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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
1
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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多层厚硬顶板大采高综放工作面强动载矿压特征及机理
2
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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低渗灰岩注浆压力跃变机理与调控工艺研究
3
作者 樊振丽 曹路通 +2 位作者 崔勇 张志巍 张风达 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期141-153,共13页
【背景】随着我国石炭-二叠纪煤田逐步转入下组煤开采,面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中,由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清,导致参数选择依赖经验性,注浆... 【背景】随着我国石炭-二叠纪煤田逐步转入下组煤开采,面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中,由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清,导致参数选择依赖经验性,注浆加固效果不佳。【方法】针对豫西地区新安煤田奥陶系灰岩(简称奥灰)顶部低渗泥灰岩“升压快、注浆量少”的现象,以孟津煤矿地面区域治理工程中的单液水泥浆、黏土浆和黏土水泥浆注浆材料为研究对象,开展不同类型浆液孔口压力测试、静态流变、液相颗粒分布、Zeta电位、导电率、微观形貌与元素分布等试验,基于水泥颗粒与黏土颗粒的絮凝机理,从物理和化学角度剖析不同注浆材料在注浆过程中起压差异机制。【结果和结论】(1)带正电荷的水泥颗粒与带负电荷的黏土颗粒容易相互吸附形成三维网状结构的絮凝体,导致黏土水泥浆液中出现粒径大于600µm的大颗粒,且粒径100µm以上的颗粒占比78%,容易堵塞裂隙。(2)黏土水泥浆的导电率(1.87mS/cm)相比水泥浆有所降低,浆液混合后发生黏土颗粒包裹水泥颗粒的现象。(3)水泥浆颗粒粒径较小且静态屈服应力和黏度较低,容易通过地层中狭窄的裂隙通道,注浆压力表现平稳;黏土水泥浆静态屈服应力和静态黏度分别是水泥浆的4.5倍和4.0倍,相对容易堵塞裂隙通道,导致其起压速率是水泥浆的10倍。基于阶梯式缓慢起压原则,提出低压充填、中压扩散和高压加固的“三阶段”黏土水泥浆与水泥浆交替注浆模式,可显著提升治理效果,并为类似条件下的低渗灰岩注浆治理提供参考。 展开更多
关键词 煤矿水害 底板岩溶水害 区域治理技术 注浆材料 絮凝机理 起压差异机制 交替注浆 豫西孟津煤矿
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远距离下保护层开采覆岩裂隙演化规律及相似模拟分析
4
作者 高忠国 杨俊鹏 +5 位作者 辛亚军 李光增 曹建波 张东营 房宇栋 龚佳伟 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期117-124,共8页
远距离保护层开采因距离较远、卸压程度小及穿层钻孔施工难而受到制约,以黔金煤矿9^(#)煤层(突出)与15^(#)煤层(无突出)远距离保护层开采为背景,采用理论分析、相似模拟与现场试验开展研究,分析了远距离保护层开采后的顶板“两带”分布... 远距离保护层开采因距离较远、卸压程度小及穿层钻孔施工难而受到制约,以黔金煤矿9^(#)煤层(突出)与15^(#)煤层(无突出)远距离保护层开采为背景,采用理论分析、相似模拟与现场试验开展研究,分析了远距离保护层开采后的顶板“两带”分布特征与瓦斯流动规律,探讨了工作面开采顶板覆岩运动与应力分布规律,设计了远距离保护层开采方案。结果表明:远距离保护层开采被保护层卸压情况主要与“两带”高度发育相关,工程矿井被保护层落在弯曲下沉带内;下保护层开采后,保护层上方“三带”产生,开切眼与终采线两侧曲线形态差别明显,煤层顶板下沉最为明显,被保护层顶板附近下沉较为缓和,上侧下沉较为明显;保护层工作面前方支承压力随工作面推进整体呈先升高再降低最后缓慢升高趋势;被保护层应力随着工作面推进,整体呈先缓慢升高后降低最后缓慢升高趋势;保护层开采过程中周期来压现象明显,平均周期来压垮落步距17 m,工作面推进243 m所形成裂隙发育带呈梯形,上垮落角为69°,下垮落角为62°;从15^(#)煤施工穿层钻孔能够抽放9^(#)煤瓦斯,钻孔抽采浓度随着时间增长呈轻微下降趋势,监测周期65 d瓦斯浓度下降至3.8%,抽采效果显著。 展开更多
