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深部顶板夹煤层巷道围岩变形破坏机制及控制 被引量:66
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作者 李为腾 王琦 +5 位作者 李术才 王德超 黄福昌 左金忠 张世国 王洪涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期47-56,共10页
深部矿山顶板夹煤层巷道顶板围岩变形破坏严重,控制难度大。现场探测发现此类巷道围岩具有独特的二分区破裂模式,存在相对独立的巷道周圈松动破裂区和夹煤层界面离层破裂区。建立计算模型,研究了夹煤层厚度、位置和分岔巷道岩柱宽度3个... 深部矿山顶板夹煤层巷道顶板围岩变形破坏严重,控制难度大。现场探测发现此类巷道围岩具有独特的二分区破裂模式,存在相对独立的巷道周圈松动破裂区和夹煤层界面离层破裂区。建立计算模型,研究了夹煤层厚度、位置和分岔巷道岩柱宽度3个因素对巷道关键点位移、塑性区、非对称变形的影响规律,分析了围岩变形破坏机制:夹煤层界面离层破裂区的发展,造成围岩自承结构的失效和自承能力的丧失,破裂区超过支护体系控制范围,最终导致围岩破坏失稳。提出了"内修+外控"的以注为主的非对称联合控制对策,现场试验显示取得了较好效果。 展开更多
关键词 深部巷道 顶板夹煤层巷道 变形破坏机制 控制对策 注浆
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不同锚固长度下巷道锚杆力学效应分析及应用 被引量:64
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作者 王洪涛 王琦 +5 位作者 王富奇 李术才 王德超 任尧喜 郭念波 张世国 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期509-515,共7页
为研究不同锚固长度对巷道围岩的控制效果,从理论方面推导了锚杆应力分布规律,建立了不同锚固长度下巷道围岩力学分析模型,考虑分析了锚杆直径、围岩强度参数、锚固长度、预紧力、布设间距等影响因素,给出了巷道锚杆支护设计的工程建议... 为研究不同锚固长度对巷道围岩的控制效果,从理论方面推导了锚杆应力分布规律,建立了不同锚固长度下巷道围岩力学分析模型,考虑分析了锚杆直径、围岩强度参数、锚固长度、预紧力、布设间距等影响因素,给出了巷道锚杆支护设计的工程建议措施,并通过开展现场试验验证了本文理论研究成果的正确性。研究表明:锚杆受力主要集中在锚固段端头1/3范围内,且沿长度方向杆体剪应力与轴力不断递减;在软岩中更利于锚杆锚固作用的发挥;施加高预紧力,并留设一定的自由段长度,有利于锚杆预紧力在围岩中扩散,可形成有效的锚固围岩承载结构,充分发挥杆体支护潜力;当锚杆布设间距较大时,可通过提高预紧力、适当减少锚固长度来增加预紧力对围岩的控制效果。 展开更多
关键词 锚杆 锚固长度 预紧力 力学效应
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煤巷断层区顶板破断机制分析及支护对策研究 被引量:19
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作者 王琦 李术才 +5 位作者 李智 李为腾 王富奇 江贝 王德超 王洪涛 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期3093-3102,共10页
针对断层区煤巷顶板破断问题,分别建立了正断层和逆断层构造区的顶板弹性深梁力学模型,研究了顶板应力分布规律,并以Mohr-Coulomb破坏准则为判据,分析了不同顶板压力、支护强度、跨高比等因素下的顶板破断机制。理论分析表明,顶板深梁... 针对断层区煤巷顶板破断问题,分别建立了正断层和逆断层构造区的顶板弹性深梁力学模型,研究了顶板应力分布规律,并以Mohr-Coulomb破坏准则为判据,分析了不同顶板压力、支护强度、跨高比等因素下的顶板破断机制。理论分析表明,顶板深梁最大有效剪应力随跨高比增大而增大;其随跨高比不同而呈现出3种不同破断模式;穿越断层的巷道在断层区域应尽早使用强力支护系统,提高支护强度;穿越正断层的巷道在断层面附近应当提高护表效果。根据理论分析结论提出,在煤巷断层区使用让压型锚索箱梁支护系统,可对顶板围岩进行及时强力支护,实现"先控后让再抗",既能有效发挥支护系统作用,又能充分发挥围岩自承能力。上述支护对策应用于巨野矿区断层区煤巷支护方案设计中,有效防止了顶板事故的发生,验证了理论分析的正确性。 展开更多
