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基于倾角效应的“支架-围岩”数字孪生模拟试验平台研制与测试
被引量：
1
1
作者
解盘石
张颖异
+7 位作者
伍永平
杜玉乾
杨航
黄宝发
林伟典
易磊磊
徐辉
冯春
《煤炭学报》
北大核心
2025年第6期2837-2852,共16页
液压支架与围岩两者间的稳定性关系是长壁工作面开采及其智能化研究的重难点内容之一。大倾角、急倾斜煤层赋存条件复杂,“支架-围岩”稳定性控制难度大,严重制约了该类复杂难采煤层矿井的安全智能开采。为此,在实验室环境下研制了三维...
液压支架与围岩两者间的稳定性关系是长壁工作面开采及其智能化研究的重难点内容之一。大倾角、急倾斜煤层赋存条件复杂,“支架-围岩”稳定性控制难度大,严重制约了该类复杂难采煤层矿井的安全智能开采。为此,在实验室环境下研制了三维大比例模拟试验平台与配套试验液压支架,可最大程度模拟复杂难采煤层工作面的开采环境,工作面“支架-围岩”系统耦合控制、顶板周期来压及冲击来压效果。基于数字孪生技术,构建了“支架-围岩”试验平台孪生系统,可实现对物理空间模拟试验工作面“支架-围岩”系统的精确感知与高效仿真。开展了试验平台性能、异型液压支架研发支撑、“支架-围岩”试验平台孪生系统优化等一系列测试试验,确定了试验平台整体结构的稳定性和性能的可靠性、孪生系统的实用性和准确性,体现了试验平台的多功能性。基于测试试验,发现工作面顶板来压期间,支架在倾角效应下易发生侧向偏转失稳,支架间侧向挤压加剧;工作面顶板、支架、煤壁及底板组成的“支架-围岩”系统是协同承载体,四者任何环节变化都会影响整体的稳定性,也会加剧另外环节的破坏。针对性提出采取液压支架防倒滑装置、加强围岩控制和实时监测预警3项改进措施,来提升复杂煤层工作面“支架-围岩”系统的整体稳定性。
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关键词
数字孪生
支架-围岩
倾角效应
大比例模拟试验平台
智能化
大倾角煤层
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职称材料
倾斜采场覆岩非对称载荷传递路径倾角效应
2
作者
朱开鹏
罗生虎
+5 位作者
解盘石
李志林
樊娟
田程阳
易磊磊
徐辉
《煤田地质与勘探》
北大核心
2025年第4期168-181,共14页
【目的】煤层倾角是导致倾斜采场覆岩载荷传递路径远较一般煤层复杂的根本原因,明确倾斜采场覆岩载荷传递路径倾角效应,对实现该类煤层围岩稳定性控制具有重要意义。【方法】以新疆某矿为工程背景,综合采用物理相似模拟、有限元数值仿...
【目的】煤层倾角是导致倾斜采场覆岩载荷传递路径远较一般煤层复杂的根本原因,明确倾斜采场覆岩载荷传递路径倾角效应,对实现该类煤层围岩稳定性控制具有重要意义。【方法】以新疆某矿为工程背景,综合采用物理相似模拟、有限元数值仿真及理论计算等方法,分析倾斜采场覆岩非对称变形破坏特征,并构建顶板应力特征量,研究不同维度条件下覆岩载荷传递路径及其倾角效应。【结果和结论】结果显示:(1)倾斜煤层开采过程中,顶板应力特征量传递路径为倾向“m”形和走向双“n”形的分布,在平行煤层方向,顶板应力特征量传递路径为双“v”形分布,使采动影响范围以内、应力分界线以外的覆岩载荷,向采场四周煤壁作双向传递,而应力分界线以内的覆岩载荷则向工作面倾向两侧煤体单向传递。(2)随着煤层倾角的增大,采场顶板应力特征量的偏转界线范围逐渐减小,使采场四周支承压力峰值呈逐渐减小的演化趋势。(3)受此影响,倾斜采场顶板破断形态呈中上部大于下部的非对称分布形态,造成工作面倾向中部、上部支架工作阻力及其离散程度较大,支架偏载、空载现象频发,而工作面倾向下部支架工作阻力及其离散程度相对较小。(4)覆岩载荷传递路径的非对称性是导致倾斜采场顶板力学行为区域性分布的根源,且这一现象随着煤层倾角的增加而愈发突出。研究成果可指导倾斜采场支架设计与布置,预防偏载、空载,提升围岩稳定性,提高开采效率,保障煤矿安全。
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关键词
倾斜煤层
切应力
传递路径
非对称性
倾角效应
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职称材料
题名
基于倾角效应的“支架-围岩”数字孪生模拟试验平台研制与测试
被引量：
1
1
作者
解盘石
张颖异
伍永平
杜玉乾
杨航
黄宝发
林伟典
易磊磊
徐辉
冯春
机构
西安科技大学
能源
与矿业工程学院
西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室
陕西省岩层控制重点实验室
四川川煤华荣能源有限责任公司太平煤矿
四川
华蓥山广能集团嘉华机械
有限责任公司
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第6期2837-2852,共16页
基金
