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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：4
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：12
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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厚硬岩层结构调控低损开采方法及机理研究 被引量：4
4
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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特厚煤层综放开采合理放煤工艺参数研究 被引量：4
5
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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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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煤矿冲击地压数值物理模拟方法与应用研究
7
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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工作面动压巷道“支卸”双效围岩控制技术研究
8
作者 覃杰 方树林 《中国煤炭》 北大核心 2025年第8期35-46,共12页
针对综采工作面侧向支承压力引起动压巷道围岩大变形的现象,以潞安矿区五阳煤矿综采工作面运输巷为工程背景,通过现场调研、地质力学参数测试、理论分析、数值模拟、工业性试验等多种手段,提出了基于强力支护和水力压裂卸压的动压巷道... 针对综采工作面侧向支承压力引起动压巷道围岩大变形的现象,以潞安矿区五阳煤矿综采工作面运输巷为工程背景,通过现场调研、地质力学参数测试、理论分析、数值模拟、工业性试验等多种手段,提出了基于强力支护和水力压裂卸压的动压巷道“支卸”双效围岩控制技术。采用数值模拟软件分析了基本顶水力压裂卸压对采空区悬顶结构和动压巷道围岩应力分布的影响。模拟结果显示,水力压裂切顶可以减小顶板悬臂长度、降低综采工作面侧向支承压力的影响范围和程度。在顶板水力压裂卸压机理基础上,进一步研究了动压巷道强力支护作用机理,通过将水力压裂技术和强力锚杆锚索支护技术进行有机结合,提出了针对动压巷道的“支卸”双效围岩控制理论和支护设计原则。在五阳煤矿7609运输巷对“支卸”双效围岩控制理论开展了工业试验,现场实测数据显示,压裂段巷道顶底板位移量和两帮位移量比非压裂段分别减小53%和71%。“支卸”组合工程技术措施在提高支护系统强度和刚度的同时,降低了巷道围岩压力,可有效控制动压巷道的围岩变形。 展开更多
关键词 动压巷道 水力压裂 侧向支承压力 顶板悬臂长度 强力支护
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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：2
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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基于定向钻孔分段压裂的切顶护巷及瓦斯抽采综合技术研究
10
作者 陈亮 于宏阳 +3 位作者 白亚军 王栋炜 秦瑞晨 王东攀 《煤炭工程》 北大核心 2025年第9期109-116,共8页
针对突出煤层复合关键层顶板沿空留巷墙体变形严重、采空区瓦斯漏出量大等问题,以山西沁城煤矿20107工作面为例,通过理论建模、力学分析研究了压裂断裂线位置对应力传播及墙体变形的影响机制,给出了分段压裂切顶水平关键位置的解析解,... 针对突出煤层复合关键层顶板沿空留巷墙体变形严重、采空区瓦斯漏出量大等问题,以山西沁城煤矿20107工作面为例,通过理论建模、力学分析研究了压裂断裂线位置对应力传播及墙体变形的影响机制,给出了分段压裂切顶水平关键位置的解析解,结合关键层理论分析判识覆岩中、低位承载关键层层位,综合确定定向钻孔分段压裂的水平位置及垂向区间,并指出断裂线与覆岩自然垮落线之间的类三角形区为采空区卸压瓦斯富集区,进而优化裂隙带瓦斯抽采钻孔的合理层位。采用非渗流性压裂理论及地应力现场测试确立分段压裂起裂、扩展压力以及压裂时长、流量等关键参数,并通过工程试验验证。研究结果表明:优化后留巷墙体顶底板移近量比原有的下降65%,定向钻场单孔瓦斯抽采量增加72%、每组总量提升至7.46 m^(3)/min,实现了留巷墙体变形裂隙与采空区瓦斯协同共治。 展开更多
