急倾斜巨厚煤层复杂空间结构区微震时空演化规律及诱冲机理 被引量：6

1

作者 崔峰 张随林 +6 位作者 刘旭东 来兴平 姬松涛 冯攀飞 贾冲 陆长亮 王昊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1786-1803,共18页

煤矿冲击地压灾害的发生与空间结构密切相关,尤其在复杂空间结构区灾害发生更频繁。掌握煤层开采复杂空间结构区煤岩灾变规律并揭示其发生机制对于冲击地压防控具有重要意义。以乌东煤矿为研究背景,采用数值模拟、微震监测、理论分析等... 煤矿冲击地压灾害的发生与空间结构密切相关,尤其在复杂空间结构区灾害发生更频繁。掌握煤层开采复杂空间结构区煤岩灾变规律并揭示其发生机制对于冲击地压防控具有重要意义。以乌东煤矿为研究背景,采用数值模拟、微震监测、理论分析等方法,研究了岩柱应力异常尺寸效应,分析了复杂空间结构区微震时空演化规律,揭示了复杂空间结构下冲击地压发生机理,评估了煤层开采不同区域的冲击危险性。研究结果表明:①急倾斜岩柱厚度更窄、出露高度更大其撬动效应更强,岩厚变异应力异常形成5个分区。②岩柱厚度更窄区域微震频次更多,能量更高,时空活动度更强,离散性更高。高应力区、应力梯度区、应力平稳区依次呈现“低频次-高能量”、“高频次-高能量”、“低频次-低能量”的微震响应特征。③特殊空间结构区域微震事件簇集且能级增大,时空活动度及离散性陡增,尤其在结构边缘该特征更明显,能量积聚及释放速率增大,冲击地压发生的概率及强度更高。位于岩柱更窄区域的特殊空间结构内微震活动更剧烈。④岩柱厚度越窄(煤柱高度越大)则岩柱向深的弯矩及能量增长速率越快,冲击危险性更高。依据结构面强度效应推断出断裂带发生滑移错动,是能量积聚与释放的优势区域。揭示冲击地压发生机理为高静载及低临界载荷共同作用,基于应力集中特征评估煤层开采不同区域的冲击危险性。 展开更多

关键词 急倾斜巨厚煤层 复杂空间结构 微震时空演化规律 冲击地压

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端帮充填开采支撑煤柱参数设计方法 被引量：1

2

作者 曹兰柱 胡亚涛 +2 位作者 姜聚宇 蔡明祥 李磊 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2987-2993,共7页

合理地设计端帮充填开采下支撑煤柱参数是端帮开采工艺推广应用的前提。对端帮充填开采前后煤柱受力变化进行了分析,阐明了充填体提高煤柱强度的机理。根据有效区域理论计算了煤柱上方载荷,推导了基于土压力公式的煤柱侧向约束力,结合CI... 合理地设计端帮充填开采下支撑煤柱参数是端帮开采工艺推广应用的前提。对端帮充填开采前后煤柱受力变化进行了分析,阐明了充填体提高煤柱强度的机理。根据有效区域理论计算了煤柱上方载荷,推导了基于土压力公式的煤柱侧向约束力,结合CIMFR煤柱强度经验公式和Mohr-Coulomb强度准则获得了充填条件下煤柱强度,提出了兼顾煤柱安全系数的非均布载荷下端帮充填开采支撑煤柱参数设计方法。基于端帮充填开采支撑煤柱参数计算方法,考虑端帮充填开采三角载荷作用,提出了对采硐分段充填的方法,并且给出了不同条块充填高度的计算方法。考虑充填环节与端帮采煤时间的协调性,在一步式开采不合理的情况下,设计了两步式充填开采顺序、三步式充填开采顺序。以某露天矿为工程背景,设计了端帮充填开采支撑煤柱参数,较非充填开采单个煤柱宽度减小3.5 m,资源回收率由33.7%提升至68.4%,在分段充填条件下,单个采硐充填材料用量减少2053.6 m^(3)。提出了端帮充填开采条件下支撑煤柱设计方法,对推动露天煤矿端帮充填开采具有科学意义。 展开更多

