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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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Research on fracture characteristics and support mechanism of shallow buried double-soft composite roof
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作者 ZHANG Wei ZHANG Chun-wang +2 位作者 GUO Wei-yao ZHANG Bao-liang LIU Wan-rong 《Journal of Central South University》 2025年第5期1838-1854,共17页
Affected by the geological characteristics of coal bearing strata in western mining areas of China,the double soft composite roof has low strength and poor integrity,which is prone to induce disasters such as large de... Affected by the geological characteristics of coal bearing strata in western mining areas of China,the double soft composite roof has low strength and poor integrity,which is prone to induce disasters such as large deformation and roof collapse.Four-point bending tests were conducted on anchored double-layer rock beams with different pre tightening force and upper/lower rock strength ratios(Ⅰ/Ⅱ)based on the digital speckle correlation method(DSCM).The research results indicate that the instability process of anchored roof can be divided into stages of elastic deformation,crack propagation,alternating fracture,and failure collapse.The proportion of crack propagation and alternating fracture processes increased with the increase of pre-tightening force and Ⅰ/Ⅱ.The pre-tightening force can suppress the sliding of the upper/lower rock interface,and delay the initiation and propagation of cracks.As Ⅰ/Ⅱ increases,the failure mode changes from tensile failure steel strip to shear failure anchor rod.Steel strip can improve the continued bearing effect of anchored roof during crack propagation and alternating fracture processes. 展开更多
关键词 double-soft composite roof anchored composite beams anchored rock fracture pre-tightening force crack propagation
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A new theory for determining large deformation area of roof at intersection and verification analysis
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作者 WU Yi-yi GAO Yu-bing +2 位作者 MA Xiang ZHANG Xing-xing HE Man-chao 《Journal of Central South University》 2025年第2期656-677,共22页
The intersection is a widely used traffic line structure from the shallow tunnel to the deep roadway,and determining the subsidence hidden danger area of the roof is the key to its stability control.However,applying t... The intersection is a widely used traffic line structure from the shallow tunnel to the deep roadway,and determining the subsidence hidden danger area of the roof is the key to its