关键词 保护层开采 煤层变形 裂隙发育 卸压范围 相似模拟
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江西丰城矿区二叠系乐平组B_(4)煤层气地质条件与勘探前景 被引量：1
5
作者 肖富强 夏为平 +5 位作者 肖卫东 邹勇军 章双龙 陈富贵 祁星 黄欣雨 《东华理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期142-154,共13页
丰城矿区二叠系乐平组煤层气勘探开发程度低,为揭示该区B_(4)煤层气基础地质条件及煤层气勘探前景,基于以往煤田钻孔、煤层气井获取的参数和相关实验测试数据,对B_(4)煤层煤岩煤质、发育特征、储层特征、含气性特征进行分析,并评价了煤... 丰城矿区二叠系乐平组煤层气勘探开发程度低,为揭示该区B_(4)煤层气基础地质条件及煤层气勘探前景,基于以往煤田钻孔、煤层气井获取的参数和相关实验测试数据,对B_(4)煤层煤岩煤质、发育特征、储层特征、含气性特征进行分析,并评价了煤层气勘探效果与勘探前景。结果表明,乐平组B_(4)煤层具有发育稳定、变质程度较高、厚度较大、埋藏适中的总体特征;渗透率为0.024~4.980 mD,孔隙结构以利于煤层气吸附保存的微、小孔隙为主;储层压力梯度为0.921~1.056 MPa/hm,与埋深呈显著正相关性;含气量为5.00~17.82 m^(3)/t,气体组分以甲烷为主,具有较强的吸附能力,平均含气饱和度达到70%。曲试1井、赣试2井的煤层气抽采试验表明,B_(4)煤层具备较好的煤层气勘探潜力;采用多因素叠加法优选出曲江有利区、石上有利区,可作为下一步煤层气重点勘探区。 展开更多
关键词 勘探前景 地质特征 煤层气 B_(4)煤层 乐平组 丰城矿区
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近直立特厚煤层采动应力分层分区特征及对矿压活动的影响规律
6
作者 李浩荡 卢安良 +5 位作者 刘旭东 杨立韩 周雨 钟涛平 宋大钊 李振雷 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2853-2865,共13页
明确近直立特厚煤层采动应力时空演化特征是研究矿压显现规律和防治冲击地压的关键科学问题。以乌东煤矿为研究背景,综合采用数值模拟和现场监测分析的方法,系统研究了近直立特厚煤层水平分段开采的采动应力空间分布特征、微震活动时空... 明确近直立特厚煤层采动应力时空演化特征是研究矿压显现规律和防治冲击地压的关键科学问题。以乌东煤矿为研究背景,综合采用数值模拟和现场监测分析的方法,系统研究了近直立特厚煤层水平分段开采的采动应力空间分布特征、微震活动时空演化规律及其与冲击显现的耦合机制,结合现场微震监测数据与5次典型冲击案例,验证了数值模拟结果的可靠性。讨论了近直立煤层矿压活动的原因,并定量对比了与水平/缓倾斜煤层在应力分布模式、震源机制及冲击特征的本质差异。研究表明:近直立特厚煤层采动应力场呈现典型三维非对称分布,水平构造应力主导的应力集中区具有显著分层分区特性。垂直方向上,开采层位下方形成范围25m的应力集中带,峰值位于层位下方8m;走向上,超前应力影响范围达60m,峰值位于工作面前方10m;倾向上,巷道两侧35m为卸压区,上下方呈现双驼峰型应力集中区。微震事件分布呈现超前和横向扩展特征,微震频次随能级增加呈指数衰减,高能事件集中分布于工作面前方50~75m、两侧30~40m的高梯度应力区,能量密度与应力梯度呈显著正相关。冲击显现以巷道顶板下沉和底板鼓起为主,破坏形态与巷道上下方应力集中区强相关。不同于水平煤层垂直应力主导的工作面超前和巷道两侧应力集中以及顶板破断诱发矿震扰动,近直立煤层微震事件主要源于高水平构造应力驱动下的煤岩局部破裂,形成独特的高静载+矿震扰动致灾模式,而静载集中和矿震扰动区近似重叠,导致近直立煤层巷道顶底部破坏为主的冲击显现特征。研究结果为明确近直立特厚煤层开采矿压规律和冲击地压特征的基础问题提供了科学依据。 展开更多
