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Bearing characteristics of anchor box beam support system in deep thick roof coal roadway and its application
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作者 WANG Qi WANG Ming-zi +1 位作者 JIANG Bei XU Chuan-jie 《Journal of Central South University》 2025年第5期1887-1902,共16页
Considering the characteristics of deep thick top coal roadway,in which the high ground stress,coal seam with low strength,and a large range of surrounding rock fragmentation,the pressure relief anchor box beam suppor... Considering the characteristics of deep thick top coal roadway,in which the high ground stress,coal seam with low strength,and a large range of surrounding rock fragmentation,the pressure relief anchor box beam support system with high strength is developed.The high-strength bearing characteristics and coupling yielding support mechanism of this support system are studied by the mechanical tests of composite members and the combined support system.The test results show that under the coupling effect of support members,the peak stress of the box-shaped support beam in the anchor box beam is reduced by 21.9%,and the average deformation is increased by 135.0%.The ultimate bending bearing capacity of the box-shaped support beam is 3.5 times that of traditional channel beam.The effective compressive stress zone applied by the high prestressed cable is expanded by 26.4%.On this basis,the field support comparison test by the anchor channel beam,the anchor I-shaped beam and the anchor box beam are carried out.Compared with those of the previous two,the surrounding rock convergence of the latter is decreased by 41.2%and 22.2%,respectively.The field test verifies the effectiveness of the anchor box beam support system. 展开更多
关键词 thick roof coal roadway anchor box beam bearing characteristics combined support field application
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Bearing mechanism of roof and rib support structure in automatically formed roadway and its support design method 被引量:2
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作者 JIANG Bei WANG Ming-zi +4 位作者 WANG Qi XIN Zhong-xin XING Xue-yang DENG Yu-song YAO Liang-di 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期2467-2487,共21页
