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钻井液作用下割理发育煤岩失稳机理研究 被引量：1
1
作者 欧阳勇 谢文敏 +5 位作者 丁吉平 冯福平 王鹤远 杨冬临 马驰 吕海川 《油气藏评价与开发》 北大核心 2025年第2期284-291,共8页
煤岩割理裂缝的发育导致其强度较低,钻井过程中钻井液的作用将会进一步增加井壁失稳的风险。采用室内实验、理论分析与数值模拟相结合的方法,揭示了钻井液作用下割理发育煤岩失稳机理:①煤岩黏土矿物主要由不易水化的高岭石组成,无易水... 煤岩割理裂缝的发育导致其强度较低,钻井过程中钻井液的作用将会进一步增加井壁失稳的风险。采用室内实验、理论分析与数值模拟相结合的方法,揭示了钻井液作用下割理发育煤岩失稳机理:①煤岩黏土矿物主要由不易水化的高岭石组成,无易水化的蒙脱石存在且伊蒙混层的占比不高,因此水化膨胀(平均值为0.35%)和滚动分散性能(平均值为89.64%)较弱,煤岩失稳机制以力学作用为主。②垂直交错的面割理和端割理为钻井液侵入煤岩地层提供了流动通道,面割理的尺寸普遍大于端割理,因此,面割理更容易发生钻井液侵入造成井壁失稳。③钻井液侵入割理缝会导致井周地层压力上升,径向应力降低,增加井壁失稳的风险,其中对于高渗透率的面割理和穿过井眼的交叉割理,钻井液侵入更深,产生的井壁失稳风险更加严重。④割理缝的特征也会影响钻井液对煤岩割理的侵入深度。宽度更大、密度更高的割理缝中,钻井液侵入更深,并在井壁附近产生更高的压力,从而提高了井壁失稳的可能性。因此,应根据实际地层割理缝的尺寸大小设计钻井液随钻封堵粒子,且控制钻井液密度在合理的范围内,从而减少钻井液侵入引起井壁失稳情况的发生。研究提供了深入理解钻井液作用下割理发育煤岩失稳机理的新视角,为割理发育煤岩井壁稳定性分析提供了理论指导。 展开更多
关键词 钻井液 面割理 端割理 煤岩 失稳机理
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采煤工作面物的不安全状态界定体系构建与应用研究
2
作者 秦汝祥 沈涛 +2 位作者 李世辉 操俊杰 叶峰 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第6期2142-2152,共11页
物的不安全状态界定和消除是落实隐患排查工作的核心环节之一。为保障生产系统中物质的安全性,从种类多样的物质中提取物质共有属性进行归类,提炼基于物质属性的物质不安全特征空间。并建立依据衡量参数和评判规则的物质模式空间,实现... 物的不安全状态界定和消除是落实隐患排查工作的核心环节之一。为保障生产系统中物质的安全性,从种类多样的物质中提取物质共有属性进行归类,提炼基于物质属性的物质不安全特征空间。并建立依据衡量参数和评判规则的物质模式空间,实现对特征空间的抽象概括和定量表达,确保物质状态识别过程的客观、科学。再根据计算结果,将模式空间的抽象数据转化为包含物质状态的类型空间,进而建立四六结构模型(46Model)实现物的不安全状态界定,在此基础上提出三位一体化手段促进物的不安全状态的消除。某矿140个物质状态的验证结果表明:建立的物的不安全状态界定体系可实现物的不安全状态界定的定量化和精细化,可用率为86.43%,适用率为67.86%,准确率为78.51%;平均界定时长约为0.5 h。此外,还通过编码规律对界定与消除过程进行了标准化,研究结果对提升行业整体隐患排查治理水平具有现实意义。 展开更多
关键词 安全工程 物的不安全状态 界定体系 46Model 防护效能 采煤工作面
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基于正交试验的U形通风采煤工作面瓦斯爆炸超压影响因素分析
3
作者 刘佳佳 张翔 +3 位作者 高志扬 张扬 陈玖强 靳马超 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第4期163-176,共14页
为探究U形通风采煤工作面瓦斯爆炸的传播规律,并探讨瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性,利用Fluent模拟软件并结合某矿3906工作面情况开展了数值模拟研究。首先,根据瓦斯爆炸机理搭建了数学模型,并依据前人实验方案进行了数值模拟... 为探究U形通风采煤工作面瓦斯爆炸的传播规律,并探讨瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性,利用Fluent模拟软件并结合某矿3906工作面情况开展了数值模拟研究。