或中上部区域,其形态通常呈现为半月状内凹或台阶状,煤壁平均片帮深度为0.41 m,最大片帮深度平均为1.53 m,片帮层位主要出现在底板上方4.4~8.0 m高度范围内,煤壁片帮程度与顶板压力成直接相关性,周期来压期间片帮加剧。初次来压后形成悬臂梁及组合悬臂梁结构,随着工作面的推进,顶板垮落和煤壁破坏加重,超前支承压力峰值及应力集中系数显著上升,工作面煤壁片帮与矿压显现成正相关关系。数值模拟结果显示,随着开采深度的增加,顶板压力增大,煤壁稳定性降低。不同埋深下的煤壁压力对煤壁挠度表现出非对称特性,煤壁挠度随埋深的增加而增大,煤壁最大挠度位置随埋深的增加而沿煤壁逐步上移,最大变形区域在0.59~0.94倍采高处。 展开更多
关键词 超大采高工作面 煤壁片帮 顶板压力 煤壁力学模型 数值模拟
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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
7
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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房式采空区煤柱群–顶板系统链式失稳机制及评价方法
8
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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“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
9
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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极软厚煤层切顶卸压沿空留巷主动超前支护技术研究 被引量：1
10
作者 张盛 徐瑞泽 +5 位作者 刘佳伟 朱让河 马强 王高尚 张帆 赵龙刚 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期83-93,共11页
目的切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛,但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时,存在帮部煤体松软、巷道高度大,传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题,需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法以梁北矿3... 目的切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛,但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时,存在帮部煤体松软、巷道高度大,传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题,需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法以梁北矿32021机巷为工程背景,建立预裂切顶前后的巷道超前段围岩稳定性力学模型,分析切顶卸压前后留巷超前段顶板受力特征和变形规律,揭示受预裂切顶影响的超前段巷道围岩变形机理;采用FALC3D数值软件模拟分析定向爆破切顶条件下回采巷道的应力分布特征;提出主动式锚索梁协同锚固方案,设计超前主动支护参数,并进行现场应用。结果结果表明,预裂切顶能有效切断顶板之间的应力传递,使留巷超前段顶板围岩处于应力降低区,切顶后工作面与留巷交界处悬顶面积减小;经数值模拟验证,所给出的锚网索梁锚固方案在主动支护后能够有效控制巷道超前阶段围岩变形,并有利于保持留巷的长期稳定;主动超前支护现场应用后,巷道顶底板移近量最大不超过80 mm,顶板变形量减小了35%,且能够最大程度保持巷道顶板的完整性。结论提出的主动式超前支护技术能够解决空间狭小、劳动强度大和顶板被反复支撑破坏等问题,对于类似矿井条件下沿空留巷的超前支护有重要的参考价值。 展开更多
关键词 极软厚煤层 超前支承压力 主动超前支护技术 切顶卸压沿空留巷
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蒙陕接壤区煤炭开采过程中矿井水来源 被引量：1
11