Non-pillar mining technology with automatically formed roadway is a new mining method without coal pillar reservation and roadway excavation.The stability control of automatically formed roadway is the key to the succ... Non-pillar mining technology with automatically formed roadway is a new mining method without coal pillar reservation and roadway excavation.The stability control of automatically formed roadway is the key to the successful application of the new method.In order to realize the stability control of the roadway surrounding rock,the mechanical model of the roof and rib support structure is established,and the influence mechanism of the automatically formed roadway parameters on the compound force is revealed.On this basis,the roof and rib support structure technology of confined lightweight concrete is proposed,and its mechanical tests under different eccentricity are carried out.The results show that the bearing capacity of confined lightweight concrete specimens is basically the same as that of ordinary confined concrete specimens.The bearing capacity of confined lightweight concrete specimens under different eccentricities is 1.95 times higher than those of U-shaped steel specimens.By comparing the test results with the theoretical calculated results of the confined concrete,the calculation method of the bearing capacity for the confined lightweight concrete structure is selected.The design method of confined lightweight concrete support structure is established,and is successfully applied in the extra-large mine,Ningtiaota Coal Mine,China. 展开更多
关键词 automatically roadway with non-pillar confined lightweight concrete roof and rib support mechanical model bearing behaviour
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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
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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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采动影响下临空巷道小煤柱失稳特征与调控方法 被引量:1
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作者 来兴平 徐李臻 +3 位作者 曹建涛 单鹏飞 张帅 许慧聪 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期39-53,共15页
