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岩层控制的全柱状学术思想与实践 被引量：3
1
作者 许家林 朱卫兵 +11 位作者 轩大洋 王晓振 秦伟 金洪伟 鞠金峰 胡国忠 谢建林 屈庆栋 吴仁伦 汪锋 何昌春 李竹 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期166-179,共14页
岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运... 岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运动的研究。针对这些问题,在关键层理论应用研究过程中,形成了岩层控制的“全柱状”学术思想,其内涵包括2方面:一是“抓主要矛盾”,找到对岩层运动起主要控制作用的关键层(即主要矛盾),避免对覆岩均化处理。二是“关注全局”,将采动覆岩作为整体研究,充分考虑关键层所处的复杂地层场景条件可能对关键层破断的影响,从整个岩层移动角度研究矿压显现、水与瓦斯运移、开采沉陷等。按照全柱状学术思想研究岩层控制时,首先需要获取研究区域内不同开采尺度(矿井、采区、工作面及块段)地层的钻孔“全柱状”,即包含从开采煤层直到地表所有岩层信息的全取心完整柱状,根据研究区域内多个钻孔柱状的关键层判别,形成研究区域内岩层赋存特征的整体画像,避免仅采用局部柱状或综合柱状,也不能对全柱状进行均化处理。充分考虑原岩应力、地质构造、地形地貌、水体载荷、开采部署等多种具体场景因素可能导致的关键层受载差异与破断异常,以及不同区域柱状关键层位置的变化可能对岩层运动产生的影响。在此基础上,建立关键层运动与各种采动损害的联系,据此分析问题发生机理并提出针对性的岩层控制方法。全柱状学术思想推进了岩层控制理论发展与实践创新,解决了压架、突水、沉陷等灾害防控的系列工程难题,取得了显著成效。利用全柱状学术思想取得的岩层控制理论创新主要包括:揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应,建立了采动覆岩“关键层-松散层拱”结构模型,提出了基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法,建立了基于关键层结构的地表沉陷预计方法,为工程应用奠定了基础。全柱状学术思想在工程应用方面的典型实例包括:找出了浅埋煤层沟谷上坡段、松散承压含水层下等特定条件下开采压架的根本原因,彻底解决了压架防治工程难题;量化关键层位置对“导高”的影响,解决了顶板异常突水防治难题;提出了煤层群卸压瓦斯的“三带”分布,指导了卸压瓦斯抽采实践;研发了覆岩隔离注浆充填技术,创建了地面钻孔一注式高效充填绿色开采新模式,解决了地表沉陷控制等难题,已得到全面推广应用。 展开更多
关键词 全柱状 关键层 卸荷膨胀累积效应 岩层控制 绿色开采
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绵阳-长宁拉张槽东北缘埃迪卡拉系灯影组上部地层缺失及构造意义 被引量：2
2
作者 丁一 刘树根 +9 位作者 文龙 马奎 陈代钊 宋金民 王瀚 王林康 陈明思 杨钹 唐攀 李智武 《地质学报》 北大核心 2025年第2期352-364,共13页
尽管绵阳-长宁拉张槽的油气地质意义已经得到广泛认可,其时空分布及成因机制自发现以来争议不断。在此背景下,本文对拉张槽北段东缘广元—宁强地区的震旦系(国际上称埃迪卡拉系)—寒武系过渡地层开展了系统的地层序列、岩相分析工作。... 尽管绵阳-长宁拉张槽的油气地质意义已经得到广泛认可,其时空分布及成因机制自发现以来争议不断。在此背景下,本文对拉张槽北段东缘广元—宁强地区的震旦系(国际上称埃迪卡拉系)—寒武系过渡地层开展了系统的地层序列、岩相分析工作。特征岩相及生物地层表明宽川铺、舒家坝、曹家坝—东山子地区普遍出现碑湾段下部甚至藻白云岩段上部与宽川铺组不整合接触,反映了高家山段和碑湾段的广泛缺失。该地层缺失区可以与川中—北斜坡地区连成一线。研究区灯影组以局限潮坪—潟湖环境的藻白云岩及泥晶白云岩沉积为主,而西侧的大滩—羊木地区灯影组截然变化为斜坡—盆地相硅质岩沉积,指示同沉积伸展断层的活动。这种相带突变样式在中扬子台地南缘和上扬子台地东缘也有发育,反映了整个中上扬子地区在震旦纪—寒武纪转折期总体处于伸展背景,广泛发育断控型碳酸盐岩台地边缘。绵阳-长宁拉张槽巨大的宽度(数十千米)、剥蚀厚度(数百米)及灯影组顶部长期的沉积间断(近20 Ma)说明其形成与差异升降作用有关,难以用岩溶地貌解释。考虑到研究区与川中—北斜坡的灯影组上段的缺失区总体呈线状分布,可用断层上盘的掀斜作用引起相对抬升来解释。伸展断层活动的高峰期大致可以约束在灯影组沉积晚期到麦地坪组沉积初期,对应灯影组上部到宽川铺组底部的广泛缺失。 展开更多
关键词 绵阳-长宁拉张槽 灯影组 地层缺失 伸展背景 断控
