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深井切顶留巷底鼓机制及其防控 被引量:1
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作者 华心祝 李琛 +3 位作者 刘啸 杨朋 陈登红 祁亚宝 《岩土力学》 北大核心 2025年第3期955-968,共14页
沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建... 沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建一次采动至留巷稳定阶段两端固支二次超静定底板梁力学模型,并引入等效载荷概念求解得到了各分布力作用下底板挠度数学表达式,运用叠加原理推导出切顶留巷底板变形表达式。结合留巷条件,求得该巷道平均底鼓量为0.74 m,最大底鼓量为0.77 m,最大鼓起位置偏向采空区侧,距巷中1.15 m,计算结果与现场实测和数值计算结果较为吻合。依据所求得的底板变形表达式,分析了留巷底鼓影响因素,底鼓量与底板刚度的增加呈负指数减小,底板刚度在5~13 MN·m^(2)之间内变化时,巷道底鼓对其变化较为敏感;与底板载荷、支架载荷、煤帮载荷及应力集中系数λ均呈线性正相关,增长率分别为0.0826、0.0349、0.0272 m/MPa和0.007 m。基于对留巷底板受力变形及其影响因素的分析,提出了“顶底互控、帮角加固、底板强化”的防控对策。工程实践表明,相较于留巷初期底板变形得以有效控制,底鼓降幅明显,所留巷道能够满足复用要求。 展开更多
关键词 底鼓机制 沿空留巷 切顶卸压 底鼓防控
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煤矿顶板深孔爆破封孔长度的确定方法
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作者 李东印 敖良凯 +2 位作者 王伸 黄传波 李红斌 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2367-2383,共17页
煤矿巷道顶板深孔爆破是切顶沿空留巷、坚硬顶板预裂工程中的重要岩体致裂方法,既要达到爆破切顶效果,又要确保发生不冲孔且爆破后巷道围岩稳定,因此合理确定钻孔封孔长度至关重要。针对当前煤矿切顶爆破钻孔封孔长度缺乏理论依据的问题... 煤矿巷道顶板深孔爆破是切顶沿空留巷、坚硬顶板预裂工程中的重要岩体致裂方法,既要达到爆破切顶效果,又要确保发生不冲孔且爆破后巷道围岩稳定,因此合理确定钻孔封孔长度至关重要。针对当前煤矿切顶爆破钻孔封孔长度缺乏理论依据的问题,首先统计分析了国内部分矿井切顶爆破工程的封孔参数,以爆破钻孔封堵机理和堵塞体在爆破过程中受力特征为基础,建立了深孔爆破数学模型,提出了基于爆破“不冲孔”为约束条件的最短封孔长度计算方法;其次,基于利文斯顿爆破漏斗理论,并结合装药结构,建立了顶板深孔装药爆破漏斗模型,得到了基于“最大内部爆破作用”的深孔爆破最短封孔长度计算方法。采用LS–DYNA分析了爆破后钻孔周围岩石中有效应力分布和裂纹发育情况,确定了基于炸药“最大能量利用率”的末端炸药与堵塞体合理间隔。从防止冲孔、保证爆破效果及减小对巷道顶板破坏影响的角度,提出了基于爆破“不冲孔”“最大内部爆破作用”“最大能量利用率”的煤矿顶板爆破钻孔合理封孔长度确定三元准则。以朝川矿22010工作面回风巷爆破切顶为工程背景,依据封孔长度三元准则计算了合理的封孔长度,以巷道顶板表面岩石单元的有效应力为指标,分析了爆破后巷道顶板稳定程度及封孔长度的合理性,并开展现场试验。试验结果表明,基于三元准则所计算的封孔长度不仅避免了冲孔,同时从孔深7 m处向孔底生成了贯穿爆破孔的切缝面,切断了目标岩层。研究成果可为煤矿巷道切顶卸压爆破钻孔确定合理封孔长度提供理论依据。 展开更多
关键词 深孔爆破 封孔长度 切顶卸压 爆破理论 封孔参数
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构造异常区能量单元切割理论及冲孔-爆破协同增透技术
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作者 蒋静宇 董晓斌 +3 位作者 魏民涛 王成浩 程远平 史孝宁 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2477-2495,共19页
