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深部煤炭资源采选充绿色化开采理论与技术 被引量：139
1
作者 张吉雄 张强 +3 位作者 巨峰 周楠 李猛 孙强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期377-389,共13页
深部煤炭资源开采已势在必行,但面临更加复杂的开采环境、更加危险的开采扰动诱导潜在灾变过程。结合深部煤炭开采"四高一扰动"的挑战与充填开采在岩层控制等方面的技术优势,总结分析了深部充填开采面临的五大技术难题,提出... 深部煤炭资源开采已势在必行,但面临更加复杂的开采环境、更加危险的开采扰动诱导潜在灾变过程。结合深部煤炭开采"四高一扰动"的挑战与充填开采在岩层控制等方面的技术优势,总结分析了深部充填开采面临的五大技术难题,提出深部煤炭资源采选充绿色化开采构想,即直接在井下构建煤炭开采、煤矸分选与矸石就地充填一体化生产系统,形成深部煤炭采选抽充防协同生产模式,实现深部煤炭及伴生资源的安全高效及绿色开采。该构想的初步技术体系已基本形成,并在平煤集团十二矿、开滦集团唐山矿等深部矿井建立了示范工程或基地。后续将继续深入开展深部充填开采岩层控制等6个基础理论方面的研究工作,创新采选充绿色化系统布置、自动化充填、物料大流量输送、煤矸智能分选等7项关键技术,形成深部煤炭资源采选充绿色化开采的系列理论与技术体系,为实现深部资源绿色化开采提供可靠基础。 展开更多
关键词 深部资源 充填开采 采选充 岩层控制 绿色化开采
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我国西北煤炭开采中的水资源保护基础理论研究进展 被引量：115
2
作者 张东升 李文平 +2 位作者 来兴平 范钢伟 刘卫群 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期36-43,共8页
围绕西北煤炭开采中水资源保护基础理论研究中的关键科学问题,介绍了西北煤田地层结构特征、采动覆岩结构与隔水层稳定性时空演变规律和水资源保护性采煤机理与控制理论等方面的研究进展情况。构建了西北矿区不同生态地质环境类型生态-... 围绕西北煤炭开采中水资源保护基础理论研究中的关键科学问题,介绍了西北煤田地层结构特征、采动覆岩结构与隔水层稳定性时空演变规律和水资源保护性采煤机理与控制理论等方面的研究进展情况。构建了西北矿区不同生态地质环境类型生态-水-煤系地层空间赋存结构模型,分析了浅表层水分布特征与水循环运移规律;提出了覆岩裂隙表述和重构方法,构建了上位隔水层-中位阻隔层-下位基本顶结构协同变化模型和渐序变化模型;构建了该区初/复采煤层保水开采技术适用性分类方法体系,探索了新式短壁保水采煤方法,为构建基于水资源保护的西北煤炭科学开采方法体系奠定基础。 展开更多
关键词 西北 保水开采 地层结构 适用性分类 短壁采煤
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西部生态脆弱矿区采动水资源与生态环境效应 被引量：4
3
作者 姚强岭 于利强 +2 位作者 陈胜焱 李英虎 李学华 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期748-767,共20页
西部生态脆弱矿区是我国重要的煤炭生产基地,当前煤炭开采规模与强度已远超其环境承载能力,极有可能造成生态环境的不可逆破坏。后煤炭开采阶段地表生态修复将是该区域面临的最突出的环境问题,而水资源在此过程中起基础配置作用,“水−... 西部生态脆弱矿区是我国重要的煤炭生产基地,当前煤炭开采规模与强度已远超其环境承载能力,极有可能造成生态环境的不可逆破坏。后煤炭开采阶段地表生态修复将是该区域面临的最突出的环境问题,而水资源在此过程中起基础配置作用,“水−环”矛盾突出。煤矿采动水资源是指因采矿活动而转移、汇集并有效储存的水资源,为人造含水层,从区域水循环的角度来看其对地表生态修复具有举足轻重的作用。在总结已有研究成果的基础上,提出了采动水资源总量及采动空间存储量的计算方法,阐述了其与覆岩结构、水文地质、煤层开采及储水空间稳定性等影响因素之间的关系,建立了包含3个方面15种参数的采动水资源潜力评价体系;分析了区域水循环模式及采动影响下的生态损伤过程,探讨了维持生态平衡所需采动水资源总量的计算方法,定义了区域最佳、合理及最低生态需水量的概念,提出了地表生态环境修复效果评价指标,构建了基于煤炭开采全周期的矿井规划设计思路及技术体系;以西部生态脆弱矿区某矿为例,阐述了区域水循环下的水量平衡/超平衡状态,评估和预测了地表生态修复效果。