作者 杨建 李慧 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1263-1275,共13页
蒙陕接壤区作为我国能源安全的核心保障区域,同样也是黄河流域生态保护和高质量发展的关键地带。该区域煤炭资源的高强度开采可能对生态环境造成重大影响,尤其是对地表以下浅层第四系含水层的破坏。由于难以精确评估顶板各含水层的渗漏... 蒙陕接壤区作为我国能源安全的核心保障区域,同样也是黄河流域生态保护和高质量发展的关键地带。该区域煤炭资源的高强度开采可能对生态环境造成重大影响,尤其是对地表以下浅层第四系含水层的破坏。由于难以精确评估顶板各含水层的渗漏情况,这增加了制定科学、有效的保水采煤策略的难度。本研究基于对蒙陕接壤区地下水中环境同位素(D和18O)的检测与分析,应用同位素质量守恒原理,计算了矿井水水源的相对贡献量。研究发现,各含水层水中的环境同位素受地形地貌、地层结构和地下水赋存等因素的影响。研究区的第四系地下水主要来源于大气降水和地表水,具有快速的循环更替速度,表现为富含氚的现代水补给特征,其δD值和δ^(18)O值大气降水和地表水相近。深埋区的白垩系与第四系水力联系紧密,循环更替过程较长,导致环境同位素值有所降低。白垩系和侏罗系地下水受垂向补给控制,循环更替速度减缓,δD值和δ^(18)O值逐渐降低,其中白垩系地下水的δD值为–80.2‰~–75.6‰,δ^(18)O值为–10.6‰~–8.7‰。浅埋区和中深埋区地层由于沉积时间长,成岩作用较好,加之后期构造运动的影响,与第四系或新近系直接接触,接受第四系地下水补给,导致δD值和δ^(18)O值相对较高。而深埋区的侏罗系地层由于本身厚度较大,上覆有厚层的第四系和白垩系地层,地下水补给条件较差,地下水径流过程漫长且较为封闭滞流,因此δD值和δ^(18)O值相对较低。本研究利用地下水中的δD值,通过二元混合模型计算得出,在浅埋区的矿井水中,第四系水的比例有所不同:SGT和HLG煤矿的占比小于20%,而BLT和LSJ等煤矿的占比介于28.0%~57.0%,YBJ煤矿的占比则接近80%。在中深埋区,矿井水中第四系水的比例通常小于20%,但在开发较早、顶板存在保德组红土层“天窗”的HLW和SS煤矿中,第四系水的比例分别达到了37.05%和26.24%。在深埋区,矿井水中白垩系水的占比约为30%。IsoSource模型的计算结果显示,第四系水的贡献率在7.6%~9.3%间,白垩系水的贡献率在12.0%~17.1%间,而侏罗系上段水的贡献率在74.9%~80.4%间,且不同矿区的矿井水中各水源的贡献率相近。本研究准确识别了矿井水中各含水层水的来源比例,对于蒙陕接壤区的保水采煤和生态环境保护具有重要的实际意义。 展开更多
关键词 环境同位素 矿井水 煤炭开采 水源判别模型 顶板地层结构
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煤层顶板多种灾害发生机理与协同防治技术
12
作者 郑凯歌 张俭 +2 位作者 孙四清 陈冬冬 王泽阳 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期24-35,共12页
【目的】基于我国煤层多期沉积−构造演化形成的煤与瓦斯突出、突水、冲击地压等多灾害共生环境,针对深部开采条件下高地应力-高水压-强采动耦合诱发的顶板多灾害链式演化难题,系统开展了煤层顶板多动力灾害耦合机制与协同防治技术研究... 【目的】基于我国煤层多期沉积−构造演化形成的煤与瓦斯突出、突水、冲击地压等多灾害共生环境,针对深部开采条件下高地应力-高水压-强采动耦合诱发的顶板多灾害链式演化难题,系统开展了煤层顶板多动力灾害耦合机制与协同防治技术研究。【方法】通过区域构造特征分析与赋煤构造单元划分,综合运用地质力学分析、灾害演化分析及技术模式构建等方法,系统揭示了煤层顶板多动力灾害的耦合作用机制,创新构建多灾害协同防控技术体系。【结果和结论】(1)随着开采深度增加,顶板灾害由单一模式向瓦斯-冲击地压-水害复合模式转变,深部“三高一扰动”环境通过应力重分布-裂隙扩展-能量积聚的链式作用,诱发冲击启动、水气互馈等灾害耦合效应;(2)突破传统冲击-瓦斯二元耦合研究框架,系统建立了包含巨厚含水层致冲、离层水-厚硬顶板联动等多灾害耦合模型,阐明了采动裂隙网络贯通诱发气液运移-能量释放的跨灾耦合机理;(3)创新提出“分源辨识-分类调控-协同防治”的技术路径,研发形成包含定向长钻孔分段压裂、地面L型井群组改造等关键技术的“井上下联动、区域局部协同”五种防控模式。该成果为破解深部开采多灾种协同防控难题提供了理论依据和技术路径。 展开更多
关键词 顶板灾害 耦合效应 协同防控 跨灾耦合 防控模式
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煤体强度差异对裂缝跨界面扩展影响规律研究