煤矿构造异常区通常具有应力集中、高瓦斯赋存、低渗透性、构造煤发育及致灾能量分布不均匀的特点,是煤与瓦斯突出重点防控区域。水力/气动冲孔技术是构造煤卸荷瓦斯抽采的主要手段之一,相较于常规抽采钻孔,可明显提高卸压半径,但煤层... 煤矿构造异常区通常具有应力集中、高瓦斯赋存、低渗透性、构造煤发育及致灾能量分布不均匀的特点,是煤与瓦斯突出重点防控区域。水力/气动冲孔技术是构造煤卸荷瓦斯抽采的主要手段之一,相较于常规抽采钻孔,可明显提高卸压半径,但煤层相邻冲孔钻孔之间易形成新的应力集中带,限制和影响瓦斯抽采。采用理论分析,数值模拟和现场实验相结合的方法,研究了冲孔与爆破联合卸压增透降能消突原理。主要研究结论为:①提出了突出能量单元切割理论及冲爆协同增透技术,结合突出潜能分布和突出启动能量判据,将煤层划分若干个能量单元,进行边界处切割、内部分区治理。针对构造异常区煤体采用先冲孔后可控定向聚能爆破的方式对煤体定向致裂、释放应力,冲孔孔洞为爆破影响范围内煤体移动提供了自由空间,在爆破点处形成了煤体自由面并改变了煤层的连续性,爆生气体与定向应力波可促进应力再平衡。②FALC3D模拟显示,冲孔可以降低孔周煤体应力,随着冲孔半径的增大,卸压半径亦随之增大。且冲孔后会在孔周卸压区外形成一定范围的应力集中带,限制瓦斯流动。③阐明了可控定向聚能爆破技术的介质-能量切割原理,爆破改变了被切割单元煤体自由面附近的突出潜能赋存梯度,实现介质切割控制能量切割。单元切割有效增加了采掘工作面前方阻能区长度,降低了低能–高能过渡带内作业风险。④利用ANSYS/LS-DYNA软件,模拟了煤层可控定向聚能爆破与冲孔孔洞协同作用,结果表明可控定向聚能爆破实现了对煤体的定向致裂,在聚能方向上侵彻煤体形成较大裂隙。随着时间推移,以冲孔孔洞作为控制孔的孔周产生环向裂隙网,并随着裂隙扩展逐渐与非聚能方向的裂隙贯通,实现对煤体的有效增透。⑤冲爆协同增透技术现场试验表明,爆破孔周围10 m范围内冲孔区域煤体应力和排渣量显著降低,单、双根聚能管爆破后的瓦斯抽采纯量分别提高1.76~4.35倍和1.35~8.60倍。水力冲孔瓦斯有效抽采半径仅为5 m,冲孔与爆破协同卸压增透影响半径大于10 m,卸压效果提高一倍以上,煤巷月掘进速度提高了20 m。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 构造异常区 能量单元切割 可控定向聚能爆破 卸压增透
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淮南矿区切顶沿空留巷及无煤柱开采工程实践
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作者 程详 罗勇 +1 位作者 赵光明 肖殿才 《中国煤炭》 北大核心 2025年第8期57-65,共9页
针对淮南矿区接替紧张、掘巷成本高、掘巷难度大等问题,以淮南矿区煤层赋存情况为背景,分析煤巷围岩分类,明确了适宜实施切顶留巷煤巷顶板围岩条件为Ⅰ完整型、Ⅱ较完整型;提出顶板“深浅孔交替”爆破切顶卸压技术,优化了浅孔切缝爆破... 针对淮南矿区接替紧张、掘巷成本高、掘巷难度大等问题,以淮南矿区煤层赋存情况为背景,分析煤巷围岩分类,明确了适宜实施切顶留巷煤巷顶板围岩条件为Ⅰ完整型、Ⅱ较完整型;提出顶板“深浅孔交替”爆破切顶卸压技术,优化了浅孔切缝爆破、深孔预裂爆破关键技术参数;形成可缩柱网挡矸护帮体系,采用可伸缩U型钢+金属网+钢筋网+垛式支架,配合风筒布、喷浆作业联合挡矸支护;提出加固锚索+浅深孔分步多级注浆实现煤帮强化支护;采用喷涂薄喷材料解决留巷漏风问题,形成了“深浅孔交替切顶爆破巷旁支护巷内补强煤帮协同支护”的无煤柱留巷技术体系,在丁集矿1452(1)工作面进行现场应用。现场应用结果表明,“深浅孔交替”爆破技术能够缩短基本顶周期来压步距,优化留巷围岩应力环境,留巷稳定后顶板下沉量和帮部移近量为300 mm和180 mm,满足留巷复用需求。 展开更多
关键词 切顶卸压 沿空留巷 “深浅孔”爆破 无煤柱开采 淮南矿区
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大采高坚硬顶板切顶成巷碎石帮变形机理及控制
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作者 王炯 杜昌鑫 +3 位作者 刘鹏 马磊 刘义鹏 姜健 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第4期87-93,100,共8页
针对厚煤层坚硬顶板条件下切顶成巷碎石帮支护大变形问题,通过力学计算及理论分析碎石帮变形垮落冲击、碎石承载、压实稳定3个阶段的垮落特征,确定影响因素,进而提出“组合爆破+可伸缩U型钢+钢筋网+挡矸锚杆+单元支架+单体液压支柱”的... 针对厚煤层坚硬顶板条件下切顶成巷碎石帮支护大变形问题,通过力学计算及理论分析碎石帮变形垮落冲击、碎石承载、压实稳定3个阶段的垮落特征,确定影响因素,进而提出“组合爆破+可伸缩U型钢+钢筋网+挡矸锚杆+单元支架+单体液压支柱”的碎石帮联合控制体系。采用3DEC对优化措施进行模拟,发现碎石帮应力及位移均得到不同程度的减小。将联合控制优化方案应用于现场,实测表明优化后碎石帮侧压减小18.6%,峰值压力降低24.6%,架后悬顶距离减小42.1%,有效削弱了采空区碎石垮落的冲击作用,卸压效果明显。 展开更多