关键词 沿空留巷 墙体变形 定向钻孔 分段压裂 瓦斯抽采
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无煤柱开采围岩控制技术发展方向 被引量：3
11
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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大采高综放工作面支架动态响应特征研究及应用 被引量：1
12
作者 蔺星宇 徐刚 +3 位作者 张震 高晓进 刘晓刚 刘前进 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期177-191,共15页
采场支架动态响应特征包含支架增阻、活柱下缩等信息,是反映工作面矿压显现强度的重要指标,也是研究支架与围岩动态相互作用关系的基础。以曹家滩煤矿122108工作面为例,采用理论分析、数理统计等方法,明晰回采过程支架动态响应特征,揭... 采场支架动态响应特征包含支架增阻、活柱下缩等信息,是反映工作面矿压显现强度的重要指标,也是研究支架与围岩动态相互作用关系的基础。以曹家滩煤矿122108工作面为例,采用理论分析、数理统计等方法,明晰回采过程支架动态响应特征,揭示不同承载阶段支架增阻机制,实测分析工作面压裂前后矿压显现特征,并开展了来压前后支架增阻特性研究与应用。结果表明:在连续多个循环中,支架呈“高阻力且活柱持续下缩”特征则说明工作面来压,可利用支架下缩信息评价历次来压的显现强度;顶板未断裂时,运用广义开尔文模型能较好地表征该时期顶板的缓慢活动;顶板断裂后,给定变形阶段支架呈对数型增阻,增阻速率由支架刚度、控顶距、断裂顶板失稳状态共同决定,给定载荷阶段支架呈指数或线性型增阻;采用支架工作阻力与高度双因素分析法能准确判断强矿压工作面矿压显现特征,压裂后工作面30 m以上大来压步距占比大幅减小,10~28 m来压持续距离占比降至2%,支架累计下缩量、下缩速度正态分布曲线整体降低;支架增阻类型、增阻速率的变化是判断工作面来压与否的一个显著特征,可作为预测工作面来压的新手段;运用支架均化增阻结果可预测顶板压力、反演顶板宏观下沉变化。以上研究成果对于完善支架与围岩的相互作用关系,指导工作面顶板灾害预警与防治具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 支架动态响应 支架与围岩作用关系 强矿压 来压周期 支架增阻
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超大采高工作面厚硬顶板压裂卸压技术研究及应用 被引量：2
13
作者 雷亚军 冯彦军 +9 位作者 康红普 赵福堂 尚晓光 王锐 王鹏 张震 任建超 赵凯凯 郑仰发 刘晓刚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1907-1934,共28页
针对超大采高厚硬顶板综采工作面面临的超大开采空间、强矿压显现及超高煤壁稳定性控制等难题,以世界首个10 m超大采高综采工作面——曹家滩煤矿122104工作面为研究背景,系统开展了厚硬顶板压裂卸压机制、真三轴水力压裂裂缝重构试验、... 针对超大采高厚硬顶板综采工作面面临的超大开采空间、强矿压显现及超高煤壁稳定性控制等难题,以世界首个10 m超大采高综采工作面——曹家滩煤矿122104工作面为研究背景,系统开展了厚硬顶板压裂卸压机制、真三轴水力压裂裂缝重构试验、三维裂缝扩展流固耦合数值模拟、大流量复合压裂技术与工艺、水力压裂效果监测与评价等方面的研究。研究结果表明:厚硬顶板水力压裂卸压作用机制主要体现在结构调控、应力转移、能量释放、强度劣化等方面;延安组相较于直罗组脆性矿物含量更高,易形成复杂裂缝网络;排量由1 m^(3)/min增至5 m^(3)/min,裂缝平均半径由21.9 m增至32.5 m,增幅约为48.40%,排量越大水力裂缝尺度越大。研发了井下厚硬顶板水力压裂卸压技术及大流量压裂装备,开发了磨料射流预切缝与5 m^(3)/min大流量复合压裂技术工艺,提出了一种井下长水平钻孔定向水力压裂“一场一策”分区设计理念,形成了一种动态更新压裂层位和压裂方案的井下长水平钻孔定向水力压裂方法,并在曹家滩煤矿开展了工程应用试验,实现了10 m超大采高工作面矿压显现的科学有效防控。通过地面微震实时监测技术实时捕捉缝网扩展轨迹,有效指导了水力压裂方案的优化,并获得了顶板水力裂缝空间展布特征。开展了水力压裂实施效果的多因素综合评价,对液压支架工作阻力、工作面周期来压步距和持续距离、来压动载系数、微震事件及能量等进行综合分析,综合评价了水力压裂效果。井下试验结果表明:曹家滩煤矿井下水力裂缝以水平裂缝为主,沿钻孔两侧扩展平均距离约为80 m,有效弱化了工作面范围内上覆厚硬、完整顶板,实现了区域顶板结构有效调控;通过区域压裂技术将厚硬岩层组提前预裂,减小了来压步距和动载系数,保障了10 m超大采高工作面安全高效生产。 展开更多