关键词 近直立特厚煤层 采动应力 矿压规律 微震活动性 冲击地压
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超大采高工作面厚硬顶板压裂卸压技术研究及应用
7
作者 雷亚军 冯彦军 +9 位作者 康红普 赵福堂 尚晓光 王锐 王鹏 张震 任建超 赵凯凯 郑仰发 刘晓刚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1907-1934,共28页
针对超大采高厚硬顶板综采工作面面临的超大开采空间、强矿压显现及超高煤壁稳定性控制等难题,以世界首个10 m超大采高综采工作面——曹家滩煤矿122104工作面为研究背景,系统开展了厚硬顶板压裂卸压机制、真三轴水力压裂裂缝重构试验、... 针对超大采高厚硬顶板综采工作面面临的超大开采空间、强矿压显现及超高煤壁稳定性控制等难题,以世界首个10 m超大采高综采工作面——曹家滩煤矿122104工作面为研究背景,系统开展了厚硬顶板压裂卸压机制、真三轴水力压裂裂缝重构试验、三维裂缝扩展流固耦合数值模拟、大流量复合压裂技术与工艺、水力压裂效果监测与评价等方面的研究。研究结果表明:厚硬顶板水力压裂卸压作用机制主要体现在结构调控、应力转移、能量释放、强度劣化等方面;延安组相较于直罗组脆性矿物含量更高,易形成复杂裂缝网络;排量由1 m^(3)/min增至5 m^(3)/min,裂缝平均半径由21.9 m增至32.5 m,增幅约为48.40%,排量越大水力裂缝尺度越大。研发了井下厚硬顶板水力压裂卸压技术及大流量压裂装备,开发了磨料射流预切缝与5 m^(3)/min大流量复合压裂技术工艺,提出了一种井下长水平钻孔定向水力压裂“一场一策”分区设计理念,形成了一种动态更新压裂层位和压裂方案的井下长水平钻孔定向水力压裂方法,并在曹家滩煤矿开展了工程应用试验,实现了10 m超大采高工作面矿压显现的科学有效防控。通过地面微震实时监测技术实时捕捉缝网扩展轨迹,有效指导了水力压裂方案的优化,并获得了顶板水力裂缝空间展布特征。开展了水力压裂实施效果的多因素综合评价,对液压支架工作阻力、工作面周期来压步距和持续距离、来压动载系数、微震事件及能量等进行综合分析,综合评价了水力压裂效果。井下试验结果表明:曹家滩煤矿井下水力裂缝以水平裂缝为主,沿钻孔两侧扩展平均距离约为80 m,有效弱化了工作面范围内上覆厚硬、完整顶板,实现了区域顶板结构有效调控;通过区域压裂技术将厚硬岩层组提前预裂,减小了来压步距和动载系数,保障了10 m超大采高工作面安全高效生产。 展开更多
关键词 特厚煤层 10 m超大采高 厚硬顶板 复合压裂 区域卸压
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特厚煤层工作面强矿压显现及治理技术研究
8
作者 李江 赵斌 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期75-81,共7页
针对特厚煤层综放工作面强矿压显现问题,以龙王沟煤矿61607工作面为工程背景,通过理论计算与现场实测相结合的方式,系统的分析了工作面强矿压显现特征与采动应力分布规律,并在此基础上提出了“巷道常规水力压裂+工作面定向钻水力压裂”... 针对特厚煤层综放工作面强矿压显现问题,以龙王沟煤矿61607工作面为工程背景,通过理论计算与现场实测相结合的方式,系统的分析了工作面强矿压显现特征与采动应力分布规律,并在此基础上提出了“巷道常规水力压裂+工作面定向钻水力压裂”相结合的强矿压治理措施,结果表明:工作面超前支承压力影响范围大约为140 m,支承压力峰值点距离煤壁距离大约50 m,采动影响扰动一度达到底板上方200 m,开采过程中来压强度大,震顶现象频繁,支架工作阻力可达51.5 MPa,采取顶板预裂措施后,周期来压步距、压力持续长度等参数分别减小了26.05%、41.56%,微震事件也呈现出明显的“高频+低能”分布规律,防治效果显著,可以为周边类似矿井探索强矿压治理技术提供借鉴。 展开更多
关键词 特厚煤层 强矿压显现 矿震 水力压裂 效果检验
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多煤层开采卸压防冲效果数值模拟研究
9
作者 杨贵儒 李红平 +6 位作者 周雨 杨旭 刘江 王建淇 梁洪宝 卢安良 李振雷 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期96-104,共9页