关键词 大采高 碎石帮 切顶卸压 变形机理 控制技术 数值模拟
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坚硬顶板小煤柱沿空掘巷切顶卸压关键参数研究 被引量:3
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作者 谭雅五 赵光明 +3 位作者 程详 孟祥瑞 王艳芬 朱世奎 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第2期99-107,共9页
为了解决小煤柱沿空掘巷过程中区段煤柱矿压显现剧烈的问题。采用理论分析、数值模拟和灰色关联度相结合的方法,探讨小煤柱沿空掘巷切顶卸压应力调控机理,分析不同参数条件下小煤柱围岩应力场的分布特征。研究结果表明:在选取的切顶角... 为了解决小煤柱沿空掘巷过程中区段煤柱矿压显现剧烈的问题。采用理论分析、数值模拟和灰色关联度相结合的方法,探讨小煤柱沿空掘巷切顶卸压应力调控机理,分析不同参数条件下小煤柱围岩应力场的分布特征。研究结果表明:在选取的切顶角度范围内,巷道围岩支承压力随着切顶角度增加先减小后增大。选取不同切顶位置,通过不同切顶角度得出的支承压力对比可知,采空区侧切顶比巷道侧切顶效果好。切顶高度越高,切顶效果越好,在切顶超过27 m且随着切顶高度的增加,围岩所受支承压力会继续降低,但其降低程度将逐渐减小。通过切顶与不切顶条件下煤柱的支承压力对比,切顶后的支承压力降低,巷道变形量减小,围岩变形得到有效的控制,切顶效果明显。通过灰色关联度分析得出影响小煤柱沿空掘巷切顶卸压效果的主要因素是煤柱宽度。研究结果可为沿空掘巷围岩应力调控技术提供参考。 展开更多
关键词 沿空掘巷 切顶卸压 小煤柱 坚硬顶板 灰色关联度分析
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近距离煤层采空区下沿空留巷顶板结构控制与合理巷旁支护研究 被引量:3
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作者 褚心瑜 崔海峰 +2 位作者 李振安 高海滨 朱凌卓 《中国煤炭》 北大核心 2025年第2期45-58,共14页
为实现近距离煤层采空区安全沿空留巷,解决巷道围岩变形严重难题,以山东新查庄矿业有限责任公司采空区下91006工作面的沿空留巷工程为背景,采用理论分析及现场工业性试验等研究手段,研究了基本顶破断规律与应力演化规律,建立了近距离煤... 为实现近距离煤层采空区安全沿空留巷,解决巷道围岩变形严重难题,以山东新查庄矿业有限责任公司采空区下91006工作面的沿空留巷工程为背景,采用理论分析及现场工业性试验等研究手段,研究了基本顶破断规律与应力演化规律,建立了近距离煤层沿空留巷顶板力学模型,并利用结构力学理论和矿压理论计算分析出基本顶岩层在不同位态下的巷旁支护阻力计算公式,通过对比分析水力压裂断顶卸压前后巷旁支护阻力变化发现水力压裂断顶卸压大大降低了巷旁支承压力,并在91006工作面采用“水力压裂超前断顶卸压+钢管混凝土墩柱高强巷旁支护”组合技术方案开展现场工业性实验,结果显示巷道顶底板变形量稳定,整体留巷成型效果良好。 展开更多
关键词 近距离煤层 沿空留巷 顶板运动规律 断顶卸压 巷旁支护阻力
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基于深浅孔联合爆破切顶的采区轨道巷围岩控制技术研究
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作者 张建静 黄玉诚 +4 位作者 吴雪峰 王成帅 任世杰 郭亮 刘志鹏 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期67-72,共6页
针对锦程煤矿坚硬顶板工作面开采中顶板难以垮落导致的大面积悬顶、周边煤体及巷道围岩高应力大变形问题,以10-205厚硬顶板工作面为工程背景,通过理论分析与数值模拟,研究爆破切顶卸压对采区巷道围岩变形的控制技术,明确了合理的切顶关... 针对锦程煤矿坚硬顶板工作面开采中顶板难以垮落导致的大面积悬顶、周边煤体及巷道围岩高应力大变形问题,以10-205厚硬顶板工作面为工程背景,通过理论分析与数值模拟,研究爆破切顶卸压对采区巷道围岩变形的控制技术,明确了合理的切顶关键参数,并开展现场工程应用。研究结果表明:爆破切顶改变了顶板断裂位置,垮落岩块填充采空区并支撑上覆岩层结构,避免了顶板旋转下沉对采区轨道巷的强烈扰动。对于10-205工作面,最优切顶方式为深浅孔联合切顶,其中浅孔切顶高度14.7 m,深孔切顶高度22.6 m。与浅孔爆破切顶相比,该工艺使采区轨道巷顶底板相对移近量、两帮相对移近量分别降低了63%和56%,有效控制了巷道变形,切顶卸压取得了良好的护巷效果。 展开更多