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富水砂化白云岩地层隧道灾变成因及其对策
3
作者 王志杰 姜逸帆 +4 位作者 鲜一丁 齐永立 李金宜 张慧玲 周平 《铁道工程学报》 北大核心 2025年第5期56-61,共6页
研究目的:白云岩砂化作为一种特殊岩溶现象,富水环境下具有强致灾性。为了揭示富水砂化白云岩地层隧道突涌致灾成因,提供控制对策,本文以成昆铁路扩能工程峨眉至米易段吉新隧道为依托工程,对隧道突涌事故进行调研,结合区域地质、室内微... 研究目的:白云岩砂化作为一种特殊岩溶现象,富水环境下具有强致灾性。为了揭示富水砂化白云岩地层隧道突涌致灾成因,提供控制对策,本文以成昆铁路扩能工程峨眉至米易段吉新隧道为依托工程,对隧道突涌事故进行调研,结合区域地质、室内微观观测手段以及物理力学试验,对白云岩砂化成因进行分析,总结砂化白云岩灾变模式与致灾成因,并提出控制措施。研究结论:(1)区域白云岩砂化机制为渗透-溶蚀分解-机械崩解型,地层中分布的富水砂化囊体是造成隧道突涌的灾害源;(2)砂化白云岩以细颗粒为主,均匀性差,遇水抗剪强度显著衰减,隧道突涌破坏模式可以分为揭示渗透破坏型突涌、渐进破坏型突涌与间歇型突涌;(3)提出灾害源识别、灾害源释水降压、灾害源加固、低扰动开挖的施工控制对策;(4)本研究成果可应用于砂化白云岩地层隧道突水突泥灾害的治理。 展开更多
关键词 富水砂化白云岩地层 突水涌砂 灾变成因 控制措施
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双关键层协同破断作用下采场覆岩力链传递规律与强矿压防控研究
4
作者 杨科 吴向辉 +1 位作者 刘文杰 郭鹏慧 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期229-242,共14页
针对双关键层条件下厚煤层开采中强矿压显现规律不清、来压步距预测困难及防控效果不佳等问题,以淮南矿区某矿11223工作面为工程背景,采用离散元数值模拟、理论分析和现场实践相结合的方法,系统研究了双关键层协同破断的覆岩运移规律与... 针对双关键层条件下厚煤层开采中强矿压显现规律不清、来压步距预测困难及防控效果不佳等问题,以淮南矿区某矿11223工作面为工程背景,采用离散元数值模拟、理论分析和现场实践相结合的方法,系统研究了双关键层协同破断的覆岩运移规律与力链动态传递机制,建立了双关键层破断支架–围岩采动承载模型。研究结果表明:①低位关键层Ⅰ受采动扰动直接作用,周期性破断步距平均25 m,形成“悬臂梁–台阶岩梁”复合结构,诱发小周期来压;高位关键层Ⅱ因应力传递滞后效应,破断步距达40 m,破断角73°,其失稳引发动能跃迁幅度达初始值的4.2倍,导致超前支承应力峰值突增至48 MPa,超出支架额定工作阻力28%,为大周期强矿压主要原因。②双关键层破断通过力链网络重构主导应力场演化,关键层Ⅰ破断形成局部“压力拱”结构,关键层Ⅱ破断则引发非对称拉压交替模式,促使应力场经历“局部卸载—区域转移—整体重构”三阶段演化。③基于动态载荷叠加机制,提出顶板深孔预裂爆破弱化方案,现场应用后周期来压步距由25 m降至16 m,支架动载系数由1.5降至1.3,顶板载荷峰值降低46.7%。研究结果为深部多关键层矿井强矿压防控提供了理论支撑与工程实践参考。 展开更多
关键词 强矿压防控 双关键层 力链传递 液压支架 预裂爆破
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济阳坳陷古近纪孔店组—沙四下亚段沉积期的原型盆地格局
5
作者 李伟 秦瑞庆 +6 位作者 贾海波 张鹏飞 邱贻博 李嘉 曹明月 贾丛硕 李兴安 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期11-25,共15页
基于最新的三维地震和钻井成果资料,以同沉积期活动断裂的厘定为切入点,通过地层剥蚀厚度和原始厚度的恢复,结合区域构造背景明确孔店组—沙四下亚段沉积期的原型盆地格局。结果表明:济阳坳陷孔店组—沙四下亚段可以划分为孔三段、孔二... 基于最新的三维地震和钻井成果资料,以同沉积期活动断裂的厘定为切入点,通过地层剥蚀厚度和原始厚度的恢复,结合区域构造背景明确孔店组—沙四下亚段沉积期的原型盆地格局。结果表明:济阳坳陷孔店组—沙四下亚段可以划分为孔三段、孔二段、孔一段、沙四下4个构造亚层,自下而上残留地层展布范围不断增大、分隔性减弱,体现原始沉积和后期剥蚀改造的叠加效应;孔三段沉积期济阳坳陷表现为受晚中生代古地貌格局影响、初始拉张背景下的局限洼陷沉积;孔二段沉积期济阳坳陷为拉张强度逐渐增大背景下的孤立较深断陷沉积,可以划分为北部沾化凹陷东北部、南部东营凹陷东北部和东营凹陷西南部—惠民凹陷三大沉积区;孔一段沉积期济阳坳陷为较强拉张背景下深断陷沉积,沉积范围进一步扩大、分隔性逐渐减弱;沙四下亚段沉积期济阳坳陷持续断陷,湖盆范围扩大;济阳坳陷孔店组—沙四下亚段沉积期构造特征与盆地格局既有对晚中生代先存构造的继承性,又有其自身特殊性,在其形成以后又遭受到后期强烈的剥蚀改造;地层的剥蚀主要受控于后期活动断层(近EW、NE向为主)的断块翘倾和缓坡抬升,各构造亚层顶部基本都遭受明显剥蚀,沙四下亚段地层剥蚀较为普遍。 展开更多