首先,根据瓦斯爆炸机理搭建了数学模型,并依据前人实验方案进行了数值模拟,以此验证了该数学模型的可靠性;其次,依序进行了模拟关键参数的优化,并得到了关键参数网格尺寸、迭代步长和点火温度的最合理设置分别为0.2 m、0.05 ms和1900 K,通过拟合得到了工作面爆炸超压峰值及其到达时间与爆心距之间的函数关系。通过正交试验分析了瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性。极差分析结果表明,温度、瓦斯体积分数和瓦斯积聚区压力3个主控因素的极差值依次减小,温度对于爆炸超压衰减的影响最显著,其中R值达到5.928。运用方差分析对影响瓦斯爆炸超压衰减率的主控因素进行了显著性研究,结果表明,温度的方差值最大,瓦斯积聚区压力的方差值次之,瓦斯体积分数的方差值最小,其中温度的显著值F达到31.835,其余两项不显著。 展开更多
关键词 U形通风 采煤工作面 瓦斯爆炸 超压衰减率 正交试验
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基于割煤循环智能检测的工作面来压判识方法
4
作者 罗香玉 康林星 +2 位作者 南添松 解盘石 伍永平 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期16-21,共6页
基于液压支架工作阻力数据进行工作面来压判识需解决2个问题:一是如何从海量的工作阻力数据中提取循环末阻力数据,二是如何有效利用提取出的循环末阻力数据对工作面是否来压实现有效判断。现有的循环末阻力提取方法大多依赖固定规则和... 基于液压支架工作阻力数据进行工作面来压判识需解决2个问题:一是如何从海量的工作阻力数据中提取循环末阻力数据,二是如何有效利用提取出的循环末阻力数据对工作面是否来压实现有效判断。现有的循环末阻力提取方法大多依赖固定规则和经验值参数,在复杂工作面环境下准确性低且适应性差。针对该问题,提出一种基于割煤循环智能检测的工作面来压判识方法。将割煤循环检测转化为二分类问题,使用支持向量机分类器对割煤循环结束时刻进行智能检测,以自动判别割煤循环的结束时刻;在获取所有割煤循环结束时刻的基础上,提取各支架循环末阻力数据;通过数据融合生成能够反映工作面整体压力状态的单序列数据,并基于来压判定公式进行工作面来压判识。基于不连沟煤矿某工作面的液压支架工作阻力数据进行实验,结果表明,该方法割煤循环检测的精确率、召回率、F_(1)分数分别为85.91%,81.84%,83.83%,来压判识的精确率、召回率、F_(1)分数分别为79.43%,78.76%,79.09%,均优于滑动窗口极值法和阈值法,在识别循环末阻力和工作面来压判识方面具有显著优势。 展开更多
关键词 顶板灾害防控 来压判识 割煤循环智能检测 支持向量机 循环末阻力
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面间煤柱掘支机器人集群数字孪生系统高效虚实同步方法
5
作者 毛清华 司马俊雷 +5 位作者 马宏伟 王川伟 陈彦璋 郭文瑾 崔闻达 成佳帅 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期228-238,共11页
【目的】针对面间煤柱掘支机器人集群虚拟模型数据量大、数据传输异常等导致虚实同步效果不佳问题,提出了一种基于三维模型轻量化与轨迹预测-修正模型的数字孪生掘支机器人集群高效虚实同步方法。【方法】定义了配合依赖顶点的概念,通... 【目的】针对面间煤柱掘支机器人集群虚拟模型数据量大、数据传输异常等导致虚实同步效果不佳问题,提出了一种基于三维模型轻量化与轨迹预测-修正模型的数字孪生掘支机器人集群高效虚实同步方法。【方法】定义了配合依赖顶点的概念,通过引入配合依赖顶点坍缩影响因子来改进二次误差度量算法,约束装配体三维模型轻量化过程使其保持各构件之间的配合关系,减小三维模型数据规模;建立了掘支机器人集群轨迹预测-修正模型,基于Self-Attention-LSTM轨迹预测算法预测孪生机器人集群的运动轨迹,结合二次插值法实时修正预测轨迹,保证虚拟模型与物理装备虚实同步的时空一致性。并构建了数字孪生掘支机器人集群高效虚实同步模拟验证平台。【结果和结论】引入配合依赖顶点坍缩影响因子约束轻量化过程,可有效抑制三维模型几何误差的增长,保持装配体配合面基本不变,可达到90%数据压缩率;1.5 s运动轨迹预测任务中,Self-Attention-LSTM轨迹预测算法误差最小,轨迹预测-修正方法可使驱动轨迹的MAD缩小74.28%,有效保障虚实同步一致性与平稳性;虚实同步延迟最大为55.28 ms,最大虚实同步位置绝对误差为1.93 mm、相对误差为1.07%,实现了掘支机器人集群高精度、低延迟虚实同步。提出的高效虚实同步方法为提升煤矿装备数字孪生系统运行效率提供了新思路。 展开更多