关键词 煤巷 断层区 顶板 破断机制 力学模型 箱型支护梁
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软及硬煤层钻孔卸压效果对比分析研究 被引量:49
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作者 易恩兵 牟宗龙 +3 位作者 窦林名 居建国 谢龙 徐大连 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2011年第6期1-5,85,共6页
为分析冲击矿压矿井软煤层钻孔卸压效果比硬煤层好这一问题,通过采用有限元数值模拟软件FLAC对软及硬煤层的大直径钻孔卸压效果进行了分析研究,结果表明:当钻孔深度达到10~15 m时,软煤体内应力35 MPa,硬煤体内应力29 MPa,并且软煤体35 ... 为分析冲击矿压矿井软煤层钻孔卸压效果比硬煤层好这一问题,通过采用有限元数值模拟软件FLAC对软及硬煤层的大直径钻孔卸压效果进行了分析研究,结果表明:当钻孔深度达到10~15 m时,软煤体内应力35 MPa,硬煤体内应力29 MPa,并且软煤体35 MPa的应力大于硬煤体29MPa的应力,从而说明软煤层中实施钻孔卸压效果较好,硬煤层中钻孔卸压效果较差,最后对张双楼煤矿7123工作面实施大直径钻孔卸压,卸压效果与数值模拟结果一致。 展开更多
关键词 冲击矿压 大直径 钻孔卸压 数值模拟 应力集中 卸压效果
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深部厚顶煤巷道大型地质力学模型试验系统研制与应用 被引量:23
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作者 李术才 王德超 +5 位作者 王琦 王富奇 彭蓬 李为腾 江贝 王洪涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期1522-1530,共9页
为研究深部厚顶煤巷道围岩应力演化规律与变形特征,研制了大型地质力学模型试验系统。该系统由反力装置、柔性均布压力加载装置、数字智能液压控制系统和高精度多元实时监测系统组成,具有可自由拼装、模拟空间大、荷载集度高、边界加载... 为研究深部厚顶煤巷道围岩应力演化规律与变形特征,研制了大型地质力学模型试验系统。该系统由反力装置、柔性均布压力加载装置、数字智能液压控制系统和高精度多元实时监测系统组成,具有可自由拼装、模拟空间大、荷载集度高、边界加载均匀和模拟精度高等特点。以赵楼煤矿3302工作面运输巷为工程背景,通过大量的相似材料配比及力学参数测试,确定了两种不同系列的材料分别模拟砂岩和煤层;设计制作了预应力锚杆(索)、箱型支护梁、钢带及托盘等相似构件;对让压型锚索箱梁支护系统进行了大比尺模型试验研究,得到了深部厚顶煤巷道开挖支护过程中的围岩内部应力演化与变形规律。结果表明,该系统能够较好地进行深井煤巷及其他大型地下硐室开挖支护全过程的模型试验研究。 展开更多
关键词 厚顶煤巷道 地质力学模型试验 大比尺 柔性均布压力加载装置 应力演化 变形特征
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基于非连续变形分析方法的深部沿空掘巷围岩变形破坏及控制机制对比研究 被引量:16
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作者 江贝 李术才 +6 位作者 王琦 朱维申 王德超 王富奇 王洪涛 阮国强 邵行 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期2353-2360,共8页