研究表明:即使在枯水年,当前采动水资源总量亦能为地表生态环境提供可靠、足够的水资源,生态修复等级为Ⅱ级。平年和丰年则可以在Ⅰ级水平下修复1.53~2.26倍采空区面积的地表生态环境,同时可以维持更大区域的生态系统功能完整性,比例系数在丰年最高达9.03。采动水资源总量随煤炭开采面积增大而逐级增加,在满足区域生态用水需求的前提下,将其作为战略储备资源长期储存并适时用于国防、民生、工业等方面是下一步重点研究的方向。水是区域生态环境要素改变过程中最关键的影响因素,采动水资源的保护与利用对煤炭安全高效开采与生态环境修复均具有重要的战略价值。 展开更多
关键词 区域水循环 采动水资源 生态修复 水量预测
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视频AI算法分析的煤矿固体智能充填开采方法 被引量：3
4
作者 张强 杨康 +3 位作者 曹津铭 白雨 邓攀博 杨子 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期163-173,共11页
固体充填开采方法在处理煤基固废和控制地表沉降方面具有较大优势,但其充填效率低、接续时间长、劳动强度大等问题制约着绿色充填开采的发展。针对固体充填技术升级的内生动力、行业发展的迫切需求以及矿山智能化建设的必然趋势,提出视... 固体充填开采方法在处理煤基固废和控制地表沉降方面具有较大优势,但其充填效率低、接续时间长、劳动强度大等问题制约着绿色充填开采的发展。针对固体充填技术升级的内生动力、行业发展的迫切需求以及矿山智能化建设的必然趋势,提出视频AI算法分析的固体智能充填方法。本文首先通过分析该固体智能充填方法的内涵及难点,构建出视频AI算法分析的固体智能充填开采方法系统构架,阐述视频AI算法的工作原理与实现流程,并给出视频AI算法可以实现的功能。根据不同地质条件分析了关键充填装备在不同工序下的影响因素,通过Creo进行液压支架骨架建模,实现液压支架在不同工况下机构的运动,给出对应的调控判据及路径,并设计关键充填装备在不同工序下的控制算法流程。根据视频算法特征及算法优缺点初步选择了图像识别算法,将构建好的目标数据集经过算法模型的训练及调参最终确定了最佳算法及对应的参数。通过某矿充填面应用效果分析,SVM各评价指标均优于其他算法,表明SVM模型在工况判别时表现出色,具有高度的准确性及可靠性。本研究可实现关键充填装备机构非正常工况的识别及调控、提高充填效率、机构位姿参数识别、充填空间夯实效果展示,可为视频AI算法分析的固体智能充填开采技术研发与应用提供理论指导。 展开更多
关键词 充填开采 视频AI算法 工况识别与调控 充填效率 位姿识别
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煤矿固体智能充填支护机器人及其关键技术 被引量：4
5
作者 张强 张吉雄 +5 位作者 宗庭成 杨康 金子山 吕浩南 白雨 邓攀博 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1376-1392,共17页
固体充填开采技术已日臻成熟,但存在自主作业程度低、自适调控能力不足等瓶颈,智能化水平偏低,影响其应用效果与推广范围。煤矿大型装备机器人化是行业发展必然趋势,煤矿固体智能充填支护机器人的研究及其关键技术的突破势在必行。定义... 固体充填开采技术已日臻成熟,但存在自主作业程度低、自适调控能力不足等瓶颈,智能化水平偏低,影响其应用效果与推广范围。煤矿大型装备机器人化是行业发展必然趋势,煤矿固体智能充填支护机器人的研究及其关键技术的突破势在必行。定义了煤矿固体智能充填支护机器人的概念并设计了其系统构成,揭示了其工序自驱作业机制与运行逻辑;构建了煤矿固体智能充填支护机器人全工况状态感知、运动学建模与控制方法;构建了全类别参数指标集,形成了全类别参数感知方法;对全工况场景类别进行了划分,建立了位姿精确表征与实时输出方法;形成了全工况场景运行状态判别与机械臂组自调控方法;构建了煤矿固体智能充填支护机器人虚拟样机仿真试验平台,设置了“俯采仰充”“水平采充”“仰采俯充”3种工况进行工序自驱仿真,仿真测试结果表明:充填支护机器人可精准判别干涉并解算出调控目标参数,系统整体运行及工序自驱执行等智能功能得到验证。针对煤矿固体智能充填支护机器人研发面临的关键科学问题,初步构建了煤矿固体智能充填支护机器人及其关键技术的研究框架、研发思路与技术路线,为深度升级充填开采技术、研发我国完全独立自主知识产权的煤矿固体智能充填支护机器人装备产品提供理论及技术支撑。 展开更多