关键词 面间煤柱 数字孪生 掘支机器人集群 模型轻量化 二次误差度量 轨迹预测-修正
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基于循环推进算法的采煤工作面围岩温度场数值模拟研究
6
作者 秦跃平 郭铭彦 +4 位作者 唐飞 刘强 张冀昕 侯浩楠 赵微 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期409-420,共12页
随着浅部赋存煤炭资源的日益枯竭,深部开采已经成为煤炭资源开发的新常态。深部高温高湿的热环境将危害作业人员健康,增加机电设备故障率,极易引发井下安全事故。高温围岩作为采煤工作面的最主要热源之一,长期以来其散热量计算依赖于拟... 随着浅部赋存煤炭资源的日益枯竭,深部开采已经成为煤炭资源开发的新常态。深部高温高湿的热环境将危害作业人员健康,增加机电设备故障率,极易引发井下安全事故。高温围岩作为采煤工作面的最主要热源之一,长期以来其散热量计算依赖于拟合经验式,缺乏科学合理的计算方法。基于傅里叶定律和能量守恒定律,建立了采煤工作面二维围岩温度场非稳态数学模型,运用有限体积法对模型进行了离散,提出了以坐标间断移动来模拟实际割煤进刀过程的循环推进新算法,显著提高了动态推进条件下高温采煤工作面围岩散热的计算精度。随后以单个节点为例详细介绍了循环推进算法流程,基于Visual Studio编程平台自主开发了数值解算程序,并结合工程背景开展了采煤工作面高温围岩温度场及散热规律的数值模拟研究与实测验证工作。结果表明:模拟结果与现场实测数据变化趋势基本一致,平均相对误差为6.15%;在连续循环割煤过程中,围岩温度场呈现周期性变化特征;在一个循环周期内,各区域围岩散热强度在进刀循环开始时达到峰值,随后不稳定换热系数开始快速下降,且下降趋势逐渐减缓;传统的拟合经验式忽略了割煤循环过程中围岩散热强度随时间的改变,高估了围岩散热能力;在热害严重的采煤工作面,通过适当减缓进刀速度或采用截深更浅的采煤机刀头可有效减少围岩散热。 展开更多
关键词 采煤工作面 围岩散热 围岩温度场 循环推进算法 不稳定换热系数
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煤矿综采工作面多因素耦合作用下人员热舒适影响规律研究
7
作者 吴立荣 王乙帆 +1 位作者 李佳敏 刘萱 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期28-40,共13页
高温高湿环境严重影响工人热舒适性,为明确综采面工人热舒适影响规律,选取采煤机司机和液压支架工为研究对象,运用Airpak软件数值模拟环境因素、服装热阻、劳动强度变化情况下人体热舒适指标——工人预测平均评价-预测不满意百分率(PMV-... 高温高湿环境严重影响工人热舒适性,为明确综采面工人热舒适影响规律,选取采煤机司机和液压支架工为研究对象,运用Airpak软件数值模拟环境因素、服装热阻、劳动强度变化情况下人体热舒适指标——工人预测平均评价-预测不满意百分率(PMV-PPD)变化规律。结果表明,在高温高湿环境下仅改变送风速度或湿度,不能使工人处于舒适状态;工人周围环境湿度随着送风温度的降低而减小,可通过调节温度调整人员舒适性;在同等外界条件下,劳动强度增大不舒适感增强;井下环境温度越高,服装热阻对工人热舒适的影响程度越大。当送风温度27℃时,送风相对湿度50%~53%、送风速度0.5~3.5 m/s,工人比较舒适;当送风温度30℃时,送风相对湿度50%、送风速度2.8~3.5 m/s,工人比较舒适。通过实验舱试验所测参数计算的PMV-PPD结果与数值模拟结果一致。同时,心率受温度影响最大,在温度高于34℃、湿度高于75%的高温高湿环境下,轻度体力劳动者心率在工作30 min后出现波动,中度体力劳动者心率在工作20 min后出现波动,故可将20 min作为一个工作周期。以上研究对于优化工作环境,使工人能够舒适、安全、健康工作提供了理论基础。 展开更多
关键词 综采工作面 热舒适性 环境因素 服装热阻 劳动强度
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特厚煤层综放工作面底鼓机制及控制技术
8
作者 朱志洁 王鹏 +3 位作者 李瑞琪 秦洪岩 史庆稳 陈昆 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第5期73-81,共9页
