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大倾角极近距离煤层群重复采动巷道围岩破坏规律与控制方法 被引量：4
1
作者 贾后省 张志明 +4 位作者 刘少伟 彭博 于辉 邵帅钦 王艺博 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期68-80,共13页
大倾角极近距离煤层群开采过程中,巷道受多重采动影响,支护维护困难。针对此类问题,以代池坝煤矿大倾角极近距离煤层群重复采动巷道31233运输巷为工程背景,主要采用数值模拟和现场试验研究方法,研究了巷道围岩应力环境演化特征及其作用... 大倾角极近距离煤层群开采过程中,巷道受多重采动影响,支护维护困难。针对此类问题,以代池坝煤矿大倾角极近距离煤层群重复采动巷道31233运输巷为工程背景,主要采用数值模拟和现场试验研究方法,研究了巷道围岩应力环境演化特征及其作用下巷道围岩破坏规律,设计了有利于围岩塑性破坏分布收敛的非对称屋顶断面,提出了基于巷道围岩塑性区分布规律的非均匀锚杆(索)支护设计方法。研究结果表明:大倾角极近距离煤层群重复采动影响条件下,巷道周边双向主应力差值较大且方向偏转,导致巷道围岩周边破坏呈现非均匀、局部湮灭、最大破坏深度偏转等蝶形特征,巷道内错位置和断面形状决定了巷道破坏形态和范围,内错距直接影响了其围岩塑性区分布与扩展的程度,而坚硬岩层的存在造成塑性区局部湮灭。当巷道内错距离大于17 m时,巷道周边应力趋于稳定,其围岩塑性区大小与形态无明显变化,内错位置大于该距离时,对巷道的围岩稳定性最有利。巷道断面的单边跨度尺寸决定了其所在侧的塑性破坏深度,当巷道断面为非对称屋顶断面时,围岩塑性分布收敛程度显著。巷道断面设计时,巷道最长边应位于坚硬岩层侧且尽量避开最大破坏深度方向,以便充分利用坚硬岩层塑性区湮灭特性,避免巷道围岩塑性区蝶叶过度扩展。因此,可充分利用大倾角非对称屋顶形巷道断面的几何特征,基于巷道围岩塑性区分布规律与合理锚固层位分布特征,进行非均匀锚杆(索)支护设计,有效保障锚杆(索)支护力的发挥的同时,保障巷道围岩的整体稳定。同时,在31233运输巷进行了试验,布设了巷道顶板深部位移与锚索支护力监测站,监测期间顶板变形量在100 mm以内,锚索支护力发挥稳定,围岩整体控制效果较好。 展开更多
关键词 大倾角 极近距离煤层群 重复采动 回采巷道 支护
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深部高突煤层典型特征、诱突机制及防治对策 被引量：8
2
作者 林柏泉 杨威 刘统 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期311-325,共15页
我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤... 我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤层的典型特性,阐明了深部开采诱突机制,最后提出了深部开采突出灾害防治的对策建议。结果表明:对突出煤层开采而言,深部没有一个固定深度值,而是应力、瓦斯压力和煤体强度等因素综合影响下煤层所表现出的非线性力学状态。深部煤层应力高,采动煤体呈强塑性破坏;突出煤的孔隙率低且连通性差、高应力下煤层渗透率极低;高压瓦斯高饱和赋存、低压吸附能力强;煤的基质尺度大且通达性差、瓦斯跨尺度运移难;深部煤层最大水平主应力增大,强构造应力作用下构造煤破碎程度高,在构造应力集中带内形成高压瓦斯包,导致突出风险激增。当深部开采工作面前方遇到构造软煤时,工作面附近硬煤内更容易形成强应力集中,对构造软煤内高压瓦斯的封闭作用显著增强,造成工作面前方瓦斯压力高、梯度大,煤体内的瓦斯膨胀能显著高于浅部;同时高应力下工作面前方煤体更容易发生强塑性流变破坏,诱发变形能的猛烈释放。构造煤煤体发生大变形损伤,孔裂隙空间增大;基质尺度急剧减小,被封闭的大量瓦斯快速解吸。二者共同造成游离瓦斯存储空间和压力的同步迅速增大,引发游离瓦斯膨胀能的迅速升高,当瓦斯膨胀能高于突出阈值时,大量瓦斯将破碎并抛出煤体,导致突出事故发生。基于此提出深部突出灾害防治应通过合理化采掘布置,从整体上降低采掘过程中的局部应力集中;通过超前探测准确获取煤层隐蔽构造、煤岩力学参数以及瓦斯参数等关键信息,超前识别突出风险进而施行精准防控;强调了要通过深度卸压充分释放应力,降低煤层应力集中,提高煤层渗透率,同时诱导大量低压吸附瓦斯脱附解吸,通过强力造缝增透减小基质尺度并活化基质孔隙,加速瓦斯运移如有必要采用物理化学联合增透方法,构建基质孔隙-裂隙跨尺度流动通道,提高瓦斯抽采效果,充分降低煤层气含量,最终达到超前、精准和均匀消突的目的,实现深部煤层安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 突出煤层 高应力 诱突机制 突出防控
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特厚煤层采放协调智能群组放煤工艺模型及关键技术研究 被引量：1
3
作者 李东印 王祖洸 +5 位作者 王伸 李化敏 彭维平 李红斌 张国澎 张旭和 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期22-33,共12页