关键词 特厚煤层 10 m超大采高 厚硬顶板 复合压裂 区域卸压
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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 被引量：1
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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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冲击地压煤层智能开采关键技术研究与实践 被引量：1
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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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基于矩阵位移法的超长工作面顶板挠度分布研究 被引量：1
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作者 邢有望 李明忠 +2 位作者 张金虎 闫汝瑜 刘江斌 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期39-51,共13页
为了探究顶板条件、巷帮条件及支护条件对超长工作面顶板挠度变化的影响,同时将梁模型理论应用于指导液压支架设计,以小保当二号井132202超长工作面为背景,根据实际生产中液压支架、巷帮及顶板关系,建立支持在弹性支座上的二维连续梁模... 为了探究顶板条件、巷帮条件及支护条件对超长工作面顶板挠度变化的影响,同时将梁模型理论应用于指导液压支架设计,以小保当二号井132202超长工作面为背景,根据实际生产中液压支架、巷帮及顶板关系,建立支持在弹性支座上的二维连续梁模型,基于位移法对梁模型单元进行编码并计算杆单元的单元刚度矩阵,利用单元集成法计算含有弹性支座的超长梁模型整体刚度矩阵及节点等效载荷,通过矩阵位移法求解全梁挠度分布及杆端内力计算式,从而得到支架支护反力。在此基础上,分别对支架宽度、数目、等效刚度、工作面长度、巷帮刚度、顶板弹性模量、截面惯性矩及随动岩层产生的载荷大小取不同值,来观察其对全梁挠度分布的影响。使用三次多项式对挠度曲线一侧的起点至最大峰值段进行精确拟合。使用插入了桩结构单元充当支护的3DEC数值模拟结果及现场电液控监测数据进行验证。验证结果做到了理论计算、数值模拟与现场数据三者的统一,表明二维梁模型能够在一定程度上解释超长工作面三峰值来压特征,同时工作面一侧到临近高峰值段的挠度曲线符合三次多项式分布规律。研究深化了梁模型在采场方面的应用,为超长工作面支架工作阻力预测提供了方向,研究结果有助于为超长工作面液压支架设计提供理论指导。 展开更多
关键词 采矿工程 液压支架 超长工作面 矩阵位移法 3DEC数值模拟
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煤矿微震监测技术研究现状与展望
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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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煤矿小窑破坏区精细勘查技术研究及应用
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作者 孙振军 孙万明 +2 位作者 刘贵 郭爱国 孙林 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期118-126,共9页
