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大直径钻孔穿越保护煤柱损伤演化与采空区瓦斯抽采运移规律
1
作者
石光
《矿业安全与环保》
北大核心
2025年第1期111-121,128,共12页
通过在Abaqus软件中引入Concrete Damage Model屈服准则,探究了钻孔开挖与采动过程中的煤柱损伤状态。以平舒煤矿81117工作面为例,运用Fluent软件分析了采空区瓦斯流动状态及钻孔布置间距、钻孔数量、抽采排量对瓦斯治理效果的影响。结...
通过在Abaqus软件中引入Concrete Damage Model屈服准则,探究了钻孔开挖与采动过程中的煤柱损伤状态。以平舒煤矿81117工作面为例,运用Fluent软件分析了采空区瓦斯流动状态及钻孔布置间距、钻孔数量、抽采排量对瓦斯治理效果的影响。结果表明,钻孔开挖过程中煤柱不会发生明显的损伤。在回采过程中,巷道顶板与钻孔围岩的高应力区存在连通趋势,应提前加大钻孔附近的巷道支护强度。当钻孔数目为4个时,最优的钻孔间距为30 m。钻孔间距的增加在提升瓦斯抽采范围的同时会降低抽采效率。但抽采钻孔的数量不宜大于4个,继续增加钻孔将导致施工成本与抽采效率不匹配。有效抽采排量的上限为30 m^(3)/min,最优抽采排量为20 m^(3)/min。采用大直径钻孔抽采技术后,上隅角CH 4体积分数由0.60%~1.05%降低至0.3%~0.8%,验证了该技术的可靠性。
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关键词
大直径钻孔
采空区
瓦斯治理
瓦斯抽采
数值模拟
煤柱损伤
在线阅读
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职称材料
废弃采空区边界煤柱浸水结构演化与损伤劣化机理的模拟试验
2
作者
徐智敏
熊世杰
+4 位作者
袁慧卿
孙亚军
韩宇航
陈天赐
卢伟宁
《煤炭学报》
2025年第2期1100-1114,共15页
在煤矿生产过程中,为防止老空水害而留设的各类防隔水煤柱在废弃采空区蓄积的具有侵蚀性的矿井水长期带压浸水作用下,其宏观、细观结构不断发生变化并出现损伤劣化现象,导致煤柱的物理力学强度减小、稳定性降低,进而诱发煤柱失稳和突水...
在煤矿生产过程中,为防止老空水害而留设的各类防隔水煤柱在废弃采空区蓄积的具有侵蚀性的矿井水长期带压浸水作用下,其宏观、细观结构不断发生变化并出现损伤劣化现象,导致煤柱的物理力学强度减小、稳定性降低,进而诱发煤柱失稳和突水事故的发生。论文通过自主设计的高压矿井水−煤耦合作用试验装置,开展了煤柱试样在不同水压、模拟矿井水、原样矿井水等条件下的长期浸泡模拟试验,并采用计算机断层扫描(CT)、X射线衍射(XRD)以及高压伺服压缩试验加载系统等手段,分析并研究了煤样长期浸水条件下的结构演化与力学损伤劣化过程和作用机理。研究结果表明:煤样结构在侵蚀性矿井水长期浸泡条件下表现为不规则孔隙−裂隙显著发育、孔隙率由0.25%增大到1.2%、孔隙发育的离散性随浸泡时间逐步降低;煤样在侵蚀溶液长期浸泡条件下的力学损伤劣化效应明显,受浸泡时间和浸泡溶液的pH值影响最为明显;煤样与矿井水在浸泡过程中产生相互作用,具体体现为初期的吸水膨胀作用与后期的溶解消耗作用。根据上述研究成果,论文阐明了废弃矿井及采空区各类边界煤柱在高渗透压、侵蚀性矿井水长期作用下结构演化与损伤劣化的物理−化学耦合作用机理,揭示了废弃采空区边界煤柱带压浸水作用下的动态响应过程与关键阶段:第一阶段以物理吸水膨胀作用为主,表现为抗压强度整体减小而抗拉强度先降低后回升再降低的现象;第二阶段以物理−化学联合作用为主,表现为黏土类矿物部分溶解、消耗导致孔隙率增大,进而诱发物理力学损伤劣化;最后,在“软化系数”的基础上提出了浸水煤柱“损伤系数”的定义和计算公式,并确定了浸水煤柱“损伤系数”的经验数值。研究结果对各类废弃矿井或采空区边界煤柱的稳定性评价和水害的防控具有重要的理论意义和工程实践价值。
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关键词
废弃矿井
煤柱
浸水
损伤
CT扫描
结构演化
损伤
机理
模拟试验
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职称材料
题名
大直径钻孔穿越保护煤柱损伤演化与采空区瓦斯抽采运移规律
1
作者
石光
机构
中煤科工集团沈阳研究院有限公司
煤矿安全技术国家重点实验室
出处
《矿业安全与环保》
北大核心
2025年第1期111-121,128,共12页
基金
国家自然科学基金面上项目(51774182)