国家自然科学基金面上资助项目(52174126)
陕西省杰出青年科学基金资助项目(2023-JC-JQ-42)
陕西省教育厅青年创新团队科研计划资助项目(23JP098)。
文摘
液压支架与围岩两者间的稳定性关系是长壁工作面开采及其智能化研究的重难点内容之一。大倾角、急倾斜煤层赋存条件复杂,“支架-围岩”稳定性控制难度大,严重制约了该类复杂难采煤层矿井的安全智能开采。为此,在实验室环境下研制了三维大比例模拟试验平台与配套试验液压支架,可最大程度模拟复杂难采煤层工作面的开采环境,工作面“支架-围岩”系统耦合控制、顶板周期来压及冲击来压效果。基于数字孪生技术,构建了“支架-围岩”试验平台孪生系统,可实现对物理空间模拟试验工作面“支架-围岩”系统的精确感知与高效仿真。开展了试验平台性能、异型液压支架研发支撑、“支架-围岩”试验平台孪生系统优化等一系列测试试验,确定了试验平台整体结构的稳定性和性能的可靠性、孪生系统的实用性和准确性,体现了试验平台的多功能性。基于测试试验,发现工作面顶板来压期间,支架在倾角效应下易发生侧向偏转失稳,支架间侧向挤压加剧;工作面顶板、支架、煤壁及底板组成的“支架-围岩”系统是协同承载体,四者任何环节变化都会影响整体的稳定性,也会加剧另外环节的破坏。针对性提出采取液压支架防倒滑装置、加强围岩控制和实时监测预警3项改进措施,来提升复杂煤层工作面“支架-围岩”系统的整体稳定性。
关键词
数字孪生
支架-围岩
倾角效应
大比例模拟试验平台
智能化
大倾角煤层
Keywords
digital twins
support-surrounding rock
dip effect
large scale simulation experimental platform
intelli-gence
steeply dipping coal seams
分类号
TD355.4 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
倾斜采场覆岩非对称载荷传递路径倾角效应
2
作者
朱开鹏
罗生虎
解盘石
李志林
樊娟
田程阳
易磊磊
徐辉
机构
陕西省
煤矿
水害防治技术重点实验室
中
煤
科工西安研究院(集团)
有限
公司
煤矿
灾害防控全国重点实验室
西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部实验室
四川川煤华荣能源有限责任公司太平煤矿
出处
《煤田地质与勘探》
北大核心
2025年第4期168-181,共14页
基金
国家自然科学基金面上项目(52274139,51974227)
陕西省煤矿水害防治技术重点实验室开放基金项目(2021SKZD01)。
文摘
【目的】煤层倾角是导致倾斜采场覆岩载荷传递路径远较一般煤层复杂的根本原因,明确倾斜采场覆岩载荷传递路径倾角效应,对实现该类煤层围岩稳定性控制具有重要意义。【方法】以新疆某矿为工程背景,综合采用物理相似模拟、有限元数值仿真及理论计算等方法,分析倾斜采场覆岩非对称变形破坏特征,并构建顶板应力特征量,研究不同维度条件下覆岩载荷传递路径及其倾角效应。【结果和结论】结果显示:(1)倾斜煤层开采过程中,顶板应力特征量传递路径为倾向“m”形和走向双“n”形的分布,在平行煤层方向,顶板应力特征量传递路径为双“v”形分布,使采动影响范围以内、应力分界线以外的覆岩载荷,向采场四周煤壁作双向传递,而应力分界线以内的覆岩载荷则向工作面倾向两侧煤体单向传递。(2)随着煤层倾角的增大,采场顶板应力特征量的偏转界线范围逐渐减小,使采场四周支承压力峰值呈逐渐减小的演化趋势。(3)受此影响,倾斜采场顶板破断形态呈中上部大于下部的非对称分布形态,造成工作面倾向中部、上部支架工作阻力及其离散程度较大,支架偏载、空载现象频发,而工作面倾向下部支架工作阻力及其离散程度相对较小。(4)覆岩载荷传递路径的非对称性是导致倾斜采场顶板力学行为区域性分布的根源,且这一现象随着煤层倾角的增加而愈发突出。研究成果可指导倾斜采场支架设计与布置,预防偏载、空载,提升围岩稳定性,提高开采效率,保障煤矿安全。
关键词
倾斜煤层
切应力
传递路径
非对称性
倾角效应
Keywords
inclined coal seam
shear stress
transfer path
asymmetry
angle effect
分类号
TD82 [矿业工程—煤矿开采]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于倾角效应的“支架-围岩”数字孪生模拟试验平台研制与测试
解盘石
张颖异
伍永平
杜玉乾
杨航
黄宝发
林伟典
易磊磊
徐辉
冯春
《煤炭学报》
北大核心
2025
1
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职称材料
2
倾斜采场覆岩非对称载荷传递路径倾角效应
朱开鹏
罗生虎
解盘石
李志林
樊娟
田程阳
易磊磊
徐辉
《煤田地质与勘探》
北大核心
2025
0
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