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千米深井大采高工作面超前切顶卸压软岩大巷防护技术
1
作者 石智涵 刘学生 +4 位作者 高宇栋 李虎 李学斌 孔令哲 卢文龙 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期163-175,共13页
千米深井大巷受“三高一扰动”影响,围岩控制困难,其中,厚煤层采动影响下软岩大巷变形破坏问题尤为突出,影响工作面安全回采。本文以口孜东煤矿14采区为工程背景,得到140502工作面回采末期软岩大巷变形破坏规律,进行大巷变形破坏原因力... 千米深井大巷受“三高一扰动”影响,围岩控制困难,其中,厚煤层采动影响下软岩大巷变形破坏问题尤为突出,影响工作面安全回采。本文以口孜东煤矿14采区为工程背景,得到140502工作面回采末期软岩大巷变形破坏规律,进行大巷变形破坏原因力学分析,提出围岩破坏能量判据,得出悬臂长度L3越长,大巷围岩内能量U越大,获得大巷严重变形破坏原因,即大巷围岩长期承受高静应力作用,对于动载扰动作用影响更为敏感,极易变形破碎。进一步建立工作面悬臂楔形结构力学模型,发现悬臂角度与超前支承应力的峰值呈现负相关,即悬臂角度愈大,超前支承应力的峰值愈小。据此提出停采线超前爆破切顶卸压巷道控制技术,通过理论分析设计了钻孔角度、高度、位置等切顶卸压参数,利用FLAC3D比选切顶范围,降低了爆破施工量。制定140504工作面爆破切顶卸压方案,即在140504工作面风巷内停采线外17 m、23 m处分别布置一组相同的爆破面,超前工作面回采150 m起爆,每组断面斜向上穿层设计5个钻孔,呈扇形分布,布置钻孔时应避开工作面顶板上方存在的140504工作面高抽巷。在工作面回采期间对三条大巷展开监测,结果表明,140504工作面回采后西翼回风大巷、西翼主运胶带机大巷及西翼轨道大巷两帮移近量分别为17.6 cm、13.4 cm和8.4 cm。相较于140502工作面回采期间两帮移近量分别减小64.08%、60.59%和30.00%,控制效果较好,保障了工作面安全回采。 展开更多
关键词 千米深井 大采高 切顶 软岩大巷 防护技术
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千米深井软岩大巷围岩锚架充协同控制原理、技术及应用 被引量：64
2
作者 姜鹏飞 康红普 +7 位作者 王志根 刘庆波 杨建威 高富强 汪向明 张群涛 郑仰发 王海涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1020-1035,共16页
针对煤矿千米深井高应力、软岩大巷围岩强时效大变形难题,以中煤新集口孜东矿软岩大巷为工程背景,根据井下实测数据与支护状况,分析了不同支护方式下巷道围岩大变形、支护构件破坏与失效特征。采用理论计算得出U型钢支架在均布载荷和不... 针对煤矿千米深井高应力、软岩大巷围岩强时效大变形难题,以中煤新集口孜东矿软岩大巷为工程背景,根据井下实测数据与支护状况,分析了不同支护方式下巷道围岩大变形、支护构件破坏与失效特征。采用理论计算得出U型钢支架在均布载荷和不同类型集中载荷作用下的垂直反力、水平推力及弯矩,揭示了充填体对提高U型钢支架发挥其承载能力的作用机制;采用数值模拟分析对比了锚网喷、锚网喷+钢管混凝土及锚架充3种支护方式控制围岩变形与破坏的效果,阐明了千米深井软岩大巷锚架充协同控制原理。在引进与自主研发的基础上,形成了包括支护材料与构件、充填材料与系统、自动架棚机、单轨吊巷道锚杆支护平台的锚架充协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿软岩大巷锚架充协同控制方案与参数,并进行了井下试验与推广应用。结果表明,锚架充协同控制技术能够有效控制千米深井软岩大巷围岩大变形,特别是强流变,保持巷道长期稳定。与原支护相比,巷道变形量降低90%以上,同时节约了巷道维护成本,为千米深井软岩大巷围岩控制提供了一条有效的途径。最后,对锚架充协同控制技术下一步研究工作进行了展望。 展开更多
关键词 千米深井 软岩大巷 锚杆支护 U型钢支架 架后充填 协同控制
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千米深井超长工作面采动应力旋转特征及应用 被引量：42
3
作者 王家臣 王兆会 +3 位作者 杨杰 唐岳松 李冰冰 孟庆保 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期876-888,共13页
