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面间煤柱与顺槽“掘-充-留”一体化科学问题与技术 被引量:3
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作者 王双明 刘浪 +7 位作者 朱梦博 蔚保宁 庄登登 屈慧升 何伟 邵成成 夏磊 周静 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3291-3315,共25页
我国将煤炭作为兜底保障能源的局面短期内无法改变,仍将长时间面临煤炭资源保护与煤基固废利用率低的难题。通过创新采掘方法,同时实现提高煤炭资源回采率、规模化处置煤基固废,为煤炭行业绿色可持续发展提供了新途径。在深入调研煤炭... 我国将煤炭作为兜底保障能源的局面短期内无法改变,仍将长时间面临煤炭资源保护与煤基固废利用率低的难题。通过创新采掘方法,同时实现提高煤炭资源回采率、规模化处置煤基固废,为煤炭行业绿色可持续发展提供了新途径。在深入调研煤炭资源开采技术发展现状的基础上,提出了煤矿“掘-充-留”掘进新工法。从大断面巷道快速掘进、连续高效充填和巷道安全留设3个方面,通过理论分析、数值模拟等手段,系统论述了“掘-充-留”工法的科学问题和关键技术,研究结果表明:①针对大断面巷道快速掘进、掘进工作面围岩稳定性控制等工程难题,凝练了煤岩特性与掘进机截割参数匹配机制、覆岩载荷空间传递机制与围岩变形机理、锚杆/索-顶板相互作用关系及支护机制3个科学难题,构建了以掘进区地质环境超前实时感知、落-装-运煤多工序智能协同作业、钻锚支架随掘随支围岩时效控制和大断面巷道防漏风及通风优化为核心的技术体系;②从大断面巷道承载体系及时构建及其承载性能调控两个方面凝练了连续高效充填的科学问题,包括充填体-煤层-锚杆/索协同承载机制、多元固废基充填材料水化固结机制,明晰充填体物理力学特性时空演化规律,建立了充填空间安全高效搭建、充填材料工作性能调控、充填材料流动-固结感知为核心的连续高效充填关键技术体系,相关理论与技术的突破可以为充填材料的原材料优选及配比设计、添加剂开发/选型及工作性能调控、掘进速率及充填步距优化设计、充填体固结监测等提供基础理论依据;③基于巷道安全留设及全生命周期内围岩易断裂、易片帮和易损伤等关键难题,阐述了巷道围岩应力场时空分布特征、巷道变形与损伤演化机制、巷道围岩工程质量监测与稳定性调控理论3个科学问题,形成了以巷道围岩稳定性智能预警、巷道围岩变形控制为核心的关键技术体系。开展煤矿“掘-充-留”工法的科学研究与工程示范,实现固废规模化处置-面间煤柱高效回收-顺槽快速掘进的协同,可以推动煤炭行业绿色低碳转型发展。 展开更多
关键词 煤基固废 面间煤柱 大断面掘巷 连续充填 巷道留设 “掘-充-留”工法 稳定性监测
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资源整合矿井复采面垮落废巷注浆加固技术研究 被引量:15
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作者 熊祖强 刘旭锋 +3 位作者 王成 张建锋 司爱忠 陈兵 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第11期104-109,共6页
为解决海天煤业3616工作面存在的过废巷问题,通过FLAC3D数值模拟及探巷实测手段,研究废巷的赋存状况,确定废巷的垮落特征;基于此,选用水灰比可调范围大的新型双液注浆材料,开发分次成孔、插管注浆的治理工艺,解决在破碎区打钻注浆遇到... 为解决海天煤业3616工作面存在的过废巷问题,通过FLAC3D数值模拟及探巷实测手段,研究废巷的赋存状况,确定废巷的垮落特征;基于此,选用水灰比可调范围大的新型双液注浆材料,开发分次成孔、插管注浆的治理工艺,解决在破碎区打钻注浆遇到的钻进困难、塌孔、漏浆等问题。工程实践表明,用该治理工艺可实现快速成孔且可避免浆液过快、过慢凝固引发的堵孔、漏浆问题。在注浆后的工作面推进过程中,在废巷垮落区域未出现影响生产的大范围冒顶、片帮现象,该治理工艺的合理性得到证明。 展开更多
关键词 整合矿井 垮落废巷 赋存状态 新型材料 插管注浆
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回采巷道围岩整体下沉及其力学分析 被引量:15
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作者 马念杰 侯朝炯 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1993年第2期11-18,共8页
