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冲击荷载作用下单元式吸能防冲液压支架响应特性
1
作者 王书文 肖永惠 +4 位作者 金峰 代连朋 苏士杰 王爱文 马平 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期168-175,共8页
在冲击地压矿井中,掌握超前液压支架的力学特性及其模态响应特性是巷道超前液压支架选型与优化设计的基础和前提。针对如何提升单元式液压支架吸能防冲性能问题,开展冲击荷载作用下单元式吸能防冲支架响应特性研究。采用非线性有限元分... 在冲击地压矿井中,掌握超前液压支架的力学特性及其模态响应特性是巷道超前液压支架选型与优化设计的基础和前提。针对如何提升单元式液压支架吸能防冲性能问题,开展冲击荷载作用下单元式吸能防冲支架响应特性研究。采用非线性有限元分析软件ABAQUS/Explicit显式求解器,建立单元式吸能防冲液压支架数值计算模型,通过数值模拟对吸能防冲支架进行竖向冲击试验,分析吸能防冲支架的力学响应特性与模态响应特性,探究单元式吸能防冲液压支架的吸能特性、固有频率与易变形部件。结果表明:力学响应特性方面,冲击荷载作用下,单元式吸能防冲支架表现出了良好的“让压降阻、减震降幅、吸能止冲”的综合效能;整个冲击过程中,吸能防冲支架共计吸收2.30MJ的能量,吸能器塑性变形耗能占40%~50%。模态响应特性方面,单元式吸能防冲液压支架整机固有频率为665.37~3280.5Hz,频率较高。该吸能支架对近场顶板脆性断裂或煤体压缩失稳等中高频类型冲击地压显现具有良好的避频适应性。由数值模拟计算结果可知,液压支架的2根立柱和立柱护板是最容易发生振动变形的部件。立柱设计时要重点考虑避免第1、2、4、5、6和9阶振动频率处的振动变形,尤其主振型的避频设计;立柱护板设计时要重点考虑避免第1、2和9阶振动频率处的振动变形及其变形趋势。研究结果能够为巷道吸能防冲液压支架的合理选型与后续优化设计提供技术支撑。 展开更多
关键词 冲击地压 液压支架 模态响应 吸能防冲 避频
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冲击地压矿井近距离煤层被保护层工作面布置方法研究
2
作者 解嘉豪 韩刚 +3 位作者 姚锐 曹京龙 赵乾 刘虎 《煤炭工程》 北大核心 2024年第7期14-21,共8页
保护层开采是防治煤矿冲击地压灾害的有效手段,被保护层内工作面的位置对于保护层的防冲效果至关重要。针对冲击地压矿井被保护层工作面位置的量化确定问题,以葫芦素煤矿近距离煤层为研究背景,建立了半无限平面体受垂向载荷模型,理论分... 保护层开采是防治煤矿冲击地压灾害的有效手段,被保护层内工作面的位置对于保护层的防冲效果至关重要。针对冲击地压矿井被保护层工作面位置的量化确定问题,以葫芦素煤矿近距离煤层为研究背景,建立了半无限平面体受垂向载荷模型,理论分析了被保护层煤体高应力区分布特征,将被保护层工作面的布置方案问题简化为工作面最佳水平错距的选择问题,提出了基于层次分析思想的最佳水平错距优选方法,即:构建最佳水平错距的AHP结构模型,求解各因子层相对于目标层的权重矩阵,建立FLAC2D数值模型并求解水平错距取值范围,加权计算得到取值范围内的最佳水平错距。研究结果表明:①被保护层煤体存在一侧采空煤体区、两侧采空遗留煤柱区以及应力恢复区3处高应力区,以及2处呈对称分布的应力降低区;②对主要巷道掘进、维护及工作面回采有利的水平错距取值范围分别为50~75 m、80~140 m和40~100 m;③基于AHP分析方法,确定对主要巷道的掘进、维护以及工作面回采综合有利的水平错距为60 m。研究结果可为冲击地压矿井近距离煤层被保护层工作面的布置提供依据和方法。 展开更多
关键词 冲击地压矿井 近距离煤层 工作面布置 被保护层 水平错距 层次分析法
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冲击地压煤层水力扩孔掏槽防冲试验研究 被引量：20