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作者 刘洪杰 马衍坤 +1 位作者 王小岐 周健 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第3期119-125,共7页
为探究岩煤界面两侧力学性能差异对裂缝跨界面扩展行为的影响,利用自主研制的单面可视煤岩真三轴水力压裂试验系统,对含不同强度煤体的组合体试块开展真三轴水力压裂试验。采用AE与DIC分析方法研究裂缝跨界面扩展过程的声发射和应变场... 为探究岩煤界面两侧力学性能差异对裂缝跨界面扩展行为的影响,利用自主研制的单面可视煤岩真三轴水力压裂试验系统,对含不同强度煤体的组合体试块开展真三轴水力压裂试验。采用AE与DIC分析方法研究裂缝跨界面扩展过程的声发射和应变场响应规律。研究结果表明:裂缝在低强度煤层扩展过程中缝网展布形态复杂,水压曲线呈现出高频次的锯齿状波动,声发射信号反应较为剧烈;在高强度煤层扩展过程中缝网展布形态相对单一,水压曲线呈现出较低程度的波动,声发射信号反应较为平静。裂缝在扩展过程中两侧会出现明显拉伸与压缩应变局部化区域,应变局部化区域形态与裂缝扩展路径基本一致。随着裂缝跨越岩煤界面进入煤层,裂缝两侧呈现出明显的拉伸与压缩应变局部化带,不同强度煤岩体试块相较起裂时增大了4.29~11.09倍。裂缝两侧应变集中程度也迅速增大,拉应变值和压应变值分别增大了2.07~2.46倍和1.15~5.02倍。研究结果对顶板导向水力压裂技术研究具有重要参考意义。 展开更多
关键词 顶板水力压裂 岩煤界面 岩煤强度差异 声发射分析 数字图像相关方法
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强冲击特厚煤层见方复合构造区域降载防冲技术研究 被引量：1
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作者 焦彪 马宏源 +4 位作者 郝宝利 杨华东 史星星 张怀忠 董哲 《工矿自动化》 北大核心 2025年第4期146-152,共7页
为揭示强冲击特厚煤层工作面回采至特殊区域的冲击危险性,提升回采期间防冲安全性,以胡家河煤矿401106工作面见方复合构造区域为工程背景,综合采用理论分析、现场实测等方法,研究了见方复合构造区域微震时空演化规律,阐释了煤岩体诱冲机... 为揭示强冲击特厚煤层工作面回采至特殊区域的冲击危险性,提升回采期间防冲安全性,以胡家河煤矿401106工作面见方复合构造区域为工程背景,综合采用理论分析、现场实测等方法,研究了见方复合构造区域微震时空演化规律,阐释了煤岩体诱冲机理:见方复合构造区域载荷集中程度较高,微震事件频次与能量出现跃升,煤岩体裂隙破裂程度较发育,微震事件活跃程度相对剧烈,微震事件平均最大能量与每米释放能量相比常规回采区域分别升高了20.1%,26.3%,且近似呈“抛物线”分布;煤岩体在见方效应、构造作用、坚硬覆岩及相邻采空区等因素叠加影响下,冲击危险性升高。根据“分源、分类防治”思想,提出了“区域+局部”的降载防冲技术:针对孕育动静载源的坚硬覆岩,采用井下长孔区域压裂和顶板预裂爆破技术协同防控;针对积聚静载源的见方复合构造区域的煤体,采用帮部、底板松动爆破技术,降低了周期来压步距和动载系数,提升了围岩整体稳定性和回采期间的安全性。 展开更多
关键词 冲击地压 降载防冲 诱冲机理 区域压裂 顶板预裂爆破 煤层松动爆破
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煤层顶板涌水量TCN-LSTM-SVM时间序列预测模型构建与应用
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作者 刘譞 姬亚东 +6 位作者 朱开鹏 赵春虎 李凯 李超峰 袁晨瀚 李盼盼 闫鹏珍 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第6期201-211,共11页
