特厚煤层工作面强矿压显现及治理技术研究

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作者 李江 赵斌 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期75-81,共7页

针对特厚煤层综放工作面强矿压显现问题,以龙王沟煤矿61607工作面为工程背景,通过理论计算与现场实测相结合的方式,系统的分析了工作面强矿压显现特征与采动应力分布规律,并在此基础上提出了“巷道常规水力压裂+工作面定向钻水力压裂”... 针对特厚煤层综放工作面强矿压显现问题,以龙王沟煤矿61607工作面为工程背景,通过理论计算与现场实测相结合的方式,系统的分析了工作面强矿压显现特征与采动应力分布规律,并在此基础上提出了“巷道常规水力压裂+工作面定向钻水力压裂”相结合的强矿压治理措施,结果表明:工作面超前支承压力影响范围大约为140 m,支承压力峰值点距离煤壁距离大约50 m,采动影响扰动一度达到底板上方200 m,开采过程中来压强度大,震顶现象频繁,支架工作阻力可达51.5 MPa,采取顶板预裂措施后,周期来压步距、压力持续长度等参数分别减小了26.05%、41.56%,微震事件也呈现出明显的“高频+低能”分布规律,防治效果显著,可以为周边类似矿井探索强矿压治理技术提供借鉴。 展开更多

关键词 特厚煤层 强矿压显现 矿震 水力压裂 效果检验

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浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采强矿压显现规律 被引量：3

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作者 孟永兵 黄庆享 +4 位作者 贺雁鹏 范东林 陈苏社 韦业豪 王君 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期245-255,共11页

浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采容易发生强矿压压架事故,严重影响工作面安全高效开采。以榆家梁煤矿43207工作面和石圪台煤矿2^(-2上)102及2^(-2上)103工作面为背景,采用理论分析、物理模拟和现场实测相结合的方法,根据间隔岩层厚... 浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采容易发生强矿压压架事故,严重影响工作面安全高效开采。以榆家梁煤矿43207工作面和石圪台煤矿2^(-2上)102及2^(-2上)103工作面为背景,采用理论分析、物理模拟和现场实测相结合的方法,根据间隔岩层厚度和煤柱应力传递影响角,提出了过煤柱阶段划分判据,重点分析了不同间采比G、水力压裂程度条件下,过平行煤柱不同阶段的矿压显现特征。结果表明:由于上覆遗留煤柱及倒梯形覆岩结构的作用,导致煤柱影响阶段来压时支架平均载荷最大,进煤柱阶段次之,出煤柱阶段最小,强矿压位置主要集中在出煤柱影响阶段范围;间采比越小,工作面过煤柱采动期间来压时支架平均载荷越大,间采比G=5.5较G=10在进煤柱阶段、煤柱影响阶段和出煤柱阶段分别增大14.6%、14.2%和23.5%,动载效应越明显;间采比对周期来压步距影响不大,总体上煤柱影响阶段的周期来压步距是进出煤柱阶段的1.6~2倍,周期来压步距越大造成顶板悬伸长度增大,导致工作面来压时支架载荷明显。根据过煤柱阶段不同水力压裂范围的矿压规律分析,压裂后的支架平均载荷较未压裂减小11.2%~15%,来压步距减小7.8%~20.3%,水力压裂效果较明显,可有效地降低工作面过煤柱采动的强矿压风险,为类似开采条件的强矿压控制提供借鉴意义。 展开更多

关键词 浅埋近距离煤层 过平行煤柱 强矿压显现 间采比 弱化效果

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复合坚硬顶板强矿压显现特征及主控层位确定 被引量：1

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作者 李延军 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第12期36-45,84,共11页

煤层上方复合坚硬顶板结构间的相互作用关系复杂,水力压裂复合顶板的卸压主控层位难以明确。以乌审旗蒙大矿业有限责任公司纳林河二号矿井31104−1工作面为工程背景,综合采用物理相似模拟、理论分析、工程试验的研究方法,分析了复合坚硬... 煤层上方复合坚硬顶板结构间的相互作用关系复杂,水力压裂复合顶板的卸压主控层位难以明确。以乌审旗蒙大矿业有限责任公司纳林河二号矿井31104−1工作面为工程背景,综合采用物理相似模拟、理论分析、工程试验的研究方法,分析了复合坚硬顶板破断与能量演化规律,揭示了复合坚硬顶板强矿压形成机理,明确了水力压裂的主控层位。研究结果表明:复合坚硬顶板工作面开采初期,顶板垮落范围集中于低位坚硬顶板,其周期性破断形成工作面周期来压;高位坚硬顶板受下部垮落矸石支撑作用难以充分垮落,工作面推进至一次见方位置时,高位坚硬顶板协同间隔岩层整体切落,工作面产生强矿压现象;采用定向预裂高位坚硬顶板后,工作面覆岩呈现典型的“三带”结构,上方顶板及时破断下沉,工作面见方位置较预裂低位坚硬顶板声发射振铃计数减少了38.36%,微震事件集中分布区能量降低至1000~2000 J,且现场实测顶板微震事件总能量、单刀能量及事件数较预裂低位坚硬顶板时分别降低了62.17%,71.92%,56.32%,表明高位坚硬顶板为卸压主控层位,预裂高位坚硬顶板能有效抑制工作面强矿压现象。 展开更多