利用非连续变形分析方法(DDARF)对单节理锚固试件在单轴压缩条件下的变形破坏及裂隙扩展过程进行分析,并以深部厚顶煤综放沿空掘巷——赵楼煤矿11302工作面轨道巷为工程背景,应用DDARF对沿空巷道围岩的变形破坏及控制机制进行研究,同时... 利用非连续变形分析方法(DDARF)对单节理锚固试件在单轴压缩条件下的变形破坏及裂隙扩展过程进行分析,并以深部厚顶煤综放沿空掘巷——赵楼煤矿11302工作面轨道巷为工程背景,应用DDARF对沿空巷道围岩的变形破坏及控制机制进行研究,同时利用地质力学模型试验及现场试验进行对比验证。重点分析了沿空巷道围岩裂隙演化规律,并定义裂隙率cR及裂隙减少率rR两个指标对DDARF计算中的沿空巷道裂隙演化规律进行定量分析。研究结果表明:采用DDARF方法对单节理试件在无锚和加锚条件下的单轴压缩试验计算与室内试验结果相吻合;对沿空掘巷过程中巷道围岩变形情况进行DDARF计算,结果显示,围岩变形呈现沿空帮>顶板>实体帮>底板的变化趋势,与模型及现场试验监测数据相符;根据cR及rR两个指标对计算得到的无锚和加锚沿空巷道围岩裂隙发育情况进行定量分析,结果显示,沿空巷道围岩破坏趋势为cI cII cIIIR?R?R,与变形趋势相一致;虽然锚固效果明显,但由于Ⅰ区、Ⅱ区本身围岩破碎严重,支护后裂隙率最大的cIR仍然是裂隙率最小的cIIIR的2.13倍,为了维护围岩稳定性,除了进行锚杆(索)非对称支护外,还应对Ⅰ区、Ⅱ区关键部位增加支护措施。DDARF方法关于沿空巷道围岩变形破坏的计算结果与实际工程相近,可有效开展裂隙演化与变形破坏机制研究,分析此类巷道的控制对策。 展开更多
关键词 深部厚煤层 沿空掘巷 非连续变形分析方法 裂隙定量统计 模型试验 现场试验 变形破坏 控制对策
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让压型锚索箱梁支护系统组合构件耦合性能分析及应用 被引量:12
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作者 王琦 李术才 +6 位作者 李为腾 李智 江贝 苗素军 李海燕 王德超 王洪涛 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期3374-3384,共11页
对锚索梁支护及组合构件耦合支护研究现状进行了总结分析,指出锚索梁支护系统组合构件耦合支护研究的必要性和意义。以"先控后让再抗"支护理念为指导,研发出高强让压型锚索箱梁支护系统。通过层次分析法得到支护系统各构件权... 对锚索梁支护及组合构件耦合支护研究现状进行了总结分析,指出锚索梁支护系统组合构件耦合支护研究的必要性和意义。以"先控后让再抗"支护理念为指导,研发出高强让压型锚索箱梁支护系统。通过层次分析法得到支护系统各构件权重值,提出了支护系统构件整体性能利用率、耦合效率和围岩控制效果3个指标,进行的13种数值试验对比方案结果表明:Ⅱ12c+Φ22锚索、Ⅱ12b+Φ22锚索和Ⅱ12a+Φ17.8锚索方案对应的支护系统均具有较高的耦合效率;锚索型号对支护系统耦合效率具有较为显著的影响;增大预紧力有助于进一步提高构件整体利用率、耦合效率,改善围岩控制效果。设计制作了测力箱梁,选择Ⅱ12b+Φ22锚索方案对应的锚索梁支护系统进行了现场试验,测站监测结果显示,支护系统在掘巷期间的整体性能利用率为54.51%,构件耦合效率达到75.61%,系统各构件达到了同步承载的效果,巷道顶板沉降量和两帮移近量分别为148 mm和180 mm,较好地控制了巷道围岩变形。 展开更多
关键词 箱型支护梁 锚索让压环 组合构件 耦合性能 数值试验 现场试验
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方钢约束混凝土拱架力学性能及破坏机制 被引量:21
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作者 王琦 邵行 +5 位作者 李术才 王德超 李为腾 王富奇 刘文江 张世国 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期922-930,共9页
