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煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及应用 被引量：1
1
作者 王国法 张金虎 +4 位作者 任怀伟 杜毅博 张德生 闫汝瑜 于翔 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期43-64,共22页
总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、... 总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、云计算、大数据分析和高精度惯导等先进信息技术与煤矿开采技术深度融合,实现了对采煤设备的状态监测和数据集成管理,通过精准感知、实时数据分析和智能控制,改善了煤矿开采过程中对设备的监测、管理和决策效率,提高了开采成套装备对不同煤层赋存条件的适应性。为解决中厚煤层超长工作面装备群一体化推进、协同控制等难题,通过地理信息动态感知与模型实时更新技术,实现了回采前方地质信息的同步映射,研发了适应超长工作面的大功率快速推进设备,构建了涵盖支-采-运各个环节的多区域同步推进工艺体系,形成了超长工作面支护装备群的联动机制,实现了装备群之间协同控制,显著提升中厚煤层开采效率和资源回收率。针对深部厚煤层复杂地质条件,研发了支架控制精细化、装备群组智能协同控制技术,实现了设备之间感知协调和自适应精准控制,提高了系统的可靠性和效率。针对8~10 m超大采高工作面超大开采空间煤壁防护、工作面围岩动载强烈、煤流载荷变化大等难题,提出了液压支架与围岩耦合自适应控制技术,增强了设备对超大采高工作面环境的适应性,研发了护帮板监测系统、采煤机稳定性自适应截割技术以及煤流负荷平衡和链条动态张紧控制等关键技术,使得设备能够在煤层厚度变化较大和强矿压条件下实现高效开采。针对煤矿高效开采数智化成套装备在海外的推广过程中,煤矿条件、安全要求、技术标准存在差异等难题,通过对技术装备的定制化调整,研发了集成监控和大数据分析系统,提高了对异常情况的响应能力,实现了工作面内设备群的自主感知、高可靠数据传输、智能分析决策、精准控制与执行。建立了适应不同工况的煤炭高效开采数智化成套装备技术体系,并在工程实践中取得了良好的效果,为煤矿智能化高质量发展提供支撑,为解决煤矿智能化建设的关键技术难题提供了解决方案。 展开更多
关键词 煤矿智能化 煤炭高效开采 数智技术 开采成套装备 超长工作面 超大采高
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浅埋煤层上行开采动压巷道围岩稳定性研究
2
作者 程利兴 《中国煤炭》 北大核心 2025年第2期35-44,共10页
针对上行开采条件下巷道围岩稳定性分析及控制难题,以何家塔上组煤上行开采巷道为研究背景,测试了巷道围岩强度与裂隙发育,采用采动影响倍数法和“两带”判别法分析了上行开采的可行性,结合现场实测和数值模拟分析,分析了上行开采巷道... 针对上行开采条件下巷道围岩稳定性分析及控制难题,以何家塔上组煤上行开采巷道为研究背景,测试了巷道围岩强度与裂隙发育,采用采动影响倍数法和“两带”判别法分析了上行开采的可行性,结合现场实测和数值模拟分析,分析了上行开采巷道围岩稳定性。结果表明,采用影响倍数法K最小值为26.17,采用“两带”判别法计算其发育高度最大值为77.22 m,均满足上行开采技术要求;正常回采巷道超前采动影响范围在70.4~90.2 m,超前支承压力峰值位于前方21.7 m,辅运巷滞后工作面期间持续影响时间短,预计上行开采条件下巷道围岩矿压显现不强烈。采用数值模拟计算表明,上行开采条件下巷道仍具有较好的稳定性。提出了何家塔上组煤上行开采条件下巷道围岩控制技术原则,制定了巷道围岩变形控制技术方案,并开展了井下工业试验,取得了较好的应用效果,在监测期内顶底板移近量22 mm,两帮移近量12 mm,随后围岩变形趋于稳定,表明上行开采条件巷道围岩稳定性好,高预应力锚杆支护技术有效控制了巷道围岩变形。 展开更多
关键词 上行开采 围岩稳定性 采动影响倍数法 “两带”判别法 高预应力支护
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我国煤矿开采工作面顶板灾害及防治技术研究现状 被引量：6
3
作者 徐刚 张震 +13 位作者 张春会 范志忠 卢振龙 黄志增 陆闯 薛吉胜 王传朋 陈法兵 李岩 刘前进 李正杰 孙晓东 蔺星宇 马镕山 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第5期13-38,共26页