为解决特厚煤层综放工作面回采期间工作面底鼓问题,以陕西某矿ZF1409工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析与数值模拟等方法,探究特厚煤层综放工作面底鼓机制,并以此提出底鼓控制技术。结果表明:工作面严重底鼓区域主要集中在工作... 为解决特厚煤层综放工作面回采期间工作面底鼓问题,以陕西某矿ZF1409工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析与数值模拟等方法,探究特厚煤层综放工作面底鼓机制,并以此提出底鼓控制技术。结果表明:工作面严重底鼓区域主要集中在工作面来压期间,支架工作阻力较大,且底板大多为泥岩或底煤较薄的区域;底板滑动面范围内以软弱泥岩为主,底板极限承载力较低,当底板载荷大于底板极限承载力时,底板载荷克服底板滑动面范围内岩层自重所产生的摩阻力及黏聚力,使岩体沿着底板滑动面滑移,造成工作面底鼓;通过分析ZF1409工作面底鼓模型可知:支架载荷在该工作面底鼓发生过程中起到了重要作用;特厚煤层综放开采条件下,近场关键层破断形成的“悬臂梁”结构造成支架工作阻力在短时间内急剧升高,导致工作面发生底鼓。基于此,采用井下区域水力压裂技术处理近场关键层,有助于控制工作面的底鼓。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放工作面 底鼓机制 控制技术 近场关键层 水力压裂
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高抽巷布设参数对煤自燃的扰动效应分析
9
作者 陈亮 于宏阳 +4 位作者 毕雄飞 徐振炜 王栋炜 秦瑞晨 郭磊 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期77-84,共8页
针对自燃煤层综放工作面采空区高抽巷抽采对煤自燃扰动效应不清的问题,以山西荫营矿150315综放面“一面四巷”为背景,采用理论计算、UDEC模拟及Image pro图像分析,获取了采空区覆岩裂隙分区定量特征及孔隙率沿程分布特征表达式,单从瓦... 针对自燃煤层综放工作面采空区高抽巷抽采对煤自燃扰动效应不清的问题,以山西荫营矿150315综放面“一面四巷”为背景,采用理论计算、UDEC模拟及Image pro图像分析,获取了采空区覆岩裂隙分区定量特征及孔隙率沿程分布特征表达式,单从瓦斯抽采角度初定高抽巷垂向高度为20~53 m;基于Comsol模拟分析了不同位置高抽巷抽采扰动下采空区瓦斯浓度分布、自燃“三带”宽度演变规律,以及不同抽采负压下瓦斯浓度及氧浓度的量变特征,指出水平距离与其对氧化升温带的扰动效应呈正相关性,其垂直高度与抽采瓦斯浓度成正比、与垂向氧浓度成反比。并确定了高抽巷水平位置距回风巷20 m、距煤层顶板垂直高度50 m,以及合理抽采负压为20 kPa。通过现场工程试验验证,优化后高抽巷抽采量减少1.37 m^(3)/min,工作面回风巷瓦斯浓度仅上升0.04%,均处于安全范围内。但采空区散热带、自燃氧化带宽度分别减少12 m和9 m,有效降低其自燃风险,有利于采空区瓦斯与煤自燃灾害的协同共治。 展开更多
关键词 采空区 瓦斯抽采 高抽巷 煤自燃 一面四巷
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考虑龄期强度的充填体-顶板协同承载稳定性分析
10
作者 赵兵朝 王瑞锋 +3 位作者 王京滨 陈浩楠 杨忠浩 拓永生 《煤炭工程》 北大核心 2025年第8期112-121,共10页
为提高煤炭资源回采率、处置大量煤基固废,以面间煤柱掘充一体化为背景,考虑龄期对充填体强度及承载能力的影响,通过室内试验研究不同水泥含量下充填体强度随龄期变化的演化规律,发现水泥含量与充填体强度呈正相关关系,充填体强度随龄... 为提高煤炭资源回采率、处置大量煤基固废,以面间煤柱掘充一体化为背景,考虑龄期对充填体强度及承载能力的影响,通过室内试验研究不同水泥含量下充填体强度随龄期变化的演化规律,发现水泥含量与充填体强度呈正相关关系,充填体强度随龄期呈指数函数增长趋势;基于弹性地基梁理论,建立“掘-充”过程中充填体-顶板协同承载力学模型,给出“掘-充”过程中各个区域的顶板挠度方程;利用FLAC^(3D)数值模拟探究“掘-充”过程中充填体水泥含量、掘充间距、掘充速度对充填体应力及顶板下沉量的影响,分析“掘-充”过程中不同掘进距离下充填体-顶板协同承载结构稳定性。结果表明:在面间煤柱“掘-充”过程中,水泥含量越高、掘充间距越小则充填体强度形成时间越快、顶板下沉量越少;掘充速度越快则充填区内充填体龄期越短、强度越低、承载效果越差、顶板塑性区破坏越严重;随着掘进距离的推进,充填体承载能力逐渐增强,顶板下沉速度逐渐减小,充填体-顶板协同承载结构逐渐趋于稳定。 展开更多
关键词 区段煤柱 掘充一体化 不同龄期强度 掘充速度 顶板稳定性
