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题名采动作用下复合坚硬顶板破断失稳及预裂弱化特征
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作者
李延军
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机构
中煤科工西安研究院(集团)有限公司
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出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第6期2909-2921,共13页
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基金
国家科技重大专项资助项目(2016ZX05045-002)
中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金资助项目(2019XAYZD09,2019XAYMS19)。
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文摘
采动过程中坚硬顶板破断弹性应变能瞬间释放诱发冲击灾害。特别是在蒙陕矿区,随着开采深度增加,煤层上方存在多层坚硬顶板,其复合作用下顶板结构失稳诱冲机理复杂,导致采场冲击灾害难以控制,威胁矿井生产安全。以纳林河二号矿井31104工作面复合坚硬顶板条件下冲击灾害防治为工程背景,采用理论分析、物理相似模拟试验与现场监测相结合的研究方法,构建了复合坚硬顶板断裂力学模型,分析了复合坚硬顶板结构稳定性特征和矿压显现规律,揭示了复合坚硬顶板破断失稳规律及预裂弱化特征。结果表明:复合坚硬顶板工作面开采初期,下位坚硬顶板易形成悬臂梁结构,其周期性破断形成工作面周期来压,平均来压步距21.2m,上位坚硬顶板受下部垮落矸石支撑作用,易形成砌体梁结构;工作面推进至一次见方位置时,上位砌体梁结构回转失稳协同下位悬臂梁结构切落失稳,上位、下位坚硬顶板协同运动导致转动惯量增大,破断岩块回转能量迅速升高,造成采空区强矿压现象。复合坚硬顶板预裂弱化后,内部形成大量裂隙,下位坚硬顶板能充分、及时垮落,工作面周期来压步距减小,平均来压步距15.2m,较预裂前减少28.3%,下位坚硬顶板垮落矸石对上位坚硬顶板支撑约束作用减弱,破断岩块回转幅度和能量减小,上位、下位坚硬顶板协同破坏作用得到有效抑制。推进至一次见方位置,复合坚硬顶板预裂后,微震事件总能量和煤体超前应力峰值较预裂前分别降低62.5%和31.5%。现场工程试验表明,复合坚硬顶板预裂后,顶板微震事件总能量、频次和单刀能量分别降低了62.17%、56.32%和71.92%;工作面平均周期来压步距、来压范围、来压前峰值和来压时峰值降幅分别为53.5%、38.03%、8.63%和5.96%,表明定向水压预裂能有效抑制工作面见方位置强矿压现象。研究成果可为复合坚硬顶板冲击灾害防治提供有益借鉴。
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关键词
复合坚硬顶板
强矿压
砌体梁-悬臂梁结构
水压预裂
微震能量
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Keywords
composite hard rock stratum
strong mine pressure
masonry beam-cantilever beam structure
hydraulic pre-splitting
microseism energy
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分类号
TD327
[矿业工程—矿井建设]
TD324
[矿业工程—矿井建设]
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题名复合坚硬顶板水压裂缝扩展过程研究
被引量：14
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作者
王海洋
于斌
夏彬伟
龚涛
张睿
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机构
重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室
大同煤矿集团有限责任公司
中煤科工集团重庆研究院有限公司
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出处
《中国安全科学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2017年第4期98-103,共6页
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基金
中国博士后科学基金资助(2016M602655)
长江学者和创新团队发展计划项目(IRT13043)
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文摘
为研究复合坚硬顶板的水压裂缝扩展过程,建立相应扩展模型,对水压裂缝的扩展机制和扩展模式进行理论分析,以大同矿区复合坚硬顶板为研究对象,采用岩石损伤破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RFPA^(2D)-Flow)数值模拟软件,研究水压裂缝的扩展过程及不同因素下的影响,并用相似模型试验方法验证数值模拟结果。结果表明,水压裂缝的扩展主要受到顶板岩石的力学性质、主应力差、层理面倾角和层理面力学性质等因素的影响。大同矿区的复合坚硬顶板中的水压裂缝优先扩展进入强度最低的泥岩层,随主应力差增大,水压裂缝向不同岩性岩层扩展过程的差异性减弱。随着层理面倾角增大,水压裂缝由穿过粗粒砂岩层扩展逐渐转为沿层理面和限制在压裂层内扩展。而层理面弹性模量的增大,有利于水压裂缝直接扩展进入粗粒砂岩层。
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关键词
水压裂缝
复合坚硬顶板
扩展规律
主应力差
层理面
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Keywords
hydraulic fracture
compound hard roof
propagation law
principal stress difference
bedding plane
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分类号
X936
[环境科学与工程—安全科学]
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题名复合坚硬顶板综放工作面顶煤顶板运移研究