关键词 原型盆地 孔店组—沙四下亚段 地层沉积与剥蚀 断裂控盆 济阳坳陷
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矿山采空区卸压底板岩层资源化利用技术体系构建及展望
6
作者 朱卫兵 李竹 +2 位作者 赵波智 郭春雷 宁杉 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2355-2366,共12页
迄今为止,通过充填开采实现地表沉陷控制、降低导水裂隙带发育高度等相关研究均是从顶板岩层入手,充填空间主要聚焦于工作面后方未垮落采空区和覆岩离层区,并未关注到采动底板卸压区亦可作为潜在充填区域。为此,将采空区卸压底板岩层作... 迄今为止,通过充填开采实现地表沉陷控制、降低导水裂隙带发育高度等相关研究均是从顶板岩层入手,充填空间主要聚焦于工作面后方未垮落采空区和覆岩离层区,并未关注到采动底板卸压区亦可作为潜在充填区域。为此,将采空区卸压底板岩层作为可用资源加以开发,即向采空区卸压底板岩层要空间、找资源、借力量,提出了“采空区卸压底板注浆充填、采空区卸压底板注水膨胀造拱、采空区卸压底板爆破致裂扩容增胀”3项源头减损绿色开采理念与技术方法,并对矿山采空区底板空间资源综合利用进行了深度展望。采空区卸压底板注浆充填岩层控制技术,即充分利用煤层开采后在采空区底板岩层中的卸压效应,从地面或井下施工钻孔至卸压底板岩层中的目标注浆层,向卸压底板目标层位进行高压注浆。注浆目标层及其上覆岩层在注浆压力作用下发生上凸隆起,借此大幅降低采空区顶板岩层回转下沉空间以降低采动裂隙发育高度和减小开采沉陷。采空区卸压底板注液膨胀造拱岩层控制技术,即针对卸压底板岩层中膨润土、蒙托石、伊利石等亲水矿物成分占比较高情形,充分利用其遇水膨胀特性,在底板岩层注水压裂形成高密缝网,而后大量注液激活水岩深度作用,诱导底板注水岩层体积大幅增胀,促进底板均匀破裂带及底板破坏带向上鼓起,形成拱桥结构以支撑采空区上覆岩层,达到降低导高和减缓沉陷的效果。采空区卸压底板爆破致裂扩容增胀岩层控制技术,即充分利用卸压底板岩层的爆破致裂碎胀效应和隆起特性,通过定向爆破手段对煤层底板进行精准致裂和破碎处理,借此增加底板岩层破碎程度以消弭部分煤层采出空间,等效增加煤层开采后垮落带中岩层综合碎胀系数,降低顶板岩层破断下沉运动空间。作为矿山采空区卸压底板岩层资源化利用的重要扩展,进一步提出了地下水资源自重导流转移与含水层再造重构技术,可将易与采动裂隙沟通的顶板含水层迁移至底板目标储水层。研究成果对进一步激发矿山采空区卸压底板资源化利用的科学思考,引导卸压底板岩层资源利用技术落地具有重要意义。 展开更多
关键词 底板资源 采空区卸压底板 绿色开采 注浆充填 固废处置 岩层控制 生态保护
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煤矿冲击地压动静载危险源头分类、辨识与监测方法
7
作者 窦林名 孙振于 +6 位作者 曹安业 牟宗龙 巩思园 蔡武 马志锋 李家卓 周坤友 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期53-62,共10页
煤矿冲击地压防治必须从源头抓起,其中冲击地压动静载危险源头分类、辨识与监测是实现冲击地压源头治理的重要前提。基于动静载叠加诱冲理论,总结了冲击地压的动静载危险源和作用方式,其中静载危险源主要分为地质沉积属性类、地质构造... 煤矿冲击地压防治必须从源头抓起,其中冲击地压动静载危险源头分类、辨识与监测是实现冲击地压源头治理的重要前提。基于动静载叠加诱冲理论,总结了冲击地压的动静载危险源和作用方式,其中静载危险源主要分为地质沉积属性类、地质构造类和采掘应力集中类,共16种常见危险源;对冲击地压的作用方式主要包括煤岩性质不同使冲击发生的临界应力不同、巨厚坚硬岩层和断层运动产生强动载以及地质沉积微相的存在使煤岩体内静载应力升高3种方式。动载危险源主要分为震动波动载、受迫动载和炸药冲击动载3类;对冲击地压的作用方式主要包括使煤岩体内应力瞬时升高、强动载作用下冲击临界载荷降低及长时间动载作用下煤岩体和支护体累计损伤3种方式。针对静载冲击危险源头辨识问题,提出了基于地应力场反演的地质沉积静载危险源辨识方法,通过构建矿井地应力场反演模型并采用地应力实测数据矫正反演矿井地应力场分布状态,找出地质沉积静载危险区;提出了基于应力场CT反演技术的高静载危险源辨识方法,通过大范围长时间定期CT反演,找出高静载危险区。针对顶板岩层动载冲击危险源头辨识问题,提出了矿震关键层理论,构建了矿震关键层判别模型和方法。针对冲击静载危险源头监测,开发了主被动双源震动波一体化应力场监测技术,集成了主动和被动CT技术,实现了冲击静载危险源头实时、连续性的应力场反演分析。针对冲击动载危险源头监测,开发了井地一体微震监测技术,克服了传统微震监测技术垂直定精度差和冲击动载源头找不准的弊端,大幅度提高了微震监测精度和感知能力。基于现场应用,验证了上述技术方法的有效性,为冲击地压源头治理提供了参考。 展开更多