从岩层控制理论、监测预警技术及装备、矿压规律及数据分析、防控手段等方面系统地阐述了当前我国煤矿开采工作面顶板灾害方面的研究现状。当前工作面顶板灾害依然是制约我国煤矿安全生产的重要因素,近两年来无论是顶板灾害起数还是伤... 从岩层控制理论、监测预警技术及装备、矿压规律及数据分析、防控手段等方面系统地阐述了当前我国煤矿开采工作面顶板灾害方面的研究现状。当前工作面顶板灾害依然是制约我国煤矿安全生产的重要因素,近两年来无论是顶板灾害起数还是伤亡人数,均呈明显上升的趋势,顶板灾害防控依然严峻。在矿压基础理论研究方面,国内科研人员相继提出了“砌体梁”、“传递岩梁”、“组合悬臂梁–铰接岩梁”、“切落体”和“分区支撑理论”等力学结构模型,明确了不同岩层赋存条件下顶板灾害致灾机理;在顶板灾害监测预警方面,我国煤矿已经开始摆脱传统单一的近场矿压监测,逐步向工作面近、远场顶板状态联合实时监测、动态感知、协同预警发展,实现矿压监测系统监测近场支架工作阻力、顶板下沉量、煤体应力等,微震监测系统监测工作面远场上覆岩层顶板断裂位置和能量大小;在矿压规律及数据分析方面,总结了浅埋深、坚硬顶板、非坚硬顶板不同围岩赋存状态下工作面矿压规律,明确了各条件下支架工作阻力的增阻特性;在顶板灾害防治方面,针对不同围岩赋存条件下易发生的顶板灾害类型,形成了相对应的顶板灾害防治技术,针对矿压显现较强烈,容易发生顶板灾害的坚硬顶板矿井,通过顶板深孔爆破、浅孔水力压裂、井下定向区域水力压裂、地面水力压裂等技术,有效地预防了顶板灾害的发生。总体而言,我国工作面顶板灾害防控理论及技术体系仍在不断完善,随着新技术的不断发展和智能化矿井的建设,顶板灾害的智能预警及联动防控将获得更大的发展。 展开更多
关键词 顶板灾害 致灾机理 监测预警 矿压特征 灾害防治
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特厚煤层综放开采合理放煤工艺参数研究 被引量：4
4
作者 李正杰 陈万辉 +1 位作者 周鹏 刘绪玉 《煤炭工程》 北大核心 2024年第7期22-27,共6页
针对不连沟煤矿特厚煤层综放开采放煤工艺参数确定的合理性问题,通过实测特厚煤层单轮顺序放煤时单个支架的连续放煤时间,在倾向方向基于“大、中、小、微”放煤理念确定了“大”放煤、“中”放煤、“小”放煤、“微”放煤的循环内位置... 针对不连沟煤矿特厚煤层综放开采放煤工艺参数确定的合理性问题,通过实测特厚煤层单轮顺序放煤时单个支架的连续放煤时间,在倾向方向基于“大、中、小、微”放煤理念确定了“大”放煤、“中”放煤、“小”放煤、“微”放煤的循环内位置和放煤间距;在走向方向通过布置多点位移计测试了不同顶煤高度、不同循环时的顶煤运移轨迹曲线,得出在倾斜方向的顶煤移动轨迹曲线方程,确定不同放煤步距时的工艺损失。研究结果表明:单放煤口充分放煤时,工作面倾向方向影响距离6~12架,倾向单架放煤影响半径平均7.6 m;循环内两端“大”放煤、中间“中”放煤、其余“小”放煤和“微”放煤交替;本架放煤在垂高12.3 m层位的走向影响距离平均4.9 m,在垂高8.3 m层位的走向影响距离平均3.8 m,拟合确定了不同放煤步距的顶煤走向运移方程,理论得出循环步距0.8 m比1.6 m减少煤炭损失694 t。研究结果为指导不连沟煤矿特厚煤层综放开采合理放煤和提高资源回收率提供依据。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 放煤工艺参数 顶煤走向运移
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厚硬岩层结构调控低损开采方法及机理研究 被引量：3
5
作者 张玉军 肖杰 +1 位作者 李嘉伟 李友伟 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第3期30-42,共13页
为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性... 为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性破断的厚硬基本顶分别呈现小块度破坏杂乱堆积和大块度破断整齐堆积;受采动结构特征影响,直接顶岩层采动破坏产生的体积膨胀显著大于厚硬基本顶。根据模拟得到的采动岩层破坏堆积特征构建了厚硬基本顶条件下采动覆岩下沉计算模型。根据采动作用下随采随垮直接顶岩层采动破坏膨胀量显著大于周期性破断厚硬基本顶的规律,提出对厚硬基本顶进行采前大规模水力压裂并借助采动超前支承压力进一步破坏厚硬基本顶,降低厚硬基本顶采动破坏块度,使其随采随垮、杂乱堆积并充分充填采空区以控制上覆岩层下沉破坏,实现低损开采。采用数值模拟验证了压裂弱化厚硬岩层调控其采动结构,增大采动破坏岩层体积膨胀量,降低上覆岩层下沉的有效性。提出的厚硬岩层结构调控低损开采方法可为煤矿绿色高效开采提供一定的参考。 展开更多