关键词 充填支护机器人 位姿表征 自主调控 工序自驱作业 联合仿真 固体充填开采技术
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煤基固废泡沫充填材料性能及空巷群围岩控制
6
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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煤矿软岩泥化巷道梯级强化控制原理与技术
7
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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锚杆支护围岩附加压应力场空间分布规律研究与应用
8
作者 孙元田 王尚 +4 位作者 李桂臣 韩昌良 郝浩然 李菁华 赵海森 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2940-2960,共21页
煤巷锚杆支护已得到广泛应用,锚杆支护作用于围岩内的附加压应力场大小与空间分布范围是量化支护参数、优化支护方案的关键。为研究锚杆(索)相关参数对围岩附加压应力场空间三维分布影响规律,从理论方面分析了锚杆作用下围岩所受托锚力... 煤巷锚杆支护已得到广泛应用,锚杆支护作用于围岩内的附加压应力场大小与空间分布范围是量化支护参数、优化支护方案的关键。为研究锚杆(索)相关参数对围岩附加压应力场空间三维分布影响规律,从理论方面分析了锚杆作用下围岩所受托锚力和黏锚力产生附加压应力机制,建立了围岩附加压应力模型,空间表征了附加压应力场分布特征,进一步通过模拟与理论对比,验证了模型的正确性;以围岩附加压应力≥0.02MPa为基准,量化研究了锚杆(索)支护关键参数即锚杆(索)预紧力、长度和锚固长度对围岩附加压应力场空间分布的形态、最大扩散半径、高度(间距)及体积的影响。锚杆支护下随着预紧力增大,空间附加压应力场分布形态由竖向“椭球体”发展为横向“椭球体”;锚杆长度增加,形态从近似“椭球体”变成“葫芦型”;锚固长度增大,形态从“葫芦型”变成近似“椭球体”。随着锚杆预紧力和长度增加,锚杆支护产生的附加压应力场的半径、高度及体积增大,而锚固长度对附加压应力场影响相反。锚索支护下随着锚索长度增加,围岩附加压应力场的空间分布形态从近似“椭球体”变成“葫芦型”,当锚索长度超过5m时,变成间断的上下2个“椭球体”且上小下大,即使预紧力和锚固长度增加,分布形态没有明显变化。随着锚索预紧力增加,锚索支护所形成的围岩附加压应力场的最大半径增加,体积增加,上下压应力场间距减少;随着锚索长度增加,围岩附加压应力场高度增加,随后间断成上下2个压应力场,其间距不断增大,半径及压应力场体积先增加后减少;随着锚索锚固长度的增加,围岩附加压应力场间距逐渐减小,半径先增加后减少,体积增加不明显。进一步分析了锚杆(索)组合支护下围岩高/低附加压应力对巷道顶板的作用,结合组合梁及悬吊理论的部分理念,确定了高/低阈值计算公式,通过对比围岩附加压应力场体积大小来确定锚杆支护方案优劣。以葫芦素煤矿21204工作面回风巷和城郊煤矿LW21106工作面运输巷为验证对象,分析了原/新支护方案特点,计算得到2条典型巷道围岩附加压应力场的高/低应力阈值及其在顶板覆盖的总体积。结果显示优化后方案锚杆(索)能在顶板形成有效连续的围岩附加压应力场,高/低压应力场体积均增加显著,围岩变形得到有效控制。 展开更多
关键词 围岩控制 附加应力场 锚杆支护 预应力 方案设计
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强动载扰动下高应力巷道底板冲击机理与爆破参数优化 被引量：1
9