西部煤炭基地是我国能源安全保障的核心“压舱石”,为提高资源采出率小煤柱临空巷道广泛应用,小煤柱临空巷道稳定性问题凸显。论文以国家能源集团麦垛山煤矿某工作面临空巷道为研究对象,构建小煤柱临空巷道力学模型,量化小煤柱临空侧顶... 西部煤炭基地是我国能源安全保障的核心“压舱石”,为提高资源采出率小煤柱临空巷道广泛应用,小煤柱临空巷道稳定性问题凸显。论文以国家能源集团麦垛山煤矿某工作面临空巷道为研究对象,构建小煤柱临空巷道力学模型,量化小煤柱临空侧顶板围岩下沉量与小煤柱支撑力关联性,探究围岩调控机制;采用朴素贝叶斯模型建立煤柱稳定性辨识模型,分别判断调控前后煤柱稳定性;通过精细化三维数值计算,研究临空巷道小煤柱围岩调控效果,并开展现场实施验证。结果表明:通过构建4种不同断裂线位置覆岩结构,推导得到了临空巷道直接顶最大下沉量与小煤柱支撑强度之间存在负相关。说明可通过提高小煤柱强度进而控制直接顶下沉,改善巷道围岩失稳问题;基于朴素贝叶斯及11项围岩参数建立煤柱稳定性辨识模型,准确率Ac达到0.9537,满足辨识要求。并对原煤柱和改性调控后煤柱进行辨识,从算法角度证明了调控方案的可行性;通过FLAC3D数值模拟围岩改性协同调控方案前后对比,煤柱应力提升了57.6%,变形量最低减少了22.8%;支护体应力降低,最大位移量减少了31.2%。两帮应力差值减小,巷道围岩应力分布更加平衡;方案现场实施得到煤柱应力最大提高至2.325倍,且应力波动较稳定,顶板、两帮变形量减少超80%。验证了围岩改性协同调控方案对小煤柱临空巷道变形破坏防治的可行性,保证了巷道围岩稳定性。研究结果为西部矿区临空巷道小煤柱科学设计提供基础支撑,为实现西部矿区强采动小煤柱临空巷道失稳防治提供借鉴。 展开更多
关键词 小煤柱 临空巷道 注浆加固 改性调控 数值模拟
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煤矿岩巷TBM快速掘进研究进展与展望 被引量:4
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作者 严红 吴林 +1 位作者 李桂臣 宋维斌 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期1-7,共7页
基于TBM在岩巷掘进中的显著优势,分析了我国煤矿岩巷TBM发展阶段分类及总体特点,归纳了2015—2024年煤矿岩巷TBM应用特征,包括主要应用省份、岩巷类型、刀盘直径和生产集团;分别从超前探测和预测预报技术、矿井生产地质条件适应性技术... 基于TBM在岩巷掘进中的显著优势,分析了我国煤矿岩巷TBM发展阶段分类及总体特点,归纳了2015—2024年煤矿岩巷TBM应用特征,包括主要应用省份、岩巷类型、刀盘直径和生产集团;分别从超前探测和预测预报技术、矿井生产地质条件适应性技术和巷道围岩稳定性控制技术三个方面分析了煤矿岩巷TBM掘进技术现状;最后从深部岩巷围岩稳定性控制、超前探测和掘进参数、装备构件适应性和快速组装工艺三个方面对煤矿TBM后续研究提出展望,对于煤矿TBM设计和应用具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 全断面掘进机(TBM) 岩巷 快速掘进 围岩控制 智能化煤矿
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煤矿深部巷道碎胀大变形灾害控制及大变形灾变环境下TBM快速成巷技术 被引量:3
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作者 刘泉声 刘滨 +14 位作者 唐彬 康永水 卢海峰 朱元广 黄兴 潘玉丛 邓鹏海 孙磊 唐永志 卢兴利 张程远 余宏淦 李培涛 雷一鸣 贾浩男 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期224-244,共21页
随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如... 随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如何有效控制巷道围岩稳定及提升掘进效率已成为深部煤炭开发面临的重大技术挑战,主要体现在:对深部巷道米级大变形灾变的机理认识尚不清晰;缺乏适用于深部巷道大变形灾害控制的理论与技术;缺乏适应大变形灾变环境的快速成巷技术。针对以上问题,围绕中东部典型矿区深部巷道米级大变形灾变机理、深部巷道大变形灾害控制理论及技术体系、大变形灾变环境下的快速成巷技术等方面展开了系统研究,取得了以下进展:提出了深部巷道围岩应力场和变形破裂导致的围岩结构扰动演化过程的探测表征方法,发展了深部巷道大变形灾变过程模拟分析的FDEM方法,揭示了深部巷道米级大变形灾害孕育形成的破裂碎胀-大位移运动机理;提出了由“应力恢复、围岩增强、固结修复、应力转移-承载圈控制”四项控制原理构成的深部围岩稳定性分步联合控制理论,建立了精准介入围岩结构与扰动应力场演化过程、多重手段分步协同的灾害控制理论与技术体系;研发出深部巷道大变形灾变环境下TBM安全高效掘进关键技术,发展了TBM掘进过程挤压变形卡机灾害预测控制方法,建立了深部煤系地层TBM系统适应性设计理论与评价决策体系。研究成果实现了典型矿区深部巷道碎胀大变形灾害的有效控制和安全高效掘进,解决了深部矿井采掘接替的技术难题。 展开更多
关键词 煤矿深部巷道 碎胀大变形灾害 灾变机理 控制理论与技术 TBM快速成巷
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矿井巡检机器人复杂斜巷通过性能优化 被引量:1
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作者 宋庆军 胡程量 +1 位作者 姜海燕 张金辉 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第1期320-324,共5页