【背景】矿井涌水量的准确预测对于煤矿水害防治、安全高效生产起着重要的作用。【方法】为构建适用于西部受巨厚砂岩含水层水害威胁矿井的涌水量预测模型,以受该种水害严重影响的陕西彬长矿区某典型矿井为研究对象,基于工作面回采进尺... 【背景】矿井涌水量的准确预测对于煤矿水害防治、安全高效生产起着重要的作用。【方法】为构建适用于西部受巨厚砂岩含水层水害威胁矿井的涌水量预测模型,以受该种水害严重影响的陕西彬长矿区某典型矿井为研究对象,基于工作面回采进尺与涌水量数据之间的相关关系,选取其作为矿井涌水量时间序列预测的特征变量,提出基于时域卷积网络(temporal convolutional networks,TCN)的长短期记忆网络(long-short term memory,LSTM)−支持向量机(support vector machines,SVM)矿井工作面涌水量耦合预测模型,即TCN-LSTM-SVM模型。该模型首先通过TCN框架对原数据进行处理,提取回采进尺与涌水量之间的依赖关系和动态特征,随后将提取特征输出到后续的LSTMSVM组合模型,以进一步捕捉回采进尺与涌水量之间的时序关系和特征。【结果】模型训练与预测结果显示:TCN-LSTM-SVM耦合模型的训练集、验证集和测试集的平均绝对误差(E_(MA))为56.02~129.89 m^(3)/h,平均绝对百分比误差(E_(MAP))为3%~7%,均方根误差(E_(RMS))为82.60~162.61 m^(3)/h,决定系数(R^(2))为0.81~0.98,预测结果较BP神经网络、随机森林(RF)、Transformer等常用预测模型的准确度更高,并且避免了其中多数模型在验证集和测试集中出现的误差过大的情况。研究发现,该耦合模型既具备TCN模型的并行处理优势和多尺度特征提取能力,同时也具备LSTM-SVM组合模型优秀的预测性能和泛化能力,针对研究矿井的工作面涌水量预测与以往模型相比具有一定的优越性和适用性。【结论】研究成果为矿区相似地质条件的矿井涌水量预测提供了新的方法,对该矿地质条件类似的工作面涌水量预测以及防治水工作有一定的现实意义。 展开更多
关键词 矿井水害 煤层顶板 涌水量预测 时域卷积网络 长短期记忆网络 支持向量机 陕西彬长矿区
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基于ITHTS-DEMATEL方法的非煤矿山冒顶片帮事故风险评价
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作者 李丁 许开立 +1 位作者 徐晓虎 韩浩亮 《中国矿业》 北大核心 2025年第4期216-224,共9页
我国非煤矿山冒顶片帮事故多发,严重威胁员工生命安全,影响我国矿山企业安全健康稳定发展。本文基于ITHTS-DEMATEL方法对非煤矿山冒顶片帮事故风险进行评价,对于提升我国非煤矿山企业冒顶片帮事故风险管控水平具有重要的理论意义和现实... 我国非煤矿山冒顶片帮事故多发,严重威胁员工生命安全,影响我国矿山企业安全健康稳定发展。本文基于ITHTS-DEMATEL方法对非煤矿山冒顶片帮事故风险进行评价,对于提升我国非煤矿山企业冒顶片帮事故风险管控水平具有重要的理论意义和现实意义。首先,基于危险源-目标系统交互作用理论(ITHTS)分析非煤矿山冒顶片帮事故的风险因素及危险源,进而构建非煤矿山冒顶片帮事故风险评估指标体系,明确各风险因素评估内容及赋分标准;其次,基于决策实验室分析法(DEMATEL),考虑各风险因素之间的相互影响,利用综合影响矩阵计算非煤矿山冒顶片帮事故各风险因素的影响度、被影响度、中心度、原因度,进而确定各风险因素的权重,以及原因因素和结果因素;最后,根据评估指标赋分标准和评估流程,对非煤矿山冒顶片帮事故风险进行评价。以某黄金矿山为例,采用基于ITHTSDEMATEL方法的非煤矿山冒顶片帮事故风险评价模型对其冒顶片帮事故进行评价,得出该黄金矿山冒顶片帮事故风险等级为低风险(Ⅱ),属于可接受风险。该评价结果与企业自评及第三方评价机构评价结果一致,说明利用ITHTS-DEMATEL方法对非煤矿山冒顶片帮事故风险进行评价是可行且有效的。 展开更多
关键词 非煤矿山 冒顶片帮 风险评价 评估指标体系 DEMATEL
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顶板砂岩含水层的地震各向异性特征
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作者 于航 陈同俊 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期58-67,共10页