作者 李庚 曹安业 +6 位作者 窦林名 吕国伟 彭雨杰 郝琪 薛成春 谢永勤 史矿民 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期90-105,共16页
针对我国西北部矿区受水平构造应力影响严重,易在强动载扰动下诱发冲击地压灾害的问题,以某矿208工作面材料巷底板大面积冲击破坏为工程背景,运用相似试验、理论分析、数值模拟及工程试验等方法,基于弹性力学板壳理论与突变理论,分析了... 针对我国西北部矿区受水平构造应力影响严重,易在强动载扰动下诱发冲击地压灾害的问题,以某矿208工作面材料巷底板大面积冲击破坏为工程背景,运用相似试验、理论分析、数值模拟及工程试验等方法,基于弹性力学板壳理论与突变理论,分析了高构造应力和动载作用对巷道底板型冲击地压的影响机制,研究了底板冲击的爆破减冲原理,对比分析了有无底板爆破卸压措施对强动载扰动下高应力巷道围岩位移、巷表加速度和变形破坏动态响应特征的影响规律,研究了水平应力、炮孔角度、装药密度和不耦合系数对底板爆破卸压效果的影响,提出了针对强动载、高应力条件下较优的底板爆破参数。数值模拟结果表明:高水平应力易加剧巷道底板爆破卸压时非对称损伤而诱发冲击;炮孔角度的选择是爆破参数设计的前提,应当考虑炮孔角度与岩体的自然裂隙或层理面相适应,提升底板爆破卸压效果;不耦合系数取1.46左右时,损伤区及裂纹扩展长度较其他显著增大,爆破效果较优;装药密度与岩体损伤区、裂纹扩展长度及围岩应力呈正相关,但较大装药密度下的强化增幅并不明显。优化了强动载扰动下高应力巷道底板爆破卸压方案,现场试验后底板变形较参数未优化前降低了22%~61%;微震监测数据表明,优化爆破措施后煤层底板未发生1×10^(5) J以上大能量事件,且底板微震事件占比显著降低,卸压效果较好。研究结果可为强动载扰动下高应力巷道底板爆破卸压参数设计提供参考。 展开更多
关键词 动载扰动 水平应力 冲击地压 底板爆破 参数优化
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特厚煤层综放开采大空间采场覆岩结构及作用机制 被引量：125
10
作者 于斌 朱卫兵 +1 位作者 高瑞 刘锦荣 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期571-580,共10页
针对大同矿区石炭系3-5号特厚煤层坚硬顶板综放开采时工作面易出现压架、临空巷道超前区域变形、破坏严重等强矿压显现问题,采用理论分析、物理模拟及现场实测等方法,建立了特厚煤层开采大空间采场岩层结构演化模型。结果表明:特厚煤层... 针对大同矿区石炭系3-5号特厚煤层坚硬顶板综放开采时工作面易出现压架、临空巷道超前区域变形、破坏严重等强矿压显现问题,采用理论分析、物理模拟及现场实测等方法,建立了特厚煤层开采大空间采场岩层结构演化模型。结果表明:特厚煤层综放开采覆岩远、近场关键层运动都可能会对采场矿压产生影响,近场关键层为"竖O-X"破断的"悬臂梁+砌体梁"结构,远场关键层为"横O-X"破断的"砌体梁"结构模型。近场关键层结构主要影响工作面支架压力及其稳定性,近场关键层结构中,以"悬臂梁"结构破断运动的关键层层数越多,对支架安全越不利;远场关键层结构则主要对工作面临空侧巷道变形产生影响,其破断块体的回转运动对临空侧巷道围岩产生径向挤压作用,是造成巷道超前底臌的主要原因。据此开发了基于地面钻孔压裂与井下顶板预裂相结合的远、近场协同弱化的坚硬顶板预控技术,将有效降低岩层破断的能量释放和关键层结构失稳的压力传递,减轻特厚煤层综放开采采场矿压的显现强度。 展开更多
关键词 坚硬顶板 特厚煤层 大空间结构 远 近场 矿压显现
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煤基固废充填开采技术研究进展与展望 被引量：118
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作者 张吉雄 张强 +3 位作者 周楠 李猛 黄鹏 李百宜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期4167-4181,共15页