为提高移动机器人在矿井巷道等复杂环境中的越障稳定性,通过理论分析与RecurDyn仿真试验,研究并提出了一种分析和优化摆臂履带式巡检机器人坡道越障能力和越障稳定性的方法。研究结果表明:坡度对所涉及的巡检机器人最大越障高度和稳定... 为提高移动机器人在矿井巷道等复杂环境中的越障稳定性,通过理论分析与RecurDyn仿真试验,研究并提出了一种分析和优化摆臂履带式巡检机器人坡道越障能力和越障稳定性的方法。研究结果表明:坡度对所涉及的巡检机器人最大越障高度和稳定性均有较大影响,在坡度角为(0~35)°工况下,随坡度的增加理论最大越障高度从349mm逐渐减小至221mm,且当坡度角大于30°时,机器人在越障中易处于不稳定状态,故在越障控制时须考虑稳定性因素的影响。该结论可为所涉及巡检机器人的设计和自主越障控制提供理论依据。 展开更多
关键词 巡检机器人 坡道越障 运动学建模 斜巷 RECURDYN 虚拟样机
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钻锚一体化锚杆随钻测量岩石强度试验研究 被引量:1
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作者 姜鹏飞 张炜 +5 位作者 陈志良 王子越 罗超 郭吉昌 刘畅 孙洋 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期63-81,共19页
岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时... 岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时监测液压系统的液压缸、液压马达及钻箱位移等参数。通过对各参数特性、单一参数及组合参数随岩石强度变化的关系进行分析,获得钻进单位体积岩石时液压缸、液压马达及系统所做总功与岩石强度的关系,并对比了各参数的优劣性。研究结果表明:液压系统单一参数及组合参数与岩石单轴抗压强度有一定的相关性,部分参数相关性系数较高,液压缸进油端、回油端拟合函数相关性系数分别为0.840 8和0.849 7;钻箱钻进速度随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数最高,为0.953 3;其次是液压马达做功、系统总功以及液压缸做功,分别为0.921 5、0.895 0和0.855 2。液压缸回油端压力拟合函数效果最好,误差率为14.33%,小于15%;其次是钻箱钻进速度,误差率为16.12%,小于20%;钻进系统所做总功、液压马达做功、液压缸做功误差率分别为20.73%、21.79%和23.78%,均小于25%,预测效果较好。液压马达做功系统做功占主要部分,平均占比99.22%,随着岩石强度的增加,液压马达做功占系统总功逐渐下降。总体来看,液压缸进油端压力、回油端压力、钻箱钻进速度、液压马达做功、系统总功及液压缸做功随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数较高。研究结果为钻锚一体化快速掘进、巷道围岩稳定性评估、锚杆支护方案优化等提供了依据。 展开更多
关键词 巷道支护 快速掘进 钻锚一体化 随钻测量 单轴抗压强度
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路面下排水管渗漏引起的病害体演化过程研究 被引量:2
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作者 吴丽丽 左清锋 +2 位作者 聂千朋 杨家琦 张凯威 《东南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期697-706,共10页
提出了一种联合数值分析方法来探究因管线渗漏造成道路塌陷灾害的演化过程。采用计算流体动力学(CFD)与离散单元法(DEM),开展渗流作用下土体侵蚀的流固耦合分析。通过有限差分法(FDM),获得不同侵蚀阶段路面结构的破坏情况。结果表明,管... 提出了一种联合数值分析方法来探究因管线渗漏造成道路塌陷灾害的演化过程。采用计算流体动力学(CFD)与离散单元法(DEM),开展渗流作用下土体侵蚀的流固耦合分析。通过有限差分法(FDM),获得不同侵蚀阶段路面结构的破坏情况。结果表明,管道破损口周围土颗粒在渗流作用下不断流失,逐渐呈现出漏斗状侵蚀空洞,空洞的形态取决于管道破损口的位置。基于CFD-DEM流固耦合计算结果,按照剩余颗粒数占比,将侵蚀过程分为5个阶段。将侵蚀坑拓扑形态导入FDM软件,施加路面荷载后的计算结果显示,第1、2阶段路面下方土体承载能力缓慢下降,路面尚未破坏;从第3阶段开始,土体流失过多,承载能力大幅降低,路面裂缝迅速扩展;第4、5阶段侵蚀坑过大,路面结构层断裂并失去承载能力,产生大面积坍塌。 展开更多
关键词 排水管渗漏 路面塌陷 离散元 流固耦合 有限差分法
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深部软岩大变形巷道变径分区卸压围岩控制技术及应用 被引量:1
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作者 吴锋锋 谷浩源 +4 位作者 杨培举 刘长友 魏民涛 蒋与飞 王平 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期53-67,共15页