关键词 复合坚硬顶板 强矿压显现 水力压裂 微震事件 卸压主控层

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大采高综放面强矿压显现机理 被引量：2

4

作者 肖江 杨浩 +1 位作者 梅玉剑 丁自伟 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第1期14-20,共7页

为分析综放工作面强矿压显现的机理,对龙王沟6煤在6上煤已采和未采两种情况下,进行大采高综放开采(5 m放15 m单次采高达20 m)物理相似材料模拟对比实验.研究结果表明:在6上煤采空区下进行6煤开采,工作面前方出现超前裂隙,工作面矿压显... 为分析综放工作面强矿压显现的机理,对龙王沟6煤在6上煤已采和未采两种情况下,进行大采高综放开采(5 m放15 m单次采高达20 m)物理相似材料模拟对比实验.研究结果表明:在6上煤采空区下进行6煤开采,工作面前方出现超前裂隙,工作面矿压显现异常强烈,支架工作阻力巨大,顶煤被压碎,工作面煤壁片帮严重.综合分析实验现象及实测数据发现,超前裂隙的影响是工作面强矿压显现的主要原因,强矿压出现的机理是超前裂隙造就了"超前"岩柱,超前岩柱的回转给支架施加了附加应力,并由此建立了超前裂隙对工作面液压支架受力影响的力学模型,得到了超前裂隙影响下的支架工作阻力计算公式,通过验证与实测数据基本吻合. 展开更多

关键词 相似材料模拟实验 强矿压显现机理 超前裂隙 支架工作阻力 力学解析

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深埋厚顶板工作面采场应力演化规律及区域水力压裂卸压技术研究

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作者 庞立宁 薛吉胜 张震 《煤炭工程》 北大核心 2024年第11期110-117,共8页

针对深埋厚砂岩顶板赋存条件下工作面回采过程中采场应力高、两巷变形量大、顶板断裂能量大等强矿压显现问题,采用FLAC数值模拟了130207深埋高应力采场应力演化规律和采场位移演化规律,结果表明,工作面推进至一次见方和二次见方时,会出... 针对深埋厚砂岩顶板赋存条件下工作面回采过程中采场应力高、两巷变形量大、顶板断裂能量大等强矿压显现问题,采用FLAC数值模拟了130207深埋高应力采场应力演化规律和采场位移演化规律,结果表明,工作面推进至一次见方和二次见方时,会出现高应力集中,集中系数最高可达2.5~4.0;二次见方期间回风巷帮部水平位移可达390 mm,底鼓量可达413 mm。为确保工作面安全回采,制定了区域水力压裂卸压方案,依据关键层理论和组合梁理论计算得出130207工作面关键致灾层位为22.83 m厚粗粒砂岩层和40.23 m厚粗粒砂岩层,依据Hubbert-Willsi非渗透性地层破裂压力计算公式得出起裂压力为13.06 MPa。区域水力压裂后,工作面周期来压步距、来压持续距离明显减小,超前支承压力影响范围及应力集中系数明显降低,工作面日最大能量和日平均能量明显减小,这说明定向区域水力压裂技术效果良好。 展开更多

