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关键层运动监测及岩移5阶段规律——以红庆河煤矿为例 被引量:44
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作者 鞠金峰 许家林 +6 位作者 刘阳军 马祥 王晓振 王业征 刘乐 谢建林 赵富强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期611-622,共12页
煤炭开采引起的岩移规律一直是采矿领域难解的“黑箱”问题,研究揭示其内部作用机制与演变过程是科学解决采矿工程系列问题的理论基础。基于岩层控制的关键层理论,采用地面钻孔原位监测方法,开展了红庆河煤矿深井特大采高开采条件下覆... 煤炭开采引起的岩移规律一直是采矿领域难解的“黑箱”问题,研究揭示其内部作用机制与演变过程是科学解决采矿工程系列问题的理论基础。基于岩层控制的关键层理论,采用地面钻孔原位监测方法,开展了红庆河煤矿深井特大采高开采条件下覆岩内部移动规律的实测与反演研究。结果表明,覆岩由下向上逐步运移发展的过程呈现5阶段典型分区特征,分别为覆岩超前受压变形阶段、逐层向上断裂运移阶段、覆岩整体快速沉降阶段、上位岩层向下压实阶段以及覆岩整体稳沉阶段。依据5阶段岩移特征,拟合形成了覆岩超前运移的“类指数”岩移边界线,对应井上下超前影响范围分别为地表的340 m以及煤层的99 m;推演得到了关键层逐层向上断裂发展的83°断裂延伸角,对应320 m埋深以下关键层发生超前断裂、以上为滞后断裂。同时,对覆岩“横三区”的具体分布进行了划分;沿走向推进剖面,“类指数”岩移边界线与关键层断裂线之间的区域为超前变形区(煤壁支撑区),对应于岩移阶段1;关键层断裂线之后、直至井上下分别滞后工作面煤壁410和190 m的区域为离层区,对应于岩移阶段2~4;再后方的采空区为重新压实区,对应于岩移阶段5。覆岩关键层运动表现出对地表沉陷的显著控制作用,随着其逐层向上断裂运移,地表沉陷活跃度不断攀升,在主关键层结束其正向回转并开始反向回转时,地表沉陷开始进入峰值状态,且这种峰值的持续对应于覆岩整体的快速沉降;当上位岩层逐步压实下位岩层时,地表沉陷活跃度开始降低;直至主关键层运移稳定,地表沉陷活跃期结束、开始进入衰退期;表明地表沉陷盆地的最终形态直接受控于主关键层的运移状态。 展开更多
关键词 岩层移动 钻孔原位监测 关键层 分区运移 岩移边界 地表沉降
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工作面断层带静动压分步耦合预注浆加固技术研究 被引量:11
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作者 王波 张海峰 +2 位作者 杨张杰 张敦喜 余大军 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期186-195,共10页
为解决煤矿工作面在推采过程中遇到具有复杂原岩应力环境及受采动活化影响的断层带时,面临顶板与煤壁支护困难,停采停面加固破碎围岩开采效率低,开采成本高与安全性差等系列问题,采用UDEC数值模拟方法建立了工作面断层活化模型,分析了... 为解决煤矿工作面在推采过程中遇到具有复杂原岩应力环境及受采动活化影响的断层带时,面临顶板与煤壁支护困难,停采停面加固破碎围岩开采效率低,开采成本高与安全性差等系列问题,采用UDEC数值模拟方法建立了工作面断层活化模型,分析了断层构造带区域原岩应力分布特点,工作面开采过程中断层活化过程及期间岩体裂隙发育演化规律,提出了从被动过断层到超前工作面预注浆加固断层构造带的断层治理思路,确定了静、动压2阶段分步预注浆的合理有效距离为超前工作面300~400 m和30~50 m。通过对断层构造带平行与扇形注浆孔的分级递进式布置、高压注浆设备的计算选型与泵效校检、“两堵一注+排气管”耐高压(15~20 MPa)定位封孔方式的设计与强度验算,形成了帷幕注浆(0~10 m孔)、浅孔注浆(10~30 m孔)、中深孔注浆(30~80 m孔)和预留深孔注浆(80~130 m孔)相结合的静动压分步耦合预注浆断层带加固关键技术,实现了注浆压力5~15 MPa、注浆流量0~6 m^(3)/h、注浆范围0~150 m的远距离高压注浆,达到了超前工作面30~400 m预注浆加固断层破碎带煤岩体的目的。该技术在淮南矿区成功推广应用,工作面过断层期间无片帮、顶板无冒落,支架工作状态稳定,工作面巷道支护状况良好;工作面推进速度6 m/d左右,效率提高1~2倍,实现了工作面过断层不停面连续化高效回采。 展开更多
关键词 断层活化 分步耦合 超前预注浆 耐高压封孔 连续高效回采
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东胜煤田导水裂隙发育及其分区特征研究 被引量:20
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作者 鞠金峰 马祥 +4 位作者 赵富强 刘阳军 王业征 刘乐 许家林 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期202-212,共11页