stability control.However,applying traditional maximum equivalent span beam(MESB)theory to determine deformation range,peak point,and angle influence poses a challenge.Considering the overall structure of the intersection roof,the maximum equivalent triangular plate(METP)theory is proposed,and its geometric parameter calculation formula and deflection calculation formula are obtained.The application of the two theories in 18 models with different intersection angles,roadway types,and surrounding rock lithology is verified by numerical analysis.The results show that:1)The METP structure of the intersection roof established by the simulation results of each model successfully determined the location of the roof’s high displacement zone;2)The area comparison method of the METP theory can be reasonably explained:①The roof subsidence of the intersection decreases with the increase of the intersection angle;②The roof subsidence at the intersection of different roadway types has a rectangular type>arch type>circular type;③The roof subsidence of the intersection with weak surrounding rock is significantly larger than that of the intersection with hard surrounding rock.According to the application results of the two theories,the four advantages of the METP theory are compared and clarified in the basic assumptions,mechanical models,main viewpoints,and mechanism analysis.The large deformation inducement of the intersection roof is then explored.The J 2 peak area of the roof drives the large deformation of the area,the peak point of which is consistent with the center of gravity position of the METP.Furthermore,the change in the range of this peak is consistent with the change law of the METP’s area.Hence,this theory clarifies the large deformation area of the intersection roof,which provides a clear guiding basis for its initial support design,mid-term monitoring,and late local reinforcement. 展开更多
关键词 roadway intersection roof deformation equivalent span theory triangular plate structure numerical analysis stress partial tensor
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Ground response and failure mechanism of gob-side entry by roof cutting with hard main roof 被引量:1
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作者 ZHU Heng-zhong XU Lei WEN Zhi-jie 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期2488-2512,共25页