关键词 深埋厚顶板 强矿压显现 应力演化规律 区域水力压裂 关键致灾层位

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强矿压矿井定向长孔分段压裂技术研究及应用 被引量：8

6

作者 罗文 杨俊彩 高振宇 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第11期43-49,共7页

为解决神东矿区布尔台矿4-2煤层顶板坚硬,完整性较好,回采过程中顶板悬顶面积大,强矿压显现明显等问题,以千米定向钻进为基础,结合双封单卡裸眼分段水力压裂成套装备,研发了定向长钻孔分段压裂技术装备。通过布尔台42107综采工作面的工... 为解决神东矿区布尔台矿4-2煤层顶板坚硬,完整性较好,回采过程中顶板悬顶面积大,强矿压显现明显等问题,以千米定向钻进为基础,结合双封单卡裸眼分段水力压裂成套装备,研发了定向长钻孔分段压裂技术装备。通过布尔台42107综采工作面的工业性试验,最高一次性实现了468m裸眼钻孔的9段压裂施工,压裂最高压力达到25.9 MPa,最低压力9.3 MPa,实现了3 MPa以上明显压降70余次。研究结果表明:通过定向钻孔、高压注水、分段压裂,可在指定层位、区段形成多点段三维立体裂隙网络,悬顶面积降为原来的1/7,周期来压步距由最高45 m降至25 m,来压强度明显降低,实现了顶板的有效弱化,为矿区安全高效生产提供了有效的技术和装备保障。 展开更多

关键词 坚硬顶板 顶板悬顶 分段水力压裂 强矿压显现 双封单卡拖动管柱

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深埋厚顶板工作面高应力强动载矿压显现机理研究 被引量：3

7

作者 胡全宏 庞立宁 +1 位作者 冯涛 曹宪海 《煤炭工程》 北大核心 2023年第S01期124-130,共7页

针对羊场湾煤矿130207工作面深埋高应力厚砂岩顶板赋存条件下回采过程中面临的强矿压显现问题,采用理论分析手段研究了130207工作面支架增阻特征、整体矿压显现规律、大小周期来压步距,工作面开采时呈现“来压急增阻、非来压缓增阻、大... 针对羊场湾煤矿130207工作面深埋高应力厚砂岩顶板赋存条件下回采过程中面临的强矿压显现问题,采用理论分析手段研究了130207工作面支架增阻特征、整体矿压显现规律、大小周期来压步距,工作面开采时呈现“来压急增阻、非来压缓增阻、大小周期来压、持续性大周期来压”的特点,大周期来压步距平均56.9 m,小周期来压步距平均13.7~15.7 m;采用微震监测手段得到能量事件分布规律,发现10^(2)及以下能级事件频次占比达到93.06%,无论是高能级事件还是所有能级事件,均主要集中在煤层上方40.23 m厚的粗砂岩层内;分析了采场应力与覆岩破断时空关联性,得出采场覆岩破断全周期能量动态演化规律,建立了顶板结构模型,分析了工作面周期来压顶板结构演化过程。 展开更多

关键词 深埋高应力 强矿压显现 采场应力环境 覆岩破断 微震监测

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顶板定向钻孔水压致裂工作面强矿压控制试验研究 被引量：13

8

作者 高亮 张农 吕情绪 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期57-62,共6页

针对神东矿区布尔台煤矿42107工作面回采过程中频繁发生的强矿压显现问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对井下定向钻孔水压致裂顶板厚硬关键层控制工作面强矿压显现进行了研究。研究结果表明:4-2煤层顶板厚度约22 m的粉砂岩... 针对神东矿区布尔台煤矿42107工作面回采过程中频繁发生的强矿压显现问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对井下定向钻孔水压致裂顶板厚硬关键层控制工作面强矿压显现进行了研究。研究结果表明:4-2煤层顶板厚度约22 m的粉砂岩亚关键层2是影响工作面强矿压显现的主要因素;理论分析通过顶板弱化降低亚关键层2的强度,在一定程度上能够削弱工作面强矿压;通过减小亚关键层2破断块体竖向节理的摩擦角以模拟顶板致裂效果,亚关键层2弱化改性后,42107工作面两侧的区段煤柱以及实体煤壁上的支承压力峰值显著降低,减小幅度约18.3%;实际在42107工作面顶板布置了3个定向钻孔,由该工作面内11台液压支架在致裂前后的工作阻力曲线得出,来压期间支架最大工作阻力由22535 kN减小至19599 kN,周期来压步距则由致裂前的21.0 m减小为致裂后的16.9 m,表明定向钻孔水压致裂覆岩关键层能够较好地控制工作面强矿压显现。 展开更多

关键词 定向钻孔 水压致裂 顶板弱化 强矿压显现 周期来压

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重叠煤柱作用下综放采场围岩应力演化规律研究 被引量：8

9

作者 朱志洁 张宏伟 +2 位作者 兰天伟 霍丙杰 陈蓥 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第3期26-31,共6页