煤基固废充填开采技术符合煤炭绿色智能开采和洁净高效低碳利用行业主要攻关方向及新发展理念要求,是促进煤炭开采高质量化、环境低损伤化、绿色低碳化发展的研究重点与热点。笔者在总结煤基固废充填开采技术研发背景与发展历程的基础上... 煤基固废充填开采技术符合煤炭绿色智能开采和洁净高效低碳利用行业主要攻关方向及新发展理念要求,是促进煤炭开采高质量化、环境低损伤化、绿色低碳化发展的研究重点与热点。笔者在总结煤基固废充填开采技术研发背景与发展历程的基础上,系统性介绍了煤基固废充填开采技术体系的研究现状,经过20余年产学研用联合攻关,历经5代技术的研发创新,已基本形成体系的典型固废充填技术包括综合机械化固体充填、膏体充填、长壁逐巷胶结充填、覆岩隔离注浆充填、井下采选充+X,为“三下”开采、条带煤柱回收、岩层移动与地表变形控制、煤基固废井下处置提供了较全面的技术途径;煤基固废充填开采充填材料本构模型、关键岩层控制及地表变形控制等理论研究也取得了较大进展,基本构建成充填开采岩层控制理论体系;面临产业智能化升级、深部资源开采、煤基固废规模化处置与资源化利用等重点发展趋势,煤基固废充填开采技术的主要发展方向包括但不限于煤基固废高效智能充填、井下嗣后注浆充填处置、深部充填采热、煤基固废充填井下碳封存、煤基固废绿色功能材料井下利用等。现有研究现状及发展趋势综合表明:煤基固废充填开采技术是实现煤炭资源绿色智能高效开采的重要代表性途径。 展开更多
关键词 煤基固废 充填开采 采选充 岩层控制 绿色开采
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含水层下固体充填保水开采方法与应用 被引量：29
12
作者 李猛 张吉雄 +2 位作者 邓雪杰 周楠 张强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期127-133,共7页
为解决含水层下煤层开采所导致的溃水灾害问题,提出了基于固体充填采煤的保水开采方法,阐述了该方法的基本原理,分析了固体充填开采覆岩导水裂隙演化特征,并基于固体充填开采导水裂隙带高度预计公式,结合《建筑物、水体、铁路及主要井... 为解决含水层下煤层开采所导致的溃水灾害问题,提出了基于固体充填采煤的保水开采方法,阐述了该方法的基本原理,分析了固体充填开采覆岩导水裂隙演化特征,并基于固体充填开采导水裂隙带高度预计公式,结合《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》,建立了含水层下固体充填开采临界充实率计算模型,分区设计了受含水层影响煤层的充实率,进而对煤层进行了充填工作面设计布置。五沟煤矿CT101充填工作面应用结果表明:实测充采质量比平均值为1.32,大于理论设计值1.28,充填效果较好,且导水裂隙带高度仅为10.0 m左右,该方法有效地降低了覆岩导水裂隙带高度,可实现含水层下保水开采的目标。 展开更多
关键词 含水层 固体充填开采 保水开采 导水裂隙带 充实率
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煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法 被引量：41
13
作者 张吉雄 周楠 +1 位作者 高峰 闫浩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期150-162,共13页
矿山固废处置与利用是我国煤矿开采中面临的主要问题之一,严重制约着煤炭资源开发与环境保护协调发展。井下充填是矿山固废绿色高效处置的重要技术途径之一,但现有充填技术增加了工作面生产工序,降低了15%~20%采煤效率,亟需解决矿山固... 矿山固废处置与利用是我国煤矿开采中面临的主要问题之一,严重制约着煤炭资源开发与环境保护协调发展。井下充填是矿山固废绿色高效处置的重要技术途径之一,但现有充填技术增加了工作面生产工序,降低了15%~20%采煤效率,亟需解决矿山固废充填与煤炭开采之间时空干涉难题,突破矿山固废井下充填处置的技术瓶颈。为此,综述了矸石处置利用现状与存在问题,提出了煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法,系统阐述了嗣后空间矸石注浆充填方法内涵及关键科学与技术问题,给出了嗣后空间矸石注浆充填系统空间布局方式,探讨了非均质矸石料浆流动性稳态控制机理、嗣后空间空隙结构特征及时空演化规律、嗣后空间矸石料浆迁移扩散规律、嗣后空间矸石注浆充填岩层控制机理等理论的研究重点,分析了毫米级矸石注浆充填材料研发、矸石料浆高效制备与输送、注浆钻孔布局及时效控制、矸石注浆充填效果智能监控等技术的研究难点。煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法创新了矸石井下高效处置新模式,完善了矸石综合处置与利用技术体系,引领了我国煤炭资源绿色安全高效开发新方向,在矿山固废高效处置及生态环境保护等方面具有广阔应用前景,可促进矿山矸石固废的源头减排、就地处置、循环利用绿色发展模式的建设。 展开更多