为解决深部软岩巷道围岩大变形、返修次数多难题,以泉店煤矿21运输下山为工程背景,采用理论分析、数值模拟及工程实践等方法,提出了巷道变径分区卸压技术,建立了卸压参数理论模型,得出了卸压关键参数选取区间与弹性应变能密度分布规律,... 为解决深部软岩巷道围岩大变形、返修次数多难题,以泉店煤矿21运输下山为工程背景,采用理论分析、数值模拟及工程实践等方法,提出了巷道变径分区卸压技术,建立了卸压参数理论模型,得出了卸压关键参数选取区间与弹性应变能密度分布规律,揭示了钻孔卸压能量耗散原理,确定了卸压关键参数的最佳取值。研究表明:(1)通过变径分区卸压技术改善了浅部围岩能量环境,减少了顶底板能量升高区面积,并将肩角和底角区域聚集能量向深部转移,实现了巷道精准卸压控制。(2)随着浅部小直径钻孔长度(L1)、深部大直径钻孔长度(L2)、深部大直径钻孔半径(r)增加,其弹性应变能密度曲线相应的前峰值、后峰值以及后峰值升高,整体呈正相关。(3)随着深部大直径钻孔间距(D)增加,孔间弹性应变能密度峰值变化呈现先升高后降低再稳定的特点,而钻孔间联合卸压效果与其呈现负相关,依据弹性应变能量峰值增幅得出了影响卸压效果的关键参数权重顺序依次为:L1、L2、r、D。(4)依据理论分析和数值模拟确定了21采区运输下山巷道卸压技术关键参数合理值,巷道实施变径分区卸压技术后,两帮及顶底板变形量分别降低了58.7%、23.7%以及27.4%,巷道稳定得到有效控制,证实了变径分区卸压技术的有效性。 展开更多
关键词 深部大变形巷道 软岩 能量释放 弹性能密度 变径分区卸压技术
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急倾斜巨厚煤层掘进巷道冲击危险时序及等级智能预测 被引量:2
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作者 崔峰 宗程 +3 位作者 来兴平 何仕凤 张随林 贾冲 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期845-861,共17页
实现煤矿冲击地压智能预警对于保障矿井安全作业具有重要意义。以新疆某矿急倾斜巨厚煤层的掘进巷道冲击地压发生时序智能分级预测作为背景,分析了急倾斜巨厚煤层巷道掘进期间各微震信息指标的时空演化规律,利用遗传算法(Genetic Algori... 实现煤矿冲击地压智能预警对于保障矿井安全作业具有重要意义。以新疆某矿急倾斜巨厚煤层的掘进巷道冲击地压发生时序智能分级预测作为背景,分析了急倾斜巨厚煤层巷道掘进期间各微震信息指标的时空演化规律,利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化的随机森林(Random Forest,RF)对预测冲击发展趋势性能较高的多项指标进行了优选,基于相空间重构技术(Phase Space Reconstruction,PSR)将数据映射至高维空间进行重构,结合长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)训练学习高维度数据特征,构建了基于深度学习与多元混沌时序的急倾斜巨厚煤层冲击地压预测模型(PSR-LSTM),依据现场实际对模型的预测性能进行了评价。结果表明:急倾斜巨厚煤层巷道掘进下各微震信息指标对冲击预警的敏感性较强,彼此之间具有显著的相关性;优选出了预测冲击发展趋势性能较高的6项微震信息指标;多项指标的时间序列具有混沌特性,经过相空间重构后再进行LSTM学习训练,可有效增强模型的数据利用率与预测精度,所构建的PSR-LSTM模型在指定预测时长为1 d的情况下,预测准确率可达0.9135、F1值可达0.9116,均优于未经重构的LSTM模型。模型较好地预测了急倾斜巨厚煤层掘进巷道发生冲击危险的时序趋势及危险等级,研究方法可为急倾斜巨厚煤层掘进巷道冲击地压发生的智能预测预警提供借鉴与参考。 展开更多
关键词 急倾斜巨厚煤层 掘进巷道 冲击地压 多元混沌时序 相空间重构 深度学习
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高水平应力厚煤层巷道围岩变形机理及控制技术研究
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作者 霍丙杰 张海波 +3 位作者 吕华新 陈涛 张丞博 陈英震 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第9期3493-3503,共11页
为解决高水平应力场中孤岛工作面回采巷道在掘进过程中围岩大变形问题,以新疆生产建设兵团塔什店联合矿业有限责任公司8303孤岛工作面回采巷道为研究对象,采用试验研究、数值模拟和现场试验等研究方法,从煤层质地、顶板特征、应力环境... 为解决高水平应力场中孤岛工作面回采巷道在掘进过程中围岩大变形问题,以新疆生产建设兵团塔什店联合矿业有限责任公司8303孤岛工作面回采巷道为研究对象,采用试验研究、数值模拟和现场试验等研究方法,从煤层质地、顶板特征、应力环境和孤岛开采等方面综合分析巷道变形机理。针对8303工作面回采巷道的地质条件,通过改变巷道围岩煤体强度分析其对巷道变形的影响,确定煤体强度与巷道承载能力呈线性关系;分析复合顶板离层导致锚索支护失效进而造成顶板下沉甚至冒顶的影响效应;以水平应力大小和是否为孤岛开采环境为变量,揭示巷道变形随水平应力的变化情况,得到孤岛开采的工作面比单一工作面的巷道变形更剧烈的机理;建立巷道在复杂应力条件下的力学模型。基于巷道变形机理,提出“锚杆(索)+金属网+全巷道分段架棚支护+局部补强支护”的联合支护形式。工业性试验表明优化后的支护方案有效地控制了巷道变形,围岩稳定性显著提升。 展开更多