目的综放开采是特厚煤层安全高效的开采方法,放煤环境复杂多变、采放协调难度大、放煤工艺及参数受控因素多,导致智能化综放开采尤其是智能放煤控制技术发展较为缓慢。针对特厚煤层综放面群组放煤下的智能化放煤控制难题,方法采用理论... 目的综放开采是特厚煤层安全高效的开采方法,放煤环境复杂多变、采放协调难度大、放煤工艺及参数受控因素多,导致智能化综放开采尤其是智能放煤控制技术发展较为缓慢。针对特厚煤层综放面群组放煤下的智能化放煤控制难题,方法采用理论分析、实验室仿真试验、计算机控制软件研发、现场试验与示范等方法,以“智能群组放煤机理-采放协调控制理论及方法-放煤工艺决策模型-放煤软件现场应用”为主线展开深入研究。结果结果表明:提出多放煤口群组协同放煤方法,以连续群组放煤为例,揭示了多放煤口群组协同放煤下的顶煤放出体和煤岩分界面的空间关系;深入剖析综放工作面的采放协调关系及群组放煤逻辑,提出特厚煤层综放面采放协调智能放煤控制理论,构建了综放面采放时间、空间和运能协调控制模型和基于强化学习及隐马尔科夫随机场模型的群组放煤协同控制决策方法,为智能化放煤决策与精准控制提供可靠理论基础;深度融合地质信息与采放工艺参数,建立了综放面多源信息数据库,为智能决策及数字孪生提供数据基础。结论基于群组放煤条件下的采放协调特征,构建了智能放煤决策模型,自主研发智能放煤决策系统(软件),实现了智能放煤工作面年产1500万t。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 智能放煤 采放协调 群组放煤
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强突煤层地面丛式井造穴卸压辅助石门揭煤技术 被引量：2
4
作者 刘厅 翟成 +4 位作者 童校长 徐鹤翔 邹全乐 林柏泉 徐吉钊 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期144-157,共14页
针对深部强突煤层石门揭煤危险性高,打钻过程易喷孔、效率低的难题,基于数值模拟和现场试验研究了强突煤层地面丛式井全覆盖造穴辅助石门揭煤降突机理及关键技术参数优化方法。首先开发了地面丛式井多级造穴技术及配套系统;其次揭示了... 针对深部强突煤层石门揭煤危险性高,打钻过程易喷孔、效率低的难题,基于数值模拟和现场试验研究了强突煤层地面丛式井全覆盖造穴辅助石门揭煤降突机理及关键技术参数优化方法。首先开发了地面丛式井多级造穴技术及配套系统;其次揭示了丛式井造穴卸压煤体物理场演化规律,提出了造穴关键技术参数优化方法;最后成功开展了石门揭煤控制区地面丛式井全覆盖造穴辅助消突工程试验,验证了技术的有效性。结果表明:提出了多场协同调控防突方法,揭示了地面丛式井区域全覆盖造穴强化卸压增透,辅助石门揭煤消突机理,开发了“机械扩孔-水力喷射-排水释压”多级造穴技术,并配套研发了“造穴-排渣-水渣分离”一体化系统。煤体塑性区体积与等效直径平方呈线性关系,研究条件下的比值为81.90;洞穴附近低渗透区瓦斯压力随着洞穴直径的增大先降低后升高,对应的最优洞穴直径为2.0 m;揭煤巷道沿着垂直于最大主应力方向布置时,造穴后巷道两侧煤体更容易消突。成功开展了石门揭煤控制区地面丛式井全覆盖造穴辅助消突工程试验,技术实施后,煤层透气性系数提高约10倍,残余瓦斯压力和残余瓦斯含量显著降低,试验地点井下揭煤措施孔数量减少了24%、钻孔工程量降低了21%。开发的技术可进一步拓展形成“地面井煤气共采”方法,有望实现难采-难抽煤层煤与瓦斯的协同高效共采。 展开更多
关键词 强突煤层 石门揭煤 地面井造穴 应力-渗流耦合 煤气共采
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基于低位覆岩结构力学解析的特厚煤层大采高综放工作面支架工作阻力计算方法 被引量：1
5
作者 郭军 王子 +9 位作者 冯国瑞 段宏飞 白锦文 李丽绒 文晓泽 皇文博 张洁 杨龙龙 刘全 张家豪 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期98-111,共14页
为探究特厚煤层对超大采高综放工作面液压支架的压架机理和工作阻力计算方法,以大同矿区塔山井田为背景,通过相似模拟试验和理论分析研究了特厚煤层大采高综放采场上覆岩层结构特征及其演化规律,建立了上覆岩层“组合简支梁”和“砌体... 为探究特厚煤层对超大采高综放工作面液压支架的压架机理和工作阻力计算方法,以大同矿区塔山井田为背景,通过相似模拟试验和理论分析研究了特厚煤层大采高综放采场上覆岩层结构特征及其演化规律,建立了上覆岩层“组合简支梁”和“砌体梁”的结构模型,并对其进行了力学解析,研究结果表明:特厚煤层综放开采空间大,覆岩受影响范围广,上覆岩层存在多层厚硬岩层时,在高位易形成砌体梁结构,低位岩层形成“组合悬臂梁”结构,随着工作面推进,该结构先后经历了“回转—分离—反向回转—滑落”的运动过程。组合悬臂梁发生破断后向采空区一侧发生回转并对液压支架产生变形压力,随后“组合悬臂梁”结构发生滑动分离,形成“组合简支梁”结构,并将上覆岩层的荷载通过顶煤传递至工作面液压支架,当荷载大于支架工作阻力时易引发压架事故。通过力学分析,获得了“组合简支梁”结构任意层位岩层煤壁侧支撑力的表达式,并依次迭代获得该结构作用于支架上方顶煤处的压力,提出了低位“组合简支梁”结构作用下的特厚煤层超大采高综放工作面液压支架工作阻力的计算方法。其中“组合简支梁”结构作用于液压支架上的荷载由结构中各岩梁的厚度、长度、破断角和回转角决定。上述研究结果为进一步分析特厚煤层超大采高综放开采工作面支架围岩关系这一矿压控制的核心问题提供理论依据,对特厚煤层智能化超大采高开采设备的选型和自动控制有一定借鉴意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 超大采高 覆岩结构 相似模拟 工作阻力