通过现场实测、实验室相似材料模拟试验和力学理论分析,揭示了回采巷道围岩变形破坏区别于一般基本巷道的另一个显著特点——围岩整体下沉和整体下沉效应。提出了巷道围岩整体下沉的计算公式和计算方法;指出巷道底板中心线上存在零应变... 通过现场实测、实验室相似材料模拟试验和力学理论分析,揭示了回采巷道围岩变形破坏区别于一般基本巷道的另一个显著特点——围岩整体下沉和整体下沉效应。提出了巷道围岩整体下沉的计算公式和计算方法;指出巷道底板中心线上存在零应变点,零应变点以上的底板岩层主要出现拉应变,零应变点以下的岩层主要承受压应变。本文建立的'巷道围岩整体下沉'和'零应变点'等新概念有助于深入认识回采巷道固岩变形破坏规律,对现场确定正确的巷道维护方法也有参考价值。 展开更多
关键词 回采巷道 围岩 整体下沉 力学
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无线电波透视技术在资源整合矿井采空区探测中的应用 被引量:8
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作者 孙英峰 罗霄 +3 位作者 高艺瑞 任青山 王朋朋 贺永昌 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期547-553,共7页
为了探测资源整合矿井采空区的分布情况,采用无线电波透视技术探测了山西乡宁焦煤集团通合煤矿2101工作面中存在的小窑和老窑开采形成的采空区。在对比无线电波透视技术中常用的定点法与同步法后,选用定点法,探测频率选用88 k Hz,该频... 为了探测资源整合矿井采空区的分布情况,采用无线电波透视技术探测了山西乡宁焦煤集团通合煤矿2101工作面中存在的小窑和老窑开采形成的采空区。在对比无线电波透视技术中常用的定点法与同步法后,选用定点法,探测频率选用88 k Hz,该频率穿透距离相对较大且具有较高精度。在研究无线电波透视探测原理和数据分析数学模型的基础上,应用SIRT算法对探测结果进行了反演,圈定了2101工作面8处较为集中的异常区。一号异常区为煤层夹矸或破碎区,二号和三号异常区为小断层或煤层采空导致的破碎带,四号、五号、六号和八号异常区是煤层采空导致的破碎带,七号异常区为小窑采空破坏区。根据各处异常区相对周围区域的能量衰减程度,YC1~YC3三处异常区地质解释的可靠性一般,YC6、YC8两处异常区地质解释的可靠性中等,YC4、YC5、YC7三处异常区地质解释的可靠性较高。对2101工作面运输、回风巷揭露采空情况进行了统计,运输巷和回风巷掘进揭露的采空区情况验证了无线电波透视结果,表明应用无线电波透视技术探测资源整合矿井采空区是可行的。 展开更多
关键词 安全工程 无线电波透视技术 资源整合矿井 采空区 运输巷 回风巷
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兴安矿深部软岩巷道大变形控制对策 被引量:5
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作者 李国峰 陶志刚 王炯 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2009年第5期27-30,33,共5页
为了更好地控制深部软岩巷道围岩大变形破坏问题,通过现场调查和理论分析,得出了兴安矿深部软岩巷道围岩大变形破坏的主要影响因素包括工程地质条件差、地应力水平高、水解作用和原支护不合理。基于这些影响因素,建立了包括围岩结构优... 为了更好地控制深部软岩巷道围岩大变形破坏问题,通过现场调查和理论分析,得出了兴安矿深部软岩巷道围岩大变形破坏的主要影响因素包括工程地质条件差、地应力水平高、水解作用和原支护不合理。基于这些影响因素,建立了包括围岩结构优化技术、耦合支护技术、底板控制技术、冒落控制技术为核心的深部工程稳定性一体化耦合控制技术。工程实践表明,在深部复杂的软岩巷道支护中,采用一体化耦合控制技术,能有效控制深部软岩巷道大变形破坏。 展开更多
关键词 深部 软岩巷道 大变形 一体化耦合控制技术
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矿井全空间孔中瞬变电磁响应积分方程法数值模拟研究 被引量:28
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作者 陈丁 程久龙 王阿明 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期4182-4193,共12页