关键词 低损开采 岩层控制 水力压裂 覆岩结构调控 采动岩层膨胀
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钻锚一体化锚杆随钻测量岩石强度试验研究 被引量：1
6
作者 姜鹏飞 张炜 +5 位作者 陈志良 王子越 罗超 郭吉昌 刘畅 孙洋 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期63-81,共19页
岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时... 岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时监测液压系统的液压缸、液压马达及钻箱位移等参数。通过对各参数特性、单一参数及组合参数随岩石强度变化的关系进行分析,获得钻进单位体积岩石时液压缸、液压马达及系统所做总功与岩石强度的关系,并对比了各参数的优劣性。研究结果表明:液压系统单一参数及组合参数与岩石单轴抗压强度有一定的相关性,部分参数相关性系数较高,液压缸进油端、回油端拟合函数相关性系数分别为0.840 8和0.849 7;钻箱钻进速度随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数最高,为0.953 3;其次是液压马达做功、系统总功以及液压缸做功,分别为0.921 5、0.895 0和0.855 2。液压缸回油端压力拟合函数效果最好,误差率为14.33%,小于15%;其次是钻箱钻进速度,误差率为16.12%,小于20%;钻进系统所做总功、液压马达做功、液压缸做功误差率分别为20.73%、21.79%和23.78%,均小于25%,预测效果较好。液压马达做功系统做功占主要部分,平均占比99.22%,随着岩石强度的增加,液压马达做功占系统总功逐渐下降。总体来看,液压缸进油端压力、回油端压力、钻箱钻进速度、液压马达做功、系统总功及液压缸做功随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数较高。研究结果为钻锚一体化快速掘进、巷道围岩稳定性评估、锚杆支护方案优化等提供了依据。 展开更多
关键词 巷道支护 快速掘进 钻锚一体化 随钻测量 单轴抗压强度
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10m超大采高智能化开采关键技术及装备研究 被引量：8
7
作者 韩会军 韩春福 +3 位作者 李明忠 张金虎 张权 曾明胜 《中国煤炭》 北大核心 2024年第7期82-90,共9页
通过调研陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司22煤层赋存条件,探究了超大开采空间矿压显现规律及超高煤壁片帮特点,总结了超大采高综采工作面围岩控制关键技术,分析了超大采高综采工作面端头区支护特点,提出“大梯度+小台阶”端头区过渡模式,... 通过调研陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司22煤层赋存条件,探究了超大开采空间矿压显现规律及超高煤壁片帮特点,总结了超大采高综采工作面围岩控制关键技术,分析了超大采高综采工作面端头区支护特点,提出“大梯度+小台阶”端头区过渡模式,实现了综采工作面中部到两端头巷道6 m高差的短缓过渡及端头区三角煤高回收率支护;基于综采工作面智能化成套开采装备选型配套,研发了适应10 m超大采高综采工作面的成套开采装备,实现了超大开采空间安全防护、特厚煤层高效截割、超大运量煤流顺畅运输;搭建工作面“采支运”一体化智能协同作业控制系统及多源系统集成与数据融合分析平台,支撑10 m超大采高综采工作面安全高效开采。 展开更多
关键词 10 m超大采高 厚及特厚煤层 开采技术及装备 智能化开采
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煤矿冲击地压数值物理模拟方法与应用研究
8
作者 齐庆新 王守光 +7 位作者 王美美 崔春阳 刘化广 王嘉敏 穆鹏宇 朱小景 李海涛 许学伟 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期1-13,共13页