关键词 冲击地压 动静载危险源头 源头防治 危险源辨识 地应力场反演 矿震关键层 动静载叠加
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碳纤维相似材料模拟采动岩体损伤破裂表征方法及试验研究
8
作者 朱卫兵 赵波智 +1 位作者 宁杉 项佳豪 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第7期70-80,共11页
相似材料模拟试验是探究煤炭开采过程中覆岩破坏、岩层移动及岩层控制的重要手段,然而传统相似模拟材料难以对采动岩层内部损伤破裂及其动态发育过程进行有效监测。为此,将碳纤维引入矿山相似材料模拟实验领域,借助该复合材料电阻率变... 相似材料模拟试验是探究煤炭开采过程中覆岩破坏、岩层移动及岩层控制的重要手段,然而传统相似模拟材料难以对采动岩层内部损伤破裂及其动态发育过程进行有效监测。为此,将碳纤维引入矿山相似材料模拟实验领域,借助该复合材料电阻率变化对损伤的灵敏反馈,实现了相似模拟实验中采动岩层内部损伤与破裂规律的实时监测,并据此研发了一种具有损伤自感应功能的碳纤维相似模拟复合材料。研究发现随着碳纤维掺量的增加,相似材料电阻率变化与损伤系数演化规律趋于一致,且当相似模拟材料中碳纤维掺量≥2%,相似材料电阻率变化与损伤系数始终保持同步增长。基于此,探明了碳纤维相似模拟材料电阻率变化量与岩层损伤程度的关联效应,开展了近距离煤层过煤柱开采岩层结构动态演化与关键层破断时序物理模拟试验,分析了煤层开采全过程中的碳纤维相似材料电阻率变化特征,精准辨识了覆岩采动裂隙的发育程度、分布范围及各岩层损伤破裂时序,形成了适用于采矿工程相似模拟实验中的岩层损伤破裂动态过程新型量化与表征方法,为揭示采动岩层损伤破裂演化规律与优化岩层控制技术措施提供了科学依据。 展开更多
关键词 相似材料模拟 碳纤维 损伤自感应 损伤系数 采动裂隙 矿山压力 岩层控制
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曹家滩煤矿10 m超大采高工作面采场围岩控制技术 被引量：2
9
作者 王锐 徐刚 +11 位作者 康红普 张震 雷亚军 冯彦军 马英 黄志增 刘前进 刘晓刚 蔺星宇 马镕山 赵振 李正杰 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1935-1950,共16页
曹家滩煤矿10 m超大采高开采一次开采高度及开采强度为世界首创,采场围岩的有效控制为工作面能否安全高效开采的关键。在分析煤层赋存条件及已采工作面矿压显现特征的基础上,结合工作面超大开采空间、超高煤壁的特点,明确了10 m超大采... 曹家滩煤矿10 m超大采高开采一次开采高度及开采强度为世界首创,采场围岩的有效控制为工作面能否安全高效开采的关键。在分析煤层赋存条件及已采工作面矿压显现特征的基础上,结合工作面超大开采空间、超高煤壁的特点,明确了10 m超大采高开采围岩控制难点,建立了超大采高采场“叠合拱-梁”结构模型,提出了“主动支撑防护+区域卸压弱化+全方位监测预警”三位一体围岩控制策略,验证了10 m超大采高开采围岩控制效果。研究表明:多层厚硬顶板的赋存特征致使工作面矿压显现异常强烈,初采期间大面积悬顶,正常开采期间长悬顶顶板煤壁前方断裂及架后弯曲下沉造成工作面强动载来压明显。超大采高采场“叠合拱-梁”结构力学模型计算结果及已采工作面矿压数据表明,超大采高开采所需支架支护强度将达到2 MPa以上,现有支护装备难以有效实现工作面围岩控制,降低来压步距、弱化来压动载、防止煤壁片帮及防止工作面压架是10 m超大采高采场围岩控制的关键;液压支架“双层伸缩梁+三级护帮”结构实现了对架前空顶及超高煤壁防护的独立运行,解决了原有分体式护帮煤壁防护不全面的问题,高初撑力高工作阻力液压支架明显降低了工作面煤壁片帮冒顶概率,有效缓解了来压期间顶板下沉量;井下深孔5.0 m^(3)/min大流量定向压裂弱化技术实现了多层厚硬顶板弱化,有效降低了工作面来压强度,控制了来压期间煤壁片帮量及顶板大幅度下沉,防止工作面压架;全方位监测预警有效保障了工作面开采期间支架支撑效率,实现了顶板破断的实时跟踪及强矿压的实时分析;超大采高工作面初采期间大面积悬顶及小型飓风问题得以解决,初次来压步距为49.35 m,来压持续距离为5.75 m,支架立柱安全阀开启比例为24.81%,周期来压期间矿压显现程度得到了明显缓解,液压支架立柱平均下缩量均值由0.48 m降至0.32 m,降幅达33.3%,最大下缩量由1.88 m降至1.44 m,降幅达23.4%,工作面周期来压平均动载系数大于1.5的占比由39.6%降至14%,工作面正常生产期间煤壁片帮处于可控范围内,煤壁片帮量集中于0.2~0.5 m。该研究成果对超大采高开采围岩控制具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 10 m超大采高 矿压显现 水力压裂 围岩控制 灾害防治