关键词 安全工程 端帮开采 充填采矿 煤柱参数 分段充填

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露天开采工艺的离散事件系统仿真优化方法

3

作者 许晨 孙健东 +3 位作者 张治军 虎岩 杨杰 塔努尔·木海拉 《煤炭工程》 北大核心 2024年第12期147-154,共8页

露天开采工艺参数优化问题中,采用常规优化解法要求构建适于求解的模型形式,但往往存在工程问题建模、求解的困难。针对以上问题,提出工艺参数的仿真求解方法,其核心思路为“确定系统逻辑流程—提取底层驱动事件—确定仿真类型与时钟模... 露天开采工艺参数优化问题中,采用常规优化解法要求构建适于求解的模型形式,但往往存在工程问题建模、求解的困难。针对以上问题,提出工艺参数的仿真求解方法,其核心思路为“确定系统逻辑流程—提取底层驱动事件—确定仿真类型与时钟模拟方法—构建系统状态量化模型—简化控制逻辑—构建驱动事件量化模型—系统重演”。以黑岱沟露天矿无倒堆工艺为案例进行了应用研究,将倒堆系统逻辑流程做三层分解,得出设备基本作业环节为系统底层驱动事件;提出重心圆投影法简化系统控制逻辑,构建了以三维模型为基础的系统存储状态模型;选取离散事件系统建模,利用事件步长法推进仿真进程。仿真结果显示,拉斗铲作业平盘高度在13 m附近时其效率最高,当仿真修正系数α取0.94时,误差最小。 展开更多

关键词 露天开采 参数优化 仿真 拉斗铲倒堆工艺

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急倾斜水平分段综放面强矿压致灾机理及其防治 被引量：2

4

作者 杨文化 来兴平 +1 位作者 王宁波 艾小斐 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第2期221-228,共8页

急倾斜特厚煤层水平分段综放开采条件下的强矿压致灾日益突出,严重制约矿井的安全生产。以乌东煤矿北采区45#特厚煤层为研究背景,构建物理相似模型,揭示了采场覆岩垮冒结构特征,理论分析综放面覆岩应力传递特征;通过FLAC3D软件建立三维... 急倾斜特厚煤层水平分段综放开采条件下的强矿压致灾日益突出,严重制约矿井的安全生产。以乌东煤矿北采区45#特厚煤层为研究背景,构建物理相似模型,揭示了采场覆岩垮冒结构特征,理论分析综放面覆岩应力传递特征;通过FLAC3D软件建立三维数值计算模型,分析了急倾斜特厚煤层水平分段综放开采后覆岩的应力场及塑性区的变化特征。结果表明:急斜煤层赋存环境复杂,顶板不易垮落,易在采空区形成悬空顶板;+600水平分段煤层开采后,覆岩应力重新分布,在+575水平工作面沿煤层倾向距顶板巷6~45 m的采场煤岩体内,形成轮廓为“三角形”的应力集中区;随开采水平不断向深部延伸,应力集中程度不断增加,矿压显现也随之增剧。针对覆岩垮冒结构及应力特征,进行超前预裂爆破弱化技术,综放工作面支架压力和电磁辐射监测表明:支架压力下降了5~10 MPa,煤岩体平均电磁辐射强度由35.5 mV下降为14.4 mV,明显减缓了工作面强矿压显现,实现了安全生产。这对类似矿井安全开采提供了值得借鉴依据。 展开更多

关键词 矿业工程 急倾斜 强矿压 致灾机理 超前预裂爆破

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动-静载作用下端帮开采支撑煤柱参数设计方法 被引量：5

5

作者 姜聚宇 路烨 +5 位作者 曹兰柱 付天光 王东 王来贵 蔡明祥 李磊 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期53-62,共10页