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多层厚硬顶板大采高综放工作面强动载矿压特征及机理 被引量：1
6
作者 张震 黄志增 +4 位作者 徐刚 刘晓刚 刘前进 赵铁林 蔺星宇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3369-3387,共19页
针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特... 针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特征、近远场覆岩运移与矿压的联动性进行了分析,明确了多层厚硬顶板大采高综放开采工作面矿压显现特征,得到了多层厚硬顶板破断的空间形态及覆岩结构演化规律;阐述了矿压作用机制,建立了考虑煤壁前方弯曲变形、多层厚硬顶板各层位间受力关联下的低、中、高不同层位覆岩结构力学模型,给出了不同层位岩层破断失稳判据及支架临界支护强度。结果表明:多层厚硬顶板大采高综放开采工作面除具有“来压区域性明显、来压急增阻、大小周期来压、周期性强动载来压”的特点外,还呈现出强动载来压期间多次连续性或短距间断性大周期来压的新特征;强动载期间连续性大周期来压矿压显现程度总体呈先增大后减缓的趋势,工作面周期性强动载来压呈不规律性,每隔4~10个小周期来压,间隔120.9~241.9 m,平均161 m发生1次强动载来压,强动载来压期间矿压显现异常强烈;上覆岩层呈现“低位悬臂梁+中位非铰接梁+高位联贯破断叠合铰接梁结构”,低位悬臂梁结构位于煤层上方20 m以内,该结构的周期性回转破断造成工作面小周期来压,中位非铰接梁位于煤层上方20~70 m范围,该范围内岩层的架前拉伸破断或架后剪切破断导致工作面发生大周期来压,高位岩层位于煤层上方70 m以上,中部厚硬岩层破断后,对高位铰接梁有效接触及支撑力减小,造成高位铰接梁相继破断失稳,继而导致工作面多次连续性或短距间断性大周期来压的强动载来压;中位非铰接梁结构破断失稳时支架合理支护强度为1.897 MPa,高位联贯破断铰接梁回转变形失稳对应的支架合理支护强度为2.470 MPa,滑落失稳对应的支架合理支护强度为3.180 MPa,现有的高强度支架难以对顶板的强矿压进行有效控制,须采取顶板弱化的手段进行采场围岩控制。研究成果对特厚煤层多层厚硬顶板开采围岩控制具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 多层厚硬顶板 矿压显现特征 破断结构 矿压作用机理
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浅埋煤层开采地表裂缝发育规律及形成演化机理 被引量：3
7
作者 侯恩科 慕佳欣 +6 位作者 谢晓深 冯栋 杨磊 李研 何涛 包康光 陈小绳 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期107-117,共11页
【目的】地表裂缝是陕北煤矿区最常见的一种地质灾害,不仅损伤地表生态环境,与覆岩裂隙贯通的地表裂缝还是地表水溃入井下的主要通道,威胁井下安全生产。【方法】为进一步揭示浅埋煤层开采地表裂缝发育规律,并阐明其形成及演化机理,以... 【目的】地表裂缝是陕北煤矿区最常见的一种地质灾害,不仅损伤地表生态环境,与覆岩裂隙贯通的地表裂缝还是地表水溃入井下的主要通道,威胁井下安全生产。【方法】为进一步揭示浅埋煤层开采地表裂缝发育规律,并阐明其形成及演化机理,以陕北红柳林煤矿15218工作面和25213工作面为研究对象,采用地表裂缝填图、裂缝动态监测和数值模拟等方法,对地表裂缝进行深入研究。【结果和结论】研究表明:(1)浅埋煤层开采地表裂缝整体呈“C”形展布,其发育特征与发育位置和地貌类型密切相关。相同开采条件下黄土沟壑区>5 cm宽度的裂缝数量占比是风沙滩地区的2.15倍,发育程度明显大于风沙滩地区;工作面边界裂缝发育程度明显大于面内裂缝。(2)浅埋煤层开采地表裂缝具有超前和滞后2种动态发育特征,其中,25213工作面开采诱发的地表裂缝滞后回采位置发育,滞后距6.49 m;15218工作面开采诱发的地表裂缝超前回采位置发育,超前距20.07 m;面内裂缝具有4种活动特征,边界裂缝宽度仅呈现“开裂-增大-稳定”的活动特征,地表裂缝整体活动时间4~14 d。(3)采空区地表附近形成压缩区、拉压转换区和拉伸区,随着工作面推进,采空区顶板岩层和地表移动变形破坏区不断向前扩展。地表下沉盆地范围略大于采空区,最大下沉系数0.82。(4)非贯通裂缝主要由地表移动盆地边缘土体拉伸变形超过其极限值所引起,贯通裂缝是覆岩内部上行裂缝与地表裂缝相接或直接导通地表的结果。随着工作面推采,基本顶周期破断引起地表裂缝向前不断扩展。地表裂缝宽度变化特征与裂缝两侧块体的复杂运动密切相关。研究成果对浅埋煤层开采区地表裂缝防治具有重要参考价值。 展开更多
关键词 浅埋煤层 开采损害 地表裂缝 数值模拟 红柳林煤矿
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大倾角工作面覆岩三维破断运移演化规律 被引量：1
8