针对处于深部、高应力、构造破碎带等条件下的困难支护巷道,提出了方钢约束混凝土(SQCC)新型支护体系,并对其主要组成部分方钢约束混凝土拱架进行了深入研究。推导出任意节数直腿半圆形拱架的内力计算公式,结合工程实际计算出现场采用的... 针对处于深部、高应力、构造破碎带等条件下的困难支护巷道,提出了方钢约束混凝土(SQCC)新型支护体系,并对其主要组成部分方钢约束混凝土拱架进行了深入研究。推导出任意节数直腿半圆形拱架的内力计算公式,结合工程实际计算出现场采用的4节拱架在均布荷载作用下的内力分布,得到内力最大的部位为拱腿上部和拱顶;通过SQCC构件强度分析对可能的关键部位进行校核,得到拱架均压作用下最先破坏的部位为拱腿上部以及拱架的极限承载力为1 315 k N。采用地下工程约束混凝土拱架1∶1大型试验系统对SQCC全尺寸拱架进行了力学加载试验,结合利用ABAQUS软件对SQCC拱架进行的数值试验,分析了极限承载力误差率δFe-Ft=-7.1%,δFe-Fn=-1.1%和关键破坏部位、内力以及应力应变等多个结果,从而对拱架力学性能和变形破坏机制进行了研究,同时也验证了理论计算和数值试验的正确性。 展开更多
关键词 方钢约束混凝土 拱架 力学性能 深部高应力巷道 全尺寸力学试验
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大断面厚顶煤巷道顶板冒落破坏的上限分析 被引量:19
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作者 王琦 王洪涛 +4 位作者 李术才 王德超 江贝 张红军 李为腾 《岩土力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期795-800,共6页
根据大断面厚顶煤巷道顶板的破坏特性,考虑了顶板围岩应力水平与支护荷载的影响,利用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则,构造出厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机构。基于塑性力学中的上限分析方法,结合变分原理,推导得到了大跨度厚顶... 根据大断面厚顶煤巷道顶板的破坏特性,考虑了顶板围岩应力水平与支护荷载的影响,利用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则,构造出厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机构。基于塑性力学中的上限分析方法,结合变分原理,推导得到了大跨度厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机制,并以赵楼煤矿某巷道现场实践为例,分析了不同计算参数对顶板冒落破坏机制的影响。计算研究表明:随着岩体经验参数A、抗拉强度、抗压强度及支护荷载的增加,冒落体尺寸随之增大,而当岩体经验参数B、围岩应力及岩体重度增加时,冒落体尺寸则随之减小;冒落体尺寸代表了巷道顶板安全性能的大小,其尺寸越大,表明使巷道顶板发生冒落破坏所需外力功越多,顶板安全性能也越高;岩体经验参数B、围岩应力水平与支护荷载对顶板围岩破裂机制影响较为显著,参数B决定了冒落体的破裂形状,随着参数B的增加,冒落破裂迹线的曲率不断减小;增大支护阻力是提高顶板稳定性的有效途径,其研究结果可为大断面厚顶煤巷道支护设计提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 厚顶煤 顶板 HOEK-BROWN强度准则 塑性上限分析 围岩应力
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深部厚顶煤巷道让压型锚索箱梁支护系统布置方式对比研究 被引量:10
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作者 王琦 李术才 +5 位作者 李为腾 王德超 黄福昌 江贝 李智 王洪涛 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期842-848,共7页
