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题名浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区特征及其治理技术
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作者
汪北方
吕元昊
张晶
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机构
辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院
辽宁工程技术大学矿业学院
煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室
辽宁工程技术大学理学院
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出处
《煤炭科学技术》
北大核心
2025年第2期41-52,共12页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52374092)
煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室开放基金资助项目(WPUKFJJ2022-03)
辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院校地科技合作培育资助项目(YJY-XD-2024-A-012)。
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文摘
神东矿区浅埋近距离煤层开采覆岩裂隙发育,漏风条件复杂,遗煤自燃隐患突出,严重制约矿井安全、高效生产。为此,采用相似试验和数值模拟划定浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区,运用分形几何理论量化分区裂隙,基于“关键层理论”分析裂隙分区诱因并针对性提出治理技术方案。结果表明:31114工作面开采覆岩裂隙循环张开、闭合,地表滞后工作面周期性产生倾向动态裂缝。浅埋复合采空区覆岩裂隙呈“M”状分布,划为垮落带不规则裂隙区Ⅰ,裂隙带斜向破断裂隙区Ⅱ、Ⅲ和斜向离层裂隙区Ⅳ,地表边界内侧形成边缘裂缝。其中,裂隙区Ⅰ空隙发育、分布复杂,裂隙网络分形维数最大为1.569,裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分形维数依次为1.531、1.396和1.438。建立浅埋复合采空区覆岩关键岩块“砌体梁”结构力学模型及失稳判据,阐释覆岩基本顶关键层“砌体梁”结构回转变形失稳导致裂隙区Ⅱ和Ⅲ斜向破断裂隙张开,基本顶关键层和层间关键层“砌体梁”结构组合承载作用致使裂隙区Ⅳ斜向离层裂隙发育。提出浅埋复合采空区覆岩斜向裂隙和地表裂缝井上、下协同治理技术,增加工作面进、出上覆采空区和末采阶段推进速度至14 m/d,辅以裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ及边界地表回填风积沙、覆盖黄土。SF6示踪技术测试表明浅埋复合采空区地表漏风量小,覆岩采动裂隙治理效果良好,为遗煤自然发火防治提供重要理论参考依据。
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关键词
浅埋复合采空区
裂隙分区
分形几何理论
“砌体梁”结构
裂隙治理
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Keywords
shallow buried compound goaf
fracture zone
fractal geometry theory
"voussoir beam"structure
fracture control
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分类号
TD325
[矿业工程—矿井建设]
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题名煤炭开采与岩层运动
被引量：251
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作者
钱鸣高
许家林
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机构
中国矿业大学(北京)
中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室
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出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第4期973-984,共12页
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基金
国家重点研发计划资助项目(2016YFC0501100)
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文摘
采矿是从地层内获取煤炭资源的过程,是一次对矿区地层的扰动,必然引起岩层运动和地层内应力场与裂隙场的改变,从而影响矿压显现、地下水流失和地表沉陷等安全与环境问题。因此,采动岩层运动及其对安全与环境的影响规律是煤炭开采的基础科学问题,对这些规律的认识将提高煤炭开采的科学性。由于采动岩层运动的复杂性,至今仍然有很多问题没有解决。介绍了采动覆岩运动的块体结构形式、岩层运动对工作面空间维护的影响、岩层运动对覆岩裂隙演化与地下水和地表沉陷等环境问题的影响、岩层运动对采动应力场影响等方面的研究进展与存在的主要问题,明确了岩层运动研究的重点和方向。结果表明:采动岩层运动是一种坚硬岩层破断前的应力集中和破断后形成块体的力学行为,坚硬岩层的破断和块体运动具有突变和不连续性,破断块体互相咬合可能形成"大变形"结构,块体咬合结构的S-R稳定性将对矿压显现、采动裂隙和地表沉陷等产生重要影响。岩层运动是一个"黑箱",目前仅仅在控制原理上得到解释,达到"灰箱"程度。因此,岩层控制在很多场合只能是"宏观"控制。"砌体梁"结构力学模型的建立明确了支护原理和支架工作阻力估算原则。一般情况下,按照4～8倍采高岩柱自重估算支架工作阻力可以满足工程需要,在大采高或薄直接顶、浅部开采、特殊压架条件等情况下支架工作阻力估算应采用上限,个别条件下单纯提高支架阻力仍无法彻底解决压架问题,还需配套实施相关工程措施加以防范。根据覆岩关键层破断块体结构的稳定性,将我国不同表土层条件下的地表沉陷划分为3种类型,提出应根据地表沉陷的不同类型进行预测、控制与选择复垦方法。关键层的赋存与破断特性对采动应力分布影响显著。目前,由于应力集中引起的事故比瓦斯事故更难以预防,为此,深部和构造应力集中区域只能开设试验矿井。