由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段。针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发... 由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段。针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发展了煤岩体动力相似准则,提出了惯性力相似条件,在此基础上开展材料研发和相似模型设计,研究表明:由高聚物、石英砂等组成的相似材料与煤岩动力破坏过程的强度和破坏模式等均具有较好的相似性;结合冲击地压应力波场物理相似模拟试验台,开展了波场传播诱冲过程相似模拟实验,发现应力波在顶底板间相互干涉、叠加,形成煤层槽波,应变场整体上也逐步汇聚在煤层,形成局部化带,最终导致冲击破坏。针对冲击地压数值模拟,介绍了有限元法等连续介质力学方法、离散元法等不连续变形模拟方法,以及连续介质力学-不连续变形耦合方法在冲击地压数值模拟中的研究进展,分析了非线性有限元与不平衡力理论在研究冲击地压潜在风险中的应用前景,围绕煤岩体弹射的势动能瞬态转换力学机制,分别阐述了弹射前期高弹性能体形成、弹射中期岩体瞬间脆断和块体形成的非平衡条件、弹射后期块体运动的模拟思路。最后,介绍了近场动力学与有限元耦合模拟算法在模拟煤岩冲击地压连续-非连续转换中的初步应用,取得了预期效果。本研究有望为煤矿冲击地压模拟提供新思路,对于煤矿安全生产具有重要意义。 展开更多
关键词 冲击地压 物理相似模拟 动力相似准则 数值模拟 弹射理论模型
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厚硬顶板高强度开采覆岩破断 及来压规律研究 被引量：1
9
作者 刘晓刚 刘江斌 +2 位作者 张震 任建超 刘前进 《中国煤炭》 北大核心 2024年第10期16-26,共11页
针对榆神矿区厚硬顶板高强度开采条件下,工作面煤壁片帮大、支架结构件损坏等强矿压问题,采用了数值计算、理论分析和微震监测等技术手段,对工作面覆岩破断运动及来压规律进行了分析研究。结果表明,厚硬顶板破断具有明显的垂向分区下沉... 针对榆神矿区厚硬顶板高强度开采条件下,工作面煤壁片帮大、支架结构件损坏等强矿压问题,采用了数值计算、理论分析和微震监测等技术手段,对工作面覆岩破断运动及来压规律进行了分析研究。结果表明,厚硬顶板破断具有明显的垂向分区下沉特征,高、低位岩层之间较大的垂向离层空间和自下而上顺次交替垮落孕育了顶板“高+低层位组合破断”的时空基础;“小周期”来压期间内,来压强度将随着直接顶破断发育高度的降低而减弱,直接顶碎胀系数的增大将有利于来压强度的降低;“大周期”来压期间内,中高位岩层垂向破断高度和走向破断步距的增大都将引发来压强度上升,厚硬关键层的组合破断是“大周期”来压增强的关键诱因。针对该条件下的强矿压防治,提出了“弱化低位顶板、优化破断结构”和“弱化高位顶板、改变破断次序”的技术思路,并取得了较好的应用效果。 展开更多
关键词 近浅埋煤层 厚硬顶板 覆岩破断运动 来压规律 微震监测 榆神矿区
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无煤柱开采围岩控制技术发展方向 被引量：1
10
作者 康红普 王东攀 刘跃东 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期1-5,共5页
1研究现状无煤柱开采是通过合理的开拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘顺序,取消护巷煤柱的采煤方法,符合绿色开采的发展理念。其优势主要体现在:减少掘进工程量,降低掘进率,缓解采掘接续的矛盾;减少煤柱损失,提高煤炭资源回收率;消... 1研究现状无煤柱开采是通过合理的开拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘顺序,取消护巷煤柱的采煤方法,符合绿色开采的发展理念。其优势主要体现在:减少掘进工程量,降低掘进率,缓解采掘接续的矛盾;减少煤柱损失,提高煤炭资源回收率;消除煤柱应力集中引起的巷道大变形、煤与瓦斯突出、冲击地压等灾害;改善采煤工作面通风系统,有利于解决瓦斯问题。国外对无煤柱开采技术的研究已近一个世纪,而我国也有70年左右的时间。通过国内外学者持续不断的研究,获得大量研究成果,并在煤矿生产中得到应用,取得较好的效果。无煤柱开采工艺与方法很多,适用于不同条件。 展开更多