基于地面-钻孔瞬变电磁法,将发射源布设于煤矿巷道中,而将接收探头放置在钻孔内,从上至下依次观测,形成矿井巷道-钻孔瞬变电磁法.为了研究巷道全空间条件下巷道-钻孔瞬变电磁场的响应特征,选取煤层底板受水害威胁的代表性地层为研究对象... 基于地面-钻孔瞬变电磁法,将发射源布设于煤矿巷道中,而将接收探头放置在钻孔内,从上至下依次观测,形成矿井巷道-钻孔瞬变电磁法.为了研究巷道全空间条件下巷道-钻孔瞬变电磁场的响应特征,选取煤层底板受水害威胁的代表性地层为研究对象,建立煤层底板存在含水低阻地质异常体的三维数学模型,采用积分方程法进行数值模拟,结果表明:相对高阻的煤层侧帮对孔内垂向感应电动势的影响较小,而对孔内水平感应电动势除浅部约30m内影响相对较大外,对深部影响较小.当煤层底板含水平低阻板状异常体时,在对异常体的纵向分辨率和异常响应的延续时间方面,孔内感应电动势的水平分量相对优于垂向分量,但垂向感应电动势的幅值强于水平感应电动势.因此,实际观测时,不仅要观测孔内感应电动势的垂向分量,也要观测水平分量. 展开更多
关键词 矿井巷道-钻孔瞬变电磁 全空间 低阻地质异常体 积分方程法 三维数值模拟
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煤矿固体充填采煤技术发展回顾与展望 被引量:50
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作者 刘建功 王翰秋 赵家巍 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期27-38,共12页
介绍了我国煤矿充填开采现状。分析了充填开采上覆岩层运移规律和连续曲形梁形成的基本条件,得出了连续曲形梁和充填密实度与关键层的量化关系;描述了充填材料的制备及运输、固体充填装备、巷道固体充填及工作面固体充填技术的特点及其... 介绍了我国煤矿充填开采现状。分析了充填开采上覆岩层运移规律和连续曲形梁形成的基本条件,得出了连续曲形梁和充填密实度与关键层的量化关系;描述了充填材料的制备及运输、固体充填装备、巷道固体充填及工作面固体充填技术的特点及其工艺。分析了固体充填开采采充平行作业、充填自动控制和煤矿井下"采选充留"一体化的技术装备体系。提出了保证充填长期效果的散装固体改性充填技术方法。认为充填开采要向精准充填开采,建设全过程生态矿山努力。 展开更多
关键词 固体充填 巷道充填 自动化充填 充填体改性 采选充留一体化
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无煤柱自成巷N00工法采留一体化装备与围岩控制关键设计 被引量:11
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作者 王亚军 何满潮 +4 位作者 王琦 杨军 王建文 刘辉 陈菲 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期4011-4022,共12页
无煤柱自成巷N00工法是我国自主创新的采煤新工法,其在提高资源采出率、降低巷道掘进量、消减煤柱引起的应力集中等方面具有一定优势。为进一步推进该工法发展,以陕煤柠条塔煤矿N00工法工业性试验为工程依托,从采掘布局、围岩控制、装... 无煤柱自成巷N00工法是我国自主创新的采煤新工法,其在提高资源采出率、降低巷道掘进量、消减煤柱引起的应力集中等方面具有一定优势。为进一步推进该工法发展,以陕煤柠条塔煤矿N00工法工业性试验为工程依托,从采掘布局、围岩控制、装备系统3个方面梳理了N00工法核心设计思路。针对N00工法成巷围岩结构特征,考虑围岩空间结构整体稳定和运动全过程稳定性,提出了“碎胀平衡降压+动静耦合支护”围岩控制设计思路,明确了3个控制对象、4种控制技术、8项设计标准及相关设计内容。基于N00工法“采留一体化”采掘布局设计理念,形成了N00工法采煤装备系统和成巷装备系统布局新设计,明确了N00装备系统关键结构和功能设计内容。工程试验结果表明,采用N00工法设计,采煤装备系统可实现工作面前无巷采煤,成巷装备系统可实现工作面采后同步成巷,突破了传统采掘分离式装备布局模式,实现了采煤过程中无提前掘巷和无留设煤柱。柠条塔煤矿试验工作面留巷长度2 344 m内,巷道顶底板移近量最大145 mm,巷道围岩控制效果良好,完全满足安全生产要求。无煤柱自成巷N00的成功应用,验证了N00工法采留一体化装备和围岩控制关键设计的可行性,为提高矿井采出率、节约煤炭资源,减少巷道掘进、降低开采成本以及缓解采掘接续问题提供了新途径。 展开更多
关键词 采留一体化 围岩控制 N00工法 无煤柱自成巷 切顶卸压
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整合煤矿采空区内掘进巷道注浆加固技术 被引量:25
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作者 苏清政 杨榆生 +2 位作者 潘越 韩卫青 侯玮 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2013年第7期51-53,共3页