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挡墙渗漏对富水砂层基坑变形性状的影响 被引量：5
10
作者 邱明明 李晓敏 +1 位作者 杨果林 段君义 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第1期85-96,共12页
针对深基坑漏水漏砂引发的灾害问题,探究基坑渗漏灾害发展规律及其控制方法对地下工程施工安全具有重要意义。结合某富水砂层排桩深基坑渗漏灾害实例,阐释了基坑漏水漏砂灾害发展特征及诱发原因,并采用现场监测和数值模拟方法对局部渗... 针对深基坑漏水漏砂引发的灾害问题,探究基坑渗漏灾害发展规律及其控制方法对地下工程施工安全具有重要意义。结合某富水砂层排桩深基坑渗漏灾害实例,阐释了基坑漏水漏砂灾害发展特征及诱发原因,并采用现场监测和数值模拟方法对局部渗漏水下基坑变形性状及其控制措施进行了研究。研究结果表明:(1)基坑渗漏灾害发展是一个复杂的多场耦合作用过程,具有一定的隐蔽性和突发性;(2)挡墙水平位移曲线分布发展过程为“斜线”形—“锅底”形—浅“倒V”形—深“倒V”形,渗漏后挡墙最大水平位移为渗漏前的1.29~1.44倍;(3)墙后地表沉降曲线分布发展过程为“平勺底”形—“浅勺底”形—“深勺底”形,沉降槽敏感区范围为1.00h_e~1.20h_e(h_e为开挖深度),局部渗漏引起地表沉降槽加深变宽,渗漏后最大地表沉降为渗漏前的1.16~1.65倍;(4)地下水位“跳跃式”波动变化特征可作为评判基坑渗漏灾害的前兆信号;(5)支撑轴力变化随基坑开挖与支护过程动态调整从而协调变形发展,在基坑发生渗漏过程中支撑轴力出现小幅波动。采取“注浆+高压旋喷桩”联合处治措施可有效应对富水砂层基坑渗漏灾害控制难题,研究成果可为基坑工程渗漏灾害理论研究与控制提供参考。 展开更多
关键词 基坑工程 富水砂层 漏水漏砂 变形性状 现场实测 控制措施
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智能相控波形指示反演技术及其在煤系地层薄砂岩预测中的应用 被引量：1
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作者 童姜楠 孙雄伟 +7 位作者 王峰 李忠百 黄力 常益行 陈彤 张艺馨 金国钰 陈彦虎 《石油物探》 北大核心 2025年第1期129-137,共9页
针对煤系地层薄砂岩预测的难题,在精细分析地震波形与测井曲线关系的基础上,建立了基于地震波形横向相似性分析的智能相控波形指示反演技术。首先,按照相似性原理建立了不同的地震波形样本组,建立表征不同地震相类型的多个贝叶斯反演模... 针对煤系地层薄砂岩预测的难题,在精细分析地震波形与测井曲线关系的基础上,建立了基于地震波形横向相似性分析的智能相控波形指示反演技术。首先,按照相似性原理建立了不同的地震波形样本组,建立表征不同地震相类型的多个贝叶斯反演模型。其次,对每个样本组的测井曲线进行滤波,提取低频共性结构作为贝叶斯反演的先验信息,建立地震反演高分辨率初始模型。最后,通过不断修正初始模型,并利用实际地震数据进行验证,获得高分辨率的反演结果。正演模型验证结果显示,智能相控波形指示反演技术能够准确预测厚度为3 m的煤系地层薄砂岩,证明了该反演方法的合理性和反演结果的准确性。鄂尔多斯盆地D地区煤系地层薄砂岩反演实例表明,智能相控波形指示反演技术对煤系地层薄砂岩预测精度达到了2~4 m,后验井反演符合率达到86.96%,为煤系地层薄砂岩预测提供了一种全新的思路。 展开更多
关键词 智能相控 波形指示反演 地震波形 煤系地层 薄砂岩预测 贝叶斯反演 小波变换
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富水地层地铁车站渗漏机制及防控技术
12
作者 田永超 史坤楼 +7 位作者 刘海洋 高斐 郭佳奇 陈帆 黄鑫 龚爽 丁书学 王蕾 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第27期11757-11770,共14页