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综放工作面过空巷超前支护技术研究与应用 被引量：2
11
作者 王栋晨 孙华清 +6 位作者 冯伟斌 王代峰 秦艳华 陈井龙 吕金龙 李然 曹峰 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期132-145,共14页
在遗煤复采过程中,工作面前方常存在与其推进方向交叉的空巷,为提高过空巷时辅运巷和回风巷围岩的安全稳定,实现煤炭的安全高效开采,在长壁放顶煤过空巷的开采基础上,结合SolidWorks、Rhino-Griddle、FLAC 3D软件,建立了液压支架支护、... 在遗煤复采过程中,工作面前方常存在与其推进方向交叉的空巷,为提高过空巷时辅运巷和回风巷围岩的安全稳定,实现煤炭的安全高效开采,在长壁放顶煤过空巷的开采基础上,结合SolidWorks、Rhino-Griddle、FLAC 3D软件,建立了液压支架支护、锚杆支护、锚杆+支架支护这3种不同的超前支护方式,对比分析了3种超前支护方式对围岩矿压及变形的影响,并给出了最优支护方式,同时探讨了过空巷时液压支架的承载特征。研究结果表明,邻近空巷时,液压支架支护方式能有效分担两帮压力和控制围岩变形,但在巷道顶部会出现开采扰动和空巷的应力叠加;锚杆支护方式通过破坏围岩的几何形态对两者的叠加效果进行了有效减弱,但围岩变形控制较差;锚杆+支架支护方式综合两者优势,支护效果最好。 展开更多
关键词 综放工作面 超前支护 过空巷 围岩变形 数值模拟
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迎采工作面沿空掘巷围岩能量−应力全周期演化规律 被引量：2
12
作者 陈定超 王襄禹 +6 位作者 柏建彪 李梦龙 卢建飞 张飞腾 孙世奇 赵祥岍 于洋 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期162-175,共14页
迎采动工作面沿空掘巷经历上工作面侧向基本顶断裂、回转、下沉全过程的全周期动压影响,巷道变形量大、维护困难。本文以温庄煤矿15105工作面为工程背景,提出在原有25 m煤柱迎采动面掘巷的基础上,沿上工作面非稳定采空区后方改变巷道掘... 迎采动工作面沿空掘巷经历上工作面侧向基本顶断裂、回转、下沉全过程的全周期动压影响,巷道变形量大、维护困难。本文以温庄煤矿15105工作面为工程背景,提出在原有25 m煤柱迎采动面掘巷的基础上,沿上工作面非稳定采空区后方改变巷道掘进轨迹,将区段煤柱宽度减小至6 m,进行沿空掘巷。为了证明方案的可行性,采用FLAC^(3D)建立数值模型,模拟了原方案与优化方案2种情况下的巷道围岩能量−应力全周期(迎15103采动工作面掘进、非稳定采空区侧巷道掘进、15105工作面回采)演化规律。模拟结果显示:①迎15103采动工作面掘进期间,应力和能量主要集中在区段煤柱的采空区侧。②非稳定采空区侧巷道掘进期间,与原方案相比,优化方案使6 m煤柱内部能量和应力转移至工作面煤体侧。③15105工作面回采期间,采取原方案时,能量和应力均向25 m煤柱回采侧集中,应力峰值达到31.2 MPa,最大能量为192.4 kJ/m^(3);采取优化方案时,能量和应力均向工作面实体煤侧转移,6 m煤柱具备一定承载能力,并且整个过程中应力集中程度低、能量无明显聚集,回采期间6 m煤柱内部应力峰值仅8.1 MPa,最大能量为126.7 kJ/m^(3)。在此基础上,确定了优化方案的可靠性,并结合数值模拟结果和现场地质条件,提出将巷道分成4个区段:迎采对掘段、临空掘巷段、渐变煤柱段和沿空掘巷段,建立了巷道围岩分区控制体系,设计了锚杆、索支护参数。最终成功开展了工业性试验,现场监测结果显示各区段巷道整体控制效果良好。 展开更多
关键词 迎采掘进 沿空掘巷 煤柱 双屈服模型 应变软化模型
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厚黄土层极近距离采空区下相邻工作面相向开采时序研究 被引量：1
13
作者 杜君武 黄庆享 +1 位作者 韦业豪 王雨凡 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期207-219,共13页