作者 解盘石 黄宝发 +5 位作者 伍永平 罗生虎 朱明建 易磊磊 徐辉 陈建杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期12-26,共15页
大倾角煤层安全高效开采的关键是对采场围岩与装备的多维耦合控制,定量化表征大倾角采场覆岩空间结构破断特征、采动裂隙发育和空隙分布特征是实现该类煤层精准岩层控制的前提。以大倾角长壁大采高工作面为工程背景,采用数值计算、现场... 大倾角煤层安全高效开采的关键是对采场围岩与装备的多维耦合控制,定量化表征大倾角采场覆岩空间结构破断特征、采动裂隙发育和空隙分布特征是实现该类煤层精准岩层控制的前提。以大倾角长壁大采高工作面为工程背景,采用数值计算、现场实测与理论分析相结合的研究方法,在厘定覆岩空间移动变形规律的基础上,引入三维曲率、岩体空隙率及分形几何理论定量描述了采场不同区域破断岩块的运移–堆砌–铰接特征及岩体裂隙分布规律,实现了大倾角大采高工作面开采过程中三维结构组成及采动裂隙场空间占位的动态精细定量表征。研究表明,大倾角大采高破断顶板在采场空间发生了多维度耦合的非均衡运动,中、上部顶板以垂直岩层运动为主,下部顶板演变为倾向下滑。顶板破坏形式沿倾向、走向、垂向呈现三维区域异化,上部破断岩块错层、跨层迁移形成倾斜砌体结构,采空区后方存在“非均匀矸石–弯曲悬臂梁–破断岩块”承载结构形成非均匀空顶区域,承载结构相互约束,随倾向位置、覆岩层位不同发生动态演化。支架阻力分区波动性分布,中部阻力>上、下部,走向非同步来压。曲率分布呈“横、竖O–X”形态,“O”型内部垮落岩块非平行同步下沉,倾向、反倾向堆砌结构并存,正负曲率不一,岩块间形成弱铰接结构。随覆岩层位升高,离层破坏区域向中下部和采空区中部偏移,岩体空隙率和分形维数呈现先增大后减小的现象。研究结果揭示了采空区内部覆岩三维破断运移规律,丰富了大倾角煤层岩层控制理论,也为顶板岩层运移规律的精细定量分析提供了新方法。 展开更多
关键词 大倾角煤层 大采高 覆岩破断运移 三维曲率 空隙率 分形特征
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综放开采覆岩变形分区和矿压显现模拟研究 被引量：2
9
作者 翟新献 郭钊洋 +2 位作者 方建厂 张志勇 赵晓凡 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期96-106,共11页
目前综放开采是我国特厚煤层安全高效矿井主要的采煤方法,综放开采上覆岩层变形移动规律,直接影响到工作面矿压显现、液压支架选型、放顶煤工艺和参数选择等问题。以耿村煤矿13200综放工作面为工程背景,利用相似模拟试验和理论分析,研... 目前综放开采是我国特厚煤层安全高效矿井主要的采煤方法,综放开采上覆岩层变形移动规律,直接影响到工作面矿压显现、液压支架选型、放顶煤工艺和参数选择等问题。以耿村煤矿13200综放工作面为工程背景,利用相似模拟试验和理论分析,研究了综放工作面上覆岩层变形移动垮落全过程、覆岩变形分区和矿压显现特征。结果表明:①确定出综放工作面上覆存在多层关键层岩层即下位、中位、上位和主关键层。依据关键层垮落失稳特征,将综放开采上覆岩层变形移动全过程划分为4个变形阶段(I、II、III、IV),各变形阶段与不同层位的关键层垮落失稳有关。②综放开采下位关键层垮落失稳以后,随着工作面推进度继续增加,处于裂隙带内的中位、上位和主关键层先后垮落失稳前与其下部岩层出现离层;关键层垮落失稳前,在其下部岩层中形成垮落拱,垮落拱的高度和宽度均与工作面推进度成正相关。③综放工作面上覆各关键层垮落失稳引起超前支承压力的峰值应力集中系数升高;当下位关键层垮落失稳时,工作面出现“大周期来压”现象,来压步距较大,但来压强度较低;当中位、上位、主关键层垮落时,将引起下位关键层同时垮落,工作面出现“小周期来压”现象,工作面来压步距较小,但来压强度较高。研究结果为耿村煤矿缓倾斜特厚煤层综放开采提供理论基础和技术支撑。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 关键层 垮落拱 超前支承压力
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双煤层重复采动下覆岩运移−裂隙演化的光频域反射响应机制研究
10
作者 程详 姜亚楠 +4 位作者 周江 赵光明 王坤 汪安宏 韩广辉 《工矿自动化》 北大核心 2025年第10期16-25,共10页
目前光频域反射(OFDR)技术在多煤层应力监测中取得一定进展,但针对双煤层重复采动场景,采用OFDR技术对覆岩裂隙动态演化的研究仍较少。以中煤新集能源股份有限公司新集一矿360608工作面为工程背景,通过布设水平与垂直光纤网络,结合OFDR... 目前光频域反射(OFDR)技术在多煤层应力监测中取得一定进展,但针对双煤层重复采动场景,采用OFDR技术对覆岩裂隙动态演化的研究仍较少。以中煤新集能源股份有限公司新集一矿360608工作面为工程背景,通过布设水平与垂直光纤网络,结合OFDR技术,分析6−1煤层在8煤层已采与未采区域的覆岩变形光纤响应差异,揭示上煤层已采区域与未采区域对下煤层回采覆岩破坏特征的作用机理。研究结果表明:①上行8煤层回采完毕覆岩裂隙呈“不规则梯形”状态,切眼侧垮落角为48°,终采线侧垮落角为36°,裂隙发育高度为32.5 cm。②8煤层未采区域,6−1煤层开采时覆岩呈典型“砌体梁”结构演化,裂隙发育高度为53 cm,光纤应变变化平缓(峰值≤55.5με)。③8煤层已采区域,重复采动导致覆岩结构弱化,裂隙发育高度增至76.25 cm(较未采区增加23.25 cm),光纤应变剧烈波动(峰值达9987με),关键层破断诱发“阶梯式”裂隙贯通,煤壁侧裂隙发育高度及应变增幅均显著大于切眼侧。④现场监测8煤层未采状态裂隙发育高度约53 m,与相似模拟结果一致。研究证实上煤层采空区通过应力转移与结构弱化,使下煤层裂隙发育高度提升43.9%,应变量级增大3~5倍,为多煤层安全开采及灾害防控提供理论依据。 展开更多