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关键词
岩层运动
“砌体梁”结构
关键层
块体运动
科学采矿
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Keywords
strata movement
voussoir beam structure
key strata
block movement
sustainable mining
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分类号
TD8
[矿业工程—矿山开采]
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题名综采工作面支架与围岩双周期动态作用机理研究
被引量：16
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作者
尹希文
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机构
煤炭科学研究总院开采研究分院
天地科技股份有限公司开采设计事业部
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出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2017年第12期3072-3080,共9页
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基金
国家重点研发计划资助项目(2017YFC0603000
2017YFC0804300)
国家自然科学基金青年基金资助项目(51604152)
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文摘
为揭示液压支架与围岩的动态作用机理,将工作面开采过程分为若干个顶板活动周期,将每一个顶板活动周期分为若干个采煤循环周期,在研究支架载荷变化特征的基础上,综合"砌体梁"理论、弹性基础梁理论以及牛顿第二定律,提出了支架与围岩在双周期内的动态作用模型。在顶板活动周期内,研究认为"砌体梁"结构中的关键块A触矸是判断循环末阻力变化趋势的关键节点,关键块A触矸前循环末阻力逐渐增加,触矸后逐渐减小。在采煤循环周期内,研究认为"砌体梁"结构主要由煤壁、液压支架和采空区矸石组成的不同弹性模量支撑体共同承担,根据增阻特征的不同,将采煤循环内支架与围岩的作用过程分为给定变形和给定载荷两个阶段研究,提出了液压支架动态增阻函数,认为在给定变形阶段液压支架时间序列曲线符合对数函数,在给定载荷阶段符合指数函数。通过寺河矿及新元矿综采工作面实测数据分析,认为现场实测与理论分析结果一致。以上研究成果可为顶板灾害预测预报及顶板岩层控制实践提供参考。
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关键词
支架工作阻力
双周期动态作用
支架增阻函数
“砌体梁”结构
支架与围岩关系
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Keywords
roof structure
shield resistance
double period dynamic mechanism
increasing resistance function
struc-ture of bond-beam
relationship between shield and surrounding rock
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分类号
TD355.4
[矿业工程—矿井建设]
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题名基于UDEC的大倾角工作面支架与围岩关系研究
被引量：1
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作者
刘建锋
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机构
西山煤电(集团)西铭矿
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出处
《能源与环保》
2018年第9期190-193,共4页
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文摘
大倾角工作面支架易发生滑动与咬架等现象,影响了工作面的正常生产以及工人安全。采用UDEC数值模拟分析方法,研究了大倾角工作基本顶"砌体梁"结构的稳定性,模拟分析了大倾角工作面支架与围岩的关系。研究得出:为了确保大采高液压支架工作稳定性,必须使液压支架接顶,而且降架幅度不能太大,工作面采高不能起伏过大等。该研究可为大倾角工作面支架设计提供理论依据。
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关键词
UDEC数值模拟
“砌体梁”结构
大倾角工作面
支架与围岩关系
液压支架
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Keywords
UDEC numerical simulation
＂ masonry beam＂ structure
large dip angle face
relationship of support and surrounding rock
hydraulic support
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分类号
TD323
[矿业工程—矿井建设]
TD355
[矿业工程—矿井建设]
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