关键词 无煤柱开采 煤与瓦斯突出 采煤工作面 巷道布置 绿色开采 通风系统 采掘接续 采煤方法
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冲击地压煤层智能开采关键技术研究与实践 被引量：1
11
作者 祁和刚 夏永学 +6 位作者 智宝岩 秦子晗 程健 王凯 王书文 王宾昌 杨光宇 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期112-124,共13页
如何实现深部冲击地压煤层智能安全高效开采是煤炭开采面临的一项重大工程技术难题。该问题的核心内涵在于冲击地压煤层开采的智能化、无人化和本质安全化,通过煤岩冲击风险的智能精准感知与预警,以及采掘工程的自适应与自优化,形成智... 如何实现深部冲击地压煤层智能安全高效开采是煤炭开采面临的一项重大工程技术难题。该问题的核心内涵在于冲击地压煤层开采的智能化、无人化和本质安全化,通过煤岩冲击风险的智能精准感知与预警,以及采掘工程的自适应与自优化,形成智能防冲控采技术,实现由工程致灾向工程防灾、工程减灾的根本转变。通过开采源头设计、顶板区域压裂、局部靶向治理、强化巷道支护等措施为冲击地压煤层安全高效开采创造低应力环境和巷道安全空间。在此基础上,开发融合静态地质、动态监测、工况环境、人员定位、生产组织、历史数据等信息的大数据分析软件平台,以及融合冲击地压决策信息的智能化开采控制系统,将防冲信息源转化为智能开采控制源,形成了“低压快推,中压慢采,高压停产”的柔性智能推采新模式。通过现场应用表明,在智能防冲控采区,工作面及巷道矿压显现程度更小,煤岩能量释放更稳定,有利于冲击产能的合理释放。 展开更多
关键词 冲击地压 智能控采 区域卸压 靶向防范 风险感知
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煤矿微震监测技术研究现状与展望
12
作者 陈法兵 孙晓冬 +5 位作者 王元杰 冯彦军 孙学波 马兆瑞 李岩 刘宁 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期133-141,共9页
微震监测技术是以工作面开采过程中产生的震动为监测对象,通过微震数据统计分析,并结合生产实际,对动力灾害危险性进行评价的方法。微震监测技术在台网优化布置、震源定位算法和冲击地压监测等方面已取得了突飞猛进的发展,近年来在顶板... 微震监测技术是以工作面开采过程中产生的震动为监测对象,通过微震数据统计分析,并结合生产实际,对动力灾害危险性进行评价的方法。微震监测技术在台网优化布置、震源定位算法和冲击地压监测等方面已取得了突飞猛进的发展,近年来在顶板破裂监测和水害监测等领域取得了诸多创新成果。但是煤矿微震监测技术仍存在诸多问题限制了其进一步发展,比如微震数据深度分析不充分,单一波速结构影响定位精度,近水平煤层Z值定位精度低,能量算法不统一等。未来微震监测技术的发展主要集中在系统软硬件和算法创新升级、数据深度挖掘分析、操作智能化等方向,以达到数据真实可靠、震源定位精度高、操作智能友好和有效指导安全生产的目的。 展开更多
关键词 微震监测 震源定位 冲击地压 波速结构
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低渗灰岩注浆压力跃变机理与调控工艺研究
13
作者 樊振丽 曹路通 +2 位作者 崔勇 张志巍 张风达 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期141-153,共13页
【背景】随着我国石炭-二叠纪煤田逐步转入下组煤开采,面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中,由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清,导致参数选择依赖经验性,注浆... 【背景】随着我国石炭-二叠纪煤田逐步转入下组煤开采,面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中,由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清,导致参数选择依赖经验性,注浆加固效果不佳。【方法】针对豫西地区新安煤田奥陶系灰岩(简称奥灰)顶部低渗泥灰岩“升压快、注浆量少”的现象,以孟津煤矿地面区域治理工程中的单液水泥浆、黏土浆和黏土水泥浆注浆材料为研究对象,开展不同类型浆液孔口压力测试、静态流变、液相颗粒分布、Zeta电位、导电率、微观形貌与元素分布等试验,基于水泥颗粒与黏土颗粒的絮凝机理,从物理和化学角度剖析不同注浆材料在注浆过程中起压差异机制。