应用端帮采煤机开采工艺回收端帮压覆滞留煤资源时,支撑煤柱合理宽度的确定是影响其安全、高效推广应用的一个关键性要素,尤其是考虑爆破振动效应对支撑煤柱稳定性的影响。以平朔安太堡露天矿南端帮为工程背景,采用现场测振试验、理论... 应用端帮采煤机开采工艺回收端帮压覆滞留煤资源时,支撑煤柱合理宽度的确定是影响其安全、高效推广应用的一个关键性要素,尤其是考虑爆破振动效应对支撑煤柱稳定性的影响。以平朔安太堡露天矿南端帮为工程背景,采用现场测振试验、理论分析、数值计算研究边坡三角载荷和爆破振动作用下端帮开采支撑煤柱稳定性及其参数设计方法。基于极限平衡理论和尖点突变理论,运用Mohr-Coulomb屈服准则,分析了煤柱弹塑性区分布规律;建立了受采高、采宽、上覆岩层载荷应力、煤柱黏聚力与内摩擦角等因素影响下的煤柱极限强度函数表达式;建立了不同安全储备系数条件下煤柱最大允许塑性屈服区宽度及煤柱留设宽度计算式。建立了支撑煤柱三维简谐振动响应模型,研究了单响药量、高程差、爆心水平距等爆破参数对煤柱瞬时最大动应力响应影响规律,揭示了爆破动载效应对支撑煤柱塑性区宽度和稳定性的影响机制,提出了爆破动载作用下支撑煤柱参数设计方法。研究结果表明:爆破振动对支撑煤柱稳定性影响较大,爆破动载作用下煤柱瞬时最大动应力响应与单响药量呈正相关关系、与高程差和水平距离呈负相关关系。随煤柱瞬时最大动应力响应增加,煤柱塑性区宽度呈正比例增大,煤柱安全系数以近似线性规律衰减。确定动−静载下煤柱留设宽度为5 m,经工程实践,验证了其合理性。 展开更多

关键词 露天开采 动静载荷 端帮开采 支撑煤柱 参数设计

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急倾斜特厚煤层水平分层开采综合灭火技术研究 被引量：6

6

作者 林军 马祖杰 +1 位作者 王刚 范酒源 《煤炭工程》 北大核心 2021年第4期120-125,共6页

针对乌东煤矿+600水平43^(#)煤层开采时发生的火灾事故,对急倾斜特厚煤层水平分层开采方式的致火原因进行分析,为了快速、有效的完成灭火,提出了地表堵漏、地面注浆与火区注氮配合的灭火体系。通过现场实测和COMSOL数值模拟软件对综合... 针对乌东煤矿+600水平43^(#)煤层开采时发生的火灾事故,对急倾斜特厚煤层水平分层开采方式的致火原因进行分析,为了快速、有效的完成灭火,提出了地表堵漏、地面注浆与火区注氮配合的灭火体系。通过现场实测和COMSOL数值模拟软件对综合灭火措施效果进行了分析,结果表明:采取综合灭火措施后,密闭区内O_(2)浓度最终稳定在1%左右、CO最终稳定在0.013%左右,开采分层处风流分布的区域减小,煤矿无发生的火灾危险,说明综合灭火措施对于急倾斜特厚煤层的灭火具有显著效果。 展开更多