关键词 安全工程 高水平应力巷道 变形机理 数值模拟 围岩控制 全巷道分段架棚支护
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煤基固废泡沫充填材料性能及空巷群围岩控制
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作者 孙强 赵瑞 +2 位作者 周楠 高嘉良 袁辉 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期327-342,共16页
工作面过空巷是煤矿井下生产过程中普遍面临的工程问题,空巷地质条件赋存复杂且密集时,易导致围岩失稳、支架空顶作业、支架漏底等问题,影响工作面安全高效生产。以鲍店煤矿5316综放工作面过空巷群为研究背景,采用理论分析、实验室测试... 工作面过空巷是煤矿井下生产过程中普遍面临的工程问题,空巷地质条件赋存复杂且密集时,易导致围岩失稳、支架空顶作业、支架漏底等问题,影响工作面安全高效生产。以鲍店煤矿5316综放工作面过空巷群为研究背景,采用理论分析、实验室测试、物理相似模拟及现场实测等方法,研究了水泥泡沫材料、粉煤灰泡沫材料及矸石泡沫材料性能及优势配比,工作面过空巷群围岩变形规律及控制效果。结果表明:发泡剂稀释倍数20倍、水灰质量比0.5、稳泡剂掺量为1%、发泡剂掺量1.0%、石膏掺量7%时,水泥泡沫充填材料28 d试样强度可达1.72 MPa;矸石粒径0~0.3 mm、掺量30%时,矸石泡沫充填材料28 d试样强度可达1.53 MPa;粉煤灰掺量30%时,粉煤灰泡沫充填材料28 d试样强度可达1.13 MPa。提出了以煤基固废泡沫材料充填、补强锚索与U型钢梁加强支护为主的空巷群围岩控制技术方法,并给出了煤基固废泡沫材料空巷充填技术原理及加强支护主要参数设计,通过物理相似模拟试验研究了不同层位空巷群围岩应力峰值变化范围为16.9~26.5 MPa,应力集中系数变化范围为1.61~2.53,同层空巷顶板最大下沉值介于300~400 mm,下伏空巷顶板最大下沉值介于200~300 mm,且空巷交叉处易产生应力集中,变形量较大。工作面开采期间空巷群围岩表面位移、煤岩体(充填体)应力、顶板离层及锚杆(索)载荷、支架工作阻力等现场监测数据显示,整体空巷围岩变形量控制效果较好,实现了工作面安全高效生产。 展开更多
关键词 空巷 泡沫充填材料 物理模拟 围岩变形 应力分布
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预充填无煤柱开采墙体合理参数研究
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作者 王兵建 王亚斌 +1 位作者 刘煜成 郭佳鑫 《煤炭工程》 北大核心 2025年第3期11-17,共7页
为从根本上解决传统沿空留巷施工过程中留巷与回采作业之间的相互干扰问题,提高乌兰色太煤矿盘区煤炭资源回收率,提出巷内预充填无煤柱掘留巷技术。在分析巷内预充填无煤柱掘留巷技术原理的基础上,建立预充填回采巷道力学模型,利用数值... 为从根本上解决传统沿空留巷施工过程中留巷与回采作业之间的相互干扰问题,提高乌兰色太煤矿盘区煤炭资源回收率,提出巷内预充填无煤柱掘留巷技术。在分析巷内预充填无煤柱掘留巷技术原理的基础上,建立预充填回采巷道力学模型,利用数值模拟软件,分析不同墙体宽度下预留巷围岩变形特征。数值计算得出预充填墙体切顶所需支护阻力为19.2 MPa,预充填墙体合理宽度范围为0.14~2.58 m。模拟结果显示,在墙体宽度由1.0 m增加至3.0 m过程中,随着墙体宽度的增加,墙体支护刚度逐渐增大,产生“集硬效应”,使墙体承载的载荷增大;墙体向巷内偏移量和预留巷围岩整体变形量都得到改善,改善效果随着宽度的增大而减弱。综合考虑墙体承载安全系数和断面使用要求,最终确定预充填墙体宽度为2.0 m,混凝土充填材料强度选用C25,现场实践验证了选用参数的合理性。 展开更多
关键词 预充填 无煤柱掘巷 合理宽度 回采巷道 数值模拟
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煤矿软岩泥化巷道梯级强化控制原理与技术
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作者 李桂臣 郝浩然 +4 位作者 孙元田 李菁华 杨森 邵泽宇 沃小芳 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期810-823,共14页