针对大同矿区石炭系特厚煤层工作面过上覆侏罗系煤柱时的强矿压显现现象,采用数值模拟和现场实测的方法,对上部重叠煤柱与采动耦合作用下的围岩应力演化规律进行研究。采用UDEC数值计算软件,对重叠煤柱作用下工作面的回采过程进行模拟,... 针对大同矿区石炭系特厚煤层工作面过上覆侏罗系煤柱时的强矿压显现现象,采用数值模拟和现场实测的方法,对上部重叠煤柱与采动耦合作用下的围岩应力演化规律进行研究。采用UDEC数值计算软件,对重叠煤柱作用下工作面的回采过程进行模拟,结果表明:工作面回采至侏罗系煤柱对应区域时,工作面超前支承压力峰值为32~37 MPa,较非煤柱区域提高了25%~33%;工作面的侧向支承压力与上部侏罗系井田边界煤柱应力相互叠加,工作面的侧向支承压力影响范围约为120 m,5105巷道围岩应力达到了27~32 MPa;邻空巷发生冲击性来压是邻近工作面侧向支承压力,本工作面超前支承压力和重叠煤柱应力传递的耦合作用的结果。利用顶板动态监测系统实时监测支架工作阻力,分析得到:工作面推进至侏罗系采空区对应区域,来压期间的支架工作阻力变大,支架增阻更为频繁,矿压显现强烈。 展开更多

关键词 重叠煤柱 双系煤层 多煤层开采 强矿压显现 采动应力

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远距离下保护层开采上覆煤岩层采动应力场数值模拟研究 被引量：7

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作者 杨贺 邱黎明 +2 位作者 汪皓 张子阳 赵聪 《工矿自动化》 北大核心 2017年第6期37-41,共5页

为了研究开采下伏8号煤层能否缓解赵庄煤矿主采3号煤层开采过程中的强矿压显现问题,采用FLAC^(3D)软件模拟远距离下保护层开采方案,分析了下保护层8号煤层开采前后被保护层3号煤层采掘过程中的应力峰值、应力分布及塑性范围。结果表明,... 为了研究开采下伏8号煤层能否缓解赵庄煤矿主采3号煤层开采过程中的强矿压显现问题,采用FLAC^(3D)软件模拟远距离下保护层开采方案,分析了下保护层8号煤层开采前后被保护层3号煤层采掘过程中的应力峰值、应力分布及塑性范围。结果表明,随着下保护层8号煤层工作面的推进,被保护层3号煤层工作面在倾向上的应力整体呈"M"型分布,煤体两端呈现应力集中,中部区域应力较低,使布置于中部卸压区的3号煤层工作面巷道围岩产生不同程度的卸压;下保护层8号煤层开采后,被保护层3号煤层工作面的煤体应力峰值减小约18%,采动影响距离减小约10m,且应力集中程度减弱,工作面煤体基本未出现新的塑性区域。 展开更多

关键词 煤炭开采 围岩稳定性 强矿压显现 下保护层开采 采动应力场 卸压

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特厚煤层充分采动覆岩下沉规律研究 被引量：7

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作者 王君 朱卫兵 谢建林 《工矿自动化》 北大核心 2021年第10期21-26,共6页

大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律,采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术,对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监... 大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律,采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术,对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监测与分析,结果表明:特厚煤层大空间开采早期,覆岩会超前工作面出现自上而下的岩层变形破坏现象,之后才发生自下而上正常的层组破断下沉运移;采场覆岩变形破坏呈现阶段性台阶跃升的变化特征,与关键层所处位置具有一致的对应关系,表明关键层在岩层运动中起主控作用;充分采动条件下覆岩运动出现联动下沉现象。通过物理模拟试验进一步研究了充分采动时覆岩全地层联动下沉的本质,结果表明在主关键层初次破断前,各关键层的分组分层运动趋势较明显,当主关键层初次破断后,受各关键层周期破断长度及上下岩层复合破断规律的影响,覆岩下沉运移更易呈现全地层联动现象。 展开更多

关键词 综放工作面 特厚煤层 充分采动 强矿压显现 覆岩下沉 内部岩移监测 钻孔电视窥视 关键层

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厚基岩采场弱胶结岩层动力溃砂机制研究现状与展望 被引量：14

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作者 董书宁 柳昭星 王皓 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期274-285,共12页

