复合动力灾害钻孔卸压和高效抽采一体化防治技术

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作者 张兴润 潘博杰 +3 位作者 张永斌 郝富昌 高保彬 席志奇 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期33-41,共9页

针对强矿压-高瓦斯复合动力灾害共治技术难题,以纤维素醚为基料研发了新型黏液封孔材料,试验分析了该黏液材料的膨胀性能、保水性能和渗透性能,构建了复合动力灾害钻孔卸压和高效抽采一体化防治技术体系,确定了不同条件下卸压段间距及... 针对强矿压-高瓦斯复合动力灾害共治技术难题,以纤维素醚为基料研发了新型黏液封孔材料,试验分析了该黏液材料的膨胀性能、保水性能和渗透性能,构建了复合动力灾害钻孔卸压和高效抽采一体化防治技术体系,确定了不同条件下卸压段间距及有效抽采半径,优化了一体化钻孔技术参数,考察了该技术的卸压效果和抽采效果,实现了一孔多用及矿压与瓦斯共治。研究结果表明:新型黏液封孔材料膨胀系数为14.2%,30 d的失水率仅为5%,渗透半径达到1.0 m,说明该材料具有较好的膨胀和保水性能以及较远的渗透性能;将卸压孔与抽采孔合二为一,采用新型黏液材料进行封孔,并将黏液封孔段布置在应力集中区,通过“固封液、液封气”技术原理实现带压封孔,既可提高钻孔封孔质量,又能充分让压,不影响钻孔卸压效果;卸压段间距与矿压危险等级成反比,与卸压孔孔径呈正比,依据钻屑量和钻孔孔径确定了不同条件下卸压段布孔间距,并采用压差法确定了不同抽采时间钻孔有效抽采半径,综合考虑钻孔卸压半径和有效抽采半径实现钻孔一体化布置;采用表面位移观测和钻屑量指标对钻孔卸压效果进行考察,表明该技术可有效降低矿压危险等级并控制巷道围岩变形;一体化钻孔采用新型黏液材料进行封孔,瓦斯平均抽采浓度由此前的32.9%提高到64.87%,提升了1.97倍,平均瓦斯抽采纯流量也提高了1.91倍,说明钻孔卸压和高效抽采一体化技术可有效防治强矿压-高瓦斯复合动力灾害。研究成果可为复合灾害矿井安全高效生产提供技术支持。 展开更多

关键词 复合动力灾害 钻孔卸压 高效抽采 一体化技术 黏液封孔材料

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煤岩瓦斯复合动力灾害监测预警与防控技术研究进展 被引量：6

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作者 杨科 李彩青 +1 位作者 刘文杰 张寨男 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期18-32,共15页

煤岩瓦斯复合动力灾害是深部煤炭开采的重大安全隐患,探明其致灾机理、发展监测预警及防控技术是防治关键。提出了煤岩瓦斯复合动力灾害防治“四面体”理论,即分别从灾害分类、灾害机理、灾害预警、灾害防控4个层面概述煤岩瓦斯复合动... 煤岩瓦斯复合动力灾害是深部煤炭开采的重大安全隐患,探明其致灾机理、发展监测预警及防控技术是防治关键。提出了煤岩瓦斯复合动力灾害防治“四面体”理论,即分别从灾害分类、灾害机理、灾害预警、灾害防控4个层面概述煤岩瓦斯复合动力灾害研究进展。总结了以能量释放主体、初始瓦斯压力、载荷条件为主的复合动力灾害类型划分依据;梳理了理论分析尺度和实验室尺度下的复合动力灾害机理研究进展,发现应力路径、微裂纹动态演化和煤岩赋存地质因素临界指标是致灾机理研究的关键;概述了以前期灾害前兆信息判识、中期灾害前兆信息采集、后期灾害一体化监测预警为主线的复合动力灾害监测预警技术研究进展;揭示了复合动力灾害消能减灾一体化防控技术和多尺度分源防控关键技术科学内涵。在此基础上针对两淮矿区灾害特点,提出了深部强动载条件下复合动力灾害智能判识与预警方法和分区协同防控方法。基于当前研究进展,提出了煤岩瓦斯复合动力灾害研究亟待解决的问题,助力实现深部煤炭安全、精准、高效开采。 展开更多