This study is the result of long-term efforts of the authors’team to assess ground response of gob-side entry by roof cutting(GSERC)with hard main roof,aiming at scientific control for GSERC deformation.A comprehensi... This study is the result of long-term efforts of the authors’team to assess ground response of gob-side entry by roof cutting(GSERC)with hard main roof,aiming at scientific control for GSERC deformation.A comprehensive field measurement program was conducted to determine entry deformation,roof fracture zone,and anchor bolt(cable)loading.The results indicate that GSERC deformation presents asymmetric characteristics.The maximum convergence near roof cutting side is 458 mm during the primary use process and 1120 mm during the secondary reuse process.The entry deformation is closely associated with the primary development stage,primary use stage,and secondary reuse stage.The key block movement of roof cutting structure,a complex stress environment,and a mismatch in the supporting design scheme are the failure mechanism of GSERC.A controlling ideology for mining states,including regional and stage divisions,was proposed.Both dynamic and permanent support schemes have been implemented in the field.Engineering practice results indicate that the new support scheme can efficiently ensure long-term entry safety and could be a reliable approach for other engineering practices. 展开更多
关键词 gob-side entry by roof cutting ground response failure mechanism following mining states control hard main roof
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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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Deformation mechanism and roof pre-splitting control technology of gob-side entry in thick hard main roof full-mechanized longwall caving panel
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作者 WANG Hao-sen HE Man-chao +6 位作者 WANG Jiong YANG Gang MAZi-min MING Can WANG Rui FENG Zeng-chao ZHANG Wen-jie 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第9期3206-3224,共19页
This paper explores the deformation mechanism and control technology of roof pre-splitting for gob-side entries in hard roof full-mechanized longwall caving panel(LTCC).The investigation utilizes a comprehensive appro... This paper explores the deformation mechanism and control technology of roof pre-splitting for gob-side entries in hard roof full-mechanized longwall caving panel(LTCC).The investigation utilizes a comprehensive approach that integrates field monitoring,theoretical analysis,and numerical simulation.Theoretical analysis has illuminated the influence of the length of the lateral cantilever beam of the main roof(LCBM)above the roadway on the stability of the gob-side entry behind the panel.Numerical simulations have further revealed that the longer LCBM results in heightened vertical stress within the coal pillar,developed cracks around the roadway,and more pronounced damage to the roadway.Moreover,numerical