现有多煤层开采卸压防冲研究多基于简化数值模型分析多煤层采动应力分布,难以真实反映复杂地质条件与煤层间物理力学相互作用,且对采空区与遗留煤柱叠加影响机制缺乏系统性表征。针对上述问题,以宽沟煤矿4组煤层开采为工程背景,通过数... 现有多煤层开采卸压防冲研究多基于简化数值模型分析多煤层采动应力分布,难以真实反映复杂地质条件与煤层间物理力学相互作用,且对采空区与遗留煤柱叠加影响机制缺乏系统性表征。针对上述问题,以宽沟煤矿4组煤层开采为工程背景,通过数值模拟研究了多煤层采空区、遗留煤柱等复杂空间结构体对下伏煤层开采的影响,结果表明:单组煤层开采时,遗留煤柱下方有明显的应力集中,采空区下方卸压效果显著;多组煤层开采叠加影响下,多个煤层采空区边界重叠处应力集中程度进一步增大,而遗留煤柱的上下方若存在采空区,则其应力集中将显著降低,造成该遗留煤柱投影下方煤层的应力降低从而出现卸压;采空区的保护卸压和煤柱的应力集中效应随煤层间距的增加而降低。依据煤层应力集中系数划定煤层保护卸压区及应力集中区,即当煤层应力集中系数为(0,1],(1,2],(2,3],(3,∞)时,分别对应卸压区或无影响区、弱影响区、中等影响区、强影响区;使用电震矢量监测仪对划定区域的电磁辐射及声发射能量进行测试,结果验证了保护卸压区及应力集中区划定的准确性。 展开更多
关键词 多煤层开采 卸压防冲 遗留煤柱 围岩应力 应力集中区
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基于6LoWPAN的煤层瓦斯压力监测系统设计 被引量：3
10
作者 刘少飞 王国富 +1 位作者 张法全 叶金才 《工矿自动化》 北大核心 2018年第7期99-103,共5页
针对目前煤层瓦斯压力监测存在测量精度低、数据传输不及时、设备部署不便等问题,设计了一种基于6LoWPAN的煤层瓦斯压力监测系统。该系统测压节点通过多跳方式在6LoWPAN网络中选择最优路径,将实时采集的瓦斯压力数据传输至边界路由器,... 针对目前煤层瓦斯压力监测存在测量精度低、数据传输不及时、设备部署不便等问题,设计了一种基于6LoWPAN的煤层瓦斯压力监测系统。该系统测压节点通过多跳方式在6LoWPAN网络中选择最优路径,将实时采集的瓦斯压力数据传输至边界路由器,边界路由器通过工业以太网将数据传至地面服务器,同时地面设备可通过服务器查询指定区域测压节点的实时监测数据。测试结果表明,该系统可实时、准确地监测煤层瓦斯压力,具有较高的数据通信效率和稳定性,且功耗低。 展开更多
关键词 煤层瓦斯 瓦斯抽放 压力监测 6lowPAN 低功耗
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工业广场保护煤柱开采井筒破损致因及防治技术 被引量：1
11
作者 程桦 喻宏 +4 位作者 宋海清 成浪 荣传新 姚直书 彭世龙 《煤炭工程》 北大核心 2024年第5期42-50,共9页
针对工业广场保护煤柱开采导致井筒破损的问题,以大社煤矿为工程背景,分析工广煤柱开采井筒围岩移动变形特征,揭示井筒破损致因;提出工广内后续工作面开采防治井筒破坏方案,形成相应的施工技术,并成功应用工程实践。研究表明:该矿工广内... 针对工业广场保护煤柱开采导致井筒破损的问题,以大社煤矿为工程背景,分析工广煤柱开采井筒围岩移动变形特征,揭示井筒破损致因;提出工广内后续工作面开采防治井筒破坏方案,形成相应的施工技术,并成功应用工程实践。研究表明:该矿工广内92606工作面邻近副井,开采引发的井筒竖向附加力是井筒破坏的致因;如不提前采取防治措施,后续92606外工作面开采,将导致副井井筒发生二次破坏;研究提出的不停产单卸压槽防治方案,具有不影响矿井生产、卸压率高、施工简单、成本低等优点。采用壁后注浆、开切卸压槽、架设密集井圈等技术,顺利完成了该矿不停产防治副井井筒破损工程。监测表明,该井筒竖向和环向应力,均小于井壁极限.承载力,处于安全状态,运行良好,达到了预期效果。 展开更多
关键词 工业广场 保护煤柱 地层沉降 井壁破损 卸压槽 围岩控制
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平顶山矿区多煤层卸压立体抽采模式与工程示范 被引量：1
12
作者 李延河 倪小明 贾晋生 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期162-172,共11页