针对厚黄土层极近距离采空区下2个相邻工作面相向开采应力叠加效应显著,工作面间煤柱易失稳诱发强矿压灾害问题,以陕北侏罗纪煤田海湾煤矿三号井2206工作面和王才伙盘矿2201工作面相向开采为工程背景,采用数值模拟方法分析了2个工作面... 针对厚黄土层极近距离采空区下2个相邻工作面相向开采应力叠加效应显著,工作面间煤柱易失稳诱发强矿压灾害问题,以陕北侏罗纪煤田海湾煤矿三号井2206工作面和王才伙盘矿2201工作面相向开采为工程背景,采用数值模拟方法分析了2个工作面相向开采前后上部覆岩应力环境及煤柱稳定性,揭示了不同开采时序下2个工作面的围岩应力叠加效应及巷道围岩变形破坏规律。研究结果表明:2−2上煤层开采后,房柱区顶板和煤柱较为稳定,长壁式采空区覆岩破坏使采空区内的应力降低,工作面间遗留煤柱垂直应力呈非对称分布,长壁式采空区侧垂直应力峰值高于房柱区侧;2−2煤层相邻工作面相向开采过程中,上部遗留煤柱集中应力和工作面采动应力的叠加效应影响工作面间煤柱和巷道围岩的稳定性,当2个工作面相向开采距离小于30 m时,仅2206工作面开采时煤柱最大垂直应力分别比仅2201工作面开采和2个工作面同时开采减小4.7%和10.0%;仅2206工作面开采时2206回风巷围岩变形量最小,2个工作面同时开采时巷道围岩变形量最大,2个工作面交错−20 m后煤柱应力及巷道围岩变形量基本趋于稳定。最后,结合现场开采实际情况,确定了相邻工作面相向开采时序,并通过物理模拟验证了其合理性。研究成果在现场进行了应用,效果良好,从而避免了工作面的搬家倒面和停产,取得了显著的经济效益,可为类似条件的工作面安全开采提供借鉴。 展开更多
关键词 厚黄土层 极近距离煤层群 工作面开采时序 应力叠加效应 煤柱稳定性
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深埋大采长工作面导水裂隙带发育高度研究 被引量：2
14
作者 张胜军 丁亚恒 +1 位作者 姜春露 李江 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期198-205,共8页
为研究深埋大采长工作面顶板导水裂隙带发育高度,以永城矿区城郊煤矿21106工作面为工程背景,采用钻孔注水法和成像法实测了导水裂隙带高度,采用UDEC软件探讨了埋深和采长对导水裂隙带高度的影响。研究结果表明,现场注水漏失量观测和钻... 为研究深埋大采长工作面顶板导水裂隙带发育高度,以永城矿区城郊煤矿21106工作面为工程背景,采用钻孔注水法和成像法实测了导水裂隙带高度,采用UDEC软件探讨了埋深和采长对导水裂隙带高度的影响。研究结果表明,现场注水漏失量观测和钻孔成像结果基本一致,实测得到导水裂隙带高度最大值为49.20 m,裂采比为17.14,比《三下开采规范》公式计算结果大,与《煤矿防治水手册》预计结果接近。采长增加导水裂隙带高度也增加,且埋深越大,增加幅度越大;900 m埋深时,330 m采长比160 m采长工作面的导水裂隙带高度增加10.54%。随着埋深增加,导水裂隙带发育高度也随之增加,采长越大增加幅度越大;工作面330 m采长时,900 m埋深的导水裂隙带高度比500 m埋深增加13.44%。《三下开采规范》和《煤矿防治水手册》公式中误差项范围较大,不易确定工作面煤层顶板导水裂隙带发育具体高度,对于受顶板水害威胁较大的矿井,建议采用现场实测方法准确地确定导水裂隙带高度,为煤矿顶板水害评估及治理提供依据。 展开更多
关键词 深埋矿井 大采长工作面 导水裂隙带 现场实测 数值模拟
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厚硬顶板10 m超大采高工作面煤壁片帮特征及影响因素
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作者 马镕山 徐刚 +3 位作者 任建超 张震 刘前进 蔺星宇 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期191-205,共15页
针对超大采高工作面易发生煤壁片帮的问题,以曹家滩煤矿122104超大采高工作面为背景,综合运用现场监测、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同顶板压力条件下超大采高工作面煤壁塑性区、应力及位移分布特征,建立了煤壁片帮力学模型,确... 针对超大采高工作面易发生煤壁片帮的问题,以曹家滩煤矿122104超大采高工作面为背景,综合运用现场监测、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同顶板压力条件下超大采高工作面煤壁塑性区、应力及位移分布特征,建立了煤壁片帮力学模型,确定了煤壁挠度最大点位置,揭示了顶板压力变化对煤壁稳定性作用机理。研究结果表明:煤壁破坏以拉裂为主,且多发生在中部或中上部区域,其形态通常呈现为半月状内凹或台阶状,煤壁平均片帮深度为0.41 m,最大片帮深度平均为1.53 m,片帮层位主要出现在底板上方4.4~8.0 m高度范围内,煤壁片帮程度与顶板压力成直接相关性,周期来压期间片帮加剧。初次来压后形成悬臂梁及组合悬臂梁结构,随着工作面的推进,顶板垮落和煤壁破坏加重,超前支承压力峰值及应力集中系数显著上升,工作面煤壁片帮与矿压显现成正相关关系。数值模拟结果显示,随着开采深度的增加,顶板压力增大,煤壁稳定性降低。不同埋深下的煤壁压力对煤壁挠度表现出非对称特性,煤壁挠度随埋深的增加而增大,煤壁最大挠度位置随埋深的增加而沿煤壁逐步上移,最大变形区域在0.59~0.94倍采高处。 展开更多