关键词 切顶护巷 坚硬顶板 深浅孔爆破 切顶参数 卸压护巷 巷道支护
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遗留煤柱扰动下薄间距动压巷道压裂卸压护巷技术研究
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作者 陈学亚 张宁波 +2 位作者 刘立明 陈宝宝 付世雄 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期42-51,共10页
针对遗留煤柱扰动与薄间距岩层条件下动压巷道高应力承载引发的大变形难题,以黄家沟煤矿10102运输平巷为工程背景,建立了遗留煤柱-多状态薄层间岩层作用下的底板应力传递模型,阐述了目标巷道内不同压裂角下应力转移与煤体滑移特征,确定... 针对遗留煤柱扰动与薄间距岩层条件下动压巷道高应力承载引发的大变形难题,以黄家沟煤矿10102运输平巷为工程背景,建立了遗留煤柱-多状态薄层间岩层作用下的底板应力传递模型,阐述了目标巷道内不同压裂角下应力转移与煤体滑移特征,确定了基于应力源头和传递路径控制的压裂参数,并在现场进行压裂切顶卸压。研究表明:遗留煤柱对底板影响以垂直应力为主,其增压在采空区裂隙岩体劣化承载与碎胀岩体阻隔传载效应下形成了8+9煤底板施载区,并对10煤回采巷道产生附加应力,确定了应力集中边界线敏感角。层间岩层压裂弱化改善了切顶线下方应力环境,降低了遗留煤柱承载与采动应力向10煤煤柱传递程度,确定了等效压裂弱化宽度7.5 m。切顶角45°压裂对应层间岩层水平压裂距离12.5 m,目标巷道围岩的垂直应力、变形量及煤柱滑移程度达到最小。在现场以45°压裂角实施压裂后,压裂缝网贯通发育,有效实现了预裂切顶。顶底板与两帮变形量较常规条件分别下降了60.1%和65.5%,提高了围岩稳定性,保障了工作面高产高效。 展开更多
关键词 遗留煤柱 薄间距 动压巷道 采空区阻隔效应 切顶卸压
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千米深井中厚煤层沿空巷道切顶卸压技术研究
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作者 王金强 丁坤朋 +2 位作者 王文 王祖洸 杜浩 《煤炭工程》 北大核心 2025年第3期35-43,共9页
针对平煤十二矿千米深井小煤柱沿空巷道矿压显现剧烈的问题,在研究工作面端部覆岩结构及其力学影响、爆破切顶卸压技术特征的基础上,提出了深浅孔组合爆破方法,并在己_(15)-31040工作面进行现场应用。研究得到:基本顶断裂位置位于煤柱... 针对平煤十二矿千米深井小煤柱沿空巷道矿压显现剧烈的问题,在研究工作面端部覆岩结构及其力学影响、爆破切顶卸压技术特征的基础上,提出了深浅孔组合爆破方法,并在己_(15)-31040工作面进行现场应用。研究得到:基本顶断裂位置位于煤柱外侧且悬臂长度较小时煤柱及沿空巷道受载荷最小;提出了“深孔(装药)-浅孔(装药)-深孔(不装药)”循环布置的深浅孔组合定向控制爆破方法,在深孔和浅孔聚能爆破能量和控制孔导向作用下可实现坚硬顶板定向造缝;结合工作面地质特征和切顶技术要求,确定切顶参数为切顶高度30.7 m、切顶角度15°(偏向采空区)、深孔直径94 mm、浅孔直径55 mm、钻孔间距0.8 m、深孔孔深32.5 m、浅孔孔深15 m。现场应用效果表明,采用深浅孔组合定向控制爆破方法成缝率超过90%,巷道围岩矿压及变形均得到有效控制,为类似条件矿井安全高效开采提供借鉴和参考。 展开更多
关键词 千米深井 切顶卸压 沿空巷道 定向爆破 强矿压
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坚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度及稳定控制研究 被引量:1
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作者 陈云 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期23-31,40,共10页