simulations also demonstrate the potential of roof pre-splitting technology in optimizing the fracture position of the hard roof.This technology significantly reduces the length of the LCBM,thereby alleviating stress concentration in the coal pillars and integrated coal rib while minimizing the destruction of the gob-side entry.Therefore,this manuscript first proposes the use of roof pre-splitting technology to control roadway deformation,and automatically retain the entry within a hard roof LTCC panel.Field implementation has demonstrated that the proposed automatically retained entry by roof pre-splitting technology effectively reduces gob-side entry deformation and achieves automatically retained entry. 展开更多
关键词 deformation mechanism hard roof gob-side entry cantilever beam roof pre-spliting
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基于透明水文地质模型的工作面顶板水害预警研究 被引量:2
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作者 连会青 晏涛 +4 位作者 尹尚先 徐斌 康佳 周旺 闫国成 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期259-271,共13页
我国西部矿区因地质条件复杂,煤层顶板水害问题日渐突出,传统水害预警手段难以有效应对这一挑战。为解决水害预警中指标选取、预警方法及标准构建等核心问题,系统开展了顶板水害预警的基础理论研究、关键技术分析及智能化平台建设工作... 我国西部矿区因地质条件复杂,煤层顶板水害问题日渐突出,传统水害预警手段难以有效应对这一挑战。为解决水害预警中指标选取、预警方法及标准构建等核心问题,系统开展了顶板水害预警的基础理论研究、关键技术分析及智能化平台建设工作。首先,在传统透明地质模型基础上提出了透明水文地质模型的概念,引入动态更新功能并明确其设计实现思路;其次,基于顶板水害发育“3阶段”机理分析,提出指标选择应遵循约束性、独立性和持续性“3原则”,确定了地表水特征、含水层结构及性质、隔水层结构及性质、采动影响围岩运移特征及水文要素动态变化特性5大类主要影响因素,共从中提取出14项可量化指标构成顶板水害预警指标体系;根据已有事故案例、现场水文观测数据变化规律和相关标准规范,提出由4个预警指标参与的智能水害预警方法,划分出4个等级的预警级别、标准和应对措施;以透明水文地质模型为逻辑底层,内嵌预警指标、方法、标准和多态接口,集成开发了具备3个层级、6个核心功能的顶板水害智能化预警平台,该平台通过触发器和轮询的混合预警机制,实现了多指标综合评价与预警;最后,平台在西部某煤矿进行了为期1 a的示范应用,期间成功发出15次预警信息,其中10次为监测设备异常预警,5次为水害信息预警,所有预警均提前采取了有效应对措施。结果表明:该平台的应用验证了预警指标、方法、标准和平台的有效性与适用性。未来的研究可进一步优化预警模型和数据分析方法,以提升平台的预警精度和响应速度。 展开更多
关键词 透明水文地质模型 顶板水害 预警指标体系 预警方法 智能化预警平台
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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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煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术研究进展、关键科学问题与展望 被引量:3
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作者 杨科 张寨男 +5 位作者 华心祝 刘文杰 吕鑫 池小楼 王长城 李彩青 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期944-964,共21页
煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤... 煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采全生命周期开发研究进展,构建了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采关键科学问题的总体研究框架,并概述了其未来发展方向。结果表明:煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展受地质因素、施工参数和物性参数等影响变得极其复杂,综合评价裂缝扩展多因素影响下的主次关系,揭示多因素影响下的煤层顶板压裂裂缝扩展机理是亟待解决的问题。探寻应力、水、温度与煤体因素耦合对煤层瓦斯吸附、解吸与运移的促进与抑制作用的临界关系,建立多因素临界指标下的煤层瓦斯吸附与解吸最优模型,是实现煤层瓦斯高效排采的关键。目前,煤层顶板压裂遗留水在污染水源、抑制瓦斯排采和危险性聚集方面的研究不足,且缺乏“中国化”的管理经验和技术支撑。