我国西部矿区黄陇、宁东两大煤炭基地发生的采场顶板溃水溃砂与强矿压显现叠加灾害是一种厚基岩采场顶板弱胶结岩层动力溃砂灾害。该灾害类型在表象、物源和动力源上均不同于以往浅埋、近松散层采场的非动力溃水溃砂灾害,是一种新型的... 我国西部矿区黄陇、宁东两大煤炭基地发生的采场顶板溃水溃砂与强矿压显现叠加灾害是一种厚基岩采场顶板弱胶结岩层动力溃砂灾害。该灾害类型在表象、物源和动力源上均不同于以往浅埋、近松散层采场的非动力溃水溃砂灾害,是一种新型的采场顶板灾害。由于该类型灾害突发性强、破坏性大、冲击力大,对安全生产带来严重威胁,致使如何有效防控灾害的再次发生成为许多矿区亟待解决的难题。目前揭示灾害形成的内在机制、探明其中蕴藏的科学问题是建立灾害防控技术体系的基础和关键。通过挖掘灾害形成的表象、物源和动力源特征,分析事故矿区覆岩结构、地层条件及相关研究现状,研究得到硬岩下方支承压力和基本顶载荷分布对弱胶结地层劣化的响应规律、硬岩破断作用下劣化弱胶结地层溃涌的动力形成机制和通道演化规律等2个关键科学问题是揭示灾害形成机制的瓶颈。因此,关于灾害形成机制研究形成了弱胶结地层遇水劣化对影响因素的反馈特征及响应关系、上硬岩层和基本顶受力条件随弱胶结地层劣化的变化规律、劣化弱胶结地层溃涌动力机制和增量载荷作用下通道演化规律等3个主要研究内容,并且提出了从根本上改变灾害发生客观条件的硬岩超前预裂和弱胶结地层注浆改性的综合主动防控技术思路。研究成果将为采场顶板溃水溃砂和强矿压显现并发灾害构建防控技术体系提供借鉴,保障西部煤田大规模安全开发。 展开更多

关键词 厚基岩采场 弱胶结岩层 动力溃砂 强矿压显现 硬岩破断失稳

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基于奇异值分解法的古山矿微震系统监测能力优化

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作者 侯敬民 李岩 +3 位作者 刘伟东 郭英杰 于庆波 刘少虹 《中国煤炭》 北大核心 2016年第11期58-61,共4页

微震监测系统已成为古山煤矿矿山动力灾害的主要监测手段。为了保证微震系统定位和能量计算的准确性,采用奇异值分解法对古山煤矿微震监测系统的现用台网监测能力进行评价,从而发现了微震系统定位误差较大区域,由此制定监测系统优化方案... 微震监测系统已成为古山煤矿矿山动力灾害的主要监测手段。为了保证微震系统定位和能量计算的准确性,采用奇异值分解法对古山煤矿微震监测系统的现用台网监测能力进行评价,从而发现了微震系统定位误差较大区域,由此制定监测系统优化方案,并对微震系统的台网布置进行优化。最后采用现场爆破试验对优化结果进行校验,结果表明微震系统的监测误差明显下降。 展开更多

关键词 采煤工作面 动力灾害 微震系统 奇异值分解法 定位误差 强矿压显现 台网布置优化

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综采工作面过沟谷地貌的覆岩结构演化规律及协同控制 被引量：2

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作者 郭靖 《矿业安全与环保》 北大核心 2020年第1期75-79,共5页

为解决中西部地区沟谷地貌条件下厚煤层综采强矿压灾害问题,采用理论分析和数值模拟方法,研究沟谷地貌条件下开采覆岩结构特征和时空演化规律,建立沟谷地貌条件下回采工作面支架承载力学模型,得到支架载荷并进行支架合理选型,提出了协... 为解决中西部地区沟谷地貌条件下厚煤层综采强矿压灾害问题,采用理论分析和数值模拟方法,研究沟谷地貌条件下开采覆岩结构特征和时空演化规律,建立沟谷地貌条件下回采工作面支架承载力学模型,得到支架载荷并进行支架合理选型,提出了协同控制措施。研究结果表明:工作面进、出沟谷过程中,破断块体临空侧在上坡段缺少水平应力,无法形成稳定铰接结构,极易发生滑落失稳和整体下沉,失稳后全部载荷作用于工作面支架,是强矿压事故发生的根本原因。提出支架工作阻力和支架架型优选,以及对动载易发区域超前预警、加强临时支护的协同控制措施,现场实测发现ZY12000/28/64D型液压支架工作状态良好,能够较好地适应沟谷地貌条件下煤炭的安全生产要求。 展开更多

关键词 沟谷地貌 强矿压显现机理 综采工作面 顶板结构演化 协同控制措施

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