坚硬顶板下沿空掘巷围岩大变形控制是目前煤炭地下安全高效开采的技术难题。目前针对厚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度确定及围岩稳定控制的研究未能充分探讨煤柱稳定性影响因素,尤其忽略了基本顶关键块B回转变形压力的传递效应。针对该问题... 坚硬顶板下沿空掘巷围岩大变形控制是目前煤炭地下安全高效开采的技术难题。目前针对厚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度确定及围岩稳定控制的研究未能充分探讨煤柱稳定性影响因素,尤其忽略了基本顶关键块B回转变形压力的传递效应。针对该问题,以利民煤矿90302工作面运输巷为工程背景,建立了厚硬顶板下煤柱宽度力学模型,推导得出煤柱合理宽度为6.93 m,考虑工程地质条件及施工因素,确定90302运输巷沿空掘巷煤柱宽度为7 m。分析了基本顶关键块B长度,直接顶稳定系数、厚度、回转角度等对煤柱稳定性的影响规律:煤柱稳定性系数随基本顶关键块B长度的增大而减小,随直接顶稳定性系数及其厚度的增大而增大,随煤层内摩擦角和黏聚力的增大而增大。建立UDEC数值计算模型,进一步分析基本顶关键块B长度对7 m煤柱变形、裂隙损伤程度及巷道破坏特征的影响规律:当基本顶关键块B长度为16 m时,90302运输巷两帮及顶板近似呈现对称变形,两帮无明显裂隙产生,围岩稳定程度高。为确保90302运输巷围岩稳定及安全使用,对基本顶关键块B采空区侧悬顶采取水压致裂切顶卸压控制技术,实际应用结果表明:巷道掘进完成28 d后围岩变形趋于稳定,回采期间顶底板移近量最大值为148 mm,两帮收敛量最大值为196 mm,确保了工作面安全高效回采。 展开更多
关键词 小煤柱沿空掘巷 坚硬顶板 煤柱宽度 围岩稳定控制 水压致裂切顶卸压 基本顶关键块
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KQL7/110矿用链臂切顶机在无煤柱煤矿开采技术中的研究与应用
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作者 谷丽东 龙新良 《中国矿业》 北大核心 2025年第1期209-216,共8页
随着煤矿开采工艺的不断进步,传统的切顶卸压无煤柱煤矿开采方法面临着安全风险高、操作复杂、效率低下等问题。为了解决这些问题,KQL7/110矿用链臂切顶机应运而生。该设备采用先进的链臂切割机构,能够实现对顶板的精准切割,有效解决了... 随着煤矿开采工艺的不断进步,传统的切顶卸压无煤柱煤矿开采方法面临着安全风险高、操作复杂、效率低下等问题。为了解决这些问题,KQL7/110矿用链臂切顶机应运而生。该设备采用先进的链臂切割机构,能够实现对顶板的精准切割,有效解决了传统预裂爆破中常见的部分预裂孔未打通成缝问题,显著提高了切顶效果和顶板垮落的规整性,从而减少了后期巷道维护的难度。此外,KQL7/110链臂切顶机配备了智能化控制系统,实现了自动化操作,大幅降低了人工参与,提高了作业的安全性和效率。在实际应用中,KQL7/110矿用链臂切顶机在42204辅运巷的切顶泄压效果显著,实现了顶板沿切缝的完全垮落,极大地提高了切顶泄压效果。与传统爆破切顶方式相比,该设备显著降低了施工成本和巷道维护量,同时提高了矿井采煤回收率,延长了矿井的开采服务年限。通过收集大量试验数据,为设备性能优化和工艺改进提供了科学依据。KQL7/110矿用链臂切顶机的成功应用标志着煤矿切顶工艺向智能化、绿色化方向发展的重要一步。未来,煤矿开采工艺将继续向智能化方向发展,注重信息技术、自动控制技术和机器人技术的融合,以实现煤矿开采的自动化、信息化和智能化。这不仅可以提高生产效率和安全性,还可以有效减少环境污染,符合绿色发展的要求。 展开更多
关键词 链臂切顶机 切顶卸压 无煤柱开采 爆破预裂 坚硬顶板
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厚煤层大采高坚硬顶板巷道大变形控制方法
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作者 王绍威 倪学宁 +3 位作者 徐敬帅 李亚运 王云峰 李亚辉 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期32-40,共9页
针对厚煤层大采高坚硬顶板围岩控制,传统留煤柱的巷道布置方式会引起巷道强矿压显现,导致巷道围岩大变形、冲击地压等破坏性问题。基于开挖理论,介绍了对应的开挖补偿理论,构建了切顶卸压与高预应力吸能相耦合的支护体系:通过定向预裂... 针对厚煤层大采高坚硬顶板围岩控制,传统留煤柱的巷道布置方式会引起巷道强矿压显现,导致巷道围岩大变形、冲击地压等破坏性问题。基于开挖理论,介绍了对应的开挖补偿理论,构建了切顶卸压与高预应力吸能相耦合的支护体系:通过定向预裂切缝切断巷道顶板与采空区顶板间的应力传递,减小巷道围岩积聚的弹性应变能;研发了NPR高预应力锚索,利用NPR高预应力锚索支护构件对巷道围岩进行控制,当煤岩体产生的荷载超过某一阈值时,支护构件通过变形吸收冲击能,削弱煤岩体积聚的能量。为满足切顶卸压无煤柱开采技术需求,提出了顶板定向切缝和矸石巷帮挡矸2项关键技术。现场工程试验结果表明,该技术卸压效果显著,切缝侧卸压比最高可达19.5%,显著减小了巷道围岩变形速率及变形量,最大围岩变形量仅为52 mm,取得了较好的围岩控制效果。 展开更多