关键词 近距离双煤层下行开采 双煤层重复采动 光频域反射技术 覆岩运移 裂隙演化 上煤层已采区域 上煤层未采区域 下煤层回采
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公路隧道穿越小倾角高压瓦突煤层瓦斯抽排技术研究
11
作者 杨洪 曾仲毅 +1 位作者 吴铭芳 田娇 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第5期982-991,共10页
为解决小倾角高压瓦突煤层底部瓦斯抽排困难,改善瓦斯抽排效果,依托贵州正安至习水高速公路桃子垭隧道,对穿越小倾角高压瓦突煤层段瓦斯抽排进行研究。基于隧道开挖过程中开挖断面与煤层空间位置关系的变化特点,提出分步、分区的煤层瓦... 为解决小倾角高压瓦突煤层底部瓦斯抽排困难,改善瓦斯抽排效果,依托贵州正安至习水高速公路桃子垭隧道,对穿越小倾角高压瓦突煤层段瓦斯抽排进行研究。基于隧道开挖过程中开挖断面与煤层空间位置关系的变化特点,提出分步、分区的煤层瓦斯抽排方案;并利用热传导理论与瓦斯流动理论的相似性,采用热力学有限差分计算软件模拟分析隧道小倾角煤层的瓦斯防突抽排过程和实施效果。研究表明:1)分步、分区的煤层瓦斯抽排方案可避免底部煤层超长抽排钻孔打设,较整体一次性抽排方案,钻孔长度减少31%,且施工更便捷、消突更可靠;2)煤层断面抽排钻孔均匀布设时,中间钻孔抽排区域提早达到消突目标,而边缘区域滞后,采用边缘密、中间疏的抽排钻孔布设方式更合理;3)对比沿煤层倾向打设的抽排钻孔和以斜交打设穿透煤层面的抽排钻孔模拟效果,前者抽排效率较后者提高约1/3,且瓦斯压力消散更均匀;4)瓦斯抽排工期可根据抽排模拟计算进行预估,其值大致介于抽排区域平均瓦斯压力和最大瓦斯压力降至瓦斯突出临界压力的时长之间。 展开更多
关键词 瓦斯突出隧道 小倾角煤层 揭煤防突 瓦斯抽排 数值模拟
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煤层注水渗流与润湿机制研究进展
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作者 王刚 陈雪畅 +3 位作者 程卫民 刘震 孙路路 徐浩 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期1-17,共17页
近年来,随着煤炭开采不断向深部发展,矿井所面临的冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害日益严重。煤层注水在治理煤与瓦斯突出、防冲泄压等方面具有显著优势,成为广泛应用的矿井防灾手段。为系统总结煤层注水渗流与润湿机制相关研究,本文梳理... 近年来,随着煤炭开采不断向深部发展,矿井所面临的冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害日益严重。煤层注水在治理煤与瓦斯突出、防冲泄压等方面具有显著优势,成为广泛应用的矿井防灾手段。为系统总结煤层注水渗流与润湿机制相关研究,本文梳理了国内外煤层注水发展脉络,从孔裂隙结构、渗流过程、渗流机理及润湿机制等方面综合分析相关成果。在孔裂隙结构研究方面,借助先进的微观观测技术已成功建立起了多种孔裂隙结构的定量表征模型,并准确描述其几何参数特征,有助于针对不同煤层特性制定更具针对性的注水方案。在渗流过程研究方面,构建了考虑多因素的渗流理论模型,并通过先进测量技术获取渗流数据,揭示注水参数影响规律,同时,数值模拟技术实现了渗流场的可视化。煤体润湿机制研究方面,揭示了润湿微观原理,明确了不同煤质润湿特性差异,并筛选有效润湿剂提高注水效果。现阶段的研究还存在局限性,如孔裂隙结构研究与宏观工程结合欠缺,渗流数值模型需进一步考虑流体对煤体结构的影响进行优化等。本研究为优化煤层注水效果提供了理论基础,对保障煤矿安全、推动灾害治理技术发展及能源安全稳定有借鉴意义。 展开更多
关键词 深部开采 煤层注水 孔裂隙结构 注水渗流 润湿机制
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井下机器视觉系统表面自清洁技术现状与展望
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作者 杨胜利 陈勇升 +4 位作者 王家臣 李良晖 刘凤琪 宋世雄 惠鼎恒 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2802-2822,共21页