千米深井超长工作面采动应力环境更为复杂,围岩破坏程度和控制难度升高,威胁开采安全。为提高该类采场围岩控制效果,采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究手段,从采动应力旋转角度分析该现象对围岩稳定性的影响及其应用原则。结... 千米深井超长工作面采动应力环境更为复杂,围岩破坏程度和控制难度升高,威胁开采安全。为提高该类采场围岩控制效果,采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究手段,从采动应力旋转角度分析该现象对围岩稳定性的影响及其应用原则。结果表明:千米深井超长工作面围岩裂隙发育程度升高,稳定性受到采动应力大小和方向的双重影响,含裂隙围岩存在优势裂隙扩展角,采动应力旋转造成围岩承载能力降低,采动应力旋转角度愈大,围岩稳定性愈差;采动后,121304工作面采动应力发生旋转,旋转轨迹与采动影响程度、工作面推进方向密切相关,距采空区边界愈近,采动应力旋转速度和旋转角度愈大;煤层和低位岩层最大主应力在平行和垂直于工作面推进方向的竖直平面内旋转,倾角减小,最小主应力则首先向平行和垂直于工作面推进方向的竖直平面内旋转,然后在上述平面内与最大主应力同步旋转,倾角增大;岩层位态升高,采动应力旋转角度先增大后减小,高位岩层采动应力旋转轨迹受121303工作面采空区影响,采动应力旋转轨迹向临近工作面采空区偏转;根据工作面推进方向与采动应力旋转轨迹的关系,提出围岩中存在一组、多组优势裂隙及裂隙随机分布条件下工作面推进方向确定原则,并分析了采动应力旋转现象对覆岩“砌体梁”结构稳定性的影响。 展开更多
关键词 千米深井 超长工作面 采动应力旋转 原生裂隙 围岩稳定
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深部裂隙煤岩体变形破坏机理及高压注浆改性强化试验研究 被引量：34
4
作者 李文洲 康红普 +3 位作者 姜志云 司林坡 蔡瑞春 郭罡业 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期912-923,共12页
为了对深部高应力裂隙煤岩体变形破坏特征及改性强化机理进行研究,首先采用小孔径水压致裂法对埋深500 m左右和1000 m左右的地应力分布特征进行现场实测研究,以此为基础对比分析了不同埋深条件下地应力分布特征、煤岩体破裂强度及典型... 为了对深部高应力裂隙煤岩体变形破坏特征及改性强化机理进行研究,首先采用小孔径水压致裂法对埋深500 m左右和1000 m左右的地应力分布特征进行现场实测研究,以此为基础对比分析了不同埋深条件下地应力分布特征、煤岩体破裂强度及典型裂隙分布发育特征,拟合得到了不同埋深条件下裂隙煤岩体摩尔强度包络线公式。采用数值模拟方法对比研究了不同埋深不同应力水平条件下煤岩体不同角度裂隙变形破坏特征。根据裂隙扩展应变能释放率与能量吸收率间的关系,探讨了影响深部裂隙煤岩体改性强化的主要影响因素。通过建立裂隙悬臂梁力学模型,采用格里菲斯裂纹扩展破坏准则分析了裂隙扩展临界载荷和裂隙不同角度间的关系。基于现场实测及数值模拟研究结果,通过对不同埋深煤岩体破裂强度的统计分析,结合煤岩体改性强化的工艺及装备要求,提出了深部裂隙煤岩体改性强化的基本原则及临界值范围。基于上述研究成果,在千米深井工作面巷道进行了现场试验,得到了裂隙煤岩体改性强化高压注浆全过程改性压力曲线。通过对裂隙煤岩体不同改性强化阶段浆液扩散特征的分析,最大注浆改性强化压力为30 MPa,一般为15~20 MPa,与提出的改性原则相符。通过现场取样表征分析、实验室扫描电镜对尺度2~20μm浆液固结体特征进行对比分析,采用纳米压痕试验对浆液固结体和煤岩体的界面弹性模量效应进行了分析,从宏观到微观验证了裂隙煤岩体改性强化效果良好。 展开更多
关键词 深部开采 裂隙煤岩体 变形破坏机理 高压注浆 改性强化试验 地应力
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千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研发与实践 被引量：29
5
作者 张振峰 康红普 +5 位作者 姜志云 李文洲 姜鹏飞 蔡瑞春 朱阳涛 王军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期972-981,共10页
高压劈裂注浆改性技术通过注浆改性方法可提高围岩自承能力,是巷道围岩“支护-改性-卸压”协同控制技术的重要一环。针对口孜东矿121302运输巷锚杆支护效果差,常规注浆方法无法注入巷道围岩等难题,开展了千米深井巷道高压劈裂注浆改性... 高压劈裂注浆改性技术通过注浆改性方法可提高围岩自承能力,是巷道围岩“支护-改性-卸压”协同控制技术的重要一环。针对口孜东矿121302运输巷锚杆支护效果差,常规注浆方法无法注入巷道围岩等难题,开展了千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研究与实践。开发高压劈裂注浆工艺,研制高压劈裂注浆装备,试制的矿用气动注浆泵最大工作压力超过30 MPa,采用微纳米无机有机复合改性材料,经过超细加工,95%的粒径≤9μm,在121302运输巷掘进工作面进行高压注浆改性试验,对注浆压力-流量变化规律、注浆量、浆液扩散半径等参数统计分析,对注浆改性后的效果进行了测试评价。