平顶山矿区多煤层发育、含气层段多,仅靠井下进行瓦斯治理工程量大、难度高。为了开辟平顶山矿区瓦斯抽采新模式,达到“采一层抽多层”的目的,采用气测录井与含气量测试相结合的方法精准判识了煤系主要含气层段和含气量;采用体积法评价... 平顶山矿区多煤层发育、含气层段多,仅靠井下进行瓦斯治理工程量大、难度高。为了开辟平顶山矿区瓦斯抽采新模式,达到“采一层抽多层”的目的,采用气测录井与含气量测试相结合的方法精准判识了煤系主要含气层段和含气量;采用体积法评价了东部5对矿井采动区和采空区的煤系气资源量。基于“O”形圈理论和“防-抗-让”思想,分别优化设计了采动井、采空井的井位、层位和井身结构,构建了采动区、采空区多煤层卸压立体抽采模式并进行了工程示范。结果表明:(1)二_(1)煤层顶板200 m范围内存在四煤组、三煤组、二_(1)煤层顶板60 m范围内的砂岩/泥质砂岩互层段等3处主要含气段。平顶山矿区东部5对矿井的采动区和采空区资源量分别为26.36×10~8 m^(3)和20.00×10~8 m^(3)。(2)采动井最佳井位为0.17~0.28倍采长,且靠近回风巷条带区域;走向上,采动井的间距一般为80~100 m。创建了“大口径、避开岩体变形强烈区、P110梯型扣套管”的采动直井稳孔技术体系和“下行水平轨迹+提高套管强度”的采动L型水平井稳产技术体系,保证了产气通道的畅通性。采空井一般布置在距离回风巷30~50 m的区域,完钻位置一般为二_(1)煤层顶板40~60 m的范围;筛管布置在四煤段顶板至裂隙带底部。(3)建立了“地面采动直井/定向井-采动L型水平井-采空井”联作的卸压立体抽采模式,实现了多气源立体抽采。截至2024年4月30日,累计抽采纯量达5258.8万m^(3),总利用量达到3735.4万m^(3),率先在河南省实现了煤系气产业化开发,示范和引领带动作用显著。 展开更多
关键词 煤系气 多煤层卸压 立体抽采模式 采动区 采空区 平顶山矿区
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浅埋近距离煤层过平行煤柱开采强矿压机理研究 被引量：4
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作者 黄庆享 张谦 +2 位作者 贺雁鹏 陈苏社 王庆雄 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第5期1-12,共12页
为了揭示浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采动载传递特征及强矿压机理,以榆家梁煤矿43207工作面为工程背景,采用现场实测、物理模拟、理论分析相结合的方法,研究了煤柱覆岩“倒梯形”结构随下部间隔岩层的运动及其载荷传递特征,分析... 为了揭示浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采动载传递特征及强矿压机理,以榆家梁煤矿43207工作面为工程背景,采用现场实测、物理模拟、理论分析相结合的方法,研究了煤柱覆岩“倒梯形”结构随下部间隔岩层的运动及其载荷传递特征,分析了超前支承压力和支架载荷的转化规律,建立了“煤柱-间隔岩层台阶岩梁”耦合结构力学模型,得出了强矿压瞬间和顶板切落稳定后的支架载荷计算公式。研究结果表明:煤柱覆岩“倒梯形”结构的集中应力和载荷主要集中于煤柱后段,后段集中载荷是导致工作面过煤柱强矿压的根源;工作面进煤柱初期,煤柱应力表现为双峰;临近出煤柱时,应力集中为单峰,位于煤柱后段。工作面出煤柱4 m后,煤柱后区的超前支承应力系数达到峰值6.00,间隔层开始产生超前裂隙;出煤柱5 m时发生强矿压,煤柱应力下降43%。强矿压期间,煤柱应力传递至煤柱下7 m层位(间隔岩层关键层中部)下降了39%,表明顶板结构承担了相当大的载荷。基于间隔岩层台阶岩梁结构的理论计算,得出强矿压瞬间的支架载荷计算公式,按照煤柱平均应力计算得出支架载荷为22.9 MN/架,按照强矿压时刻煤柱后段应力计算得出支架载荷为24.1 MN/架;煤柱传递至支架的载荷仅为煤柱总载荷的12%~18%,仍超过现场支架额定工作阻力9.2 MN/架。因此,为防止压架,支架额定工作阻力需达到15 MN/架,或者对煤柱及间隔岩层结构进行处理,以保证安全开采。研究结果可为类似条件工作面过平行煤柱开采提供参考。 展开更多
关键词 浅埋近距离煤层 过煤柱开采 平行煤柱 动载传递 强矿压
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低透气性煤层高压脉冲射流割缝-压裂增透技术应用研究 被引量：2