【结果和结论】(1)带正电荷的水泥颗粒与带负电荷的黏土颗粒容易相互吸附形成三维网状结构的絮凝体,导致黏土水泥浆液中出现粒径大于600µm的大颗粒,且粒径100µm以上的颗粒占比78%,容易堵塞裂隙。(2)黏土水泥浆的导电率(1.87mS/cm)相比水泥浆有所降低,浆液混合后发生黏土颗粒包裹水泥颗粒的现象。(3)水泥浆颗粒粒径较小且静态屈服应力和黏度较低,容易通过地层中狭窄的裂隙通道,注浆压力表现平稳;黏土水泥浆静态屈服应力和静态黏度分别是水泥浆的4.5倍和4.0倍,相对容易堵塞裂隙通道,导致其起压速率是水泥浆的10倍。基于阶梯式缓慢起压原则,提出低压充填、中压扩散和高压加固的“三阶段”黏土水泥浆与水泥浆交替注浆模式,可显著提升治理效果,并为类似条件下的低渗灰岩注浆治理提供参考。 展开更多
关键词 煤矿水害 底板岩溶水害 区域治理技术 注浆材料 絮凝机理 起压差异机制 交替注浆 豫西孟津煤矿
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高水材料在邻位注浆充填中的研究与应用
14
作者 赵文华 刘鹏亮 于健浩 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期71-76,共6页
为解决钻场硐室破坏窄煤柱完整性、充填开采成本高、施工工艺复杂、充填体强度达不到现场要求等问题,研究了高水材料浆液的高流动性和早强速凝特性,并通过实验室物理力学性质测定试验,获取了高水材料的各养护龄期下抗压强度、流动度和... 为解决钻场硐室破坏窄煤柱完整性、充填开采成本高、施工工艺复杂、充填体强度达不到现场要求等问题,研究了高水材料浆液的高流动性和早强速凝特性,并通过实验室物理力学性质测定试验,获取了高水材料的各养护龄期下抗压强度、流动度和凝结时间等宏观工作性能,结果表明:选取高水材料水固比为2∶1,其配比在28 d时充填体强度可达6.3 MPa,料浆扩展度为461.5 mm,凝结时间接近10 min。并以三元福达矿15202工作面钻场硐室充填为研究背景,分别从注浆材料的选取、注浆工艺、现场应用三个方面对垮落区邻位注浆可行性进行了研究,最终采用高水材料对15202工作面钻场硐室垮落区进行邻位注浆,现场应用证明,高水材料邻位注浆工艺可为采空区注浆加固设计思路和施工提供有效依据,保证窄煤柱的稳定性和安全性。 展开更多
关键词 高水材料 钻场硐室 水固比 邻位注浆 窄煤柱
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超大采高土-基型覆岩采动导水裂缝发育规律及控水开采策略
15
作者 张玉军 华照来 +2 位作者 宋业杰 胡皓宇 李嘉伟 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期112-127,共16页
【背景】导水裂缝带发育高度是煤矿顶板水害防控与水资源保护的关键,不同覆岩岩性及结构是导水裂缝带发育高度及特征差异性的主要控制因素。【方法】以陕西曹家滩煤矿10m超大采高工作面开采为工程背景,在实测土-基型覆岩采动导水裂缝发... 【背景】导水裂缝带发育高度是煤矿顶板水害防控与水资源保护的关键,不同覆岩岩性及结构是导水裂缝带发育高度及特征差异性的主要控制因素。【方法】以陕西曹家滩煤矿10m超大采高工作面开采为工程背景,在实测土-基型覆岩采动导水裂缝发育高度的基础上,采用应力-渗流耦合数值模拟方法研究土-基型覆岩采动响应差异性规律,并提出顶板复合含水体下控水开采策略,分析控水开采效果。【结果与结论】(1)曹家滩煤矿10m超大采高工作面顶板属于典型的土-基型覆岩结构,受红土层遇裂缝可弥合再生隔水特性与对采动裂缝抑制作用的影响,裂采比为22.56倍,采动裂隙基本发育至红土层下部,只有极少数裂隙扩展到红土层,但红土层的整体隔水性未受破坏,基岩和土层内显现传统导水裂缝带变异规律。(2)基于超大采高土-基采动破坏演化与顶板含水层充水规律分析的基础上,提出“静储量精准疏放+动补给增排分流+全空间流场监测+局部防切顶漏顶”的控水开采策略。(3)综合开采过程中长观孔水位、工作面涌水量及水化学等多因素,采动裂缝仅导通基岩裂隙及风化带含水层,第四系含水层未受采动影响,实现了超大采高工作面控水安全高效开采。研究成果可为国内超大采高高强度开采覆岩破坏、水害防控与水资源保护提供依据。 展开更多
关键词 超大采高 导水裂缝带 土-基型覆岩 耦合数值模拟 采动响应 控水开采
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超大采高工作面煤壁稳定性分析及片帮预测研究