针对整合煤矿宏远煤矿总回风巷掘进通过采空区时巷道支护难的现状,采用在巷道掘进前进行高冒区充填注浆的技术方法,提高破碎矸石整体粘结力进而构成人工顶板,掘进时钻孔超前注浆提高采空区围岩强度。现场实践证明,选用化学注浆加固材料... 针对整合煤矿宏远煤矿总回风巷掘进通过采空区时巷道支护难的现状,采用在巷道掘进前进行高冒区充填注浆的技术方法,提高破碎矸石整体粘结力进而构成人工顶板,掘进时钻孔超前注浆提高采空区围岩强度。现场实践证明,选用化学注浆加固材料进行注浆加固,片帮、顶板冒落现象明显改善,围岩变形得到了很好控制,两帮移近量为118~141 mm,顶底板移近量为123~133 mm。 展开更多
关键词 整合矿井 注浆加固 化学注浆 掘进巷道 采空区
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深部特厚煤层对采对掘巷道围岩综合应力场演化研究 被引量:13
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作者 姜鹏飞 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期26-36,共11页
深部特厚煤层对采对掘巷道受高应力及多次强烈采动影响,应力环境复杂,围岩控制难度大,井下综合应力场演化对于巷道支护方式及参数的确定有益。以麻家梁煤矿14103辅运副巷为工程背景,采用井下实测、理论分析和数值模拟方法,揭示巷道围岩... 深部特厚煤层对采对掘巷道受高应力及多次强烈采动影响,应力环境复杂,围岩控制难度大,井下综合应力场演化对于巷道支护方式及参数的确定有益。以麻家梁煤矿14103辅运副巷为工程背景,采用井下实测、理论分析和数值模拟方法,揭示巷道围岩原岩应力场、采动应力场、支护应力场及位移场演化规律。实测得出麻家梁煤矿巷道围岩原岩应力场分布特征;揭示出相邻工作面回采滞后采动影响阶段是巷道围岩采动应力增加的主要阶段;锚杆锚索施加高支护应力可在围岩中形成稳定承载结构。基于应力场、位移场综合分析,得出14103辅运副巷围岩采动应力增加先于巷道变形的增加;受二次采动应力作用,围岩发生扩容变形,出现应力增加不明显而变形显著增大的现象,揭示出采动应力场、支护体受力及位移场时空演化相互关系。该结果对巷道布置方式及支护方案提供了依据。 展开更多
关键词 特厚煤层 深部巷道 对采对掘巷道 综合应力场演化
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基于集成式因子图优化的煤矿巷道移动机器人三维地图构建 被引量:11
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作者 邹筱瑜 黄鑫淼 +3 位作者 王忠宾 房东圣 潘杰 司垒 《工矿自动化》 北大核心 2022年第12期57-67,92,共12页
煤矿井下移动机器人作业精度严重依赖于同步定位与建图(SLAM)技术的准确性。井下长直巷道存在特征缺失、光照条件差等问题,导致激光里程计和视觉里程计易失效,因而限制了传统SLAM方法在煤矿巷道的有效应用,且目前SLAM方法的研究主要聚... 煤矿井下移动机器人作业精度严重依赖于同步定位与建图(SLAM)技术的准确性。井下长直巷道存在特征缺失、光照条件差等问题,导致激光里程计和视觉里程计易失效,因而限制了传统SLAM方法在煤矿巷道的有效应用,且目前SLAM方法的研究主要聚焦于多传感融合建图方法,较少关注激光SLAM方法建图精度的提升。针对上述问题,面向移动机器人在煤矿巷道的建图需求,提出了一种基于集成式因子图优化的煤矿巷道移动机器人三维地图构建方法,采用前端构建和后端优化的策略,设计了前端点云配准模块和基于滤波、图优化的后端构建方法,使建图结果更准确、适应性更强。针对煤矿长直巷道环境退化导致三维激光点云配准精度低的问题,融合迭代最近点(ICP)和正态分布变换(NDT)算法,兼顾点云几何特征和概率分布特征,设计了集成式前端点云配准模块,实现了点云的精确配准。针对三维激光SLAM后端优化问题,研究了基于位姿图和因子图优化的后端构建方法,构建了集成ICP和NDT相对位姿因子的因子图优化模型,以准确估计移动机器人位姿。分别利用公开数据集KITTI和模拟巷道点云数据集对三维地图构建方法在不同工况下的性能进行了实验验证。公开数据集KITTI上的实验结果表明:在全局一致性上,该方法与传统基于特征点匹配的A−LOAM方法和基于平面分割及特征点提取的LeGO−LOAM方法具有相似的性能,在建图局部精度上优于其他2种方法。模拟巷道点云数据集上的实验结果表明:该方法具有显著优势,通过因子图优化,可得到一致性较高的三维地图,提升了煤矿巷道三维地图构建的精度及鲁棒性,解决了井下长直巷道特征点缺失、激光里程计失效的难题。 展开更多