地铁车站的渗漏水防控和治理,一直是地铁领域的重点研究问题,可以决定建筑物的使用寿命和功能。结合地铁车站防水系统表征方法,针对渗漏病害特点和渗漏机制,提出了分别适用于施工期和运营期的渗漏防控措施。依托西安地铁8号线芙蓉东路... 地铁车站的渗漏水防控和治理,一直是地铁领域的重点研究问题,可以决定建筑物的使用寿命和功能。结合地铁车站防水系统表征方法,针对渗漏病害特点和渗漏机制,提出了分别适用于施工期和运营期的渗漏防控措施。依托西安地铁8号线芙蓉东路站为背景,利用有限元软件Midas Fea NX和Midas GTX进行数值模拟,验证了施工期和运营期渗漏防治的有效性。研究发现,在施工期间通过调整浇筑间隔时间,可以降低水泥水化热产生的温度应力,当时间间隔在120 h以上,混凝土开裂风险较小,裂隙率低于3%。在运营期提出一种渗漏治理措施,建立一种预埋注浆管和布置方式,便于运营期出现漏水时快速进行注浆堵漏,实现车站渗漏发生初期的快速高效治理能力,并利用实际工程和数值模型验证其合理性。研究结果对保障地铁车站的结构安全和延长使用寿命具有重要参考意义。 展开更多
关键词 富水地层 渗透机制 防控技术 数值模拟
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跨煤柱开采覆岩运动与载荷传递特征三维相似模拟研究
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作者 曹丁园 潘瑞凯 +4 位作者 白锦文 冯国瑞 屈锦波 李浩男 李宇飞 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第3期477-488,共12页
下层煤工作面跨上覆遗留煤柱开采(简称“跨煤柱开采”)过程中,遗留煤柱承受高支承压力,可能导致下层煤工作面发生冒顶、压架、巷道损坏以及冲击地压等灾害。采用三维相似模拟试验研究跨煤柱开采时覆岩的运移规律和煤柱载荷传递特征。结... 下层煤工作面跨上覆遗留煤柱开采(简称“跨煤柱开采”)过程中,遗留煤柱承受高支承压力,可能导致下层煤工作面发生冒顶、压架、巷道损坏以及冲击地压等灾害。采用三维相似模拟试验研究跨煤柱开采时覆岩的运移规律和煤柱载荷传递特征。结果表明:随着遗留煤柱两侧工作面的开采,层间岩层应力分布发生显著变化,单侧采空时煤柱应力影响角约为7°,两侧采空时应力影响角增大至39°,工作面距离遗留煤柱约32 m时开始受煤柱集中应力影响;下层煤工作面进入煤柱下方开采后,采空区的煤柱逐渐发生屈服卸压,将覆岩载荷传递至工作面前方完整煤柱,形成载荷集中,在工作面推出煤柱5 m位置时,层间岩层断裂并诱发主关键层失稳,发生强矿压显现。 展开更多
关键词 煤柱 跨煤柱开采 岩层控制 三维相似模拟 覆岩载荷传递
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土岩复合地层地铁车站深基坑锚索预应力损失规律及变形控制研究 被引量：2
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作者 孙超 辛庆飞 +4 位作者 孙志成 吴宇飞 周浩 徐东明 杨恩泽 《城市轨道交通研究》 北大核心 2025年第6期87-93,共7页
[目的]为控制土岩复合地层地铁车站深基坑施工风险,应分析施工过程中的锚索受力与基坑变形特性,据此制定控制措施,并实施现场效果验证。[方法]以青岛地铁某在建车站深基坑为例,采用无损检测方法获取锚索预应力短期与长期演化规律;通过FL... [目的]为控制土岩复合地层地铁车站深基坑施工风险,应分析施工过程中的锚索受力与基坑变形特性,据此制定控制措施,并实施现场效果验证。[方法]以青岛地铁某在建车站深基坑为例,采用无损检测方法获取锚索预应力短期与长期演化规律;通过FLAC3D软件建立三维基坑-地层模型,分析锚索预应力损失工况下桩体位移与塑性区分布特征;基于桩体位移和钢支撑轴力数据对支护措施的合理性进行验证。[结果及结论]锚索一次张拉合格率达75%以上,5 d后预应力降低值超过锁定值的10%,短期预应力损失值较高。当锚索预应力损失发生后,基坑开挖结束的水平位移是其设计值的2.5倍,最大水平位移为35.4 mm,与现场监测结果保持一致;在锚索低预应力条件下,基坑两侧塑性区分布广,面积大,易发生围岩变形。布设的钢支撑分担了主动土压力,改变了桩体的水平位移分布;布设的钢支撑发挥效用后,钢支撑轴力先上升,随后逐渐降低,最终趋于稳定。采用增设钢支撑的加强措施有效控制了围岩变形。 展开更多
关键词 地铁 车站深基坑 土岩复合地层 锚索预应力损失 变形控制
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基于不稳定岩层厚度的上覆斜交煤柱巷道分区支护设计方法
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作者 曹海岗 陈聪 +2 位作者 李利峰 李起航 李伟 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期45-55,共11页