以煤层顶板压裂工程全生命周期开发思路为导向,分析了其高耗水性、压裂液选择及潜在污染、支撑剂合理选择、空气污染和地震风险等人文环境问题,提出了与之相对应的政策法规制定思路。实现复杂环境中多裂缝竞争扩展实时精准监测,揭示多因素影响下煤层顶板分段压裂与跨界面裂缝扩展机理,构建煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展有效影响半径评价模型,探究三向应力与煤体结构双重异性条件下水气运移规律,实现煤层顶板水平井压裂水气聚合潜在危险区超前探测,建立煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采效果的精细化评价模型是目前亟待解决的关键科学问题。最后对煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术的精准化、协调化、智能化、综合化和示范化发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 顶板水平井 全生命周期 卸压效果 水气运移 潜在危险区 排采效果
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硬厚难垮顶板工作面矿压显现特征及顶板灾害防治技术
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作者 徐刚 张震 +6 位作者 李正杰 冯彦军 张春会 薛吉胜 刘前进 蔺星宇 马镕山 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期27-42,共16页
硬厚难垮顶板工作面开采期间矿压显现异常强烈,该类型顶板灾害的防控一直是困扰我国工作面安全高效生产的难题。基于顶板灾害案例分析,梳理了我国硬厚难垮顶板类型及致灾特点,开展了硬厚难垮顶板工作面强动载矿压发生机理及影响因素研究... 硬厚难垮顶板工作面开采期间矿压显现异常强烈,该类型顶板灾害的防控一直是困扰我国工作面安全高效生产的难题。基于顶板灾害案例分析,梳理了我国硬厚难垮顶板类型及致灾特点,开展了硬厚难垮顶板工作面强动载矿压发生机理及影响因素研究,从预先设计、采前弱化和采中监测预警3个阶段提出了针对性的防控手段,并进行了实践应用。研究表明:硬厚难垮顶板具有强度高、厚度大、整体性强的特点,可分为抗压强度高的厚顶板、整体性较好的厚顶板及基本顶直覆顶板3类;硬厚难垮顶板大面积瞬时垮落多伴随工作面强来压、飓风等现象,易造成设备损坏、瓦斯超限或爆炸,危及人身安全;硬厚难垮顶板存在2种诱发工作面强矿压的顶板破断形式,一是顶板长悬顶状态下弯曲下沉,发生架后断裂,二是长悬顶顶板在煤壁前方超前断裂产生快速回转;硬厚难垮顶板采场矿压符合Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ分区支承模型运动形式,顶板厚度大、抗拉强度高、周期垮落步距长,断裂时更易引起煤壁处下沉量增大,支架显著增阻,此即为硬厚难垮顶板工作面矿压显现强烈的原因。基于以上分析,提出顶板弱化与矿压监测相结合的顶板灾害防治方法,在预先探明覆岩赋存特征、合理支架选型条件下,采用微震监测确定压裂目标层,基于矿压监测评价工作面支护-卸压效果,该方法在曹家滩煤矿10 m超大采高工作面得以成功应用,开采期间工作面初次来压步距由100m以上减小至49.35m,4次方以上微震大能量事件占比仅1.2%,取得了较好的防控效果。 展开更多
关键词 硬厚难垮顶板 顶板灾害防治 强矿压发生机理 分区支承模型 区域压裂
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矿山顶板灾害地声监测预警与防控
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作者 董陇军 郝晨良 +4 位作者 孙道元 张义涵 闫先航 王加闯 裴重伟 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期1-27,共27页
随着矿山开采深度的不断增加,顶板稳定性问题及失稳灾害风险增大,对矿山顶板健康状态的诊断、监测预警和灾害防控显得尤为重要。系统总结了团队多年来的研究成果及进展,建立了采矿活动引起的多类多震源全自动识别理论,提出了多中段、多... 随着矿山开采深度的不断增加,顶板稳定性问题及失稳灾害风险增大,对矿山顶板健康状态的诊断、监测预警和灾害防控显得尤为重要。系统总结了团队多年来的研究成果及进展,建立了采矿活动引起的多类多震源全自动识别理论,提出了多中段、多采场复杂开采环境中无需预先测速的震源定位理论与方法,建立了变“噪”为“用”的波速场反演快速成像方法,自主研发了地声智能感知监测传感器、采集仪与数据动态处理系统,开发了协同数据感知-信息处理-智能预警为一体的地声智能感知与微震监测全套技术装备。在此基础上,建立了矿山顶板岩体失稳的多指标联合预警理论与方法,构建了基于岩体损伤与围岩体动态响应的分区支护防控方法,相关技术与装备在国内20余个矿山进行了应用,多次成功预警了矿山顶板垮塌等灾害,为设备与人员快速安全撤离争取了宝贵时间。研究成果提升了顶板健康监测与失稳灾害防控的整体效能,为深部矿山的安全高效开采提供了理论支撑和技术手段。 展开更多
关键词 矿山 顶板灾害 地声监测 监测预警 灾害防控
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船舶钢结构舱室燃油火灾温升及安全防护研究 被引量:1
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作者 王馨 武红梅 +3 位作者 姚圣姿 陈慧玺 张宇伦 王耀斌 《船海工程》 北大核心 2025年第2期12-18,共7页