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作者 秦江涛 覃俊 +1 位作者 龙称心 郭邵金 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第5期23-28,共6页
针对盘州平关镇大坪煤矿18采区20号煤层复杂地质条件及瓦斯抽采难题,提出一种高压脉冲射流割缝导向压裂增透技术。为验证该技术效果,分析了其增透技术机理,并设计了4种试验方案进行对比分析。结果表明,采用高压脉冲射流割缝导向压裂方... 针对盘州平关镇大坪煤矿18采区20号煤层复杂地质条件及瓦斯抽采难题,提出一种高压脉冲射流割缝导向压裂增透技术。为验证该技术效果,分析了其增透技术机理,并设计了4种试验方案进行对比分析。结果表明,采用高压脉冲射流割缝导向压裂方案在瓦斯抽采效果方面显著优于其他方法,与普通抽采、高压脉冲射流割缝、高压水力压裂抽采瓦斯相比,其平均每日抽采瓦斯浓度分别提高了3.01倍、1.41倍和1.67倍;平均每日抽采瓦斯纯流量也相应提升了2.86倍、1.42倍和1.62倍。经过90 d的抽采,该方案的抽采影响半径达到了5.06 m,分别为普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂抽采方案的2.56倍、1.25倍和1.29倍;在抽采效果相同的条件下,钻孔施工时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了60%、32%和20%,瓦斯抽采达标所需时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了70%、50%和62%。高压脉冲射流割缝导向压裂技术对低透气性煤层瓦斯治理效果较为理想,可供类似矿井借鉴。 展开更多
关键词 低透气性煤层 瓦斯抽采 煤体增透 高压脉冲射流割缝 高压水力压裂
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特厚煤层掘进巷道两帮卸压钻孔合理参数数值模拟研究 被引量：1
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作者 翟新献 任柱安 +4 位作者 方建厂 张志勇 卢德芳 赵晓凡 郭钊洋 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第3期1-10,共10页
目前钻孔卸压技术为冲击地压矿井巷道掘进期间防冲主要措施之一,钻孔布置和参数决定着卸压效果。目的为了探讨特厚煤层掘进巷道两帮卸压钻孔合理布置参数,方法基于耿村煤矿综放工作面运输巷道地质采矿条件,利用数值计算方法研究掘进巷... 目前钻孔卸压技术为冲击地压矿井巷道掘进期间防冲主要措施之一,钻孔布置和参数决定着卸压效果。目的为了探讨特厚煤层掘进巷道两帮卸压钻孔合理布置参数,方法基于耿村煤矿综放工作面运输巷道地质采矿条件,利用数值计算方法研究掘进巷道两帮在单排布置时孔深、孔径、孔间距,双排布置时排距等不同参数条件下,巷道围岩应力云图和两帮垂直应力分布特征。结果结果表明:(1)单排布置卸压钻孔时,随着孔深、孔径递增,巷道两帮高应力区逐渐向深部围岩转移,而巷道两帮浅部围岩处于低应力区。(2)当钻孔孔深、孔径达到一定值时,巷道两帮支承压力由“单峰型”转化为“双峰型”,浅部围岩处于临界卸压状态;随着孔深、孔径继续增加,巷道两帮处于过度卸压状态。(3)利用卸压后、无卸压时巷道两帮高应力区向深部围岩的转移量ΔL、峰值应力处距巷道表面距离的比值η表示临界卸压和过度卸压状态,确定出卸压钻孔的合理参数。在耿村煤矿13230综放工作面运输平巷进行超前钻孔卸压和锚网索+36U型可缩性金属支架二级支护后,对巷道两帮实施钻孔卸压防冲,效果显著。结论研究结果对冲击地压矿井回采巷道掘进期间的卸压防冲具有指导和借鉴意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 回采巷道 钻孔卸压 支承压力 钻孔参数
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急倾斜中厚煤层双斜开采顶板垮落堆积与应力演化特征
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作者 伍永平 许英瑞 +8 位作者 解盘石 王红伟 郎丁 皇甫靖宇 强旭博 杜玉乾 王乐辰 茹笑辉 王正富 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第12期18-26,75,共10页