针对基于不稳定岩层厚度的上覆斜交煤柱巷道分区支护设计方法问题,以郭家湾煤矿一盘区5^(-2)煤层工作面作为工程背景,通过运用理论分析、数值模拟以及现场工程实践等方法,对遗留斜交煤柱下巷道围岩力学结构、巷道稳定性进行了研究,确定... 针对基于不稳定岩层厚度的上覆斜交煤柱巷道分区支护设计方法问题,以郭家湾煤矿一盘区5^(-2)煤层工作面作为工程背景,通过运用理论分析、数值模拟以及现场工程实践等方法,对遗留斜交煤柱下巷道围岩力学结构、巷道稳定性进行了研究,确定了基于完整岩层厚度下的支护分区设计原理与支护参数优选原则。并通过现场工程实践确定了巷道分区支护方案,对支护方案进行了模拟验证。研究结果表明:在上煤层工作面采高、应力集中系数等条件进行变化时,不稳定岩层厚度也会随之变化,呈正相关关系,其中应力集中系数对其影响较大;随着层间距减小以及靠近煤柱中心线,应力集中系数会不断增大,而棚距与顶锚杆有效长度会随之减小,这时支护方案会依次采用锚杆索、全锚索、架棚支护;数值模拟验证切实可行,现场验证控制效果良好。 展开更多
关键词 遗留煤柱 围岩控制 分区支护 不稳定岩层 数值模拟
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陕西与成矿有关的地层类型划分及其控矿作用
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作者 王娅娅 董王仓 +2 位作者 李维成 张明运 朱雪丽 《西北地质》 北大核心 2025年第4期354-362,共9页
笔者以《中国矿产地质志·陕西卷》研编成果为基础,将与成矿有关的地层划分为含矿地层、容矿地层和矿源地层3类,不同类型地层对成矿具有不同的控制作用。研究认为,含矿地层主要控制海/陆相沉积型、生物化学沉积型和层控热液型等同... 笔者以《中国矿产地质志·陕西卷》研编成果为基础,将与成矿有关的地层划分为含矿地层、容矿地层和矿源地层3类,不同类型地层对成矿具有不同的控制作用。研究认为,含矿地层主要控制海/陆相沉积型、生物化学沉积型和层控热液型等同生矿床及沉积受变质型矿床,矿体常产于含矿地层的一定层位,并受一定类型的地质建造控制;容矿地层主要控制或影响岩浆热液型、构造热液型、斑岩型及接触交代型等后生矿床的形成与分布。其中,汞锑矿对容矿地层的建造类型具有明显的选择性;矿源地层主要为油气矿藏和某些类型金、银、铀矿床提供成矿物质来源。此外,少数地层兼具含矿地层、容矿地层或矿源地层多重属性。该类地层蕴藏着丰富的煤、油气等能源矿产及金银等贵金属矿产,属陕西与成矿有关的重要地层单位。该研究丰富了地层划分、地层与成矿关系研究的内容,并为新时期相关地层分布区的找矿工作提供了新的思路和依据。 展开更多
关键词 含矿地层 容矿地层 矿源层 地质建造 陕西
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多关键层下近距离煤层群开采覆岩“两带”发育规律研究
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作者 田卫东 杨帆 +2 位作者 穆国虎 牛胜利 汪军琪 《煤炭工程》 北大核心 2025年第2期94-102,共9页
基于枣泉煤矿220608和220707工作面的工程背景,综合运用理论分析、钻孔窥视以及数值模拟相结合的方法,对多关键层条件下近距离煤层组开采过程中覆岩“两带”(垮落带和导水裂隙带)的发育规律展开了深入研究。研究结果表明,在单独开采6煤... 基于枣泉煤矿220608和220707工作面的工程背景,综合运用理论分析、钻孔窥视以及数值模拟相结合的方法,对多关键层条件下近距离煤层组开采过程中覆岩“两带”(垮落带和导水裂隙带)的发育规律展开了深入研究。研究结果表明,在单独开采6煤层的情况下,垮落带与导水裂隙带的高度分别达到8.45 m和28.64 m;而在6煤与7煤近距离煤层联合开采时,两带的高度分别增至23.19 m和55.24 m。同时针对钻孔窥视所观测到的现象展开量化分析,并结合数值模拟中塑性区的具体表现,对“两带”的发育规律进行了系统性概括,研究发现,关键层的破断对“两带”的发育速率与范围具有显著影响;此外,煤层群的开采会导致关键层受力状况产生反复变动,进而增加了破坏的不确定性,尤其是在上覆存在含水层条件的情形下,这种不确定性使得岩层垮落及矿井突水更具不可预测性。 展开更多
关键词 近距离煤层 覆岩破坏 关键层控制 钻孔窥视 数值模拟
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基于原位交联网络结构的煤基固废固碳材料研究
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作者 李嘉峰 杨建威 +9 位作者 孙晓冬 冯彦军 姜鹏飞 张镇 李文洲 王涛 王正胜 李明 张群涛 陈惠元 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期136-152,共17页