通过搭建全尺度高大舱室和普通舱室火灾实验平台,设置热电偶串采集温度数据,并开展了多工况试验,在利用集总热容法建立热平衡方程后根据试验结果验证了顶棚钢结构温升模型,其计算值与实验值最大误差不超过20%;采用FDS软件建立仿真模型,... 通过搭建全尺度高大舱室和普通舱室火灾实验平台,设置热电偶串采集温度数据,并开展了多工况试验,在利用集总热容法建立热平衡方程后根据试验结果验证了顶棚钢结构温升模型,其计算值与实验值最大误差不超过20%;采用FDS软件建立仿真模型,对比试验与仿真结果,发现FDS模拟能较好重现火灾过程,相对误差在20%以内;此外研究硅酸钙板隔热特性,发现硅酸钙板受火时能保持完整,且在高大舱室中8 mm硅酸钙板防护效果好,普通舱室中30 mm硅酸钙板防护效果佳。该研究可为船舶防火设计中板材厚度选择提供参考,并有助于提升船舶防火能力。 展开更多
关键词 舱室火灾 全尺度实验 FDS数值模拟 顶棚钢结构温度 热防护材料
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基于运动姿态感知的综放支架主动控顶空间研究 被引量:1
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作者 曾庆良 雷小万 +3 位作者 孟昭胜 万丽荣 班新亮 胡雨龙 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期645-660,共16页
综放支架是综放采场关键支护与主动放煤装置,其主动触支顶煤行为可有效引导顶煤智能有序破碎。为开展支架主动扰控顶煤理论及相关研究,明确综放支架对顶煤的主动触支工作空间,提出一种综放支架各部件相对空间姿态及绝对空间位姿动态感... 综放支架是综放采场关键支护与主动放煤装置,其主动触支顶煤行为可有效引导顶煤智能有序破碎。为开展支架主动扰控顶煤理论及相关研究,明确综放支架对顶煤的主动触支工作空间,提出一种综放支架各部件相对空间姿态及绝对空间位姿动态感知方法,以期提升综放支架对顶煤碎放过程可控性。首先,借助Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了综放支架空间姿态数学模型,分析得到支架顶梁和放煤机构在各关节节点坐标系与本体坐标系下坐标,明确了综放支架各关键部件之间的相对姿态及运动耦合关系;在此基础上建立了综放工作面全局感知模型并求解得到了支架的绝对空间位姿数据,获得了工作面顶板、底板倾角对综放支架空间支护姿态影响。其次,提出并计算了综放支架顶梁触支空间和放煤机构支护空间分布模型,获得了综放支架对顶煤的主动调控范围,同时使用初值优选的Levenberg-Marquardt(L-M)优化算法探究支架主动触顶姿态的调控方法与立柱的有效驱动行程。最后,搭建了支架姿态数据采集系统,依托山东省菏泽市赵楼煤矿7303综放工作面获取了支架运动过程中真实空间姿态参数数据,对比理论解算数据与传感器实测数据,验证了该空间位姿测量方法的可行性与准确性。结果表明,使用该方法解算的顶梁姿态与传感器测量结果重合率达98.26%,为进一步提高支架的空间位姿感知技术提供了研究思路。 展开更多
关键词 智能综放开采 综放支架 触支空间 顶煤调控 触顶姿态
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高位巷控制爆破切槽放顶关键参数设计及矿压运移模拟
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作者 李俊平 管婷婷 王海泉 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第2期488-497,共10页
矿震与冲击地压是采矿领域亟待解决的热点、难点和瓶颈问题。为了有效控制深部煤炭开采诱发的矿震与冲击地压,特发明高位巷控制爆破切槽放顶技术。采用薄板塑性极限承载分析法计算关键层的破断块体尺寸,进而提出高位巷切槽放顶位置的设... 矿震与冲击地压是采矿领域亟待解决的热点、难点和瓶颈问题。为了有效控制深部煤炭开采诱发的矿震与冲击地压,特发明高位巷控制爆破切槽放顶技术。采用薄板塑性极限承载分析法计算关键层的破断块体尺寸,进而提出高位巷切槽放顶位置的设计方法;依据切顶卸压理论设计高位巷顶板的切槽放顶钻孔深度;利用数值模拟优选切槽放顶宽度,分析切槽放顶前后矿压运移规律。结果表明:依据顶板断裂后形成的三角板尺寸设计切槽放顶位置有利于覆岩充分冒落并及时接顶,随切槽放顶宽度增大切顶矸石坝的承载能力增大,但采空区高达10 m时优选的切槽放顶宽度为20 m;随工作面沿走向不断推进,放顶前下巷煤柱支承压力峰值不断增加,上巷则微弱增大,但切槽放顶后沿倾向两侧煤柱的支承压力峰值均明显降低,最大降低幅度为4.06 MPa,位于下巷煤柱,并向煤壁深处转移约30 m;随工作面沿走向不断推进,工作面和开切眼支承压力峰值不断增大,但放顶后峰值支承压力略降低;切槽放顶后,尽管越靠近采空区顶板的下沉值较放顶前越大,但采空区顶板上超过120 m时覆岩位移小于放顶前。 展开更多
关键词 安全工程 矿山安全 切顶卸压 切槽放顶 薄板塑性极限承载分析法 切槽放顶位置 切槽放顶宽度 数值模拟
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极软厚煤层切顶卸压沿空留巷主动超前支护技术研究 被引量:3
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作者 张盛 徐瑞泽 +5 位作者 刘佳伟 朱让河 马强 王高尚 张帆 赵龙刚 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期83-93,共11页