关键词 煤岩瓦斯复合动力灾害 灾害分类 致灾机理 监测预警 灾害防控

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深部开采动静载荷作用下复合动力灾害致灾机理研究 被引量：45

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作者 尹光志 李星 +1 位作者 鲁俊 李铭辉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2316-2326,共11页

为研究深部开采动静载荷条件下冲击地压、突出两种灾害相互作用形成的复合动力灾害的发生条件与显现特征,利用重庆大学自主研发的"多功能真三轴流固耦合试验系统",以层状复合煤岩体为研究对象,进行了改变静应力组合、交变载... 为研究深部开采动静载荷条件下冲击地压、突出两种灾害相互作用形成的复合动力灾害的发生条件与显现特征,利用重庆大学自主研发的"多功能真三轴流固耦合试验系统",以层状复合煤岩体为研究对象,进行了改变静应力组合、交变载荷频率和幅值、应变率及气体压力等试验条件的系列真三轴试验。试验结果表明:中间主应力、气体压力、交变频率和幅值、应变率等对复合动力灾害的显现特征均有较大的影响;真三轴试验条件下,层状复合煤岩体在临空面一侧多以劈裂成板、板曲折断的层裂形式破坏;基于荷载类型,可将复合动力灾害分为高静载型、扰动型、冲击型复合动力灾害3种类型,且在各类复合型动力灾害中,高压气体对复合动力灾害的孕育和发生具有积极的作用。 展开更多

关键词 真三轴应力 深部开采 层状复合煤岩体 动静载荷 复合动力灾害

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煤矿复合动力灾害危险性实时预警平台研究与展望 被引量：53

4

作者 姜福兴 杨光宇 +3 位作者 魏全德 王存文 曲效成 朱斯陶 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期333-339,共7页

为解决复合动力灾害危险性实时预警的难题,通过研究煤矿复合动力灾害发生机理和发生前兆的关联性,将复合动力灾害发生前兆分为共性和个性两类,并与监测参数类型相对应,提出了针对复合动力灾害危险性的临场预警、中期预警以及远期预警的... 为解决复合动力灾害危险性实时预警的难题,通过研究煤矿复合动力灾害发生机理和发生前兆的关联性,将复合动力灾害发生前兆分为共性和个性两类,并与监测参数类型相对应,提出了针对复合动力灾害危险性的临场预警、中期预警以及远期预警的关键监测参数。复合动力灾害危险性实时预警平台的构成主要包含监测硬件、分析软件及预警方法 3个部分,硬件主要指动力灾害监测系统及平台监控室硬件;软件主要指平台采集及分析软件;预警方法指标包括复合动力灾害危险性联合预警方法和单参数与多参数联合预警方法。在河南、山东等存在复合动力灾害的矿井进行了预警试验和基础研究,预警了矿井的复合动力灾害。同时,展望了复合动力灾害危险性实时预警平台的发展趋势。 展开更多

关键词 复合动力灾害 危险性预警 实时预警平台

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真三轴加载条件下含瓦斯煤体复合动力灾害及钻孔卸压试验研究 被引量：19

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作者 鲁俊 尹光志 +2 位作者 高恒 李铭辉 邓博知 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1812-1823,共12页

煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害严重威胁矿山安全高效生产。煤矿进入深部开采后,受原岩应力升高及地质赋存条件变化的影响,冲击与突出复合型动力灾害呈逐渐增多趋势,其发生原因、机理较单一动力灾害更为复杂。因此研究深部煤矿复合... 煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害严重威胁矿山安全高效生产。煤矿进入深部开采后,受原岩应力升高及地质赋存条件变化的影响,冲击与突出复合型动力灾害呈逐渐增多趋势,其发生原因、机理较单一动力灾害更为复杂。因此研究深部煤矿复合动力灾害致灾机理对于动力灾害的有效防治至关重要。本文基于自主研制的“多功能真三轴流固耦合试验系统”,进行了考虑气体影响的完整煤样和卸压孔煤样的5面加载、单面临空试验。结果表明,复合动力灾害是煤岩在应变能和气体内能作用下非线性瞬发性破坏的动态过程。其发生过程具有明显的阶段性,主要经历颗粒弹射、碎片弹射、局部煤体破坏、煤体抛出失稳和重新平衡状态,煤样破坏后形成明显弧形阶梯状煤体抛出坑。中间主应力在一定范围内有增强煤样强度的特性,试样强度随中间主应力的增加而逐渐增加,试样破坏后形成平行于中间主应力方向的主断裂面。钻孔卸压措施可在一定程度上改善煤岩力学性质,软化煤岩结构,降低煤岩强度,增强其塑性变形特性,使集聚的弹性能量缓慢释放,降低动力灾害发生的可能性。对比试验结果表明,卸压孔平行于中间主应力时煤样产生的塑性区范围更大,塑性程度更强,钻孔后的试样破坏后形成明显的阶梯式层裂结构,与未钻孔和其他钻孔布置方式相比,致灾程度弱化,无明显动力显现特征,卸压效果更好。卸压钻孔主要通过优化能量释放结构,促进煤岩渐进式损伤,最终煤岩趋于静态缓慢式破坏。针对现场具体工程条件,提出了根据实际地应力、地质条件等布置卸压钻孔方位的技术方案和可行的治理措施。 展开更多

关键词 真三轴应力 复合动力灾害 强度 钻孔卸压 含瓦斯煤体

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复合动力灾害条件下孤岛工作面区段煤柱宽度留设研究 被引量：15

6

作者 杨光宇 姜福兴 +4 位作者 李琳 李乃录 魏全德 张恒 马庆福 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第8期145-151,共7页

孤岛工作面覆岩空间结构复杂多变,受开采和地质等因素的影响在开采过程中面临冲击地压、煤与瓦斯突出、自燃发火以及采空区突水等复合动力灾害。留设合理宽度的区段煤柱是确保工作面安全开采的关键,以陕西某矿特厚煤层孤岛工作面开采为... 孤岛工作面覆岩空间结构复杂多变,受开采和地质等因素的影响在开采过程中面临冲击地压、煤与瓦斯突出、自燃发火以及采空区突水等复合动力灾害。留设合理宽度的区段煤柱是确保工作面安全开采的关键,以陕西某矿特厚煤层孤岛工作面开采为工程案例,通过分析工作面覆岩空间结构,理论计算了工作面应力分布;采用应力动态监测等方法确定了该工作采空区侧向覆岩运动,并综合考虑冲击地压灾害防治、次生灾害控制以及巷道支护等因素,确定了该工作面区段煤柱的合理宽度为5~7 m。 展开更多

关键词 区段煤柱 覆岩空间结构 孤岛工作面 复合动力灾害 灾害监测

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煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究 被引量：166

7

作者 潘一山 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期105-112,共8页

随着煤矿向深部开采,一些矿井动力灾害既表现出煤与瓦斯突出的部分特征,又有冲击地压的部分特征,2种动力灾害互为共存、互相影响、相互复合,难以界定为单一灾害类型,为此提出煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害的概念。通过复合动力灾... 随着煤矿向深部开采,一些矿井动力灾害既表现出煤与瓦斯突出的部分特征,又有冲击地压的部分特征,2种动力灾害互为共存、互相影响、相互复合,难以界定为单一灾害类型,为此提出煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害的概念。通过复合动力灾害一体化理论研究,揭示了复合动力灾害发生的统一机理,据此建立了统一失稳判别准则;基于现有动力灾害分类所存在问题,将动力灾害划分为4种类型,在此基础上,针对矿井复合动力灾害类型创新研发了钻屑法多指标一体化检测及煤体温度、煤体电荷实时连续监测设备,形成了复合动力灾害一体化分类分级预测技术;同时,提出了瓦斯抽采、深孔爆破断顶-破煤-断底卸压、煤层注水等消减瓦斯内能、释放煤岩弹性能的复合动力灾害一体化防治技术。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 冲击地压 复合动力灾害 一体化 扰动响应统一失稳判别准则