为实现煤矿岩层控制、煤基固废综合处置、固碳减碳三重目标,通过设计煤基固废预处理单元、材料生产单元、气体封存单元,对煤矸石、粉煤灰等煤基固废进行破碎和筛分,基于四臂交联剂季戊四醇缩水甘油醚,实现CO_(2)固定,制备三维原位交联... 为实现煤矿岩层控制、煤基固废综合处置、固碳减碳三重目标,通过设计煤基固废预处理单元、材料生产单元、气体封存单元,对煤矸石、粉煤灰等煤基固废进行破碎和筛分,基于四臂交联剂季戊四醇缩水甘油醚,实现CO_(2)固定,制备三维原位交联聚合物网络结构材料,开发了原位交联网络固碳方法。基于不同表征手段探究原位交联聚合物网络结构对固废基固碳注浆/充填材料的浆液性能、力学特性、水化产物、微观结构与固碳效率的影响规律,揭示原位交联聚合物网络结构对固废基固碳注浆/充填材料的耦合作用机理。试验结果表明:原位交联网络结构使材料CO_(2)固定量由1.29 mg/g增加到2.17 mg/g,实现了CO_(2)高效固定。同时,原位交联网络结构加速了材料水化速率,促进了材料水化过程,抗折强度提高128.8%,抗压强度提高118.4%,材料强度显著提高。结合现场试验结果,具有原位交联聚合物网络结构的固废基固碳注浆材料对煤矿井下注浆/充填工程具有围岩加固、高效固碳、固废处置的三重效果。 展开更多
关键词 煤矿岩层控制 煤基固废综合处置 充填/注浆材料 CO_(2)固定 原位交联网络结构
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我国大倾角煤层开采技术变革与展望 被引量：17
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作者 伍永平 郎丁 +14 位作者 贠东风 解盘石 王红伟 高喜才 罗生虎 曾佑富 吕文玉 张艳丽 胡博胜 皇甫靖宇 周邦远 黄国春 王丽 李俊明 刘斌 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期25-51,共27页
大倾角煤层是我国煤炭资源的主要赋存样式之一。在地域分布上呈现出广泛性与区域性,据不完全统计,全国25个省、自治区、直辖市均涉及该类煤层开采,在中西部地区储量丰富、产量大、生产集中程度高。在赋存条件上呈现出多样性与复杂性,不... 大倾角煤层是我国煤炭资源的主要赋存样式之一。在地域分布上呈现出广泛性与区域性,据不完全统计,全国25个省、自治区、直辖市均涉及该类煤层开采,在中西部地区储量丰富、产量大、生产集中程度高。在赋存条件上呈现出多样性与复杂性,不同区域成煤时期不一,构造控煤过程迥异,形成了多样且复杂的开采条件,催生了不同的开采技术要求。大倾角煤层开采的技术难度大。煤层倾角导致采场围岩运动破坏呈现非对称性显现特征,支护系统稳定性控制与“三机”配套与协同、采准巷道布置与支护、工作面“人-机”环境安全保障等工作的难度显著加剧,严重制约了矿井安全高效开采。大倾角煤层开采的区域经济需求强,该类煤层赋存与生产较集中的区域多见以煤炭工业为主的资源型城市,经济结构相对单一,煤炭资源安全高效开发利用对区域能源保供、民生保障、经济保稳具有兜底作用。长期以来,大倾角煤层开采技术变革聚焦于解决“难”与“需”的矛盾,在采煤方法与工艺、岩层控制理论与技术、成套装备研制与应用3个方面不断完善、创新、发展,实现了由非机械化向机械化开采的转变,安全产效水平大幅提升,人员劳动强度大幅下降,作业环境显著改善。20世纪90年代中期,川煤集团绿水洞煤矿首次成功实现了大倾角中厚煤层长壁综采,冲破了大倾角煤层机械化开采技术“禁区”。在此示范作用下,大倾角厚煤层长壁综放开采、大采高综采、薄煤层伪俯斜长壁综采三项首创性工程实践先后取得成功。这一过程中创新了工作面非线性限位布置与调斜方式,确立了“支架-围岩”系统稳定性多维交互控制模式,研发了工作面成套装备,取得良好收效,综合机械化开采技术适用范围进一步拓宽。与此同时,大倾角煤层开采仍存在许多亟待突破的关键科学问题与技术瓶颈,导致自动化、智能化水平提升与近水平/缓倾斜煤层相较仍存在较大差距。需进一步强化倾斜层状煤系地层煤岩体采动力学行为研究,揭示其对采场围岩灾变的控制机制,并实现量化表征;需进一步阐明岩体承载结构-采场装备群组系统间的多维动态作用过程与规律,完善装备与围岩多维动态多目标协同控制理论与技术基础,实现技术转化应用。在科学问题取得突破的基础上进行采煤方法、回采工艺、岩层控制、成套装备的系统性技术创新与研发,破解大倾角煤层开采安全-产效双提升的制约技术瓶颈,使大倾角煤层综合机械化开采倾角上限在有可靠技术保障的前提下向上延伸(扩展),为实现自动化、智能化开采奠定基础。 展开更多
关键词 大倾角煤层 机械化开采 岩层控制 技术变革
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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：29
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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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