煤系沉积岩层普遍泥性显著、富水性强、岩性软弱,软岩泥化巷道围岩稳定控制难题日益突显。以淮北矿区典型软岩泥化巷道为工程背景,根据工程地质条件调研与实测,分析了黏土矿物成分与宏细观破坏特征,明确了富水环境和应力环境是诱发泥质... 煤系沉积岩层普遍泥性显著、富水性强、岩性软弱,软岩泥化巷道围岩稳定控制难题日益突显。以淮北矿区典型软岩泥化巷道为工程背景,根据工程地质条件调研与实测,分析了黏土矿物成分与宏细观破坏特征,明确了富水环境和应力环境是诱发泥质巷道变形破坏的重要因素,围岩泥化失稳体现为泥质岩体水化作用、锚固结构承载失效、围岩泥态垮冒渐进破坏模式,实现应力−渗水耦合作用下巷道围岩承载结构稳定控制起到决定性作用;在此基础上提出了软岩泥化巷道梯级强化控制原理,即在保障“支护−围岩”相互作用关系中高预紧力、高刚度、高强度锚杆(索)支护承载闭环结构的前提下,根据泥岩水化程度判断工程失稳控制方法,形成了锚注一体泥质围岩性质改良、旋喷注浆浅表桩群结构强化、逐层锚喷泥化岩体强力置换3项重要技术路径;于芦岭煤矿西轨大巷应用了自主研发的矿用新型多钢绞线组合中空注浆锚索束进行底鼓治理,首次在涡北煤矿8204机巷开展了井下高压旋喷注浆工程实践,采用了人工构筑岩体强力置换泥态围岩的方式解决了朱仙庄矿Ⅱ水平第二皮带大巷泥化围岩失稳难题,巷道围岩变形量、支护围岩成型情况与钻孔窥视结果表明,研究成果较好地解决了软岩泥化巷道控制问题,多层次强化了泥质巷道围岩承载能力,保障了围岩长期安全稳定,为软岩泥化巷道围岩控制提供了有效的科学控制理念与技术支撑。 展开更多
关键词 软岩 泥化 梯级强化 围岩控制 煤矿巷道
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采煤巷道下方岩层注水风流降温效应数值模拟
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作者 张小艳 李临川 +2 位作者 刘浪 王璇 李星格 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第4期744-755,共12页
为了研究采煤巷道下方岩层注水对风流降温的影响,利用三维有限元数值模拟,建立岩层注水风流降温的多物理场耦合模型,分析不同注采通道布置和注水参数对巷道内风流温度的影响以及围岩的温度变化,对比相同条件下不同注水时间下的降温效应... 为了研究采煤巷道下方岩层注水对风流降温的影响,利用三维有限元数值模拟,建立岩层注水风流降温的多物理场耦合模型,分析不同注采通道布置和注水参数对巷道内风流温度的影响以及围岩的温度变化,对比相同条件下不同注水时间下的降温效应。结果表明:在注水通道垂直距离上,注水通道离巷道越近,降温范围到达巷道附近围岩的速度越快,垂直距离从15 m到25 m时,1号巷道末端风流温降从25.24℃减少到24.85℃;方案2巷道内右侧风流的降温效应最优,注水10 a时巷道风流平均温度下降到28℃左右;当注水流量从5 kg/s到15 kg/s时,巷道末端风流温度相差1.37℃,注水温度从15℃到25℃时,巷道末端风流温度相差2.08℃;随着注水时间的增加,巷道进风侧的低温区域沿风流方向不断向回风侧扩展,巷道内风流温度的下降集中在注水前期,注水2 a时温降占整体温降的90%左右。研究成果为矿井岩层注水风流降温提供了理论参考。 展开更多
关键词 矿井热害 巷道降温 数值模拟 岩层温度 岩层注水
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基于机器学习的巷道围岩变形融合分析及预测模型
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作者 王猛 袁春玉 +4 位作者 李鑫磊 胡超 袁瑞甫 尚栋煌 王成 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期75-91,共17页
为解决巷道变形预测和破坏区定位困难等问题,建立了多重扰动底抽巷围岩数值分析模型,选取围岩强度、侧压系数等地质参数,巷道断面尺寸、抽采钻孔、支护强度等开采参数作为研究对象,获取了多因素扰动下底抽巷顶板变形数据集,采用随机森... 为解决巷道变形预测和破坏区定位困难等问题,建立了多重扰动底抽巷围岩数值分析模型,选取围岩强度、侧压系数等地质参数,巷道断面尺寸、抽采钻孔、支护强度等开采参数作为研究对象,获取了多因素扰动下底抽巷顶板变形数据集,采用随机森林、极端随机树、GBDT、XGBoost等机器学习算法,分别建立了单一基学习器巷道变形预测模型,以弹性网算法为元学习器,利用Stacking融合方法,对不同基学习器输出模型进行了融合处理,构建了多重扰动底抽巷围岩变形融合预测模型,评价了各特征因素对巷道变形的抑促效应,识别了影响底抽巷围岩稳定的主控因素。以赵固二矿14040运输巷底抽巷为工程背景,利用建立的巷道变形预测模型,以巷道实际生产地质条件和开采参数作为输入项,通过设置巷道期望变形量,逆向运算并输出了试验巷道建议支护强度,并指导了现场巷道支护设计及关键参数确定。现场应用结果表明,采用建议支护强度后,巷道实测变形值处于决策模型规定的允许范围内,顶板变形量仅为原支护的52%,有效控制了巷道围岩大变形。基于机器学习建立的巷道变形预测模型为巷道稳定维护提供了一条新途径,促进了煤矿巷道智能运维技术的发展。 展开更多
关键词 巷道变形 机器学习 预测模型 智能运维 围岩控制
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复杂应力下软岩等效蠕变损伤模型及大变形规律研究
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作者 孙闯 王伟州 +2 位作者 王来贵 陈东旭 白艺冰 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期166-177,共12页