国家自然科学基金青年科学基金项目(51404138)
中煤科工集团沈阳研究院创新引导项目(SYYD-21WS-002)。
文摘
通过在Abaqus软件中引入Concrete Damage Model屈服准则,探究了钻孔开挖与采动过程中的煤柱损伤状态。以平舒煤矿81117工作面为例,运用Fluent软件分析了采空区瓦斯流动状态及钻孔布置间距、钻孔数量、抽采排量对瓦斯治理效果的影响。结果表明,钻孔开挖过程中煤柱不会发生明显的损伤。在回采过程中,巷道顶板与钻孔围岩的高应力区存在连通趋势,应提前加大钻孔附近的巷道支护强度。当钻孔数目为4个时,最优的钻孔间距为30 m。钻孔间距的增加在提升瓦斯抽采范围的同时会降低抽采效率。但抽采钻孔的数量不宜大于4个,继续增加钻孔将导致施工成本与抽采效率不匹配。有效抽采排量的上限为30 m^(3)/min,最优抽采排量为20 m^(3)/min。采用大直径钻孔抽采技术后,上隅角CH 4体积分数由0.60%~1.05%降低至0.3%~0.8%,验证了该技术的可靠性。
关键词
大直径钻孔
采空区
瓦斯治理
瓦斯抽采
数值模拟
煤柱损伤
Keywords
large diameter borehole
goaf
gas control
gas extraction
numerical simulation
coal pillar damage
分类号
TD712 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
废弃采空区边界煤柱浸水结构演化与损伤劣化机理的模拟试验
2
作者
徐智敏
熊世杰
袁慧卿
孙亚军
韩宇航
陈天赐
卢伟宁
机构
中国矿业大学资源与地球科学学院
出处
《煤炭学报》
2025年第2期1100-1114,共15页
基金
国家自然科学基金面上资助项目(42172272)。
文摘
在煤矿生产过程中,为防止老空水害而留设的各类防隔水煤柱在废弃采空区蓄积的具有侵蚀性的矿井水长期带压浸水作用下,其宏观、细观结构不断发生变化并出现损伤劣化现象,导致煤柱的物理力学强度减小、稳定性降低,进而诱发煤柱失稳和突水事故的发生。论文通过自主设计的高压矿井水−煤耦合作用试验装置,开展了煤柱试样在不同水压、模拟矿井水、原样矿井水等条件下的长期浸泡模拟试验,并采用计算机断层扫描(CT)、X射线衍射(XRD)以及高压伺服压缩试验加载系统等手段,分析并研究了煤样长期浸水条件下的结构演化与力学损伤劣化过程和作用机理。研究结果表明:煤样结构在侵蚀性矿井水长期浸泡条件下表现为不规则孔隙−裂隙显著发育、孔隙率由0.25%增大到1.2%、孔隙发育的离散性随浸泡时间逐步降低;煤样在侵蚀溶液长期浸泡条件下的力学损伤劣化效应明显,受浸泡时间和浸泡溶液的pH值影响最为明显;煤样与矿井水在浸泡过程中产生相互作用,具体体现为初期的吸水膨胀作用与后期的溶解消耗作用。根据上述研究成果,论文阐明了废弃矿井及采空区各类边界煤柱在高渗透压、侵蚀性矿井水长期作用下结构演化与损伤劣化的物理−化学耦合作用机理,揭示了废弃采空区边界煤柱带压浸水作用下的动态响应过程与关键阶段:第一阶段以物理吸水膨胀作用为主,表现为抗压强度整体减小而抗拉强度先降低后回升再降低的现象;第二阶段以物理−化学联合作用为主,表现为黏土类矿物部分溶解、消耗导致孔隙率增大,进而诱发物理力学损伤劣化;最后,在“软化系数”的基础上提出了浸水煤柱“损伤系数”的定义和计算公式,并确定了浸水煤柱“损伤系数”的经验数值。研究结果对各类废弃矿井或采空区边界煤柱的稳定性评价和水害的防控具有重要的理论意义和工程实践价值。
关键词
废弃矿井
煤柱
浸水
损伤
CT扫描
结构演化
损伤
机理
模拟试验
Keywords
abandoned mines
coal pillar immersion damage
CT scan
structural evolution
damage mechanism
simulation test
分类号
TD745 [矿业工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
大直径钻孔穿越保护煤柱损伤演化与采空区瓦斯抽采运移规律
石光
《矿业安全与环保》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
废弃采空区边界煤柱浸水结构演化与损伤劣化机理的模拟试验
徐智敏
熊世杰
袁慧卿
孙亚军
韩宇航
陈天赐
卢伟宁
《煤炭学报》
2025
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职称材料
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