针对郭家湾煤矿内房柱式开采形成的小窑破坏区范围不清及基础资料缺失问题,采用物探、钻探及三维空间扫描技术相结合的方法,分别对采空区范围、顶板状态、积水、内部巷道及煤柱尺寸等数据进行了精细勘查,首先通过地面瞬变电磁物性解释... 针对郭家湾煤矿内房柱式开采形成的小窑破坏区范围不清及基础资料缺失问题,采用物探、钻探及三维空间扫描技术相结合的方法,分别对采空区范围、顶板状态、积水、内部巷道及煤柱尺寸等数据进行了精细勘查,首先通过地面瞬变电磁物性解释异常区及钻探验证划定采空区范围及不同分区,再应用三维空间扫描技术分别对有水、无水采空区内部空间进行精细扫描观测,获得了钻孔底部周围一定范围内的巷道宽度、空区高度、煤柱尺寸等高精度技术数据,并通过三维建模获得空区的内外部形态。该研究方法可为小窑破坏区勘查、内部空间准确数据实测、采空区稳定性评估及灾害防治提供支撑。 展开更多
关键词 小窑破坏区 房柱式开采 瞬变电磁 钻探 扫描
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围压效应下锚杆锚固性能及其影响因素试验研究
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作者 董双勇 康红普 +5 位作者 高富强 娄金福 刘文举 王晓卿 卢志国 彭相愿 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期176-188,共13页
围压是影响锚杆锚固性能的关键因素之一,为探究围压效应下锚杆锚固性能及其影响因素,采用自主研发的锚杆围压拉拔试验装置,在还原井下锚固体围岩性质与应力环境的条件下,开展了锚杆拉拔试验,探讨了围压、锚杆直径、锚固长度及围岩强度... 围压是影响锚杆锚固性能的关键因素之一,为探究围压效应下锚杆锚固性能及其影响因素,采用自主研发的锚杆围压拉拔试验装置,在还原井下锚固体围岩性质与应力环境的条件下,开展了锚杆拉拔试验,探讨了围压、锚杆直径、锚固长度及围岩强度等对锚杆锚固性能的影响。试验结果表明:(1)随着围压的增加,围岩对锚固界面的侧向约束作用逐渐增强;锚杆极限锚固力近似呈线性增长锚固系统的整体承载能力显著提高。(2)恒定围压作用下,锚杆直径和锚固长度均与其极限锚固力正相关,也即锚杆直径、锚固长度越大,对其锚固力增强效果越明显,但这种增益受锚杆材料强度和围岩承载能力的限制;锚杆锚固性能对围岩强度敏感,且两者之间成正相关,即围岩强度越高,锚杆可锚性越好,锚固系统越稳定性。基于此,给出了煤矿巷道支护中提升锚杆锚固性能的建议,研究成果可为复杂地质条件下的煤矿深部巷道支护设计及优化提供参考。. 展开更多
关键词 锚杆支护 锚固力 围压效应 拉拔试验 锚固失效
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不同围压和加卸载速率下砂岩变形破坏机制实验研究
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作者 张风达 王路 +2 位作者 张玉军 樊振丽 张志巍 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第4期78-86,共9页
为探究深部煤层底板变形破坏机制,对比分析了不同初始围压、不同加卸载速率下的砂岩应力—应变变化特征、声发射能量事件与强度变化特征,研究了不同条件下的损伤因子、弹性模量和泊松比变化特征。研究结果表明:卸围压速率0.06 MPa/s时,... 为探究深部煤层底板变形破坏机制,对比分析了不同初始围压、不同加卸载速率下的砂岩应力—应变变化特征、声发射能量事件与强度变化特征,研究了不同条件下的损伤因子、弹性模量和泊松比变化特征。研究结果表明:卸围压速率0.06 MPa/s时,初始围压40 MPa下砂岩弹性模量损伤劣化转折点早于泊松比转折点,而初始围压25 MPa则与之相反。卸围压速率0.04 MPa/s的应力路径下,无论初始围压为25 MPa还是40 MPa,砂岩均因内部积聚大量能量以裂纹快速扩展的形式进行释放,并伴随着应力跌落现象,定义为能量驱动破坏型;初始围压25 MPa且卸围压速率0.06 MPa/s的应力路径下,砂岩内部裂隙扩展充分,内部积聚的能量及时得以释放,应力变化较为平缓,定义为损伤劣化驱动破坏型。初始围压40 MPa且卸围压速率0.06 MPa/s的应力路径下,砂岩前期因内部能量快速释放而出现应力跌落现象,而后受围压限制和轴压加载的作用,逐渐转变为裂隙扩展损伤变形破坏,即由能量驱动破坏型转变为损伤劣化驱动破坏型。 展开更多
关键词 砂岩 卸荷劣化 损伤 能量 加卸载路径 底板
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