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采动力学与岩层控制关键理论及工程应用 被引量:13
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作者 宋振骐 文志杰 +2 位作者 蒋宇静 蒋金泉 石永奎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期16-35,共20页
研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰... 研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。 展开更多
关键词 采动力学 岩层控制 岩体灾害 “3S”因素 弱面判据 试验系统研发
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不同开采条件下采动力学行为研究 被引量:242
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作者 谢和平 周宏伟 +4 位作者 刘建锋 高峰 张茹 薛东杰 张勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1067-1074,共8页
通过分析3种典型开采条件下(放顶煤开采、无煤柱开采与保护层开采)工作面支承压力分布规律,揭示了采动影响下工作面前方煤体支承压力峰值大小及位置的采动力学特征,获得工作面前方煤体所承受的采动力学应力环境条件,据此进一步开展了不... 通过分析3种典型开采条件下(放顶煤开采、无煤柱开采与保护层开采)工作面支承压力分布规律,揭示了采动影响下工作面前方煤体支承压力峰值大小及位置的采动力学特征,获得工作面前方煤体所承受的采动力学应力环境条件,据此进一步开展了不同开采条件下煤体采动力学行为的实验研究。通过升高轴向应力的同时降低围压的方式来模拟长壁工作面前方垂直应力和水平应力,获得了3种典型开采条件下煤体破坏全过程的采动力学行为和应力集中系数,以及不同开采条件下煤体破坏时的支承压力、水平应力、变形等的差异,同时揭示了工作面前方煤体的采动力学行为与开采条件的关系。 展开更多
关键词 条件 采动力学 放顶煤开 无煤柱开 保护层开
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不同加载速率下煤岩采动力学响应及破坏机制 被引量:34
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作者 薛东杰 周宏伟 +3 位作者 王子辉 任伟光 张淼 刘亚群 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期595-602,共8页
研究煤岩在不同加载模式与不同加载速率下采动力学响应及破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。基于塔山煤样,先后设计与开展了单轴拉伸与压缩、常规三轴及采动力学试验。获得了不同加载模式下煤样的力学特征参量和变形破坏特... 研究煤岩在不同加载模式与不同加载速率下采动力学响应及破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。基于塔山煤样,先后设计与开展了单轴拉伸与压缩、常规三轴及采动力学试验。获得了不同加载模式下煤样的力学特征参量和变形破坏特性。进一步对比分析了常规三轴试验与采动力学试验煤样变形特征的差异。得到煤样破坏前吸收能量密度随着轴向加载速率的关系,揭示了应力偏量是造成试样破坏强度和吸收能量密度提高的原因,是破坏产生的本质原因,但其受控于围压的临界值,及煤样损伤发生具有的时间效应。建立了采动力学条件下考虑加卸载过程中材料损伤的煤岩黏弹性模型屈服准则,包含有效体积应力的影响、应力差的影响、轴向加载速率的影响及围压卸载速率的影响,新的黏弹性模型屈服准则可以很好地解释加卸载速率引起的材料屈服强度变化。 展开更多
关键词 加载速率 采动力学响应 常规三轴试验 能量密度
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不同卸载速率下煤岩采动力学响应试验研究 被引量:13
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作者 高明忠 王明耀 +6 位作者 谢晶 李欣凯 王英伟 王飞 杨本高 张朝鹏 刘军军 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期54-63,共10页
深刻认识采动应力路径下岩体力学响应的卸载速率效应,是科学界定实际工作面推进最优速率的重要基础。基于平煤矿区煤岩初始地应力环境,定量分析了千米级赋存深度煤岩保护层开采条件下应力演化特征,展开更为符合真实应力状态的不同卸载... 深刻认识采动应力路径下岩体力学响应的卸载速率效应,是科学界定实际工作面推进最优速率的重要基础。基于平煤矿区煤岩初始地应力环境,定量分析了千米级赋存深度煤岩保护层开采条件下应力演化特征,展开更为符合真实应力状态的不同卸载速率下煤岩体力学行为试验测试;同时,与未考虑采动试验结果进行对比分析。研究结果表明:1)常规三轴压缩试验,试样强度受卸载速率影响较小,在卸载速率为1-4 MPa/min时,强度并无明显变化;达到5 MPa/min时,强度才有明显的上升,约为115 MPa。2)随卸载速率增加,采动过程中煤岩体强度呈现先下降后上升再下降的趋势;卸载速率为1和4 MPa/min时,煤岩体强度达到最大,其峰值应力约为64 MPa,较卸载速率3 MPa/min时提高了12%。3)低卸载速率下试件内部的微小裂隙可以充分发育、扩展,试样裂隙密度随卸载速率增加呈减小趋势,其中,卸载速率为1 MPa/min的试样裂隙密度约为卸载速率为5 MPa/min时的1.61倍,适当降低开采速度可提高瓦斯抽采效率。4)考虑采动影响的不同卸载速率下,煤岩不仅在卸载前期出现体积压缩,在破坏阶段还出现了体积膨胀,这与未考虑采动影响的煤岩卸载全过程始终处于压缩状态有明显区别,且采动煤岩强度更小,破损程度更大。研究成果可为类似地质条件开展保护层开采设计奠定一定的理论基础。 展开更多
关键词 保护层 应力响应 采动力学 卸载速率
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综放工作面顺序放煤采动力学分析
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作者 郑海波 折雄 《煤矿现代化》 2020年第6期160-162,共3页
为研究综放工作面顺序放煤下的围岩受力特征及采动力学记录,对煤厚为11m的顺序放煤工序进行了数值模拟,结果表明,对于11m厚煤岩顺序放煤,顶煤下部的竖向应力值均大于煤岩上部和中部的竖向应力,顶煤中部应力分布较为均一,为顶煤高度方向... 为研究综放工作面顺序放煤下的围岩受力特征及采动力学记录,对煤厚为11m的顺序放煤工序进行了数值模拟,结果表明,对于11m厚煤岩顺序放煤,顶煤下部的竖向应力值均大于煤岩上部和中部的竖向应力,顶煤中部应力分布较为均一,为顶煤高度方向应力最小的部位,从顶煤应力云图及应力状态分布曲线可以得到,顶煤下部是煤岩应力增幅最大的部位。 展开更多
关键词 综放工作面 采动力学 顺序放煤 顶煤应力
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温度对采动作用下含瓦斯原煤力学和变形的影响 被引量:2
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作者 廖雪娇 蒋长宝 +1 位作者 段敏克 田维军 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期1347-1352,共6页
以原煤为研究对象,利用"含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置",开展温度对采动作用下含瓦斯煤力学特性的影响研究.研究表明:1)在相同初始围压、气压和温度下,与恒定围压相比,卸围压煤样屈服段缩短,峰值应力和对应的轴向... 以原煤为研究对象,利用"含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置",开展温度对采动作用下含瓦斯煤力学特性的影响研究.研究表明:1)在相同初始围压、气压和温度下,与恒定围压相比,卸围压煤样屈服段缩短,峰值应力和对应的轴向应变降低,横向应变速率增大,侧向膨胀系数和变形模量的演化进程加速;2)在相同初始围压和气压下,随温度升高,卸围压煤样强度降低,峰值应力处各应变均减小,侧向膨胀系数和变形模量均增大;3)高温环境下,煤岩发生失稳破坏和瓦斯突出的危险性变大,对采煤工作面巷道支护和瓦斯突出防治提出了更高的要求. 展开更多
关键词 采动力学 卸围压 全应力-应变 温度 原煤