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深部矿井冲击-突出复合动力灾害的特点及防治技术 被引量：41

8

作者 袁瑞甫 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2013年第8期6-10,共5页

针对深部开采矿井受冲击地压和煤与瓦斯突出复合动力灾害威胁的问题,通过平煤十矿典型冲击地压诱导煤与瓦斯突出动力灾害案例,分析了复合动力灾害发生的特点和条件,认为煤岩体性质及瓦斯条件、应力条件、开采扰动条件等是发生复合动力... 针对深部开采矿井受冲击地压和煤与瓦斯突出复合动力灾害威胁的问题,通过平煤十矿典型冲击地压诱导煤与瓦斯突出动力灾害案例,分析了复合动力灾害发生的特点和条件,认为煤岩体性质及瓦斯条件、应力条件、开采扰动条件等是发生复合动力灾害的必备要素。根据平顶山矿区现场试验结果,提出了预测复合动力灾害的3个敏感指标:钻屑量、钻孔瓦斯涌出初速度和瓦斯解吸量,给出了具体的测试和计算方法;并提出了治理复合动力灾害的区域和局部措施,主要包括开采保护层、瓦斯抽采、钻孔卸压等。 展开更多

关键词 深部矿井 冲击地压 煤与瓦斯突出 复合动力灾害

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基于CNN的煤岩瓦斯复合动力灾害预测 被引量：7

9

作者 王凯 李康楠 +3 位作者 杜锋 张翔 王衍海 周家旭 《矿业科学学报》 CSCD 2023年第5期613-622,共10页

随着我国煤矿开采逐渐进入深部区域,煤岩瓦斯复合动力灾害日益严重,对煤矿的安全生产造成极大威胁。基于某矿现场数据,采用智能预测手段对煤岩瓦斯复合动力灾害进行研究。首先,依据大数据处理流程,应用箱型图分析法(Box-plot)与多重插补... 随着我国煤矿开采逐渐进入深部区域,煤岩瓦斯复合动力灾害日益严重,对煤矿的安全生产造成极大威胁。基于某矿现场数据,采用智能预测手段对煤岩瓦斯复合动力灾害进行研究。首先,依据大数据处理流程,应用箱型图分析法(Box-plot)与多重插补法(MI)进行数据清洗,结合灰色关联度分析法(GRA)建立煤岩瓦斯复合动力灾害指标体系;然后应用主成分分析法(PCA)进行数据降维,结合深度学习中的卷积神经网络(CNN)建立基于BMGP-CNN的煤岩瓦斯复合动力灾害预测模型;运用现场案例数据将此模型与BP模型、随机森林(RF)模型、支持向量机(SVM)模型及人工神经网络(ANN)模型进行对比验证,发现BMGP-CNN模型预测结果的准确率最高,且该模型的收敛速度较快,能够在数秒内完成预测。研究结果对于煤岩瓦斯复合动力灾害的预测和防控具有重要意义。 展开更多

关键词 煤岩瓦斯复合动力灾害 深度学习 大数据 指标体系 预测模型

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高压水射流卸压防治复合动力灾害机理及应用 被引量：4

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作者 曹文涛 杨增强 +1 位作者 张连昆 李常浩 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期18-23,共6页

为研究高压水射流卸压防治复合动力灾害的可行性,以余吾煤业高瓦斯矿井东翼采区内首采N2105工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等方法,对N2105进风平巷两帮采取高压水射流卸压防治效果进行了研究... 为研究高压水射流卸压防治复合动力灾害的可行性,以余吾煤业高瓦斯矿井东翼采区内首采N2105工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等方法,对N2105进风平巷两帮采取高压水射流卸压防治效果进行了研究。结果表明:对巷帮煤体采取高压水射流卸压技术,煤体在高压水射流的冲击力和扰动应力波共同作用下瞬间发生破坏;巷帮侧支承应力分布曲线由原有的“单高峰值”转变为“内低外高双峰值”,受以上支承应力变化的影响,底板煤岩体内难以形成范围较大且连续的塑性应力状态区;现场电磁辐射和矿压监测结果表明高压水射流技术对煤层卸压增透效果显著,降低了巷道发生复合动力灾害的可能性。研究结果可为同类矿井复合动力灾害的防治提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 高压水射流 卸压增透 复合动力灾害 高瓦斯 冲击地压