目的切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛,但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时,存在帮部煤体松软、巷道高度大,传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题,需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法以梁北矿3... 目的切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛,但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时,存在帮部煤体松软、巷道高度大,传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题,需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法以梁北矿32021机巷为工程背景,建立预裂切顶前后的巷道超前段围岩稳定性力学模型,分析切顶卸压前后留巷超前段顶板受力特征和变形规律,揭示受预裂切顶影响的超前段巷道围岩变形机理;采用FALC3D数值软件模拟分析定向爆破切顶条件下回采巷道的应力分布特征;提出主动式锚索梁协同锚固方案,设计超前主动支护参数,并进行现场应用。结果结果表明,预裂切顶能有效切断顶板之间的应力传递,使留巷超前段顶板围岩处于应力降低区,切顶后工作面与留巷交界处悬顶面积减小;经数值模拟验证,所给出的锚网索梁锚固方案在主动支护后能够有效控制巷道超前阶段围岩变形,并有利于保持留巷的长期稳定;主动超前支护现场应用后,巷道顶底板移近量最大不超过80 mm,顶板变形量减小了35%,且能够最大程度保持巷道顶板的完整性。结论提出的主动式超前支护技术能够解决空间狭小、劳动强度大和顶板被反复支撑破坏等问题,对于类似矿井条件下沿空留巷的超前支护有重要的参考价值。 展开更多
关键词 极软厚煤层 超前支承压力 主动超前支护技术 切顶卸压沿空留巷
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特厚煤层坚硬顶板多场耦合致灾机理及协同控制技术
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作者 于斌 王希廷 +4 位作者 邰阳 卢国志 夏彬伟 匡铁军 霍丙杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期1-16,共16页
针对特厚煤层综放开采过程中坚硬顶板大跨度破断诱发的强矿压、瓦斯等多重灾害耦合难题,通过理论分析、试验研究与工程实践相结合,系统揭示了坚硬顶板多场耦合致灾机理,提出了远近场协同控制技术及特厚煤层坚硬顶板-瓦斯协同控制技术。... 针对特厚煤层综放开采过程中坚硬顶板大跨度破断诱发的强矿压、瓦斯等多重灾害耦合难题,通过理论分析、试验研究与工程实践相结合,系统揭示了坚硬顶板多场耦合致灾机理,提出了远近场协同控制技术及特厚煤层坚硬顶板-瓦斯协同控制技术。基于不同应力路径力学试验,阐明了阶梯循环动载下煤岩强度弱化与裂隙动态扩展规律,揭示了坚硬顶板覆岩采动裂隙“三带”递进演化特征及其分形维数“S”形增长模式。通过构建“应力-损伤-渗流”多场耦合模型,探明了采动裂隙网络内瓦斯运移与孔隙率动态响应的非线性关联,提出了煤体变形与瓦斯渗流耦合控制方程。创新性研发链臂锯切顶定向弱化技术与地面水力压裂远场预裂技术,形成了特厚煤层坚硬顶板-瓦斯协同控制技术,破解了传统单一灾害治理效率低的技术瓶颈。通过塔山煤矿现场实践表明:地面压裂后支架最大工作阻力降低16.9%,周期来压步距缩短15%;通过“一井双控”技术实现顶板弱化与瓦斯抽采协同调控,工作面推进至超过钻孔50~100m后,地面钻孔抽采效果逐渐减弱。地面垂直立孔配合地面水平压裂井抽采瓦斯,可有效解决8204工作面瓦斯问题,将工作面回风流瓦斯浓度控制在安全范围以内。 展开更多
关键词 特厚煤层 坚硬顶板 地面压裂 多场耦合 协同控制
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冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采降载防冲机理及应用
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作者 王家臣 王兆会 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期12-22,共11页
坚硬顶板是导致强矿压甚至冲击地压的重要因素,充填开采则是控制坚硬顶板运动模式的有效手段。为分析冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采的降载防冲效果,以古城煤矿1123工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算和现场实测手段研究坚... 坚硬顶板是导致强矿压甚至冲击地压的重要因素,充填开采则是控制坚硬顶板运动模式的有效手段。为分析冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采的降载防冲效果,以古城煤矿1123工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算和现场实测手段研究坚硬顶板破断致冲条件、充填体支撑下坚硬顶板运动特征及其降载防冲机理。结果表明:坚硬顶板动力破断条件为弹性区能量释放率高于塑形区能量耗散率,提出了动载冲击力计算方法,给出了动载荷和静态应力场组合作用下,冲击地压灾害发生原理;构建了充填体支撑作用下坚硬顶板沉降模型,得到了坚硬顶板沉降曲线,充填率是控制坚硬顶板沉降模式的关键因素;充填率提升至90%,坚硬顶板转变为连续沉降模式,构建了坚硬顶板连续沉降条件下支架围岩相互作用模型,提出了支架阻力计算方法,揭示了充填开采降载防冲机理;将充填开采降载防冲技术应用于1123工作面,提出了“三位一体”充填率提升技术,微震监测和顶板下沉量检测结果表明降载防冲效果良好,围岩控制效果显著提升。 展开更多
关键词 充填开采 冲击地压 坚硬顶板 充填率 支架载荷
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隧道超前长管棚力学响应特性研究与工程应用
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作者 崔凌岳 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期120-131,共12页