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A stability study of goaf based on mechanical properties degradation of rock caused by rheological and disturbing loads 被引量:11
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作者 Xiao Chao Zheng Huaichang +1 位作者 Hou Xiaolin Zhang Xiaojun 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2015年第5期741-747,共7页
Based on the classical static theory and static numerical simulation,the static method could not accurately reflect the stability of goaf where the rocks on the pillar and roof are influenced by Theological and blasti... Based on the classical static theory and static numerical simulation,the static method could not accurately reflect the stability of goaf where the rocks on the pillar and roof are influenced by Theological and blasting disturbance for a long time.According to the test from the site,an experimental study was made in Theological and dynamic disturbance.After that,on the basis of variable rock mechanics parameters from the experimental data,numerical simulation was used to analyze the vertical stress distribution of goaf,vertical displacement and plastic area of roof in the "deterioration" caused by Theological and blasting,which shows that the mechanics properties of the rock were greatly influenced by Theological,and dynamic disturbance.The results of the experimental study and numerical simulation show that the mechanics properties of rock are greatly influenced by Theological and dynamic disturbance.As a result,the stability of goaf is greatly reduced.Finally,by comparing golf monitoring results with the analysis of theoretical calculation,it was found that the results were approximately the same,which testifies the reliability of the method.This method provides a new way of studying the stability of goaf as well as laying a basic foundation for future safety management. 展开更多
关键词 Stability of goaf Rheological disturbance experiment Rock mechanics parameters Numerical simulation
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Introduction and evaluation of a novel hybrid brattice for improved dust control in underground mining faces: A computational study 被引量:8
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作者 Kurnia Jundika C. Sasmito Agus P. +1 位作者 Hassani Ferri P. Mujumdar Arun S. 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2015年第4期537-543,共7页
A proper control and management of dust dispersion is essential to ensure safe and productive underground working environment. Brattice installation to direct the flow from main shaft to the mining face was found to b... A proper control and management of dust dispersion is essential to ensure safe and productive underground working environment. Brattice installation to direct the flow from main shaft to the mining face was found to be the most effective method to disperse dust particle away from the mining face. However,it limits the movement and disturbs the flexibility of the mining fleets and operators at the tunnel. This study proposes a hybrid brattice system- a combination of a physical brattice together with suitable and flexible directed and located air curtains- to mitigate dust dispersion from the mining face and reduce dust concentration to a safe level for the working operators. A validated three-dimensional computational fluid dynamic model utilizing Eulerian–Lagrangian approach is employed to track the dispersion of dust particle. Several possible hybrid brattice scenarios are evaluated with the objective to improve dust management in underground mine. The results suggest that implementation of hybrid brattice is beneficial for the mining operation: up to three times lower dust concentration is achieved as compared to that of the physical brattice without air curtain. 展开更多
关键词 Dust dispersion Hybrid brattice Underground mine Ventilation
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