针对深部厚顶煤巷道围岩变形特点,以"先控后让再抗"为支护理念,设计了让压型锚索箱梁支护系统横梁、纵向单梁、纵向双梁及纵横组合4种不同布置方式的支护方案。数值试验结果表明,纵横组合方案具有最好的围岩控制效果,横梁方... 针对深部厚顶煤巷道围岩变形特点,以"先控后让再抗"为支护理念,设计了让压型锚索箱梁支护系统横梁、纵向单梁、纵向双梁及纵横组合4种不同布置方式的支护方案。数值试验结果表明,纵横组合方案具有最好的围岩控制效果,横梁方案支护效果相对较差。对让压型锚索箱梁支护系统的4种方案进行了现场试验,监测结果显示,纵横组合方案作用下的围岩变形量最小,其两帮移近量和顶板沉降量仅为120 mm和90 mm,同时该方案支护反力最大;锚杆、锚索受力与巷道围岩控制效果相对应,且锚索让压环作用明显;设计制作的测力箱梁监测表明,箱型支护梁受力合理协调,材料性能发挥充分。对让压型锚索箱梁支护系统及其不同布置方案的作用机制进行了探讨。综合分析表明,深部厚顶煤巷道中,优先选用让压型锚索箱梁支护系统中的纵横组合与纵向单梁方案,可有效地控制巷道围岩变形,满足支护要求。 展开更多
关键词 箱型支护梁 让压 支护系统 布置方式 数值试验 现场试验
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基于上限理论的深部巷道顶板锚杆预紧力简化设计方法 被引量:14
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作者 王洪涛 王琦 +5 位作者 李术才 王富奇 任尧喜 王德超 郭念波 潘锐 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1477-1484,共8页
以深部直墙半圆拱巷道为例,基于非线性Hoek-Brown强度准则,考虑顶板围岩应力与锚杆支护作用,构造出顶板围岩破裂机制,利用极限分析上限法,提出了巷道开挖初期顶板锚杆预紧力的简化设计方法,给出了相应工程建议措施,并通过现场应用实例... 以深部直墙半圆拱巷道为例,基于非线性Hoek-Brown强度准则,考虑顶板围岩应力与锚杆支护作用,构造出顶板围岩破裂机制,利用极限分析上限法,提出了巷道开挖初期顶板锚杆预紧力的简化设计方法,给出了相应工程建议措施,并通过现场应用实例验证了高强预紧力支护对顶板围岩的控制效果。研究结果表明:巷道开挖初期,锚杆支护构件只有施加足够预紧力,才可有效限制顶板围岩下沉破坏;随岩体强度参数增大,锚杆所需预紧力不断减小,而随锚杆布设间距与围岩应力增大,锚杆所需预紧力不断增加;在软弱或松散破碎围岩中,可通过采用高强、高韧性锚固支护构件并施加高预紧力或注浆加固等方式来获得较理想围岩控制效果。 展开更多
关键词 顶板 锚杆 HOEK-BROWN强度准则 上限法 预紧力
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Hoek-Brown准则下预应力锚索锚固体破坏的极限分析 被引量:9
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作者 李术才 王洪涛 +5 位作者 王琦 王德超 江贝 杨为民 张红军 李为腾 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期466-473,489,共9页
针对预应力锚索锚固体的破坏形式,采用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则,分别考虑锚固体界面产生滑脱破坏与锚固体周围岩体发生整体破坏两种工况,根据塑性力学中的上限分析定理,推导出了锚索极限抗拔力的计算公式与锚固体的破裂... 针对预应力锚索锚固体的破坏形式,采用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则,分别考虑锚固体界面产生滑脱破坏与锚固体周围岩体发生整体破坏两种工况,根据塑性力学中的上限分析定理,推导出了锚索极限抗拔力的计算公式与锚固体的破裂机制,并分别讨论了锚固段灌浆压力、锚固段长度与岩体强度参数等对极限抗拔力与破裂面形状的影响。计算表明:一定范围内增大锚固段长度和采用压力灌浆是提高锚索极限抗拔力的有效措施;当锚固段周围岩体发生整体破坏时,随着岩体经验参数A、岩体抗拉强度、抗压强度与重度的增加,锚索极限抗拔力不断增大,而随着经验参数B的增加,锚索极限抗拔力则不断减小;锚固段周围岩体破裂面形状呈现出对称的"喇叭形",这与现有文献中的研究成果相一致,而且岩体经验参数B是影响岩体破裂面形状的重要因素,它决定了岩体破裂面的曲率大小,当B=1时,岩体破裂曲面退化为圆锥面。 展开更多