关键词 矸石 嗣后空间 注浆充填 固废处置 岩层控制
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厚硬岩层下孤岛工作面开采“T”型覆岩结构与动压演化特征 被引量：46
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作者 曹安业 朱亮亮 +3 位作者 李付臣 窦林名 赵永亮 张贞良 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期328-335,共8页
为研究厚硬岩层下孤岛工作面开采对强矿震或冲击矿压的影响,理论分析鲍店矿103上05孤岛工作面厚硬覆岩空间结构及其破断运动对矿震活动的影响,并对孤岛面开采的冲击矿压危险性进行了动态评价。研究表明:103上05工作面在竖向剖面上为一... 为研究厚硬岩层下孤岛工作面开采对强矿震或冲击矿压的影响,理论分析鲍店矿103上05孤岛工作面厚硬覆岩空间结构及其破断运动对矿震活动的影响,并对孤岛面开采的冲击矿压危险性进行了动态评价。研究表明:103上05工作面在竖向剖面上为一非对称"T"型孤岛覆岩结构,其长臂侧易出现关键层大尺度破断运动,诱发强矿震与冲击矿压的危险性较高;在水平层面上亚关键层破断形成"O"型断裂结构,巨厚主关键层则以大尺度"OX"模式分层破断。各级关键层的逐级破断与运动是矿震活动的主要动力源。根据微震实测,矿震活动多集中在"T"型结构长臂侧,尤其是能量大于105J的强矿震主要出现在103上06采空区与103上05工作面巨厚主关键层中,并表现出很高的S,P波能量比。通过波速梯度异常区的动态反演,对"T"型孤岛面覆岩运动的动压危险性进行评价,效果良好。同时,分别进行煤层静载预卸压与低位顶板走向步距式超前预裂,降低了强矿震活动对煤体的冲击扰动效应。 展开更多
关键词 厚硬岩层 孤岛工作面 覆岩结构 矿震 冲击矿压 关键层
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特厚煤层上向分层充填开采顶板移动特征分析 被引量：21
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作者 邓雪杰 张吉雄 +2 位作者 黄鹏 张强 郝雄飞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期994-1000,共7页
系统分析了特厚煤层上向分层充填开采技术原理及开采工艺,分别建立了特厚煤层"单分层"和"多分层"开采顶板移动特征弹性地基梁模型,通过力学分析给出相应顶板挠曲线计算公式,并基于第一强度理论提出顶板失稳判断条... 系统分析了特厚煤层上向分层充填开采技术原理及开采工艺,分别建立了特厚煤层"单分层"和"多分层"开采顶板移动特征弹性地基梁模型,通过力学分析给出相应顶板挠曲线计算公式,并基于第一强度理论提出顶板失稳判断条件。根据公格营子煤矿具体条件进行计算,分析表明:单分层内一个开采循环顶板最大下沉86 mm,最大拉应力为0.77 MPa;随着分层的逐渐开采,煤层顶板的下沉值和内部拉应力逐渐增大,所有分层开采完毕后顶板岩层最大下沉值为549 mm,所受最大拉应力为2.25 MPa;开采过程中顶板没有发生破断,稳定性良好。工程实测印证了理论分析的结果。 展开更多
关键词 特厚煤层 上向分层 逐巷充填 顶板移动特征 弹性地基梁
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卸压开采地面钻井抽采的数值模拟研究 被引量：24
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作者 张村 屠世浩 +1 位作者 袁永 白庆升 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S2期392-400,共9页