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作者 任怀伟 刘凯 +4 位作者 李建 赵叔吉 韩存地 王龙 李济洋 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1-11,共11页
目的为了解决超大采高工作面煤壁片帮难题,方法通过理论分析与现场实测研究煤壁片帮机理,采用数值模拟对不同采高条件下煤壁的破坏过程进行模拟,探讨采高和顶板压力与煤壁片帮之间的关系,并基于现场数据,利用机器学习方法进行片帮预测,... 目的为了解决超大采高工作面煤壁片帮难题,方法通过理论分析与现场实测研究煤壁片帮机理,采用数值模拟对不同采高条件下煤壁的破坏过程进行模拟,探讨采高和顶板压力与煤壁片帮之间的关系,并基于现场数据,利用机器学习方法进行片帮预测,比较并选择最优的预测模型。结果研究发现,超大采高工作面煤壁片帮主要发生在煤壁的中上部,随着采高和支承压力的增加,片帮破坏程度呈加剧趋势。分析得到片帮稳定性系数计算公式,发现稳定性系数随顶板压力和采高的增加而增大。数值模拟结果表明,当采高从6 m增至10 m时,煤壁破碎程度和片帮深度显著增加,且片帮深度在顶板来压时达到峰值。数据分析结果表明,煤壁片帮是煤壁、液压支架和顶板相互作用的结果,合理的支护高度和良好的液压支架支撑力是降低片帮风险的关键。最后,采用机器学习方法对煤壁片帮进行预测,比较多种常见的机器学习算法,发现KNN方法的预测准确率最高,达77.46%。然而,现有机器学习方法在片帮预测上的准确性仍需进一步提高。结论研究结果揭示了超大采高工作面煤壁片帮的发生机理,提出了片帮预测的新思路,即随着采高和顶板压力增加,煤壁片帮风险加大,采用机器学习方法可以有效预测片帮发生的可能性,这为超大采高工作面煤矿安全生产提供了理论支持和技术保障。 展开更多
关键词 超大采高工作面 煤壁片帮 稳定性分析 机器学习 片帮预测
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大采高工作面连续采动下动压显现特征与顶板致灾机制研究
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作者 杜伟 王小军 +4 位作者 李成东 姬梓维 郭佳毫 刘前进 李震 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期96-105,共10页
针对大采高工作面连续采动下动压显现与顶板致灾机制问题,以小保当煤矿2^(-2)煤层连续开采下顶板冒漏典型案例为背景,分析了大采高工作面异常来压前后的支架支护阻力和强动压显现特征,在此基础上综合岩层沉积特征分析、数值模拟、微震... 针对大采高工作面连续采动下动压显现与顶板致灾机制问题,以小保当煤矿2^(-2)煤层连续开采下顶板冒漏典型案例为背景,分析了大采高工作面异常来压前后的支架支护阻力和强动压显现特征,在此基础上综合岩层沉积特征分析、数值模拟、微震监测、模型试验、现场勘查等手段,揭示了大采高工作面连续采动顶板致灾机制。结果表明:动压显现在机尾侧更为突出,动压显现前均存在持续性来压,可能伴随相对平静期,临空工作面来压时强度高、范围大;动压显现位置岩层结构表明在横向上岩性、岩层厚度空间交替与急剧变化,在竖向上多层厚硬岩层与薄层不稳定顶板同时发育;连续采动时损伤区横跨多工作面连通,呈现不同层位顶板同步损伤断裂特征;强动压显现集中于机尾,临空一侧损伤和应力增长情况相对突出,呈现损伤破断不均衡性与差异性;连续采动下采空区厚硬顶板结构可再次断裂活化,引发微震事件、顶板动载、高位岩层下沉。 展开更多
关键词 动压显现 顶板灾害 矿山压力 损伤演化 致灾机制
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矿用多功能机器人设计与应用研究
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作者 赵克顿 赵洪华 +6 位作者 陈志良 赵建 赵丰瑞 韩青 张荣成 周涛 李钰茹 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期212-217,共6页