井下机器视觉系统在煤矿智能化中具有信息采集和智能决策的作用,但面临煤尘、水雾和光照的影响,导致图像质量不稳定,影响智能装备的决策,研究高效可靠的清洁技术对保证井下机器视觉系统稳定运行至关重要。介绍了井下机器视觉系统表面自... 井下机器视觉系统在煤矿智能化中具有信息采集和智能决策的作用,但面临煤尘、水雾和光照的影响,导致图像质量不稳定,影响智能装备的决策,研究高效可靠的清洁技术对保证井下机器视觉系统稳定运行至关重要。介绍了井下机器视觉系统表面自清洁技术的概念、原理和清洁过程,分析了井下机器视觉系统的工况与组成,指出粉尘质量浓度、光照条件等工作面环境因素对自清洁技术路径有影响,应明晰煤尘产尘机制,从而制定精确的自清洁策略。综述了表面自清洁技术在井下与常规条件实践中的研究进展,基于防污机制的不同,重点总结射流自清洁技术、超声波自清洁技术、激光自清洁技术3种清洁技术的研究现状,对其自清洁特性进行分析,指出高压水射流、表面声波适合清洁大面积污渍,气体射流、超声波振动、激光冲击适合颗粒清洁,辅助多功能表面会提升清洁效率。基于接触方式的不同,对比了直接接触式自清洁技术和间接接触式自清洁技术2类清洁技术的优势和劣势,指出直接接触式自清洁技术简单高效,但会损伤镜头膜基底,间接接触式自清洁技术对基地无损伤,但清洁效率较慢。从综合自清洁策略、优化防爆设计和镜头膜材料多功能化3方面指出了井下机器视觉系统面临的技术挑战,针对多技术协同和清洁质量控制的科学难题,提出了远近场协同控制方法,可为井下机器视觉系统表面自清洁技术提供相关技术支撑。进一步展望了机器视觉系统表面自清洁技术在采矿中的发展趋势,随着无人矿车应用到深地、深海和深空(月球)采矿中,开采变得更为复杂,势必将安装更多机器视觉、激光雷达等智能感知系统,利用视觉系统自清洁装置,能够有效提高视觉系统图像质量,从而保障无人采矿的准确性。 展开更多
关键词 煤矿智能化 厚煤层开采 机器视觉 图像采集 表面自清洁
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煤矿区煤层气开发技术应用现状及展望
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作者 孙四清 杨帆 +6 位作者 郑玉岐 张群 李浩哲 张庆利 程斌 李文博 吴晓眩 《油气藏评价与开发》 北大核心 2025年第6期972-982,共11页
“十二五”以来,为保障煤层气资源开发和煤矿安全高效生产,根据煤矿采掘工程部署、开采扰动和煤层地质条件,经过生产实践探索,形成了适用于中国煤矿区煤层气开发的“四区联动”抽采模式,即煤矿规划区、准备区、生产区及采空区的煤层气... “十二五”以来,为保障煤层气资源开发和煤矿安全高效生产,根据煤矿采掘工程部署、开采扰动和煤层地质条件,经过生产实践探索,形成了适用于中国煤矿区煤层气开发的“四区联动”抽采模式,即煤矿规划区、准备区、生产区及采空区的煤层气协同开发,已取得较好应用效果。主要表现在以下几个方面:①开发形成了适合于规划区的地面垂直井压裂、顺煤层水平井分段压裂及碎软煤层顶板水平井地面分段压裂抽采技术。甘肃窑街海石湾矿垂直井单井产气量达到2607 m^(3)/d;山西晋城寺河矿顺煤层分段压裂单井产气量突破9100 m^(3)/d;安徽淮北芦岭矿碎软煤层顶板水平井单井产气量达到10760 m^(3)/d。②研发了适合于准备区的煤矿井下定向长钻孔分段压裂抽采技术。陕西彬长大佛寺矿硬煤顺煤层长钻孔分段压裂钻孔长度达到600 m,单孔瓦斯抽采纯量达到3600 m^(3)/d;山西阳泉新景矿碎软煤层顶板分段压裂钻孔长度达到609 m,单孔瓦斯抽采纯量达到2811 m^(3)/d。③探索形成了适合于生产区的碎软煤层井下穿层钻孔高压加砂水力压裂和顺煤层气动定向钻进高效抽采技术。安徽淮南潘三矿穿层钻孔加砂水力压裂钻孔瓦斯抽采纯量是普通清水压裂的2.38倍;山西阳泉二矿气动定向钻进深度最大达到607 m,单孔瓦斯抽采纯量达到971.6 m^(3)/d。④提出了适合于煤矿采空区的地面垂直井和L型水平井瓦斯抽采模式。安徽淮南潘一矿垂直井抽采量最高超过50000 m^(3)/d;山西晋城寺河矿L型水平井抽采量最高达30000 m^(3)/d。随着煤矿区煤层气开发效果进一步提升的需要,提出了煤矿区煤岩层大规模体积压裂、煤矿井地联合分段水力压裂、煤矿区深部煤层气开发等技术攻关方向,推动煤矿区煤层气开发技术发展,以更好保障煤炭资源安全开采和煤层气资源高效开发。 展开更多
关键词 煤矿区 煤层气 四区联动 分段压裂 碎软煤层
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浅埋薄基岩煤层过沟开采溃水危险性预测
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作者 牛超 罗钰韬 +6 位作者 刘宁 肖乐乐 孙强 张伟伟 薛喜成 曾大宝 白杨 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第10期172-181,共10页
【目的】浅埋薄基岩条件下煤层的过沟开采活动易导致覆岩导水裂隙带与地表水体连通,显著增加矿井突水、溃水等水害风险。陕西山东煤矿部分工作面分布于沙界沟流域下方,地表暴雨径流极易通过采动裂隙通道溃入井下,威胁矿井安全运行,急需... 【目的】浅埋薄基岩条件下煤层的过沟开采活动易导致覆岩导水裂隙带与地表水体连通,显著增加矿井突水、溃水等水害风险。陕西山东煤矿部分工作面分布于沙界沟流域下方,地表暴雨径流极易通过采动裂隙通道溃入井下,威胁矿井安全运行,急需开展溃水危险性识别与评价研究。【方法】以山东煤矿3煤层及其过沟开采工作面为研究对象,综合实测采高与钻孔揭示资料,绘制3煤层导水裂隙带发育高度等值线图;并将导水裂隙带高度与煤层埋深的差值作为判据,划分高危险区、一般危险区与安全区。在此基础上,结合地表采动裂隙结构特征与沟道暴雨径流过程,构建地表采动裂隙溃水量预测模型,模拟评估3108、3109工作面在5、10及20a一遇暴雨条件下的地表采动裂隙溃水量,并叠加垮裂安全性等级,构建双因子6级溃水危险性分级体系。