卸压开采地面钻井抽采是煤与瓦斯共采的关键技术之一,是提高瓦斯采出率确保高瓦斯突出煤层安全高效开采的重要措施。在现有研究的基础上,综合岩体渗透率与应力的指数关系、岩体渗透率与塑性裂隙发育情况的关系以及采空区内破碎岩体压实... 卸压开采地面钻井抽采是煤与瓦斯共采的关键技术之一,是提高瓦斯采出率确保高瓦斯突出煤层安全高效开采的重要措施。在现有研究的基础上,综合岩体渗透率与应力的指数关系、岩体渗透率与塑性裂隙发育情况的关系以及采空区内破碎岩体压实过程中渗透率的变化情况,运用FLAC3D内嵌的FISH语言对渗流模式进行二次开发。结合淮南某矿卸压开采地面钻采的实际地质条件,运用所建模型模拟了卸压抽采过程中围岩渗透率的变化情况,掌握了被保护层、采空区以及钻孔周围渗透率的分布情况。在此基础上进行了钻采瓦斯的渗流计算,在验证地面瓦斯抽采效果的同时掌握了卸压抽采瓦斯的渗流路径:认为被保护层瓦斯除了直接涌入抽采钻井,大部分瓦斯首先渗流至邻近岩体,再通过层间岩体涌入瓦斯抽采钻孔。通过淮南某矿卸压抽采过程中的抽采实测数据以及邻近工作面裂隙带实测数据验证了数值模型的正确性。 展开更多
关键词 渗透率 数值模拟 卸压开采 地面钻井抽采 瓦斯渗流路径
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超高水材料袋式长壁充填开采覆岩控制技术研究与应用 被引量：27
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作者 孙春东 张东升 +2 位作者 王旭锋 周亚洲 李永元 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1313-1319,共7页
系统分析了超高水材料袋式充填开采采场覆岩结构的特点,得出了工作面支架需控岩层范围及其变化特征,揭示了长壁充填开采"支架-围岩"关系,明确了提高充填率是超高水材料袋式充填开采覆岩下沉控制的关键因素。结合亨健矿2515工... 系统分析了超高水材料袋式充填开采采场覆岩结构的特点,得出了工作面支架需控岩层范围及其变化特征,揭示了长壁充填开采"支架-围岩"关系,明确了提高充填率是超高水材料袋式充填开采覆岩下沉控制的关键因素。结合亨健矿2515工作面充填开采地质与开采技术条件,开发并实施了隔板布置优化、采空区埋管补注浆充填、离层区打钻补注浆充填等充填率保障技术与工艺。现场实测结果表明,超高水材料袋式充填开采工作面矿压显现缓和、采场围岩破裂范围较小且能有效控制地表下沉:1工作面巷道顶底板最大移近量为258 mm,两帮最大移近量为183 mm,围岩变形较小;2微震监测系统表明,2515工作面超前破裂范围为20~30 m,围岩破裂高(深)度为顶板以上40 m至底板以下10 m,1个月后(推进距离60 m左右)已充填区域微震事件逐渐消失;3地表最大下沉量为265 mm,实测下沉系数为0.06。 展开更多
关键词 超高水材料 袋式长壁充填开采 覆岩控制 充填率 地表下沉
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超高水材料长壁工作面充填开采顶板控制技术 被引量：18
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作者 许猛堂 张东升 +2 位作者 马立强 王旭锋 张炜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期410-416,共7页
为研究充填工作面长度对岩层控制效果的影响，指导长壁工作面充填开采实践和为围岩变形控制提供依据，基于超高水材料的基本性能试验，利用差分法薄板理论建立了超高水材料长壁工作面充填开采顶板活动力学模型，得到关键层的预计变形量... 为研究充填工作面长度对岩层控制效果的影响，指导长壁工作面充填开采实践和为围岩变形控制提供依据，基于超高水材料的基本性能试验，利用差分法薄板理论建立了超高水材料长壁工作面充填开采顶板活动力学模型，得到关键层的预计变形量，分析充填工作面长度对关键层变形及破坏的影响，提出了长壁工作面充填开采顸板控制理念。研究结果表明：采空区顶板下沉最大挠度值随着工作面长度的增加而增加；要维持关键层不发生断裂，必须保证工作面长度和控顶长度在一定范围内。对比冀中能源陶一煤矿充1～5工作面（工作面长度50～60m）和充6工作面（工作面长度120m）充填开采实际情况，提出并应用地面充填系统构建、充填液面提高、隔离带设置、工作面锚网索支护4种长壁工作面顶板控制技术，有效地抑制了顶板变形，同时保证了良好的充填效果。 展开更多