关键词 超大采高工作面 煤壁片帮 顶板压力 煤壁力学模型 数值模拟
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综放工作面端头滞后放顶煤技术研究及应用
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作者 崔永青 赵宝友 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期1-7,共7页
针对厚煤层综放开采过程中回采巷道顶煤无法回收以及过渡支架顶煤损失这一难题,综合运用理论分析、数值模拟和现场应用等研究方法,基于端头顶板变形特征,提出了一种安全回收端头顶煤的方法——综放工作面端头滞后放顶煤技术。该方法将... 针对厚煤层综放开采过程中回采巷道顶煤无法回收以及过渡支架顶煤损失这一难题,综合运用理论分析、数值模拟和现场应用等研究方法,基于端头顶板变形特征,提出了一种安全回收端头顶煤的方法——综放工作面端头滞后放顶煤技术。该方法将具备放煤功能的端头放煤支架向采空区方向滞后工作面支架2~3 m布置,同时延长转载机和后刮板运输机至端头和端尾放煤支架尾梁下方,并选用具备放煤功能的过渡支架,利用原工作面的运煤设备,回收工作面的顶煤和回采巷道的顶煤;同时还给出了一系列经实践检验有效的诸多端头顶煤助冒放技术,如退锚、破网、气爆致裂、静态膨胀致裂等;该综放工作面端头滞后放顶煤技术在三元煤业的应用效果显著。结果显示,工作面每回采1 m可多回收约72 t端头顶煤资源,工作面的采出率提高了2.5%,实现了回采巷道顶煤及过渡支架顶煤的安全高效回收。 展开更多
关键词 回采巷道 过渡支架 端头顶煤 端头放顶煤 放煤支架
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综放工作面采动过程顶煤变形与支护
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作者 董昊福 李超 +4 位作者 张玮 殷凌霄 刘扬 王凤超 钮月 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第17期7107-7114,共8页
为了研究综放工作面采动过程顶煤区域的变形与支护问题,以东峡煤矿项目综放工作面为工程背景,根据该项目综放工作面具体煤层特性,分析综放工作面支架的架型、支护强度等参数,同时结合现场监测资料,验证液压支架的额定工作阻力是否满足... 为了研究综放工作面采动过程顶煤区域的变形与支护问题,以东峡煤矿项目综放工作面为工程背景,根据该项目综放工作面具体煤层特性,分析综放工作面支架的架型、支护强度等参数,同时结合现场监测资料,验证液压支架的额定工作阻力是否满足工作面现场要求。采用离散元软件模拟分析方法对东峡煤矿项目综放工作面采动过程顶煤变形和支护进行了数值模拟研究,对其应用效果进行验证。随着工作面继续向前推进,上覆基本顶发生周期性垮落,平均周期来压步距在20 m左右。此外,液压支护对于综放工作面的支护效果并未随着推进长度的增加而发生较大变化。根据现场监测数据和计算结果可知,选用的液压支架能满足项目综放工作面支护要求。 展开更多
关键词 综放工作面 煤层特性 支护参数 数值模拟 顶煤变形
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超大采高工作面煤壁稳定性分析及片帮预测研究
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作者 任怀伟 刘凯 +4 位作者 李建 赵叔吉 韩存地 王龙 李济洋 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1-11,共11页