俯伪斜开采降低工作面倾角能力有限,倾角60°以上急倾斜中厚煤层长壁综合机械化开采方法亟待突破。以华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿3212工作面为工程背景,在俯伪斜开采的基础上提出了双斜开采的采煤方法,并采用物理相似模拟、... 俯伪斜开采降低工作面倾角能力有限,倾角60°以上急倾斜中厚煤层长壁综合机械化开采方法亟待突破。以华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿3212工作面为工程背景,在俯伪斜开采的基础上提出了双斜开采的采煤方法,并采用物理相似模拟、数值模拟等方法,分析了双斜开采顶板破断矸石充填滑移堆积规律及应力演化过程。结果表明:双斜开采工作面布置需要与矿井开采设计相协调,工作面两巷维护难度大,其中回风巷侧受采动应力影响大,而运输巷与工作面支架的协调配合难度大;双斜开采由于其异形采空区顶板结构,垮落步距更大,其矸石垮落堆积呈倒三角形且存在周期性滑移特征,并且由于大块矸石堆积造成工作面上部和中部的非均匀来压现象;双斜开采原岩应力随工作面的推进逐渐增大,工作面倾斜上部、中部、下部来压强度不同,一般倾斜中上部来压大于下部,但倾斜下部支承压力应力集中系数大于工作面中上部,双斜开采顶板应力演化特征受工作面形状和推进距离的影响,并由于巷道调斜角作用,应力释放范围呈现由倾斜上部至下部逐渐变小的非对称特征。 展开更多
关键词 双斜开采 急倾斜煤层 中厚煤层 顶板垮落 顶板应力 巷道调斜角 支承压力
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底板突水危险性评价研究进展 被引量：6
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作者 姚辉 尹慧超 +5 位作者 尹尚先 侯恩科 毕梦 连会青 夏向学 梁满玉 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期183-191,共9页
回顾了煤层底板突水危险性评价的发展历程,提出其危险性评价的体系:指标(指标体系的建立)—方法(评价方法的选取)—工具(处理工具的革新),并对3个环节进行总结。指出指标体系的发展不再是因素集的扩充,而是因素与因素之间非线性关系的... 回顾了煤层底板突水危险性评价的发展历程,提出其危险性评价的体系:指标(指标体系的建立)—方法(评价方法的选取)—工具(处理工具的革新),并对3个环节进行总结。指出指标体系的发展不再是因素集的扩充,而是因素与因素之间非线性关系的处理以及对以开采条件及地质条件为两大基本要素集的化繁为简;将现有方法依据处理数据的逻辑分为3类:以数据的基础信息为基准,将原始数据对评价对象所产生的大小、高低、优劣性影响进行考量、排序及综合形成评价结果的第一类方法;对数据列进行人工评判、加工分析、拓展和延伸,挖掘数据的潜在信息,并形成最终评价结果的第2类方法;整理具有相同指标的数据集,通过数据信息处理技术发现数据间的共有信息,从而获得最终评价结果的第3类方法。指出未来评价方法的发展方向一方面是对突水系数法的传承,修正其在厚、巨厚、极薄隔水层的不良表现,另一方面是对机器学习新型方法的创新,对其本身及组合模型进行开发与应用。提出了处理工具所需实现的三大目标:矿井立体化模型的建立、评价结果的动态化演示、“定位、定量、定概率”三定指标的实现。分别探讨了三者面临的问题并阐述具体解决手段。在上述基础上,总体阐明了煤层底板突水危险性评价体系各环节的研究展望。 展开更多
关键词 带压开采 底板突水 危险性评价 突水系数 神经网络
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近浅埋多层厚硬顶板大采高综放工作面矿压显现规律研究 被引量：6
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作者 刘晓刚 张震 刘前进 《煤炭工程》 北大核心 2024年第2期72-80,共9页