关键词 预应力锚索 HOEK-BROWN强度准则 塑性 流动法则 锚固体 极限分析
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深部厚顶煤巷道纵横钢带联合支护对比研究及机制分析 被引量:6
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作者 李海燕 李为腾 +5 位作者 王德超 李术才 张红军 王琦 王洪涛 李智 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期5075-5083,共9页
针对常规锚网索带支护方式在深部煤巷支护中出现的问题,以山东赵楼煤矿11301工作面深部厚顶煤巷道为工程背景,设计纵向单带和纵向双带2种纵横钢带联合支护方案。通过数值模拟和现场试验研究发现:2种纵横钢带联合支护方案均能够有效改善... 针对常规锚网索带支护方式在深部煤巷支护中出现的问题,以山东赵楼煤矿11301工作面深部厚顶煤巷道为工程背景,设计纵向单带和纵向双带2种纵横钢带联合支护方案。通过数值模拟和现场试验研究发现:2种纵横钢带联合支护方案均能够有效改善围岩控制效果,且纵向单带方案优于纵向双带方案;巷道顶板围岩控制效果与支护阻力在顶板中形成的压应力值及范围正相关。根据顶板沉降、顶板弯曲变形、支护构件受力及顶板应力等试验结果综合分析,总结了纵横钢带联合支护方式围岩作用机制:(1)厚顶煤巷道巷中顶板是围岩控制的关键部位,巷中顶板纵向锚索钢带能够有效控制顶板的弯曲变形,实现顶板的刚性自稳;(2)纵向钢带扩大了护表面积,改善了支护阻力分布状态;(3)纵向钢带有效减小锚索预紧力损失,保证支护系统高初锚力及后期支护阻力达到较高水平;(4)纵向锚索钢带与横向锚杆钢带一起组成三维控制体系,提高支护系统的整体刚度与支护能力。纵横钢带联合支护方式扩展了煤巷锚网索带支护方式使用范围,提高了围岩控制效果,且施工简单,支护成本低。 展开更多
关键词 厚顶煤 纵横钢带 布置方式 作用机制
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崔木煤矿顶板离层水防治技术 被引量:23
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作者 林青 乔伟 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第3期129-134,共6页
为解决崔木煤矿煤层顶板高位离层水体突水灾害问题,通过分析涌突水规律,采用数值计算对煤层顶板涌突水与水位联动机制、离层发育位置和覆岩导水裂隙带发育高度进行了研究,并提出了防治离层水水害的方法。研究结果表明:洛河组水位变化与... 为解决崔木煤矿煤层顶板高位离层水体突水灾害问题,通过分析涌突水规律,采用数值计算对煤层顶板涌突水与水位联动机制、离层发育位置和覆岩导水裂隙带发育高度进行了研究,并提出了防治离层水水害的方法。研究结果表明:洛河组水位变化与井下涌突水有较强的关联性;顶板离层发育位置和导水裂隙带高度揭示了在洛河组底部将发育有离层空间并充水;在以往研究结果基础上,采取井下探放水钻孔对离层水进行疏放是防治离层水水害的有效措施,该措施使该矿21303工作面回采期间最大涌水量控制在30 m3/h以下,同时为我国西部侏罗系煤炭资源开发时综放开采顶板离层水防治水设计提供对策。 展开更多
关键词 巨厚煤层 综放开采 顶板离层 导水裂隙带
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