试验结果表明:注浆压力与注浆流量是劈裂注浆的主控因素;掘进工作面超前注浆平均启劈压力在22 MPa左右;滞后掘进工作面6~8 m注浆,适当降低排量,注浆过程进入高压微劈裂-渗透注浆阶段,增强注浆效果。高压劈裂注浆改性工艺解决了高应力低渗透软岩“注不进”的难题,保证锚杆索锚固质量,改善新掘巷道成型。巷道围岩改性效果理想:现场取样SEM扫描电镜细观形貌分析可发现,高压劈裂注浆工艺下,新型微纳米有机无机复合改性材料可注入最小约2μm宽度的裂隙;浆液水化固结体密实并与煤界面结合致密;纳米压痕试验证明煤浆界面区弹性模量高于煤,致裂重新黏合后的煤体力学性能强于之前。 展开更多
关键词 千米深井 劈裂注浆 注浆加固 围岩改性
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千米深井大采高俯采工作面四柱液压支架适应性分析 被引量：23
6
作者 王国法 胡相捧 +4 位作者 刘新华 于翔 刘万财 吕益 郑植 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期865-875,共11页
针对口孜东矿121302工作面使用的四柱支撑掩护式液压支架适应性较差的问题,统计分析了121302工作面的矿压和支架受力特点,基于平面杆系建立了四柱支撑掩护式支架的力学模型,推导出支架极限外载荷大小和分布区间的解析表达式,得出支架外... 针对口孜东矿121302工作面使用的四柱支撑掩护式液压支架适应性较差的问题,统计分析了121302工作面的矿压和支架受力特点,基于平面杆系建立了四柱支撑掩护式支架的力学模型,推导出支架极限外载荷大小和分布区间的解析表达式,得出支架外载荷与顶梁合力和底座合力是一一对应关系,支架能够平衡的外载荷必须满足其对应的顶梁合力和底座合力均在其长度范围内,否则,支架将不能保持稳定状态;支架极限外载荷区间不是完全覆盖顶梁长度,依据前后排立柱的最大工作阻力和最大拉力分为5个区域:前排立柱达到最大拉力区、后排立柱达到最大工作阻力区、前排立柱达到最大工作阻力区、后排立柱达到最大拉力区、无承载能力区,其中,无承载能力区的区间取决于支架高度、摩擦因数以及顶梁前端至底座前端的水平距离。通过实例分析了支架前后排立柱不同工作阻力分配比例和摩擦因数对支架适应性的影响,结果表明:支架前后排立柱工作阻力不能相差太大,太大会降低支架的适应性;顶底板松软和较大俯采角度的工作面,支架前后排立柱工作阻力分配比例6∶4时最为合理;通过增大中缸环形面积以提高后柱的受拉能力来提高支架适应性,为了保护导向套和立柱连接件不受损坏,立柱的上腔加装安全阀,并加强后排立柱的连接件强度;摩擦因数取负时,支架极限外载荷区间最小,随支架高度降低,支架极限外载荷区间增大;摩擦因数取非负时,摩擦因数越大,支架前端的承载能力越大,随支架高度降低,支架极限外载荷区间减小。 展开更多
关键词 千米深井 大采高 俯采工作面 四柱液压支架 适应性
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基于BP神经网络PID的液压支架初撑力自适应控制 被引量：20
7
作者 胡相捧 刘新华 +1 位作者 庞义辉 刘万财 《矿业科学学报》 2020年第6期662-671,共10页
液压支架初撑力对顶板的控制具有重要作用,采用三位四通手动操纵阀的开环控制或两位三通电磁换向阀的先导控制,很难使初撑力达到设定值并保持稳定,即使达到设定值也存在压力降和波动现象。基于此,建立了立柱电液力控制系统数学模型,利用... 液压支架初撑力对顶板的控制具有重要作用,采用三位四通手动操纵阀的开环控制或两位三通电磁换向阀的先导控制,很难使初撑力达到设定值并保持稳定,即使达到设定值也存在压力降和波动现象。基于此,建立了立柱电液力控制系统数学模型,利用MATLAB分析了系统的稳定性,得到系统的Pole-Zero图右半S平面不存在开环零点和极点,系统为最小相位系统;Nyquist图逆时针绕(-1,j0)的圈数为0,系统相位裕度为94.1°,幅值裕度为10.7 dB,系统稳定;阶跃响应115 s趋于稳定,脉冲响应90 s趋于稳定。提出了基于BP神经网络的PID初撑力自适应控制方法,并建立了三层神经网络控制模型,误差控制采用二次型性能指标;采用有监督的Hebb学习规则和梯度下降法对输出层和隐含层的权值系数进行更新,经训练得到PID控制器的三个控制参数。仿真结果表明:期望输入为阶跃信号时,立柱达到初撑力并稳定需要约8.85 s,期望输入为方波信号时,立柱达到初撑力并稳定需要约9.1 s,相比没有采用BP神经网络PID控制,其响应时间提高了约13倍。 展开更多
关键词 液压支架 立柱 初撑力 神经网络 自适应
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