软岩巷道在长期载荷作用下易发生蠕变损伤,影响其稳定性。通过现场勘查及室内试验分析巷道软弱围岩力学及蠕变特性,构建软岩非线性蠕变损伤模型,并通过UDEC数值计算验证其合理性,研究分析了软岩巷道变形的时效规律,在现有支护的基础上... 软岩巷道在长期载荷作用下易发生蠕变损伤,影响其稳定性。通过现场勘查及室内试验分析巷道软弱围岩力学及蠕变特性,构建软岩非线性蠕变损伤模型,并通过UDEC数值计算验证其合理性,研究分析了软岩巷道变形的时效规律,在现有支护的基础上提出了优化支护方案,并应用于现场工程。研究表明:巷道围岩蠕变试验中蠕变速率和变形量随应力增加而提升,且稳态蠕变的过渡时间延长;采用UDEC软件数值求解蠕变损伤模型,通过数值计算得到软岩加速蠕变曲线与试验曲线吻合,验证了模型的可靠性;蠕变导致围岩变形与裂隙范围不断扩大,暴露出现有支护系统的不足;优化方案通过增加并加长锚杆同时引入预应力,增强了支护系统的协同控制能力与稳定性。深入研究软岩蠕变损伤特性及其时间演化规律对于优化支护与保障工程安全具有重要意义。 展开更多
关键词 软岩巷道 蠕变损伤 数值模拟 时效规律 支护设计
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剥蚀区影响下大巷布置优化及煤柱稳定性研究
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作者 解盘石 张波 +5 位作者 黄宝发 张浩 路贝 雷二辉 王茜 刘鑫 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期166-182,共17页
为研究浅埋煤层在剥蚀区影响下大巷布置优化及煤柱稳定性,以瑶渠煤矿西采区回风大巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场工程验证等方法,研究了剥蚀区影响下巷道变形破坏特征与能量演化规律,分析了在偏应力屈服准则和能量判据下不... 为研究浅埋煤层在剥蚀区影响下大巷布置优化及煤柱稳定性,以瑶渠煤矿西采区回风大巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场工程验证等方法,研究了剥蚀区影响下巷道变形破坏特征与能量演化规律,分析了在偏应力屈服准则和能量判据下不同尺寸煤柱的破坏情况,确定了巷道布置优化后合理的煤柱尺寸。结果表明:剥蚀区会使围岩应力增加、应变能积聚,致使巷道围岩变形破坏加剧,坚硬岩层受扰动时应变能变化较小,但不会隔断能量的传递,而较软煤岩体中会产生较大的应变能改变。巷道布置优化后,掘进过程中煤柱内偏应力与应变能呈先递增再稳定最后递减趋势,巷间煤柱小于9 m时,煤柱内偏应力与能量曲线均呈“钟形”分布,且均大于屈服破坏的极限值;煤柱宽度为10~13 m时,偏应力与能量曲线转变为“马鞍形”,煤柱内部小于屈服极限区域逐渐增加,承载能力逐步提高;煤柱宽度大于13 m时,回风大巷与剥蚀区距离过近,其间煤体在剥蚀区和回风大巷双重应力和能量叠加下产生失稳破坏。最后,综合确定煤柱合理尺寸范围为10~12 m,考虑保持煤柱稳定性同时减小剥蚀区的影响,采用10 m煤柱进行工程实践,监测结果表明巷道整体变形量较小,围岩稳定性控制较好。 展开更多
关键词 剥蚀区 巷道布置优化 煤柱宽度 偏应力 应变能演化
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全尺寸巷道阻燃输送带火灾烟气温度变化特征试验研究
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作者 王玉怀 张思佳 +2 位作者 李东明 黄刚 张文明 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第5期39-46,共8页
为探究阻燃输送带火灾条件下巷道内不同地点烟气温度的变化特征,在全尺寸巷道中开展阻燃输送带火灾试验,首先,在全尺寸巷道内沿轴向布设6个测温断面,在每个断面设置5个热电偶记录阻燃输送带燃烧过程中不同位置的烟气温度;然后,在风速为1... 为探究阻燃输送带火灾条件下巷道内不同地点烟气温度的变化特征,在全尺寸巷道中开展阻燃输送带火灾试验,首先,在全尺寸巷道内沿轴向布设6个测温断面,在每个断面设置5个热电偶记录阻燃输送带燃烧过程中不同位置的烟气温度;然后,在风速为1.2 m/s条件下,利用全尺寸巷道对4 m×1.2 m(长×宽)钢丝绳芯阻燃输送带开展火灾特性试验。结果表明:火源下游区域烟气温度及升温进程主要受输送带火源距离的影响。距离火源越近,阻燃输送带燃烧产生的热效应越强,相应地点烟气温度越高,由于输送带火灾属于非稳态燃烧过程,局部断面烟气温度与火源距离之间呈现非线性关系;处同一高度的水平巷道中,两侧烟气温度高于巷道中间,且随着与火源距离的增大,巷道中部与两侧烟气温差逐步减小;在火源下游沿巷道纵向范围内,烟气表现出分层状态,烟气温度从巷道顶板向底板逐步降低,不同高度烟气层之间存在显著的温度差。随着火源距离的增加,烟气层之间温度差逐步减小。 展开更多
关键词 阻燃输送带 输送带火灾 烟气温度 全尺寸巷道 火源距离
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