针对榆神矿区近浅埋多层厚硬顶板条件下,“大周期”来压支架立柱下缩量大、煤柱应力集中系数高、稳定性差等强矿压问题,采用了数值计算、微震和煤体应力监测等技术手段,对覆岩破断运动及工作面来压规律进行了分析研究,结果表明:覆岩破... 针对榆神矿区近浅埋多层厚硬顶板条件下,“大周期”来压支架立柱下缩量大、煤柱应力集中系数高、稳定性差等强矿压问题,采用了数值计算、微震和煤体应力监测等技术手段,对覆岩破断运动及工作面来压规律进行了分析研究,结果表明:覆岩破断运动上,多层厚硬顶板较大的“垂向离层空间”和“自下而上”的顺次交替垮落孕育了顶板“高+低层位组合破断”的时空基础;“高低层位顶板组合破断”是“大周期”来压增强的关键诱因;同时,煤柱应力的时空演化受控于多层厚硬顶板的破断垮落。矿压显现上,工作面“大周期”立柱下缩量平均可达945 mm,持续距离12.10 m,并可由2~5次连续强来压组成;巷道煤柱应力集中系数达到1.80~2.30,影响范围为工作面前方126 m至后方471.3 m,具有明显的“高强度、大范围、长上升期”特点。针对该条件下的强矿压防治,分别提出了“弱化低位顶板、优化破断结构”和“弱化高位顶板、改变破断次序”的技术思路,并取得的了较好的应用效果。 展开更多
关键词 榆神矿区 近浅埋煤层 厚硬顶板 强矿压防治 微震监测
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急倾斜大采高综采工作面沿空留巷技术研究 被引量：1
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作者 李腾 姜永东 +3 位作者 刘华君 邹勇 桂涛 陈飞 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第S2期1-9,共9页
针对急倾斜大采高综采工作面沿空留巷矿压显现剧烈,支护困难等问题,以川煤石洞沟煤矿31111综采工作面为工程背景,采用理论分析、现场监测,得到了31111综采工作面周期来压步距约16.4m,煤壁前方支承压力影响范围约40m,明确了31111机巷超... 针对急倾斜大采高综采工作面沿空留巷矿压显现剧烈,支护困难等问题,以川煤石洞沟煤矿31111综采工作面为工程背景,采用理论分析、现场监测,得到了31111综采工作面周期来压步距约16.4m,煤壁前方支承压力影响范围约40m,明确了31111机巷超前支护距离;结合微震监测三维定位技术,得到了31111综采工作面“三区”(煤壁支承压力影响区约40m,离层区122~144m)和“三带”(顶板垮落带0~2m、裂隙带2~30m、弯曲下沉带30~96m)范围,揭示了急倾斜大采高岩层周期性破断规律及“厂”型移动拱特征,为后续来压预测预报,实施沿空留巷提供数据支撑。基于回采过程中巷道围岩变形及压力分布规律,提出在非断层带采用弓型柔性掩护支架+锚网索联合支护的沿空留巷方法,断层带采用弓型柔性掩护支架+锚网索+矸石胶结充填联合支护的沿空留巷方法。现场工程实践表明,该方法刚柔并举,对采空区垮落矸石有良好的支撑、掩护作用,保障了沿空留巷安全,实现矿山无煤柱安全经济开采。 展开更多
关键词 急倾斜煤层 大采高 矿山压力与控制 沿空留巷 综采
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大倾角大采高软弱顶底板工作面分区矿压规律研究 被引量：3
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作者 房万伟 李鹏杰 +4 位作者 李明鑫 赵瑞 时套套 孙强 姬长兴 《中国矿业》 北大核心 2024年第4期182-191,共10页
为研究内蒙古长城二矿大倾角大采高软弱顶底板复杂开采地质条件下,1305S工作面正常区、过渡区、卸压区的矿压显现规律及特征,建立了倾斜煤层采空区冒落矸石滑移充填数值模拟模型,采用数值模拟和现场实测相结合的研究方法进行研究。研究... 为研究内蒙古长城二矿大倾角大采高软弱顶底板复杂开采地质条件下,1305S工作面正常区、过渡区、卸压区的矿压显现规律及特征,建立了倾斜煤层采空区冒落矸石滑移充填数值模拟模型,采用数值模拟和现场实测相结合的研究方法进行研究。研究结果表明:沿倾斜方向,1305S工作面中上部所受垂直应力呈现出过渡区>正常区>卸压区的特点,工作面下部呈现出卸压区>过渡区>正常区的特点;1305S工作面推进过程中,平均周期来压步距为13.3 m,周期来压时支架工作阻力在26.75~33.05 MPa之间,沿工作面倾斜方向顶板所受垂直应力总体呈现出工作面上部>中部>下部的特点;巷道工作面一侧的边帮变形量较大。现场实测结果表明,回风巷顶板监测最大移进量为860.18 mm,运输巷顶板监测最大移进量为367.84 mm,两巷围岩移进量呈现出回风巷>运输巷的特点。 展开更多
关键词 大倾角煤层 大采高开采 岩块滑移充填 分区矿压规律 复合煤层
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