关键词 围岩控制 开挖补偿理论 切顶卸压 NPR高预应力锚索 无煤柱开采 顶板定向切缝 矸石巷帮挡矸
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切顶留巷贯通相邻采空区覆岩破断特征研究及应用
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作者 林海飞 刘思博 +5 位作者 李树刚 双海清 田雨 罗荣卫 陈志恒 苟锐 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期152-165,共14页
为研究切顶留巷工作面覆岩裂隙演化特征,通过物理相似模拟分析了采动裂隙发育高度、离层量及应变分布规律,探讨了切顶留巷开采顶板结构演变特征及覆岩非对称断裂模式。基于虚功原理与塑性铰相关理论,给出了切顶留巷开采不同阶段顶板破... 为研究切顶留巷工作面覆岩裂隙演化特征,通过物理相似模拟分析了采动裂隙发育高度、离层量及应变分布规律,探讨了切顶留巷开采顶板结构演变特征及覆岩非对称断裂模式。基于虚功原理与塑性铰相关理论,给出了切顶留巷开采不同阶段顶板破断块体尺寸计算公式。研究结果表明:①首采工作面切顶侧垮落带裂隙较为发育;未切顶侧裂隙带裂隙较为发育。②非首采工作面贯通相邻采空区后,覆岩裂隙及离层量曲线均呈非对称分布特征,未切顶侧裂隙被压实闭合,切顶侧裂隙稳定存在;相较于未切顶侧,切顶侧离层量小0.46~8.50 mm,裂隙发育程度低。③首采工作面低位岩层初次断裂形态呈“U+Y”状,切顶侧断裂线平行于切顶方向;非首采工作面低位岩层破断呈“矩形”,高位岩层初次破断形态呈非对称“O+X”状,周期破断呈“U+Y”状,断裂迹线偏向于未切顶侧。④非首采工作面高位岩层破断步距增加,破断块体尺寸增大,单位体积内裂隙数量减少,瓦斯向上运移难度增大。⑤非首采工作面卸压瓦斯治理,需适当降低抽采钻孔布置高度;确定了切顶留巷工作面卸压瓦斯高效抽采区域,现场试验钻孔瓦斯抽采效果验证了区域划分的准确性。 展开更多
关键词 切顶留巷 采动裂隙 贯通采空区 卸压瓦斯抽采 破断形态
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神东矿区复合顶板无煤柱自成巷技术的研究及应用
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作者 白雪亮 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期146-157,共12页
针对浅埋复合顶板邻空巷道围岩变形大等难题,以哈拉沟煤矿12201工作面为研究背景,引入无煤柱自成巷技术,从沿空掘巷与无煤柱自成巷条件下邻空侧巷道顶板破断结构的力学模型差异性分析2种留巷方式对巷道围岩传递机制及围岩变形规律的影响... 针对浅埋复合顶板邻空巷道围岩变形大等难题,以哈拉沟煤矿12201工作面为研究背景,引入无煤柱自成巷技术,从沿空掘巷与无煤柱自成巷条件下邻空侧巷道顶板破断结构的力学模型差异性分析2种留巷方式对巷道围岩传递机制及围岩变形规律的影响,研究浅埋复合顶板无煤柱自成巷切顶卸压控制巷道围岩变形作用机理,采用FLAC模拟了切顶角度、高度对12201工作面采动后和接续面12202工作面超前区域2个阶段留巷变形及围岩应力的影响,得出最合理的切顶优化参数,结合现场施工效果进行验证。研究结果表明,通过分析邻空巷道侧顶板切顶条件下“短臂梁”结构与未切顶条件下“砌体梁”结构载荷传递的差异性,得出影响侧向载荷传递的关键因素为切顶高度与角度;对切顶高度、角度采用数值模拟正交试验后得出巷道切顶角度10°、切顶高度8 m时围岩应力及变形量最小,结合现场切顶施工条件得出10°/8 m切顶参数留巷后稳定性最佳,为神东矿区浅埋、含煤复合顶板大变形巷道围岩控制技术提供了理论指导。 展开更多
关键词 浅埋复合顶板 无煤柱自成巷 沿空掘巷 切顶卸压 “短臂梁” 数值模拟
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厚煤层大断面巷道切顶锚索补强支护技术研究
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作者 周文峰 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第2期121-127,共7页