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深部开采煤矿典型动力灾害孕灾主控因素与机制研究进展

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作者 杨科 郭鹏慧 +4 位作者 袁亮 曹安业 张永将 马衍坤 李家卓 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3466-3487,共22页

煤炭资源的开采逐渐进入深部开采阶段,煤岩的非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合等现象加剧,冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励,煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重,已成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产... 煤炭资源的开采逐渐进入深部开采阶段,煤岩的非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合等现象加剧,冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励,煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重,已成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产的绊脚石,防治煤矿典型动力灾害的前提和基础是深入研究其发生机理。因此,需要掌握我国煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究领域的整体进展以及孕灾主控因素与机制。文中总结了前人及研究团队已有研究成果,利用CiteSpace软件梳理文献,并通过关键词共现和突现知识图谱分析,阐述了煤矿典型动力灾害领域发展历程中每个阶段的研究热点以及未来的发展态势;厘清了不同孕灾条件对煤与瓦斯突出和冲击地压影响的差异性;探讨了煤矿典型动力灾害孕育的“五效应”机制。分析认为,围绕煤矿典型动力灾害领域的研究均以其发生机理及孕灾因素为基点,其中孕灾因素以天然地质条件为主、开采技术条件为辅,不同的孕灾环境形成的典型动力灾害表现形式不同,典型动力灾害孕育机制包括物质内在效应、应力超载效应、能量驱动效应、结构异变效应和煤岩体时变效应,五者相互作用、相互影响。根据当前深部开采面临的问题和亟需攻克的关键难题提出了研究展望,亟待深入研究煤矿典型动力灾害全生命周期孕育特征、演化特征、致灾机理,深部强扰动作用下煤矿典型动力灾害前兆信息智能辨识、预警指标融合,以及多灾种链生灾害联防联控体系,从而有效保障深部煤炭资源安全高效开采。 展开更多

关键词 深部开采 煤与瓦斯突出 冲击地压 煤岩瓦斯复合动力灾害 孕灾机制

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煤矿采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害多场演化研究进展 被引量：71

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作者 林柏泉 李庆钊 周延 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1715-1726,共12页

我国是采空区复合热动力灾害最为严重的国家之一,探索采空区复合热动力灾害的演化规律对于灾害防治具有极其重要的意义。然而,目前对于复合热动力灾害各灾种间的耦合致灾机理、灾害演化规律、灾害信息探测与辨识等方面的认识尚不够深入... 我国是采空区复合热动力灾害最为严重的国家之一,探索采空区复合热动力灾害的演化规律对于灾害防治具有极其重要的意义。然而,目前对于复合热动力灾害各灾种间的耦合致灾机理、灾害演化规律、灾害信息探测与辨识等方面的认识尚不够深入,因此导致煤矿采空区复合热动力灾害的预防及治理尚缺乏有针对性的技术方法。基于此,探讨了我国采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害发生的现状,分析了该领域的国内外最新研究进展,指出采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害具有隐蔽性、耦合型、动态性、复杂性的主要特征,由此导致灾害表现出风险大、辨识难、预警难、防治难的特点。从国内外关于采空区复合热动力灾害多场演化规律的研究平台、多场耦合数学模型、气体体积分数场-温度场-风压场等多场耦合演化规律及其关键影响因素、灾害信息探测技术及采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害的判别方法等角度,系统综述了采空区热动力灾害多场演化规律的最新进展。以此为基础,指出采空区复合热动力灾害亟需在多灾种间的互馈耦合作用机理、多场耦合动态演化规律、复合灾害的关键致灾因素及其临界指标、采空区复合灾害监测-预警-综合防控一体化理论与技术等方面展开进一步的深入研究与探索,研究结果将为采空区复合热动力灾害致灾机理和有效防治技术的研发提供参考。 展开更多