3
作者 夏永学 鞠文君 +4 位作者 苏士杰 陆齐 丁国利 苏波 陈志杰 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2020年第1期80-87,共8页
分析了煤层水力扩孔掏槽的防冲机理,研究表明水射流作用在煤岩体表面的内应力与射流压力和喷嘴的直径有关,高压水通过极小射流孔后可形成强大动能对煤岩体表面形成冲击破坏。采用旋转射流器持续冲击煤岩钻孔表面,促使孔壁破坏深度不断增... 分析了煤层水力扩孔掏槽的防冲机理,研究表明水射流作用在煤岩体表面的内应力与射流压力和喷嘴的直径有关,高压水通过极小射流孔后可形成强大动能对煤岩体表面形成冲击破坏。采用旋转射流器持续冲击煤岩钻孔表面,促使孔壁破坏深度不断增加,同时利用水射流将切割下来的煤渣带出孔外,可使应力集中区内形成体积远大于原卸压孔的巨型空洞,为矿山压力释放提供足够的卸压空间。开发了扩槽孔和排渣孔分离的双孔布置掏槽技术,有效地解决了排渣、卡钻问题,通过对现场3个测点的试验研究表明,掏槽后的空洞大小可达到150mm钻孔的45~60倍,其有效卸压半径能达到4m以上。该技术可显著降低巷道冲击致灾隐患。 展开更多
关键词 冲击地压 水射流 煤层卸压 扩孔掏槽 防冲机理 试验研究
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冲击地压矿井水射流联合水力压裂宽煤柱卸压技术研究 被引量：18
4
作者 庞立宁 刘毅涛 +3 位作者 邸晟钧 苏士杰 丁国利 姜峰 《煤炭工程》 北大核心 2020年第6期81-85,共5页
针对冲击地压矿井宽煤柱会积聚大量弹性能从而容易引起地压灾害事故的问题,基于理论分析和现场试验,对葫芦素煤矿21103工作面区段煤柱进行了"钻-切-压"一体化卸压技术研究,通过布置钻孔进行射流切缝和压裂对区段煤柱弱化卸压... 针对冲击地压矿井宽煤柱会积聚大量弹性能从而容易引起地压灾害事故的问题,基于理论分析和现场试验,对葫芦素煤矿21103工作面区段煤柱进行了"钻-切-压"一体化卸压技术研究,通过布置钻孔进行射流切缝和压裂对区段煤柱弱化卸压,增大了区段煤柱内塑性区宽度,减少了弹性能量积聚,同时为减少煤柱卸压对巷道支护产生的负面影响,在21103工作面临空回风巷进行了定向水力压裂切顶,减少了侧向采空区悬露顶板向区段煤柱上的应力传递。"钻-切-压"一体化卸压技术与定向水力压裂切顶技术的联合应用,在21103工作面临空回风巷内取得了良好的实践效果,解决了区段煤柱内塑性区宽度增加同时对巷道支护不利这一矛盾。 展开更多
关键词 冲击地压 “钻-切-压”一体化卸压技术 弹性能积聚 定向水力压裂 巷道支护
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坚硬顶板孔内磨砂射流轴向切缝及压裂试验研究 被引量：22
5
作者 夏永学 陆闯 +4 位作者 杨光宇 苏士杰 庞立宁 丁国利 苏波 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2020年第3期52-58,共7页
为了提高坚硬顶板的预裂卸压效果,开发了孔内磨砂射流轴线切顶压裂防冲新技术,即施工完顶板钻孔后,在预设位置操作钻杆匀速前进/后退,同时,采用磨砂射流系统对钻孔孔壁进行定向切割,使孔壁形成一定深度的轴线裂缝,再采用封隔器封孔后压... 为了提高坚硬顶板的预裂卸压效果,开发了孔内磨砂射流轴线切顶压裂防冲新技术,即施工完顶板钻孔后,在预设位置操作钻杆匀速前进/后退,同时,采用磨砂射流系统对钻孔孔壁进行定向切割,使孔壁形成一定深度的轴线裂缝,再采用封隔器封孔后压裂,在高压水的作用下,人造裂缝沿着预设方向定向扩展,从而达到精准切顶卸压的目的。现场切缝试验表明,在射流压力为50 MPa,切缝速度为0.1 m/min的条件下,孔内切缝半径可达300~500 mm。通过切缝后压裂试验表明,预制裂缝具有较好的导向作用,裂缝扩展主要沿着预制裂缝深度方向,试验泵压为40 MPa,压裂时间为20 min,裂缝扩展距离可达22 m以上。该技术可提高水力压裂裂缝方向的可控性,使裂缝沿着最佳切顶方向扩展,从而提高卸压效果。 展开更多