目的为了解决超大采高工作面煤壁片帮难题,方法通过理论分析与现场实测研究煤壁片帮机理,采用数值模拟对不同采高条件下煤壁的破坏过程进行模拟,探讨采高和顶板压力与煤壁片帮之间的关系,并基于现场数据,利用机器学习方法进行片帮预测,... 目的为了解决超大采高工作面煤壁片帮难题,方法通过理论分析与现场实测研究煤壁片帮机理,采用数值模拟对不同采高条件下煤壁的破坏过程进行模拟,探讨采高和顶板压力与煤壁片帮之间的关系,并基于现场数据,利用机器学习方法进行片帮预测,比较并选择最优的预测模型。结果研究发现,超大采高工作面煤壁片帮主要发生在煤壁的中上部,随着采高和支承压力的增加,片帮破坏程度呈加剧趋势。分析得到片帮稳定性系数计算公式,发现稳定性系数随顶板压力和采高的增加而增大。数值模拟结果表明,当采高从6 m增至10 m时,煤壁破碎程度和片帮深度显著增加,且片帮深度在顶板来压时达到峰值。数据分析结果表明,煤壁片帮是煤壁、液压支架和顶板相互作用的结果,合理的支护高度和良好的液压支架支撑力是降低片帮风险的关键。最后,采用机器学习方法对煤壁片帮进行预测,比较多种常见的机器学习算法,发现KNN方法的预测准确率最高,达77.46%。然而,现有机器学习方法在片帮预测上的准确性仍需进一步提高。结论研究结果揭示了超大采高工作面煤壁片帮的发生机理,提出了片帮预测的新思路,即随着采高和顶板压力增加,煤壁片帮风险加大,采用机器学习方法可以有效预测片帮发生的可能性,这为超大采高工作面煤矿安全生产提供了理论支持和技术保障。 展开更多
关键词 超大采高工作面 煤壁片帮 稳定性分析 机器学习 片帮预测
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综放工作面长短孔多维水力压裂初次放顶技术研究
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作者 刘勇 李明轩 +2 位作者 刘永强 王滨 宋生儒 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期88-95,共8页
针对综放工作面切眼顶板上覆较厚煤层,导致初次放顶时常规措施无法有效弱化基本顶的难题,提出长短孔多维水力压裂方法。该方法在保障施工安全的基础上,可在施工时间与空间上形成优势互补,实现基本顶弱化。以金鸡滩煤矿12^(-2)上111综放... 针对综放工作面切眼顶板上覆较厚煤层,导致初次放顶时常规措施无法有效弱化基本顶的难题,提出长短孔多维水力压裂方法。该方法在保障施工安全的基础上,可在施工时间与空间上形成优势互补,实现基本顶弱化。以金鸡滩煤矿12^(-2)上111综放工作面为工程背景,通过理论计算、数值模拟和现场试验,分析长短孔多维水力压裂方式下的覆岩移动规律。结果表明:经长短孔多维压裂弱化后,坚硬顶板初次断裂步距相比短孔压裂模型缩短10 m,且顶板逐段分层垮落,来压较为缓和。初次放顶试验后,通过水压监测、钻孔窥视、出水观测等现场施工记录对裂缝扩展效果进行评估。结果显示:短孔压裂在低位形成密集复杂交叉缝网,长孔压裂在高位形成区域裂缝,促使大块岩体整体向下作用于短孔压裂区,实现顶板及时垮落。跟踪111工作面初采期间的顶板垮落及来压情况,并与相邻的113工作面对比发现,初次来压步距由155 m缩短至40.8 m,表明长短孔多维水力压裂可促使顶板及时分段垮落并充实采空区,取得了良好的安全效果。 展开更多
关键词 综放工作面 厚顶煤 水力压裂 定向钻孔 初次放顶
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采煤工作面图像超分辨率技术研究
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作者 马英 雷声 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第3期1-7,共7页
受煤矿井下不均匀光照及煤尘、水雾等因素影响,井下采煤工作面图像采集往往存在分辨率低、细节缺失、纹理清晰度差等问题,给工作面远程监控、机器视觉等技术的应用带来诸多不利影响。提出了一种基于残差混合注意力机制的超分辨率生成对... 受煤矿井下不均匀光照及煤尘、水雾等因素影响,井下采煤工作面图像采集往往存在分辨率低、细节缺失、纹理清晰度差等问题,给工作面远程监控、机器视觉等技术的应用带来诸多不利影响。提出了一种基于残差混合注意力机制的超分辨率生成对抗网络模型:在生成器的特征提取过程中加入残差块,提升网络深度和学习效果;引入通道注意力与空间注意力机制,提升对图像边缘纹理特征和局部细节的恢复效果;优化损失函数,保留重建图像细节纹理,提升主观质量;通过判别器识别生成器重建图像,实现生成器与判别器的对抗训练,在小样本数据集上优化模型效果。试验证明了该模型在矿井采煤工作面图像超分辨率方面的有效性:所提出的模型算法相较现有主流算法在矿井采煤工作面设备图像数据集的4倍缩放上实现了明显效果提升,峰值信噪比(PSNR)平均提升8.57%,结构相似度(SSIM)平均提升1.43%。 展开更多
关键词 采煤工作面图像 超分辨率 残差块 注意力机制
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