关键词 煤矿移动机器人 巷道三维地图 同步定位与建图 激光雷达 集成式因子图优化 迭代最近点 点云配准 SLAM
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整合矿井掘进巷道有害气体防治技术研究 被引量:3
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作者 向剑飞 朱静静 《中国煤炭》 2020年第1期50-53,共4页
针对整合矿井采空区有害气体泄入邻近掘进巷道引发气体超限的问题,以山西省朔州市北祖煤矿掘进巷道为例,分析整合矿井掘进巷道有害气体超限的原因。经过多年实践总结出一套“设计—探测—隔绝—增压”综合性气体防治技术,即通过统筹设... 针对整合矿井采空区有害气体泄入邻近掘进巷道引发气体超限的问题,以山西省朔州市北祖煤矿掘进巷道为例,分析整合矿井掘进巷道有害气体超限的原因。经过多年实践总结出一套“设计—探测—隔绝—增压”综合性气体防治技术,即通过统筹设计选择合适掘进层位、采用物探和钻探方法确定掘进巷道邻近采空区的准确位置、通过喷浆和注浆方法处理泄漏区域巷道顶板隔离层、搭配掘进巷道增压系统(掘进局部通风机和调节风门设施)补充巷道气体压力,该综合性气体防治技术能有效抑制采空区有害气体泄入邻近掘进巷道,确保掘进巷道气体安全。 展开更多
关键词 整合矿井 掘进工作面 采空区 气体防治 巷道喷浆 注浆 增压系统
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近距离煤层采空区下工作面煤柱留设宽度及巷道合理支护参数研究 被引量:12
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作者 周朋 张佳飞 李各 《煤炭工程》 北大核心 2020年第S01期5-8,共4页
为确定近距离煤层采空区下动压回采工作面区段煤柱合理宽度及巷道合理支护参数,以色连二矿12307工作面与12308工作面为研究背景,采用理论计算、数值模拟与现场应用相结合的研究方法对其进行研究,研究表明:理论计算及数值模拟确定煤柱宽... 为确定近距离煤层采空区下动压回采工作面区段煤柱合理宽度及巷道合理支护参数,以色连二矿12307工作面与12308工作面为研究背景,采用理论计算、数值模拟与现场应用相结合的研究方法对其进行研究,研究表明:理论计算及数值模拟确定煤柱宽度分别为22.48m、20m时,工作面围岩能够保持稳定;数值模拟及现场应用确定,煤柱宽度为20m时,煤柱处于上覆岩层铰接结构保护之下,内部支承压力较小,当巷道围岩顶板采用?20mm×2500mm,间排距为800mm×800mm的螺纹钢锚杆,采用?17.8mm×6300mm,间排距为1260mm×1600mm的钢绞线,巷道帮部采用?18 mm×2000mm,间排距为750mm×800mm的玻璃钢锚杆支护时,煤柱及巷道能够满足安全生产需要。 展开更多
关键词 近距离煤层 动压回采工作面 煤柱留设 巷道压力
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杨涧煤矿巷柱式穿采区域资源复采技术研究 被引量:2
14
作者 李宇 《中国煤炭》 北大核心 2017年第1期60-63,共4页
杨涧煤矿412盘区9~#煤层的不同煤分层不同程度被小煤窑的巷柱式采煤方法穿采,矿井整合后决定复采这部分煤炭。采用理论分析、工程类比和现场实践等方法,对资源复采区域的采煤方法、工作面布置方式、装备配套、复采工作面空巷的探测方法... 杨涧煤矿412盘区9~#煤层的不同煤分层不同程度被小煤窑的巷柱式采煤方法穿采,矿井整合后决定复采这部分煤炭。采用理论分析、工程类比和现场实践等方法,对资源复采区域的采煤方法、工作面布置方式、装备配套、复采工作面空巷的探测方法进行了研究,确定了复采区域首采工作面的层位和位置,制定了工作面掘进和回采时空巷的探测技术参数。 展开更多
关键词 巷柱式开采 复采 恒底布置 上行开采 空巷探测 杨涧煤矿 整合煤矿
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锚网支护技术在整合煤矿刷大扩巷中的应用实践
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作者 李建兵 孙文生 《中国煤炭》 北大核心 2015年第10期68-70,78,共4页
以山西晋煤集团整合矿高都煤矿为工程背景,为使矿井尽快运营投产并降低基建投资,在原有木棚支护的旧巷基础上刷大巷道的断面,并采用锚网支护,取得较好支护效果。
关键词 整合煤矿 刷大扩巷 锚网支护
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