为提升其工程适用性,提出简化的3级溃水危险性划分方案,开展工作面危险性再识别。【结果】研究确定-20m为3煤层埋深与导水裂隙带高度差的最优临界值,能够有效识别沙界沟下方及周边区域的高溃水危险区。模型预测结果显示,在不同重现期条件下,3109工作面的溃水量始终高于3108工作面,最大值达0.335m^(3)/s(1205.169m^(3)/h)。依据6级溃水危险性分级体系,3109工作面分别划分为极高(20、10a一遇)和高(5a一遇)危险区,3108工作面则为高、中、中危险区;而在简化的3级溃水危险性划分标准下,两工作面在各暴雨重现期条件下均为高危险区。【结论】基于地表采动裂隙结构与沟道暴雨径流过程,建立了适用于浅埋薄基岩煤层过沟开采条件下的地表采动裂隙溃水量预测模型,并构建融合溃水量等级与垮裂安全性分区的溃水危险性综合评价体系。研究结果可为类似地质条件下工作面溃水风险识别与治理设计提供理论支撑和工程依据,具有重要的工程实用价值。 展开更多
关键词 浅埋煤层 过沟开采 暴雨径流 溃水量预测模型 溃水危险性预测
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双断层影响下煤层开采覆岩裂隙演化分形特征研究
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作者 易汉华 康向涛 +1 位作者 胡锦国 任加驰 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第2期113-120,共8页
为研究双断层影响下覆岩裂隙时空演化规律,以贵州土城矿为工程背景,在模拟煤层开挖的基础上,通过分形几何理论定量表征覆岩裂隙发育特征,揭示覆岩裂隙网络的分形演化规律,进而对回风巷上隅角瓦斯浓度与分形维数关系进行分析。研究结果表... 为研究双断层影响下覆岩裂隙时空演化规律,以贵州土城矿为工程背景,在模拟煤层开挖的基础上,通过分形几何理论定量表征覆岩裂隙发育特征,揭示覆岩裂隙网络的分形演化规律,进而对回风巷上隅角瓦斯浓度与分形维数关系进行分析。研究结果表明:断层影响区覆岩裂隙分形维数为1.056~1.544,其动态演化过程可被划分为升维、降维、二次升维和稳定4个特征阶段;当工作面推进至断层影响区域时,分形维数出现突增,据此提出了包括加密断层区域瓦斯抽采钻孔、顶端岩体及断层构造固化等在内的综合防范措施;覆岩裂隙分形维数与上隅角瓦斯浓度呈显著正相关关系。 展开更多
关键词 双断层 覆岩裂隙 分形维数 上隅角 瓦斯浓度 煤层开采
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连采连充式工作面矿压叠加特征及围岩控制技术应用
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作者 杨涛 闵恒 +3 位作者 胡嘉英 陈全秋 张庆国 张书超 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第7期99-105,共7页
为解决特厚煤层在连采连充工艺中支巷围岩变形及稳定性难题,采用数值模拟与现场实验相结合的方法,揭示采动应力场时空迁移规律及围岩破坏机制,提出“深层锚索约束+浅层锚杆支护+双向护网”的差异化协同控制技术。研究结果表明:充填后可... 为解决特厚煤层在连采连充工艺中支巷围岩变形及稳定性难题,采用数值模拟与现场实验相结合的方法,揭示采动应力场时空迁移规律及围岩破坏机制,提出“深层锚索约束+浅层锚杆支护+双向护网”的差异化协同控制技术。研究结果表明:充填后可显著降低未开采支巷应力集中水平;充填体-煤柱复合结构因刚度差异导致显著非对称变形;通过“锚索约束深部岩体+锚杆强化浅层结构+护网协同承载”的差异化支护,实现围岩应力场均衡化调控。研究结果可为特厚煤层绿色高效开采提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 特厚煤层 连采连充 围岩控制 数值模拟 差异化支护
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浅埋大断面运输顺槽锚索替代单体超前加强支护研究
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作者 黄庆享 王雨凡 +4 位作者 杜君武 郭强 范东林 王生彪 高锦龙 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期12-25,共14页
浅埋煤层综采工作面大断面运输顺槽采用单体支柱超前加强支护,存在人员劳动强度大、效率低且不安全等问题,亟需革新超前加强支护技术,以适应矿井智能化建设的需求。为此,以哈拉沟煤矿浅埋煤层22523综采工作面的大断面运输顺槽为背景,采... 浅埋煤层综采工作面大断面运输顺槽采用单体支柱超前加强支护,存在人员劳动强度大、效率低且不安全等问题,亟需革新超前加强支护技术,以适应矿井智能化建设的需求。为此,以哈拉沟煤矿浅埋煤层22523综采工作面的大断面运输顺槽为背景,采用理论分析、数值模拟和工程实践相结合的方法,首先建立了单体支护效果评价力学模型,评估了不同巷道宽度及单体支护位置下的支护效果;然后设计了锚索替代单体超前加强支护方案及参数,并对比分析了锚索加强支护方式下使用单体支护的效果,最终验证了单体支护效果评价力学模型的可靠性。结果表明:当单体支护于巷帮0.8 m位置时,随着巷道宽度增大,其支护效果明显减弱;当巷宽小于2.7 m时,单体支护顶板挠度才减小10%以上;当巷宽大于4.0 m时,单体支护顶板挠度降低小于4%,效果微弱;超前加强支护段顶板额定支护强度为56.7 kN/m^(2),锚索超前加强支护强度为86.8 kN/m^(2),加强支护系数为1.53;对于浅埋煤层大断面运输顺槽较稳定围岩条件,锚杆锚索一次支护到位完全可满足超前加强支护要求;在22523工作面超前支承压力影响区,运输顺槽围岩安全稳定,工作面推进速度和生产效率明显提高。受一次采动影响的浅埋综采工作面大断面运输顺槽,采用锚索加强支护,替代传统单体支柱加强支护,具有明显优势,值得推广。 展开更多