为研究隧道超前长管棚的承载机制和结构响应,考虑管棚搭接和两端支承条件的影响,建立超前长管棚力学响应理论模型,基于有限差分原理给出管棚不同位置挠度的计算方法。利用所建模型分析不同管棚直径、不同开挖步距和考虑管棚搭接对管棚... 为研究隧道超前长管棚的承载机制和结构响应,考虑管棚搭接和两端支承条件的影响,建立超前长管棚力学响应理论模型,基于有限差分原理给出管棚不同位置挠度的计算方法。利用所建模型分析不同管棚直径、不同开挖步距和考虑管棚搭接对管棚挠度变化的影响规律。以厦门第二西通道海沧隧道为工程背景,对该隧道合理开挖步距进行优选。计算结果表明:1)所建模型相较于现场试验结果的最大误差仅为8.14%;相较于不考虑管棚搭接的悬臂梁模型,考虑管棚搭接可以消除管棚挠度不合理上拱的现象。2)随着管棚直径不断增大,管棚最大挠度逐渐降低,但降低效果逐渐减弱。3)海沧隧道开挖步距为1.2 m时,相较于无管棚时拱顶挠度降低67.35%,并调整初期支护最大主应力至更加均匀的状态。 展开更多
关键词 隧道工程 超前长管棚 荷载空间效应 管棚承载机制 工程应用
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基于低位覆岩结构力学解析的特厚煤层大采高综放工作面支架工作阻力计算方法
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作者 郭军 王子 +9 位作者 冯国瑞 段宏飞 白锦文 李丽绒 文晓泽 皇文博 张洁 杨龙龙 刘全 张家豪 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期98-111,共14页
为探究特厚煤层对超大采高综放工作面液压支架的压架机理和工作阻力计算方法,以大同矿区塔山井田为背景,通过相似模拟试验和理论分析研究了特厚煤层大采高综放采场上覆岩层结构特征及其演化规律,建立了上覆岩层“组合简支梁”和“砌体... 为探究特厚煤层对超大采高综放工作面液压支架的压架机理和工作阻力计算方法,以大同矿区塔山井田为背景,通过相似模拟试验和理论分析研究了特厚煤层大采高综放采场上覆岩层结构特征及其演化规律,建立了上覆岩层“组合简支梁”和“砌体梁”的结构模型,并对其进行了力学解析,研究结果表明:特厚煤层综放开采空间大,覆岩受影响范围广,上覆岩层存在多层厚硬岩层时,在高位易形成砌体梁结构,低位岩层形成“组合悬臂梁”结构,随着工作面推进,该结构先后经历了“回转—分离—反向回转—滑落”的运动过程。组合悬臂梁发生破断后向采空区一侧发生回转并对液压支架产生变形压力,随后“组合悬臂梁”结构发生滑动分离,形成“组合简支梁”结构,并将上覆岩层的荷载通过顶煤传递至工作面液压支架,当荷载大于支架工作阻力时易引发压架事故。通过力学分析,获得了“组合简支梁”结构任意层位岩层煤壁侧支撑力的表达式,并依次迭代获得该结构作用于支架上方顶煤处的压力,提出了低位“组合简支梁”结构作用下的特厚煤层超大采高综放工作面液压支架工作阻力的计算方法。其中“组合简支梁”结构作用于液压支架上的荷载由结构中各岩梁的厚度、长度、破断角和回转角决定。上述研究结果为进一步分析特厚煤层超大采高综放开采工作面支架围岩关系这一矿压控制的核心问题提供理论依据,对特厚煤层智能化超大采高开采设备的选型和自动控制有一定借鉴意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 超大采高 覆岩结构 相似模拟 工作阻力
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超高工作面上覆厚硬岩组破断运动规律与多重动载产生机理
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作者 王家臣 王兆会 +4 位作者 孙文超 李猛 张鑫 李家龙 侯东鑫 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1876-1893,共18页
大采高开采技术具有高产、高效、高采出率等优点,成为榆神矿区厚煤层开采的技术首选。大采高工作面采出空间和装备功率成倍增加,采动效应急剧增强,特别是超大采高与厚硬顶板并存条件下,强矿压现象频发,威胁生产安全。为提升超高工作面... 大采高开采技术具有高产、高效、高采出率等优点,成为榆神矿区厚煤层开采的技术首选。大采高工作面采出空间和装备功率成倍增加,采动效应急剧增强,特别是超大采高与厚硬顶板并存条件下,强矿压现象频发,威胁生产安全。为提升超高工作面围岩控制效果,以曹家滩122104工作面为工程背景,采用现场实测、室内试验、理论分析等手段研究了10 m超大采高工作面厚硬顶板破断运动规律与支架载荷演化特征,探究强矿压产生机理及控制方法。结果表明:大采出空间、高推进速度、多厚硬岩组导致超高工作面液压支架具有“急增阻、高静载、多重动载、高频循环载荷”等承载特征,工况劣化导致顶板载荷快速向超高煤壁转移,引发坚硬煤壁板式劈裂破坏;超大采高导致工作面上覆3个厚硬岩组进入液压支架工况影响区,厚硬岩组呈现小变形破断模式,破断前以弹性变形为主,组内岩层无离层现象,破断后裂隙发育速度快,能量释放率高,破断岩块可形成错位岩梁平衡结构;得到了支架顶梁载荷三维分布曲面及其同顶板结构的协同演化特征,厚硬顶板破断前支架载荷小,分布于立柱支撑区,破断后支架快速增阻进入满负荷状态,多组硬岩破断导致液压支架承受多重动载冲击效应,顶梁载荷偏离立柱支撑区,引发异常支架工况;构建了考虑层间剪力的厚硬顶板短梁结构模型,其内部拉应力降低,剪应力升高,揭示了厚硬顶板小变形沉降原理和拉剪混合破断机理;得到了直覆厚硬顶板破断前后弹性应变能分布特征,给出了厚硬顶板动力破断和应变能释放条件,厚硬顶板弹性小变形破断特征决定了应变能以瞬间释放为主,向破断岩块动能的转换率达到21%,提出了动载冲击力计算方法,厚硬顶板高能量释放率和破断岩块下位大自由空间是超高工作面多重动载产生的直接原因;超前区域压裂后,厚硬岩组由弹性小变形向塑形大变形破断模式转变,高塑性耗散功与高劣化程度降低了动载冲击强度,提升了超高工作面围岩控制效果。 展开更多
关键词 超大采高 厚硬顶板 破断机理 支架阻力 多重动载
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