关键词 急倾斜特厚煤层 水平分层 综合灭火措施 数值模拟

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近直立特厚煤层冲击危险源辨识及控制研究 被引量：6

7

作者 林军 杜涛涛 刘旭东 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期119-125,共7页

为研究乌东煤矿南区近直立特厚煤层在特定区域冲击地压频发的原因,以五一煤矿、大梁煤矿的保护煤柱、大洪沟防洪渠保护煤柱、不同水平分层终采线形成的台阶结构等特定区域为工程背景,采用PASAT M便携式微震仪、ARAMIS M/E微震监测系统,... 为研究乌东煤矿南区近直立特厚煤层在特定区域冲击地压频发的原因,以五一煤矿、大梁煤矿的保护煤柱、大洪沟防洪渠保护煤柱、不同水平分层终采线形成的台阶结构等特定区域为工程背景,采用PASAT M便携式微震仪、ARAMIS M/E微震监测系统,开展近直立特厚煤层特定区域冲击地压致灾的动静载荷源辨识,得到了近直立特厚煤层引发冲击地压的静、动载荷源,针对冲击地压致灾的动载荷源,开展了近直立特厚煤层冲击地压分源控制实践。研究结果表明:特定区域是近直立特厚煤层冲击地压致灾的主要静载危险源,易引起煤体局部高应力集中;B_2-B_3煤层间岩柱活动是近直立特厚煤层冲击地压致灾的主要动载源,围岩活动产生的冲击致灾高能事件,70.4%发生在两煤层之间的岩柱中;采用煤体卸压爆破和煤层注水方法进行冲击静载荷源控制,通过多水平联合岩柱控制方法开展冲击动载荷源控制。实践表明:采取的分源控制方法有效降低了煤岩体应力集中和围岩活动强度,有效减少了近直立特厚煤层冲击地压灾害的发生频次。 展开更多

关键词 近直立特厚煤层 冲击地压 PASAT-M探测 微震监测

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典型近直立煤层群冲击地压机理及监测预警研究 被引量：17

8

作者 何学秋 陈建强 +5 位作者 宋大钊 何生全 李振雷 钟涛平 薛雅荣 周超 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期13-22,共10页

近直立煤层群由于特殊的煤岩赋存和开采方式,覆岩破断运动及其导致的围岩静载应力分布和动载扰动特征与缓倾斜煤层有较大差异,已有冲击地压灾害在近直立煤层群开采矿井(SICS)发生。为指导类似赋存矿井冲击地压防治,以乌东矿南采区典型... 近直立煤层群由于特殊的煤岩赋存和开采方式,覆岩破断运动及其导致的围岩静载应力分布和动载扰动特征与缓倾斜煤层有较大差异,已有冲击地压灾害在近直立煤层群开采矿井(SICS)发生。为指导类似赋存矿井冲击地压防治,以乌东矿南采区典型近直立煤层群为工程背景,从诱冲机理、监测预警及防治技术方面展开了系统研究,揭示了近直立煤层群压撬型冲击地压机理,建立了适用于近直立煤层的预警指标体系,提出了近直立煤层降载减撬冲击地压防治技术。结果表明:近直立煤层群综放开采下冲击地压显现具有巷道顶底板侧不对称和岩体压撬显现特征;煤体所受顶板和岩柱的压撬作用是诱发冲击的基础静载力源,悬顶和层间岩柱破裂产生的动载扰动对冲击显现有重要诱发作用,近直立煤层群综放开采冲击地压是顶板和岩柱压撬效应耦合作用结果;各预警指标对冲击地压和大能量矿震均具有一定的响应,各维度和各系统预警指标综合预警可综合各自优势实现互补,提高预警准确性;深浅孔交替爆破可削弱对煤体的压载荷和撬动效应,现场实施后,微震日总能量和频次明显减少,顶板和岩柱每米能量104J以上微震事件较实施前平均减少了96%,卸压效果明显,冲击危险性降低。 展开更多

关键词 近直立煤层 冲击地压 压撬型机理

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浅埋深坚硬顶板工作面冲击地压微震时空前兆信息特征 被引量：10