东胜煤田是我国西北部能源供给的重要基地,煤炭资源丰富但赋煤条件多变,导致不同矿区采动导水裂隙的发育存在显著差异;研究揭示东胜煤田采动导水裂隙发育的分区特征对于科学指导区域煤炭绿色高效开发具有重要意义。基于东胜煤田17对主... 东胜煤田是我国西北部能源供给的重要基地,煤炭资源丰富但赋煤条件多变,导致不同矿区采动导水裂隙的发育存在显著差异;研究揭示东胜煤田采动导水裂隙发育的分区特征对于科学指导区域煤炭绿色高效开发具有重要意义。基于东胜煤田17对主力矿井30个工作面的导水裂隙发育特征统计与实测,获得了赋煤条件变化对导水裂隙带高度(简称“导高”)的影响规律;通过对东胜煤田赋煤条件的典型分区,提出了不同分区覆岩“导高”的预计方法。结果表明,相比深部开采,浅部煤层采动引起的覆岩“导高”波动程度更为显著,尤其在埋深200~300 m,裂采比上下波动范围可达2.55倍。覆岩导水裂隙的发育受控于关键层的破断运动,顶板7~10倍采高范围之外最近一层关键层底界即为导水裂隙发育的顶界;据此合理解释了浅/深埋煤层“导高”波动性差异的原因。浅埋煤层覆岩关键层数量相对偏少,极易出现主关键层进入7~10倍采高范围的情况,造成导水裂隙直接发育至基岩顶界,引起“导高”值的异常大幅度波动。而对于深部煤层,覆岩7~10倍采高范围之外关键层数量相对偏多、间距偏小,当因地质条件改变而引起关键层位置变化时,“导高”的波动范围仅限于7~10倍采高范围附近关键层与其上部相邻关键层之间的间距,难以出现“导高”的大幅度波动现象。据此提出,在埋深低于500 m条件不能直接使用采高倍数法进行“导高”预计,应根据关键层位置及其对破断裂缝导水性影响规律进行判断;而当埋深超500 m时,可按17~24倍采高的统计值进行简单估算。 展开更多
关键词 绿色开采 导水裂隙 典型分区 关键层 东胜煤田
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基于神经网络的潮湿煤炭气流分级效果预测 被引量:6
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作者 郎军 贺琼琼 +2 位作者 范徐萌 黄鹏飞 章新喜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期1001-1010,共10页
潮湿煤炭给选煤厂筛分作业带来了极大困难,而气流分级技术可以有效地解决这一问题。在进行潮湿煤炭的分级过程中,通过预先对实际的分级效果能进行预测,进而实现对分级过程进行自动控制。人工智能为分级过程模型的建立提供了新的方法。... 潮湿煤炭给选煤厂筛分作业带来了极大困难,而气流分级技术可以有效地解决这一问题。在进行潮湿煤炭的分级过程中,通过预先对实际的分级效果能进行预测,进而实现对分级过程进行自动控制。人工智能为分级过程模型的建立提供了新的方法。基于神经网络应用Python语言建立了气流分级效果预测模型,以内蒙古伊泰集团煤样为研究样品进行不同条件下50组气流分级试验,通过将试验数据随机打乱,选择45组数据作为训练集,对机器进行训练学习,5组作为检测集,选择气流分级试验中初始含水率、有无振动、分级时间3个因素作为神经网络的输入,将粗粒级和细粒级2个大粒级中的>6,3~6,<3 mm粒级的含量作为输出,通过交叉验证的方式,寻找神经网络的最佳参数。训练了2个BP神经网络NN1和NN2。神经网络NN1,包含一个隐藏层,隐藏层神经元数量为6个,选取的激活函数是tanh;NN2神经网络,包含2个隐藏层,隐藏层神经元数量分别为5和7个,选取的激活函数是identity。NN1在预测的整体上优于第2个神经网络,尤其是粗粒级3~6,<3 mm和细粒级>6,3~6,<3 mm这5个级别预测结果优于第2个神经网络,但对于粗粒集>6 mm这一级别的预测结果存在较大的偏差。NN2整体预测结果较为平均,整体偏差不大,对于粗粒级>6 mm这一项的预测结果与其他项预测较为接近,明显优于第1个神经网络,在整体预测上表现更好,NN2在>6 mm粗粒级预测上优于NN1。将2个网络结合起来,粗粒级>6 mm的采用神经网络NN2的结果,粗粒级3~6,<3 mm和细粒级>6,3~6,<3 mm这5个预测结果采用NN1的预测结果,作为最后的预测结果可提高预测的精度,最后模型的决定系数R^(2)为0.9178,能对输入数据进行较好的拟合。 展开更多
关键词 潮湿煤炭 气流分级 预测模型 BP神经网络
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红庆河煤矿双煤柱开采矿压显现特征 被引量:3
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作者 马祥 曾接兵 +4 位作者 张德兵 黄锐 张润兵 常笑笑 李许伟 《煤炭工程》 北大核心 2023年第4期113-118,共6页
由于红庆河煤矿首采区3-1103工作面和3-1101采空区之间留设双区段煤柱和顶板岩层结构的影响,3-1103工作面回采期间新辅助运输巷冲击危险水平高、动力显现明显,对安全生产构成极大威胁。采用数值模拟和统计分析的方法研究了双煤柱开采矿... 由于红庆河煤矿首采区3-1103工作面和3-1101采空区之间留设双区段煤柱和顶板岩层结构的影响,3-1103工作面回采期间新辅助运输巷冲击危险水平高、动力显现明显,对安全生产构成极大威胁。采用数值模拟和统计分析的方法研究了双煤柱开采矿压显现特征。数值模拟结果表明:柱区应力集中水平高,1#煤柱主要威胁废弃的3-1103工作面旧辅助运输巷,2#煤柱主要威胁正在使用的3-1103工作面新辅助运输巷;随着2#煤柱宽度的增加,1#煤柱、2#煤柱和3-1103新辅助运输巷处的应力均逐渐降低,旧辅助运输巷两帮应力下降较缓慢,新辅助运输巷两帮应力下降较快;3-1103工作面回采引起的矿震主要集中在煤柱区,104 J以上矿震超前工作面平均约214 m,水平距离煤柱平均约35 m。 展开更多
关键词 双煤柱 数值模拟 冲击危险性 矿震 矿压显现 岩层移动
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