【目的】煤层顶板砂岩含水层识别与评价关乎矿井生产安全,研究砂岩含水层的岩石物理与AVAz响应特征对矿井水害防治至关重要。【方法】综合VRH、DEM、Hudson、Wood岩石物理模型和各向异性Gassmann流体替代理论,提出了一种适宜裂缝HTI型... 【目的】煤层顶板砂岩含水层识别与评价关乎矿井生产安全,研究砂岩含水层的岩石物理与AVAz响应特征对矿井水害防治至关重要。【方法】综合VRH、DEM、Hudson、Wood岩石物理模型和各向异性Gassmann流体替代理论,提出了一种适宜裂缝HTI型砂岩的岩石物理建模方法,探究了裂缝参数和含水饱和度对地震岩石物理响应的影响。在此基础上建立双层正演理论模型,计算了HTI型砂岩层的反射系数,分析反射系数与裂缝密度、含水饱和度的关系。【结果与结论】岩石物理建模结果表明:裂缝密度越大,砂岩纵横波速度和各向异性越强;随着含水饱和度的增大,纵波速度先减小后增大,横波速度略有减小,各向异性系数ε^((v))、δ^((v))增大,γ^((v))不变。AVAz正演结果表明:裂缝密度越大,砂岩反射系数的方位各向异性越强,饱水和干燥砂岩的纵波反射系数差异越大;入射角为40°、方位角为0°时,砂岩饱水状态的可分辨性最强;AVAz曲线的拟合斜率、截距和AVO各向同性梯度项、各向异性梯度项是砂岩含水层裂缝密度及含水饱和度的敏感指示因子。研究成果可为砂岩含水层的识别与评价提供理论依据。 展开更多
关键词 顶板含水砂岩 岩石物理建模 弹性参数 振幅随入射角及方位角变化(AVAz) 矿井水害防治
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倾斜煤层面间煤柱留设及顶底板变化规律
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作者 郝业 杨惟博 +2 位作者 王鲜 赵璠 李方典 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第2期419-428,共10页
为研究倾斜煤层面间煤柱留设不同形式下煤层顶底板位移变化规律,对四川盆地代池坝煤矿倾斜煤层面间煤柱的稳定性及顶底板变形规律进行研究。结果表明:建立倾斜多工作面开采面间煤柱上窄下宽、上下等宽和上宽下窄共3种形式,面间煤柱主应... 为研究倾斜煤层面间煤柱留设不同形式下煤层顶底板位移变化规律,对四川盆地代池坝煤矿倾斜煤层面间煤柱的稳定性及顶底板变形规律进行研究。结果表明:建立倾斜多工作面开采面间煤柱上窄下宽、上下等宽和上宽下窄共3种形式,面间煤柱主应力差峰值分别达到了14.5,13.1 MPa和12.3 MPa;面间煤柱受到煤层倾角的影响,导致主应力呈现非对称性破坏,呈现不规则的驼峰形;当面间工作面采用上窄下宽的煤柱形式时,最大塑性区范围相对较小,上部煤柱的应力分布呈现“平台形”,主应力差相对降低;上窄下宽的煤柱形式在保持稳定性和减小应力传递方面具有优势。揭示了上窄下宽、上下等宽和上宽下窄共3种面间煤柱留设形式下的顶底板变化规律,其中上窄下宽的留设方案稳定性最好,面间煤柱尺寸优化方案既保证开采的安全性又能降低顶板导水裂隙带的发育高度。 展开更多
关键词 倾斜煤层 面间煤柱 顶板稳定性 主应力差 数值模拟
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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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遗留煤柱下坚硬顶板定向长钻孔水力压裂控制技术研究
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作者 代贵生 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期87-94,共8页
为有效控制神东矿区浅埋近距离煤层开采中遗留煤柱引发的强矿压灾害,保障上湾煤矿22105工作面安全回采,针对定向水力压裂技术对顶板应力的调控作用开展研究。通过理论分析,确定在距煤层顶板20 m的厚硬粉砂岩层实施定向长钻孔分段水力压... 为有效控制神东矿区浅埋近距离煤层开采中遗留煤柱引发的强矿压灾害,保障上湾煤矿22105工作面安全回采,针对定向水力压裂技术对顶板应力的调控作用开展研究。通过理论分析,确定在距煤层顶板20 m的厚硬粉砂岩层实施定向长钻孔分段水力压裂,采用BYW65/400型乳化液泵组执行“双封单卡”分段压裂工艺,并构建“遗留煤柱-坚硬顶板”UDEC离散元模型进行水力压裂模拟。研究表明:①工作面穿过遗留煤柱时,煤体边界突发断裂导致承载体系切落是强矿压灾害的主导成因;②压裂前工作面回采引发的超前支承压力影响范围显著大于压裂弱化顶板后,证实遗留煤柱下的应力集中与坚硬顶板对回采构成严重制约;③压裂形成的人工弱面促使顶板关键层有序垮落,采空区充填率大幅提升,与遗留煤柱形成协同支撑体系。现场应用表明,水力压裂技术有效实现了22105综采面煤壁高应力集中的转移与消散,保障了安全回采。研究成果证实,水力压裂技术可有效阻断高应力传递路径,为浅埋近距离煤层安全开采提供了工程示范。 展开更多
关键词 遗留煤柱 坚硬顶板 水力压裂 定向长钻孔 离散元模拟
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