被引量：1
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作者
李贵生
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机构
山西汾西矿业集团有限责任公司
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出处
《煤矿开采》
2008年第6期82-83,86,共3页
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文摘
通过现场实测研究了新阳煤矿复合坚硬顶板条件下综放工作面顶煤和顶板的运移规律。研究表明,在未处理坚硬顶板和夹矸的条件下,9#顶煤和直接顶板也能及时冒落,有利于提高顶煤采出率。
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关键词
复合坚硬顶板
综放开采
顶煤位移
顶板位移
实测
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Keywords
combined hard roof
full-mechanized caving mining
top-coal displacement
roof displacement
observation
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分类号
TD325.4
[矿业工程—矿井建设]
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题名坚硬软弱复合顶板切顶卸压沿空留巷爆破技术
被引量：71
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作者
郭鹏飞
张国锋
陶志刚
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机构
中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院
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出处
《煤炭科学技术》
CAS
北大核心
2016年第10期120-124,共5页
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基金
教育部高校博士点基金资助项目(20130023120011)
中央高校基本科研业务资金资助项目(2012800015DQ)
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文摘
为在坚硬软弱复合顶板切顶卸压沿空留巷时取得较好预裂爆破效果,通过现场试验和分析,采用合理的双向聚能张拉爆破技术,对巷道顶煤强度较小、直接顶较软弱、基本顶坚硬的复合顶板进行了有效的预裂爆破。结果表明:对于软弱岩层,爆破能量易沿孔壁原生裂隙发生冲楔作用,聚能效果较差,深12 m的炮孔内裂缝长度只有1.2 m,并且孔口易出现爆破漏斗,对巷道原有支护造成破坏;对于坚硬岩层,随着装药线密度增大,聚能方向裂缝率逐渐增大,当单个炮孔装药量为7卷、药卷长度和空气柱长度的比值为3.348、填塞位置位于坚硬岩层时,普氏系数为12的中砂岩段炮孔内沿预裂方向全部产生张拉裂缝,裂缝长度达5 m,裂缝率达100%。因此,对于坚硬软弱复合复合顶板,使坚硬岩层沿预裂方向产生有效的裂缝,软弱岩层自行垮落,能够取得满意的预裂效果。
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关键词
切顶卸压
沿空留巷
坚硬软弱复合顶板
双向聚能张拉爆破
预裂爆破
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Keywords
pressure release by roof cutting
gateway retaining along goaf
hard and weak complex roof
bilateral accumulative tensile blasting
pre-fracturing blasting
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分类号
TD325
[矿业工程—矿井建设]
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题名顶板定向长钻孔分段水力压裂防冲技术研究
被引量：16
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作者
吕玉磊
郑凯歌
白俊杰
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机构
乌审旗蒙大矿业有限责任公司
中国矿业大学
中煤科工集团西安研究院有限公司
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出处
《煤炭工程》
北大核心
2022年第10期68-74,共7页
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文摘
针对目前煤矿常用的超前钻孔水力压裂切顶卸压手段无法良好的处理高厚度的坚硬复合顶板,基于煤矿井下多点拖动式裸眼分段压裂成套装备,形成了煤矿井下复合坚硬顶板超长钻孔分段压裂区域弱化解危工艺技术。通过“高-低”位定向长钻孔分段水力压裂的实施,使基本顶提前垮落触矸,对工作面顶板形成有效支撑,避免冲击地压的发生。并且在鄂尔多斯矿区采用煤矿井下定向长钻孔分段压裂的方法开展超前区域弱化解危治理,工程实践证明防治效果显著:在压裂过程中能够在岩体内部形成宏观裂隙与微观裂隙沟通的立体缝网,上覆岩层能够充分垮落,使其更快达到充分采动状态,降低上覆岩层悬顶达到极限跨距后突然失稳对工作面形成动载荷的风险,极大程度上降低了采动影响区域能量释放强度、周期来压强度和煤体内部超前应力峰值,有效减缓巷道变形。
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关键词
冲击地压
定向长钻孔
水力压裂
坚硬复合顶板
超前卸压
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Keywords
rockburst
directional long borehole
hydraulic fracturing
hard composite roof
advance pressure relief
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分类号
TD325
[矿业工程—矿井建设]
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