关键词 冲击地压 坚硬顶板 水射流 定向压裂 防冲新技术
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近距离采空区下巷道循环掘进的应力扰动特征 被引量：5
6
作者 邓日键 韩昌良 +4 位作者 杨厚强 张有志 刘永强 宋凯 魏民 《煤炭工程》 北大核心 2022年第4期45-50,共6页
为探究近距离采空区下的巷道在重复性开挖过程中对邻近顶板的扰动影响,基于葫芦素煤矿2-1煤开采后22103运输巷的采掘环境,模拟巷道多次开挖推进过程,得到了卸载扰动应力与邻近锚固区顶板之间的扰动关系。结果表明,邻近顶板受到循环开挖... 为探究近距离采空区下的巷道在重复性开挖过程中对邻近顶板的扰动影响,基于葫芦素煤矿2-1煤开采后22103运输巷的采掘环境,模拟巷道多次开挖推进过程,得到了卸载扰动应力与邻近锚固区顶板之间的扰动关系。结果表明,邻近顶板受到循环开挖的扰动应力呈现波形递减趋势,由应力波传播特点将扰动区域分为近场扰动区、中场扰动区及远场扰动区。顶板所受的扰动应力与距离两者之间的联系可视为“指数函数”关系式。同一位置顶板所受到的当次开挖卸载的扰动应力比前一次开挖卸载的扰动应力小,且每次的应力变化量近乎相同。现场钻孔窥视效果表明,厚锚固圈层的建立可大大提高顶板岩层整体性。 展开更多
关键词 巷道掘进面 循环掘进 扰动应力 近距离采空区 煤层顶板
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深埋超长综采工作面矿压规律及支架适应性研究 被引量：15
7
作者 丁国利 鲁喜辉 +1 位作者 武少国 刘永强 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期43-48,共6页
为了探究蒙陕地区深埋超长综采工作面的矿压显现规律及液压支架的适应性,以葫芦素煤矿21102首采工作面为工程研究背景,采用矿压理论计算、现场动态实时监测和KJ21软件分析等多种手段对液压支架的工作阻力、工作面周期来压及超前支承压... 为了探究蒙陕地区深埋超长综采工作面的矿压显现规律及液压支架的适应性,以葫芦素煤矿21102首采工作面为工程研究背景,采用矿压理论计算、现场动态实时监测和KJ21软件分析等多种手段对液压支架的工作阻力、工作面周期来压及超前支承压力的变化规律进行了分析研究。结果表明:葫芦素煤矿21102工作面顶板初次来压步距38.5~45.9 m,平均为41.4 m,基本与理论计算吻合。周期来压最大步距为31.9 m,最小来压步距为12 m,平均来压步距为22 m。基本顶来压时,动载系数最大为1.09,最小为1.03,平均为1.06,动载系数很小,说明工作面总体来压现象不明显;液压支架压力沿工作面倾向分为"低压区、高压区、低压区、高压区、低压区"5个区域,呈"马鞍形"分布;工作面压力在走向上分为"低压区、过渡区、高压区"3个区域;工作面超前支承压力影响范围约为工作面前方45 m,显著影响范围约为工作面前方18 m,目前超前支护距离20 m满足要求,在保证回采巷道锚杆支护质量和单体支柱支设质量的前期下,现有的4排超前支护单体支柱可缩减为2排;从ZY10000-16/32型二柱掩护式液压支架在21102工作面使用情况来看,支架工作阻力富裕量较小,建议在蒙陕地区类似煤层赋存条件的综采工作面选用工作阻力在12 000~14 000 kN的液压支架,以防工作面停产、过空巷和过断层期间顶板压力大导致大面积压架事故。 展开更多
关键词 深埋深 超长工作面 矿压规律 支架适应性
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综采过背斜构造临空巷道冲击地压防治技术研究 被引量：12
8
作者 苏士杰 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期120-125,共6页