关键词 浅埋煤层 回采巷道 超前加强支护 锚索支护 取消单体支柱
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多煤层重复采动下地表裂缝对土壤理化性质的影响 被引量：1
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作者 贾玉良 陈苏社 +5 位作者 邓强 周海丰 王巍 邹友峰 聂小军 陈志超 《水土保持研究》 北大核心 2025年第3期98-107,共10页
[目的]探明生态脆弱矿区多煤层重复采动下地表裂缝对土壤理化性质的影响,为该地区土地复垦与生态修复提供科学依据。[方法]以神东矿区活鸡兔矿井为研究区,遴选一次、二次、三次采动裂缝区与未扰动区,通过土壤样品采集和分析,揭示不同采... [目的]探明生态脆弱矿区多煤层重复采动下地表裂缝对土壤理化性质的影响,为该地区土地复垦与生态修复提供科学依据。[方法]以神东矿区活鸡兔矿井为研究区,遴选一次、二次、三次采动裂缝区与未扰动区,通过土壤样品采集和分析,揭示不同采动裂缝区土壤理化性质的变化及它们的相关性。[结果](1)土层深度、重复采动均显著影响裂缝区土壤容重、含水量、总孔隙度、毛管孔隙度、最大持水量和毛管持水量(p<0.05),且存在显著的交互作用(p<0.05);一次、二次采动裂缝区土壤孔隙度下降、容重增加,土壤持水能力下降;三次采动裂缝区土壤孔隙度与持水能力增加,土壤含水量显著高于未扰动区同一土层(p<0.05),最大值为15.01%(50—70 cm土层)。(2)重复采动显著影响裂缝区土壤全氮、碱解氮、全磷、有机质含量(p<0.05);一次、二次采动裂缝区土壤全氮、全磷含量显著低于未扰动区(p<0.05);三次采动裂缝区土壤全氮、碱解氮、全磷含量与未扰动区差异不显著(p>0.05),0—10 cm土层土壤有效磷、有机质含量分别为9.97 mg/kg,13.18 g/kg,显著高于其他区域(p<0.05)。(3)三次重复采动显著增强了裂缝区土壤物理性质、土壤养分含量与土壤含水量之间的负相关性(p<0.05)。[结论]多煤层重复采动下地表裂缝导致土壤理化性质空间异质性增强,但作用方向、作用程度与采动次数之间无相关性。 展开更多
关键词 地表裂缝 土壤理化性质 多煤层 重复采动 生态脆弱矿区
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薄至中厚煤层群矿区采动卸压煤层气抽采井优化设计 被引量：1
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作者 徐昂 桑树勋 +6 位作者 周效志 韩思杰 陈捷 冯云飞 娄毅 颜智华 高为 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期385-399,共15页
利用煤层气井对采煤过程中邻近煤层卸压煤层气抽采是一种高效的瓦斯综合治理与煤层气开发手段。查明采动覆岩应力−裂隙场演化特征,并据此开展煤层气井优化设计是提高卸压煤层气抽采效率的关键。以黔西山脚树煤矿221015工作面为工程场景... 利用煤层气井对采煤过程中邻近煤层卸压煤层气抽采是一种高效的瓦斯综合治理与煤层气开发手段。查明采动覆岩应力−裂隙场演化特征,并据此开展煤层气井优化设计是提高卸压煤层气抽采效率的关键。以黔西山脚树煤矿221015工作面为工程场景和实例,基于地质−工程模型构建与工程数据分析,阐明了覆岩层内及层间应力演化特征,探讨了覆岩裂隙与增渗区分布形态,优化了煤层气井井位部署、井身结构设计及增产措施。研究表明:研究区煤系岩石力学性质频繁强弱交互的地质特征提高了卸压煤层气抽采效果。关键层逐次破断后,工作面上方5~20 m层段为贯通裂隙带,带内富集的大量游离态甲烷可跨层运移产出,为煤层气井主气源带。工作面上方20~45 m层段属弯曲下沉带内微裂隙发育带,具有近2000 m^(3)/d的单层煤产气潜力。该带卸压煤层气以层内运移为主,并积聚了裂隙带煤层气。压实区沿工作面走向的边界切线、压实区沿工作面走向的边界切线与回风巷间的中轴线、裂隙区边界线围成的区域是最有利的井位部署位置。采用高强度水泥固井与扩孔完井的“二开”井或采用筛管悬挂完井的“三开”井井筒稳定性好,可保障煤层气井长期抽采工作。优化方案为黔西地区煤矿采动区卸压煤层气抽采井日产气35000 m^(3)的突破提供了技术支撑,显著减弱了工作面瓦斯突出风险。基于多层叠置含煤层气系统的地质特点,“合层压裂排采+采动卸压抽采”的“一井多用”模式可作为“提产增效”的重点研究方向。 展开更多
关键词 薄至中厚煤层群 采动区 覆岩“三带”分布 煤层气井优化设计
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