针对煤矿井下的恶劣环境,自主设计了一款多功能集成的矿用AGV,替代部分人工作业程序,实现巡检及紧急情况下的辅助救援功能。为了克服井下的特殊环境,着重考虑了防爆设计及机械结构的合理性,保证整车封闭部分及外部必要传感器均达到防爆... 针对煤矿井下的恶劣环境,自主设计了一款多功能集成的矿用AGV,替代部分人工作业程序,实现巡检及紧急情况下的辅助救援功能。为了克服井下的特殊环境,着重考虑了防爆设计及机械结构的合理性,保证整车封闭部分及外部必要传感器均达到防爆或隔爆标准。为了进一步扩展自主作业功能,设计了一种基于雷达-惯性融合的SLAM导航方案,提出一种改进的回环检测激光建图算法进行试验测试,利用不同线数激光雷达进行算法实时性优化,先后通过地面室内环境建图试验及井下真实巷道建图试验进行效果测试,其中地上试验运动距离为60 m,整车Z轴运动方向最大突变波动在0.06 m以内,井下试验运动距离为200 m,在井下颠簸地面情况下,整车上下最大突变波动为0.25 m以内,Z轴线性度关键部分仅为3.87%,X轴方向约为0.37%,证明了机器人的运动的稳定性高及建图的鲁棒性优良,能够顺利完成巡检及救援任务,对井下AGV邻域关键技术突破具有重要意义。 展开更多
关键词 矿用机器人 AGV SLAM 巷道建图
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近距离冲击地压煤层开采遗留煤柱与断层复合影响下冲击危险性研究
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作者 冯美华 赵森 +3 位作者 闫耀东 郝电伟 李文帅 史庆稳 《中国矿业》 北大核心 2024年第6期174-182,共9页
我国主要冲击地压矿井往往同时赋存多层可采煤层,多煤层协同安全开采是事关我国能源安全的重要课题。近距离冲击地压煤层开采时,上部煤层留设的煤柱承载了较高的上覆岩层载荷,给下部煤层开采带来了较大的风险。当遗留煤柱下发育断层时,... 我国主要冲击地压矿井往往同时赋存多层可采煤层,多煤层协同安全开采是事关我国能源安全的重要课题。近距离冲击地压煤层开采时,上部煤层留设的煤柱承载了较高的上覆岩层载荷,给下部煤层开采带来了较大的风险。当遗留煤柱下发育断层时,该遗留煤柱导致的应力集中区与断层围岩附近的应力异常区产生的复合作用对工作面开采产生巨大影响。本文以陕西彬长大佛寺煤矿40201工作面为研究对象,理论分析了上煤层遗留煤柱和断层复合作用对下部冲击地压煤层开采时冲击危险性的影响,采用地震波层析成像技术和微震监测技术,分别探明了遗留煤柱和断层复合作用下工作面围岩静载荷、动载荷分布规律。研究结果表明:煤层中的断层破碎带在上覆遗留煤柱作用下产生的静载荷集中区域会向断层两盘远处转移,使得断层更易发生滑移失稳;在遗留煤柱和断层的复合作用下,工作面“见方”区域来压早于理论预测结果,且来压强度增大;工作面动载显现以遗留煤柱下区域为主,遗留煤柱的存在增大了工作面超前支承压力的影响范围。本文研究可对类似条件下的冲击地压煤层开采提供一些借鉴。 展开更多
关键词 近距离煤层 冲击地压 遗留煤柱 断层 地震波层析成像 微震监测
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强冲击特厚煤层见方复合构造区域降载防冲技术研究 被引量：1
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作者 焦彪 马宏源 +4 位作者 郝宝利 杨华东 史星星 张怀忠 董哲 《工矿自动化》 北大核心 2025年第4期146-152,共7页
为揭示强冲击特厚煤层工作面回采至特殊区域的冲击危险性,提升回采期间防冲安全性,以胡家河煤矿401106工作面见方复合构造区域为工程背景,综合采用理论分析、现场实测等方法,研究了见方复合构造区域微震时空演化规律,阐释了煤岩体诱冲机... 为揭示强冲击特厚煤层工作面回采至特殊区域的冲击危险性,提升回采期间防冲安全性,以胡家河煤矿401106工作面见方复合构造区域为工程背景,综合采用理论分析、现场实测等方法,研究了见方复合构造区域微震时空演化规律,阐释了煤岩体诱冲机理:见方复合构造区域载荷集中程度较高,微震事件频次与能量出现跃升,煤岩体裂隙破裂程度较发育,微震事件活跃程度相对剧烈,微震事件平均最大能量与每米释放能量相比常规回采区域分别升高了20.1%,26.3%,且近似呈“抛物线”分布;煤岩体在见方效应、构造作用、坚硬覆岩及相邻采空区等因素叠加影响下,冲击危险性升高。根据“分源、分类防治”思想,提出了“区域+局部”的降载防冲技术:针对孕育动静载源的坚硬覆岩,采用井下长孔区域压裂和顶板预裂爆破技术协同防控;针对积聚静载源的见方复合构造区域的煤体,采用帮部、底板松动爆破技术,降低了周期来压步距和动载系数,提升了围岩整体稳定性和回采期间的安全性。 展开更多
关键词 冲击地压 降载防冲 诱冲机理 区域压裂 顶板预裂爆破 煤层松动爆破
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