为了解决葫芦素煤矿21103工作面过B4背斜区域临空巷道冲击地压问题,采用微震、应力监测及现场实测研究了21103工作面过B4背斜期间回风巷围岩变形破坏特点,结果表明:21103回风巷冲击危险高是由采空区、构造及超前支承压力等因素影响,背... 为了解决葫芦素煤矿21103工作面过B4背斜区域临空巷道冲击地压问题,采用微震、应力监测及现场实测研究了21103工作面过B4背斜期间回风巷围岩变形破坏特点,结果表明:21103回风巷冲击危险高是由采空区、构造及超前支承压力等因素影响,背斜构造区域煤岩体内积聚了大量弹性能,揭露背斜轴部时单个微震事件释放的能量更大,冲击危险性较揭露背斜两翼也更大。背斜两翼应力集中程度为正常巷道段的1.23倍,背斜轴部应力集中程度为正常巷道段的1.47倍。对21103回风巷设计采用由上至下分阶段四级高强卸压方法,对于监测具有冲击危险区域,采取大直径钻孔或爆破解危措施,降低了21103回风巷冲击危险程度,确保21103工作面过B4背斜期间安全回采。 展开更多
关键词 冲击地压 临空巷道 四级高强卸压 解危措施
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临空宽煤柱超高压水力割缝卸压防冲技术研究 被引量：5
9
作者 郝英豪 赵乾 +1 位作者 丁国利 黄振飞 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2023年第5期70-75,共6页
为解决葫芦素煤矿21105工作面临空宽煤柱冲击地压治理难题,提出了超高压水力割缝卸压防冲技术。采用理论分析研究了高压水射流对煤层的切割深度,以及煤柱切割后的应力转移规律,提出了基于卸荷减载、增加塑性屏障区的超高压水力割缝卸压... 为解决葫芦素煤矿21105工作面临空宽煤柱冲击地压治理难题,提出了超高压水力割缝卸压防冲技术。采用理论分析研究了高压水射流对煤层的切割深度,以及煤柱切割后的应力转移规律,提出了基于卸荷减载、增加塑性屏障区的超高压水力割缝卸压防冲机制。通过FLAC 3D模拟了临空煤柱在不同割缝工艺条件下的煤岩体应力分布规律,获得了煤柱区域割缝工艺参数。在葫芦素煤矿21105工作面进行了工业性应用,试验区域内微震事件、应力水平及钻屑量较相邻对比区域均得到明显降低。研究结果表明:采用超高压水力割缝技术切割煤层能有效改变煤岩体应力分布状态,使高应力区向深部煤岩体转移,增大采掘空间附近的塑性屏障区范围,有效防治煤矿冲击地压事故。 展开更多
关键词 临空宽煤柱 超高压水射流 煤层卸压 应力转移 冲击地压 塑性屏障区
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二次采动下临空留巷冲击地压机理 被引量：7
10
作者 鲁喜辉 武少国 +2 位作者 丁国利 缪小冬 王书文 《煤矿开采》 北大核心 2018年第5期87-90,14,共5页
针对二次采动影响下临空留巷冲击地压难题,从冲击启动的载荷源入手分析冲击地压发生机理,结果表明:二次采动影响之前,临空宽煤柱应力高度集中,二次采动作用下,工作面超前58m范围应力再次升高,应力集中系数2. 20～5. 39。煤柱内开掘硐室... 针对二次采动影响下临空留巷冲击地压难题,从冲击启动的载荷源入手分析冲击地压发生机理,结果表明:二次采动影响之前,临空宽煤柱应力高度集中,二次采动作用下,工作面超前58m范围应力再次升高,应力集中系数2. 20～5. 39。煤柱内开掘硐室或联巷导致周围应力再次升高至1. 5～4. 2倍,并诱发低位高能级微震事件频发。在采空区侧向支承压力、二次扰动引起的超前支承压力和煤柱硐室周边集中应力的共同作用下,煤柱局部区段静载荷积聚至临界水平,回采扰动下动静载荷叠加后,达到煤柱冲击启动的载荷条件。 展开更多
关键词 二次采动 临空巷道 冲击地压 留巷 支承压力
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