针对厚煤层大断面巷道围岩变形量大的问题,以陕煤集团韩城矿业有限公司桑树坪二号井3309运输巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟与现场试验相结合的方法,提出了“爆破预裂切顶卸压+巷道锚索补强支护”(简称“切顶锚索补强支护”)技术... 针对厚煤层大断面巷道围岩变形量大的问题,以陕煤集团韩城矿业有限公司桑树坪二号井3309运输巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟与现场试验相结合的方法,提出了“爆破预裂切顶卸压+巷道锚索补强支护”(简称“切顶锚索补强支护”)技术。试验结果表明:3309运输巷煤柱帮围岩侧向支承应力呈“马鞍状”分布特征,煤柱两侧垂直应力分布不对称。采用“切顶锚索补强支护”技术方案时,顶板、煤壁帮和煤柱帮的表面平均最大收敛量对比采用原锚杆支护方案的表面平均最大收敛量均显著降低,降幅超过20%。在3309运输巷邻近工作面回采过程中,无论是原锚杆支护方案还是“切顶锚索补强支护”技术方案,巷道围岩变形均依次经历了无明显变形、缓慢变形、快速变形、再缓慢变形,并最终趋于稳定的变化过程。现场监测结果表明,采用“切顶锚索补强支护”技术方案后,大断面巷道围岩变形得到了有效控制。 展开更多
关键词 厚煤层 大断面巷道 围岩应力 切顶卸压 锚索补强支护 围岩稳定 数值模拟
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厚硬顶板悬顶致灾机理及切顶控制技术研究 被引量:4
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作者 耿铭 孙静 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第11期132-141,共10页
针对侧向厚硬悬顶下临空巷道围岩变形大、失稳风险高的问题,以大同马脊梁煤矿3810工作面运输巷为工程背景,建立了厚硬侧向悬顶力学模型,确定合理切顶位置理论值为内错煤柱3.98 m。建立UDEC数值计算模型,分析了厚硬悬顶长度、断裂位置对... 针对侧向厚硬悬顶下临空巷道围岩变形大、失稳风险高的问题,以大同马脊梁煤矿3810工作面运输巷为工程背景,建立了厚硬侧向悬顶力学模型,确定合理切顶位置理论值为内错煤柱3.98 m。建立UDEC数值计算模型,分析了厚硬悬顶长度、断裂位置对煤柱应力分布及3810运输巷围岩变形的控制效果,结果表明:降低悬顶长度、在煤柱上方合理位置断裂,能够有效降低煤柱侧向应力集中程度,减少巷道围岩的破坏范围及变形。根据分析结果,确定煤柱采空区侧厚硬悬顶进行切顶卸压控制,促使厚硬顶板及时垮落,提高采空区顶板垮落带高度,从而降低煤柱承载的载荷并为煤柱提供侧向约束,提高煤柱承载性能。提出了厚硬侧向悬顶水压致裂切顶卸压控制方案并应用于现场,结果表明:3810运输巷采取水力压裂切顶措施后,巷道围岩变形得到显著改善;切顶后巷道两帮最大值移近量为600 mm,顶板最大下沉量为277 mm;相对于未采取切顶方案的区段,巷道变形量分别降低39.6%(两帮)、31.8%(顶板),巷道有效断面能够满足矿井安全高效生产的需要。 展开更多
关键词 厚硬顶板 长壁工作面 侧向悬顶 致灾机理 煤柱应力 切顶位置 水压致裂 切顶卸压
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底板动压巷道压裂弱结构体应力转移控制技术 被引量:14
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作者 陈绍杰 刘江伟 +1 位作者 李亚康 吕华 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期106-116,共11页
为了满足煤矿安全生产的需要,许多巷道都会布置在煤层底板中,如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。采动应力容易造成底板巷道围岩应力升高,加剧底板巷道围岩变形,造成支护永久失效、顶板下沉、巷道底鼓、两帮收敛等破坏。针对此... 为了满足煤矿安全生产的需要,许多巷道都会布置在煤层底板中,如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。采动应力容易造成底板巷道围岩应力升高,加剧底板巷道围岩变形,造成支护永久失效、顶板下沉、巷道底鼓、两帮收敛等破坏。针对此,提出了在应力传递路径上实施水力压裂,在指定的区域制造出一定空间形态的水压裂缝网,形成压裂弱结构体,实现区域范围内的应力转移,从而降低巷道区域范围内的应力,控制巷道的围岩稳定性的控制技术,并通过理论分析及现场工程验证等方式,揭示了底板动压巷道压裂弱结构体应力转移的力学机制,建立了相应的力学模型,对压裂弱结构体的合理位置、范围等影响因素进行了求解。得出:(1)压裂弱结构体使局部应力场发生明显变化,出现应力升高区和应力降低区,应力降低区主要分布在弱结构体与采动应力连线的方向上,主要集中在一个拱形的范围内;由于膨胀效应,在与应力来源垂直的方向上产生应力集中,出现应力升高区。(2)最大主应力变化幅度与压裂弱结构体的长轴长L、短轴长H、到巷道的距离P、与巷道连线的水平夹角β、压裂层的强度C及内摩擦角α、压裂的损伤变量D等有关。其中到巷道的距离P对卸压效果影响最大,损伤变量D对卸压效果影响最小。(3)采用提出的计算方法设计了淮北矿业集团袁店一矿的103运输集中巷的卸压方案,工程应用结果表明,底板动压巷道变形速率明显减缓,验证了底板强动压巷道压裂弱结构体应力转移模型的合理性。 展开更多