关键词 煤矿采空区 复合热动力灾害 煤自燃 爆炸 多场演化

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平顶山矿区深部复合型动力灾害特征及防治对策研究 被引量：5

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作者 梁铁山 《矿业安全与环保》 北大核心 2008年第6期7-10,共4页

分析了平顶山矿区煤与瓦斯突出灾害发展过程及特征。随着开采深度的增加,该矿区出现了具有矿山冲击和煤与瓦斯突出双重危险的复合型动力灾害;平顶山矿区动力灾害分布受区域构造的控制,分为弱突出区和严重突出区;在分析复合型动力灾害特... 分析了平顶山矿区煤与瓦斯突出灾害发展过程及特征。随着开采深度的增加,该矿区出现了具有矿山冲击和煤与瓦斯突出双重危险的复合型动力灾害;平顶山矿区动力灾害分布受区域构造的控制,分为弱突出区和严重突出区;在分析复合型动力灾害特征和发生条件的基础上,提出了复合型动力灾害防治对策,对平顶山矿区深部安全开采具有重要指导作用。 展开更多

关键词 复合型动力灾害 区域构造 防治对策

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超高压水射流“横切纵断”防治复合煤岩动力灾害技术 被引量：14

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作者 易恩兵 张永将 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1271-1279,共9页

针对高地应力、低透气性煤与瓦斯突出及具有冲击地压危险性煤层复合煤岩动力灾害防治的难题,研究了超高压水射流横向切割煤层、纵向切割预裂顶板防治复合煤岩动力灾害技术。理论分析了超高压水射流切割煤岩体机制,超高压水射流切割冲击... 针对高地应力、低透气性煤与瓦斯突出及具有冲击地压危险性煤层复合煤岩动力灾害防治的难题,研究了超高压水射流横向切割煤层、纵向切割预裂顶板防治复合煤岩动力灾害技术。理论分析了超高压水射流切割煤岩体机制,超高压水射流切割冲击煤岩体促使其内部产生剪切应力和拉伸应力,加速煤岩体内部裂纹产生与扩展,促使煤岩体沿轴向和径向发生破坏。揭示了超高压水射流防治复合煤岩瓦斯动力灾害原理,超高压水射流横切是指切割煤体卸压增透,纵断是指切割顶板卸荷消能。通过相似材料配比切割实验得到切缝压力100 MPa,喷嘴直径2.5 mm,钻杆旋转速度60 r/min,单刀割缝时间为10 min条件下,切缝深度最大可达152 cm。数值分析表明钻孔内割缝间距为2 m和割缝钻孔间距为8 m时,卸压增渗效果较好。综合分析确定超高压水射流横切煤层纵断顶板合理工艺技术参数,并应用于中煤新集二矿220108工作面灾害防治实践:切割煤体后单孔平均抽采纯量较未割缝钻孔提高3.5倍,煤层透气性系数较未割缝区域提高30倍,瓦斯抽采达标时间缩短38%,煤体支撑压力降低35%;切割顶板后工作面支架阻力分布在20~25 MPa,厚层坚硬顶板均匀垮落,未出现高能量远场动载荷冲击采场现象,表明超高压水射流切割煤岩体显著降低远、近场应力载荷,减弱煤岩瓦斯复合动力灾害的发生。 展开更多

关键词 超高压水射流 复合煤岩动力灾害 切缝 抽采纯量 应力监测

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煤与瓦斯复合体受载变形破坏特征及微震-电荷感应规律 被引量：2

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作者 朱小景 王爱文 +2 位作者 李祁 王凯兴 罗浩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1719-1725,共7页