关键词 超高水材料 长壁工作面 顶板控制 地面充填系统 薄板理论
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煤矿固体智能充填开采方法研究 被引量：28
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作者 张强 王云搏 +7 位作者 张吉雄 左小 杨军辉 张昊 巨峰 孙忠良 魏连河 史磊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2546-2556,共11页
固体充填采煤方法在固废处理与岩层控制方面具有显著技术优势,但其效率与传统综采相比有所降低,基于充填技术升级、行业发展需要与矿山智能化建设三重需求,针对机构干涉状态判别、充填参数智能感知、采充工序自动组织等关键科学问题,研... 固体充填采煤方法在固废处理与岩层控制方面具有显著技术优势,但其效率与传统综采相比有所降低,基于充填技术升级、行业发展需要与矿山智能化建设三重需求,针对机构干涉状态判别、充填参数智能感知、采充工序自动组织等关键科学问题,研究了煤矿固体智能充填开采方法。给出了固体智能充填开采方法的概念、特征与难点,结合采矿地质条件、充填装备机构静态尺寸参数及运行过程中的动态轨迹参数特征,构建了充填工序过程中机构典型干涉状态判断和解调方程,形成了充填装备机构干涉状态调控机制,明确了采充工艺参数自我感知原理,形成了以数据智能感知模块、干涉状态分析识别模块和位态调整工序执行三大模块为架构的采充工艺参数自我感知方法,提出了采充工序流程自动组织策略,设计了以感知工序、识别工序、位态调整工序及采充响应执行工序为主的固体智能充填采充工序。阐述了多孔底卸式刮板输送机和充填液压支架智能化改造方法,设计了固体智能充填控制程序与系统,应用Keil5软件进行了程序的编程。研究可实现机构间干涉状态智能识别与自主调整、采煤与充填的协同作业、减少工序所需人工劳力、促进充填效率提高、充填工作面产能增加与回采工效提升,可为固体智能充填技术研发与应用提供理论指导。 展开更多
关键词 固体智能充填 机构干涉 参数智能感知 控制程序与系统 开采效率
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煤矿“短充长采”科学开采模式研究 被引量：22
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作者 祁和刚 张农 +3 位作者 李剑 郑忠友 朱磊 管增伦 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1-11,共11页
随着我国煤炭持续高强度开发,开采条件逐渐恶化,传统开采方法带来一系列资源、安全与环境问题。基于"岩层低损伤","无煤柱开采"和"固废零排放"的思路,提出了以煤矿井下采区内就近分选矸石为主形成的固体... 随着我国煤炭持续高强度开发,开采条件逐渐恶化,传统开采方法带来一系列资源、安全与环境问题。基于"岩层低损伤","无煤柱开采"和"固废零排放"的思路,提出了以煤矿井下采区内就近分选矸石为主形成的固体废弃物充填带取代区段煤柱的"短充长采"科学开采构想及其技术原理。探索了"采-选-充-留"关键技术路径,统筹研究解决遗留煤柱的资源浪费、固废排放的环境污染、传统开采的技术瓶颈和深部开采的安全风险等问题。建立了"短充长采"固体废弃物充填带能量缓释理论和低损伤岩层控制理论。阐述了5项关键技术:"短充长采"系统设计方法,井下智能干法轻量模块化分选系统,自成巷前进高效采充技术与装备,沿充填带留巷技术与装备,"短充长采"系统集成控制技术。现场应用结果表明:"短充长采"科学开采模式在葫芦素煤矿和刘庄煤矿井下矸石直接充填能力分别达到200万t/a和100万t/a,利用有限的的固废资源集成解决了煤炭开采的资源、安全和环保问题,可以实现井下无煤柱、地面固废零排放。该模式创新了绿色开采新理论、新技术、新方法,构建了我国新型绿色开采的科学开采体系。 展开更多
关键词 短充长采 绿色开采 无煤柱 低损伤 零排放
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