关键词 采动应力 弱结构体 水力压裂 卸压 切顶 围岩控制
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深部高瓦斯强动压巷道切顶卸压机制及技术研究 被引量:3
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作者 肖同强 任勇辉 +4 位作者 神文龙 贾义雪 许磊 刘发义 代晓亮 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第6期126-140,共15页
深部邻空巷道面临强动压、高瓦斯的双重困扰。为解决深部邻空巷道严重变形问题,以13131巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,研究了采空区侧向上覆岩层运动特征、邻空巷道围岩变形机制以及邻空巷道切顶卸压技术参数。... 深部邻空巷道面临强动压、高瓦斯的双重困扰。为解决深部邻空巷道严重变形问题,以13131巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,研究了采空区侧向上覆岩层运动特征、邻空巷道围岩变形机制以及邻空巷道切顶卸压技术参数。结果表明:6.0m粉砂岩是上覆岩层亚关键层,弧形三角块破断导致厚硬岩层共同运动,致使侧向支承压力及其影响范围增大,造成邻空巷道严重变形;切顶卸压效果与切顶高度、切顶角度密切相关,只有当切顶高度达到关键层顶部时,才能有效降低邻空巷道变形量,超过关键层高度后,效果提升不再明显;当切顶角度为0°时,岩块传递的侧向支承压力最小,切顶角度由0°增加至10°时,邻空巷道变形量呈轻微上升趋势,由10°增加至20°时,邻空巷道变形量大幅增大。基于切顶关键技术参数及顶板瓦斯抽放钻孔空间分布特征,提出了“预留超前安全距离+留设抽放钻孔保护距离+封孔长度差异化+瓦斯监测与安全保障”爆破切顶技术方案,并开展了现场试验,有效控制了邻空巷道变形量,保证了顶板钻孔瓦斯抽采效果。 展开更多
关键词 深部巷道 围岩控制 覆岩运动 切顶卸压 瓦斯抽采
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沿空留巷密集钻孔切顶机理及关键参数确定方法 被引量:11
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作者 刘少伟 李小鹏 +3 位作者 朱雯清 付孟雄 张定山 彭博 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期23-33,共11页
为实现密集钻孔切顶条件下沿空留巷顶板结构安全稳定,研究正常情况与密集钻孔条件下顶板岩层结构受力状况,基于岩石断裂理论和弹性理论分析回采前后顶板密集钻孔孔间围岩受力分布及其破断过程,明确密集钻孔切顶机理及相邻钻孔的孔间集... 为实现密集钻孔切顶条件下沿空留巷顶板结构安全稳定,研究正常情况与密集钻孔条件下顶板岩层结构受力状况,基于岩石断裂理论和弹性理论分析回采前后顶板密集钻孔孔间围岩受力分布及其破断过程,明确密集钻孔切顶机理及相邻钻孔的孔间集中应力相互作用机制,推导工作面端头弧形三角板结构巷道侧边界密集钻孔孔间围岩的拉剪应力计算公式。在此基础上,分析不同参数对孔间围岩所受拉剪应力的影响作用,提出沿空留巷密集钻孔切顶关键参数确定方法。研究表明:密集钻孔主要通过回采前后钻孔周围应力条件改变来增加钻孔围岩拉剪应力集中程度,引起孔间裂隙扩张联通,形成切缝线破断关键岩层。回采前钻孔主要受水平挤压应力影响,回采后钻孔受力逐渐转变为采空区顶板回转下沉产生的拉剪应力为主,钻孔孔间围岩状态随之由孔间围岩弱化阶段过渡到孔壁裂纹成形阶段,再转变为孔间围岩破断阶段。密集钻孔孔间围岩所受拉剪应力大小主要取决于关键岩层厚度及钻孔孔径与孔间距之比,与钻孔高度及间距成负相关,与角度及直径正相关。据此提出了密集钻孔关键参数确定方法,并根据龙滩矿3124 N工作面坚硬顶板条件设计了密集钻孔切顶留巷方案,确定钻孔长度为8.3 m,角度为15°,钻孔直径为48 mm,间距为500 mm。留巷后巷道顶帮变形可控且整体稳定性较好,由此可证明密集钻孔布置参数较为合理,密集钻孔关键参数确定方法有效可行。 展开更多
关键词 沿空留巷 切顶留巷 密集钻孔 弧形三角板 孔间应力集中
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