针对冲击地压-煤与瓦斯突出复合动力灾害预测手段欠缺、前兆信息监测方法不完善这一工程现状,利用自主研发的高频微震全波形实时监测系统和电荷感应监测系统开展了煤与瓦斯复合体受载变形破坏试验,分析了不同瓦斯压力下煤与瓦斯复合体... 针对冲击地压-煤与瓦斯突出复合动力灾害预测手段欠缺、前兆信息监测方法不完善这一工程现状,利用自主研发的高频微震全波形实时监测系统和电荷感应监测系统开展了煤与瓦斯复合体受载变形破坏试验,分析了不同瓦斯压力下煤与瓦斯复合体变形破坏特征及微震信号和电荷感应信号显现规律的关系,以及瓦斯压力对3者的影响。结果表明:煤与瓦斯复合体变形破坏可分为3个阶段,即弹性阶段、屈服强化阶段和破坏阶段,随着瓦斯压力的增大,煤与瓦斯复合体的抗压强度、弹性模量和软化模量减小,冲击倾向性降低,弹性和屈服强化阶段持续时间缩短;煤与瓦斯复合体变形破坏过程中有微震信号和电荷感应信号产生,且两种信号的峰值振幅均出现在煤与瓦斯复合体的破坏阶段;随着瓦斯压力的增大,微震信号和电荷感应信号数量增加且越来越分散,振幅增大,峰值振幅对应的应力降速率增大,同时,微震信号峰值振幅所在波形的起始振幅增大,峰值振幅前移,且越来越接近起始振幅。煤与瓦斯复合体中瓦斯压力越大,越容易发生冲击地压-煤与瓦斯突出复合动力灾害,通过微震信号和电荷感应信号的监测能够在一定程度上判断复合体所处的变形破坏阶段,结合瓦斯压力大小可预判复合动力灾害的类型和危险性。 展开更多

关键词 煤与瓦斯复合体 微震-电荷感应规律 应力降速率 冲击地压 煤与瓦斯突出 复合动力灾害

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煤矿冲击地压灾害防控技术研究现状及展望 被引量：59

16

作者 李宏艳 莫云龙 +1 位作者 孙中学 李磊 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期62-68,共7页

基于我国煤矿冲击地压矿井的最新数据,从冲击地压致灾机理、监测预警和防治技术3个方面归纳了我国煤矿冲击地压灾害防控领域研究现状。综述了冲击地压发生机理、致灾机理,并从煤岩介质属性、环境应力以及赋存结构3个方面探讨了冲击地压... 基于我国煤矿冲击地压矿井的最新数据,从冲击地压致灾机理、监测预警和防治技术3个方面归纳了我国煤矿冲击地压灾害防控领域研究现状。综述了冲击地压发生机理、致灾机理,并从煤岩介质属性、环境应力以及赋存结构3个方面探讨了冲击地压防控机理的研究现状。冲击地压监测预警平台及设备较多,阐述了在现场应用较为广泛的自震式微震监测系统、应力在线监测系统、"震动场-应力场"联合监测预警系统、"全频广域"震动监测系统、电磁辐射监测仪、电荷监测系统等6种系统的应用现状。当前我国已经初步形成了浅部冲击地压灾害防控技术体系,重点阐述了主动支护防控冲击地压技术与装备的发展现状。最后对我国冲击地压防控研究提出了以下认识:灾变破坏的多尺度效应以及多尺度转变机制是揭示冲击地压发生机理新的突破口;从煤岩属性、环境应力以及煤岩结构控制3个方面着手,结合高效率、智能化防控装备是冲击地压防控技术发展的必由之路,煤岩动力灾害的一体化防控是深部开采的必然要求。 展开更多

关键词 冲击地压 致灾机理 监测预警技术 复合动力灾害 深部开采

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真三轴路径下含瓦斯复合煤岩体渗流及力学破坏特性 被引量：17

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作者 王凯 郭阳阳 +1 位作者 王刚 杜锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期226-237,共12页