9

作者 张传玖 薛雅荣 +4 位作者 杨伟 李振雷 李红平 杨旭 贾兵兵 《煤炭工程》 北大核心 2022年第2期98-104,共7页

为提高冲击地压矿井现场防冲措施实施的针对性,以宽沟煤矿B2煤层I010203工作面为工程背景,研究其历次矿压显现事件发生前后的微震监测信息时空演化规律。结果表明:I010203工作面矿压显现事件震源位置受上层"刀把型"采空区边... 为提高冲击地压矿井现场防冲措施实施的针对性,以宽沟煤矿B2煤层I010203工作面为工程背景,研究其历次矿压显现事件发生前后的微震监测信息时空演化规律。结果表明:I010203工作面矿压显现事件震源位置受上层"刀把型"采空区边界影响,具有阶段性特征,且主要集中于工作面中下部、区段煤柱和侧向采空区围岩,垂向上大多位于煤体和顶板岩层中,坚硬顶板破裂是该矿发生冲击地压的主要诱导因素;在矿压显现事件发生前7d内微震前兆预警指标b值、断层总面积A(t)值和微震活动度S值分别出现突降或突增现象并保持低值或高值异常,表明煤岩体内部弹性能积聚、破裂程度增大,冲击危险性增高;结合高斯空间光滑法绘制的微震指标云图在矿压显现事件发生前呈现一定规律性,可进一步量化确定局部冲击危险区域。研究结果揭示了在坚硬顶板条件下工作面冲击地压微震时空前兆信息特征,可指导现场人员采取针对性防冲措施,有助于冲击地压的精准防治。 展开更多

关键词 冲击地压 微震监测 时空演化 前兆特征 高斯空间

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综放开采瓦斯安全联动控制技术研究 被引量：2

10

作者 牛磊 张学亮 +2 位作者 刘清 霍栋 郝跃 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期86-92,共7页

高瓦斯综放工作面上隅角瓦斯体积分数容易超限,影响综放开采的顺利进行。针对如何实现综放开采瓦斯安全联动控制,给出了综放开采工作面瓦斯联动控制方案,在现有综采自动化系统基础上加装瓦斯传感器进行瓦斯体积分数数据监测,通过对综采... 高瓦斯综放工作面上隅角瓦斯体积分数容易超限,影响综放开采的顺利进行。针对如何实现综放开采瓦斯安全联动控制,给出了综放开采工作面瓦斯联动控制方案,在现有综采自动化系统基础上加装瓦斯传感器进行瓦斯体积分数数据监测,通过对综采自动化系统进行瓦斯体积分数预测模型分析并进行程序设计,实现综放开采瓦斯体积分数与采煤机、综放开采放煤的安全联动控制。针对采煤机速度和放煤动作与瓦斯进行联动控制,利用自回归滑动平均模型预测以30 s为周期对未来5 min进行区间预测,形成瓦斯体积分数0.8%作为控制值但不超过1.0%的联动控制逻辑,给出了控制策略和控制逻辑图,同时划定0、1、2三级预警利于软件界面展示。在王家岭煤矿12309综放工作面进行了现场应用,现场应用表明,采煤机割煤速度稳定在5.83~7.00 m/min,实际采用同一时间放煤口开关数量不大于2个,实现了瓦斯与采煤机、放煤关联控制,综合提升采放效率20%以上。研究可为类似条件下的工作面安全高效回采提供借鉴。 展开更多

关键词 综放开采 瓦斯 安全联动控制 控制策略 安全高效回采

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巷道贯通后风流方向预判理论及实践

11

作者 褚新龙 曹志刚 赵凯 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期154-158,共5页

为预防煤矿井下巷道贯通后瓦斯事故,利用能量守恒定律及能量方程理论,研究煤矿井下巷道贯通对风流方向的影响。基于空气静压、速压和位压在流动过程中的变化特征,运用流体能量平衡方程建立煤矿井巷通风过程中流经任一巷道断面的风流总... 为预防煤矿井下巷道贯通后瓦斯事故,利用能量守恒定律及能量方程理论,研究煤矿井下巷道贯通对风流方向的影响。基于空气静压、速压和位压在流动过程中的变化特征,运用流体能量平衡方程建立煤矿井巷通风过程中流经任一巷道断面的风流总能量方程,进而提出煤矿井下巷道贯通后风流方向预判理论,给出2种不同贯通情况下风压能的测定方法,并以屯宝煤矿为例进行验证分析。结果表明:所提巷道贯通后风流方向预判理论,能够准确判定煤矿井下巷道贯通后的风流方向,进而减少瓦斯事故发生率,提高矿井通风管理水平。 展开更多

关键词 巷道贯通 风流方向 预判理论 能量方程 风压能

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