深部开采扰动下“煤体-岩体”复合系统发生整体破坏失稳是导致煤岩瓦斯复合动力灾害发生的主要原因之一。为了研究煤岩瓦斯复合动力灾害发生机理,采用真三轴气固耦合煤岩渗流试验系统,以人工压制具有过渡界面的复合煤岩体试件为研究对象... 深部开采扰动下“煤体-岩体”复合系统发生整体破坏失稳是导致煤岩瓦斯复合动力灾害发生的主要原因之一。为了研究煤岩瓦斯复合动力灾害发生机理,采用真三轴气固耦合煤岩渗流试验系统,以人工压制具有过渡界面的复合煤岩体试件为研究对象,进行了5种不同真三轴应力路径下含瓦斯复合煤岩体渗流特性及力学破坏特征试验研究。结果表明,真三轴路径下含瓦斯复合煤岩体强度符合Mogi-Coulomb准则,相比于其他试验路径,真三轴加载路径下试件强度最大,复合加卸载路径下试件强度次之,σ_(2)、σ_(3)发生转换时,试件强度显著降低;试件破坏时,真三轴复合加卸载路径下试件渗透率增长倍数最多,真三轴卸载路径次之,真三轴加载路径下试件渗透率增加倍数最少,σ_(2)、σ_(3)发生转换时试件渗透率显著增大;此外,复合煤岩体试件破坏特征具有规律性,真三轴加载路径下,σ_(1)-σ_(2)平面煤体中出现剪切裂纹,并在煤岩交界面处交汇,真三轴卸载和复合加卸载路径下,σ_(1)-σ_(2)平面上裂纹从煤体到岩体出现了跨界面扩展的现象,煤体中依然出现剪切裂纹,但是裂纹在煤岩交界面处交汇之后转变为拉伸裂纹延伸至岩体中,岩体出现劈裂破坏;当σ_(2)、σ_(3)发生交汇、转换,σ_(2)小于σ_(3)时,试件的2个侧面(σ_(1)-σ_(2)平面和σ_(1)-σ_(3)平面)均发生破坏,试件损伤状态相对复杂。 展开更多

关键词 渗流特性 复合煤岩体 真三轴 破坏机理 裂纹扩展 复合动力灾害

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基于CT三维重构的煤岩组合体损伤破坏数值模拟研究 被引量：26

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作者 杜锋 王凯 +1 位作者 董香栾 魏建平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期253-262,共10页

煤矿逐渐进入深部开采,煤岩瓦斯复合动力灾害日益加剧,严重制约深部矿井的安全高效开采与矿区环境的协同发展。煤岩瓦斯复合动力灾害实质上就是工程地质强烈扰动下“煤体-岩体”组合体系统在一定的地应力和瓦斯压力共同作用下发生整体... 煤矿逐渐进入深部开采,煤岩瓦斯复合动力灾害日益加剧,严重制约深部矿井的安全高效开采与矿区环境的协同发展。煤岩瓦斯复合动力灾害实质上就是工程地质强烈扰动下“煤体-岩体”组合体系统在一定的地应力和瓦斯压力共同作用下发生整体失稳破坏的结果。为深入研究含瓦斯煤岩组合体的损伤破坏特性,利用CT扫描技术对原煤及砂岩进行CT扫描实验,获得煤体和岩体的内部裂隙结构,建立煤岩组合体三维细观结构重构模型。利用FLAC3D模拟含瓦斯煤岩组合体在常规三轴压缩以及卸围压条件下的损伤破坏规律,分析其损伤破坏特性及能量演化规律。研究结果表明:煤岩试件原始CT图像与对应的重构图像的分形维数误差平均为3.12%,准确率为96.88%。在本文数值模拟条件下,初始加载阶段煤岩组合体在接触面处出现小范围塑性破坏,但煤岩组合结构仍然处于弹性阶段。随着加载的进行,煤岩组合体接触面以外的煤体开始出现塑性破坏,之后接触面处的煤体开始大范围出现塑性破坏;随着加载的继续进行,煤体部分完全破坏,同时接触面处的岩体也发生一定的塑性破坏,此时煤岩组合体整体失稳破坏。随着围压的增大或者瓦斯压力的减小,含瓦斯煤岩组合体的峰值强度及到峰值强度时的总输入能量、弹性应变能和耗散能均呈现增大的趋势。 展开更多

关键词 瓦斯 煤岩组合体 复合动力灾害 损伤破坏 工业CT 三轴压缩

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